[发明专利]一种批量制备化学链燃烧氧载体的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学链燃烧氧载体的制备领域，具体为利用喷动流化床造粒技术批量制备化学链燃烧过程中必备的氧载体的方法和装置，为大型连续化学链燃烧实验提供足量的氧载体。

背景技术

化学链燃烧具有CO₂高效低能耗回收、化学能梯级利用、抑制NO_x生成和近零排放等优点，是解决能源高效利用与环境友好的重要技术之一。化学链燃烧系统主要包括两个串联的反应器：空气反应器和燃料反应器。高氧势载体(一般为过渡金属氧化物，或某些非金属氧化物，标记为Me_xO_y)进入燃料反应器与燃料进行还原反应，生成CO₂/H₂O和被还原的低氧势载体(标记为Me_xO_y-1)，生成物中的气体经过简单的冷凝便可以获得高纯度的CO₂；随后，低氧势载体颗粒被送入空气反应器与空气中的氧分子发生氧化反应，释放出大量的热量，同时恢复晶格氧变成高氧势载体，并送回燃料反应器进行循环。

化学链燃烧技术主要涉及氧载体、反应器和化学链燃烧系统3个方面，目前，所关注和研究的氧载体多为金属氧化物，如Fe、Cu、Ni、Mn、Co等氧化物，氧载体的综合性能包括：反应活性、载氧率、机械强度、团聚和烧结特性、循环再生性、高温下稳定性和流动性、环保性和经济性等。氧载体的制备方法是重要的研究内容，主要包括：机械混合法、分散法、浸渍法、喷雾干燥法、冷冻成粒法和溶胶-凝胶法等。不同惰性载体、不同载氧体和惰性载体混合比例、不同制备工艺等均对氧载体的性能有明显影响。

化学链燃烧的连续热态实验(无论是热功率几百瓦的bench-scale规模、还是1-100KW的pilot-scale规模，或者1MW以上的demonstration-scale规模)需要大量氧载体(1公斤-100公斤)；氧载体的常规制备方法(每次仅制备1公斤以下)因为若干限制(如湿式浆料的干燥速度、浆料内混合物分散等)不利于大规模工业化应用，分析各种制备方法，认为影响其制备规模放大的因素主要是浆料的干燥。

喷动流化床批量造粒技术已经比较成熟，喷动流化床存在二股气体，气速较大的喷动气和较小的流化气，其中流化气作为一种辅助气体使得床层内颗粒有着更好的流动特性；在造粒过程中，融溶液或溶液以雾状喷进装有产品细颗粒的由热空气作喷动气和流化气的喷动流化床内，产品细颗粒在床内循环的同时被沉积在其表面的融溶液(或溶液)或其反应产物一层层的覆盖，直到形成球形度很好的、均匀的产物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高效益、环境友好的批量制备化学链燃烧氧载体的方法和装置。

本发明提供的一种批量制备化学链燃烧氧载体的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

第1步将干燥器预热，向其中加入晶种，并不断通入热空气，使晶种流化；所述干燥器为喷动床、流化床或者喷动流化床；

第2步制备氧载体浆料；

第3步使氧载体浆料以雾状喷入干燥器，涂敷在晶种上，并与热空气进行热交换，循环包衣干燥；

第4步喷雾造粒完成后，进行后处理，得到合适粒径的氧载体颗粒；所述合适粒径通常为0.1～0.3mm；

第5步将小于合适粒径的氧载体颗粒送回干燥器，作为下一轮造粒的晶种，进行新一轮造粒，直到任务完成。

本发明提供的一种批量制备化学链燃烧氧载体的装置，包括干燥器，其特征在于，该装置还包括浆料雾化系统；所述浆料雾化系统包括空气压缩机、油水分离器、球磨机、喷涂液罐、恒流泵、搅拌器以及二流体喷嘴；空气压缩机经油水分离器与二流体喷嘴的气相入口相连，恒流泵的进口连接有喷涂液罐，出口与二流体喷嘴的液相入口相连；所述二流体喷嘴安装于干燥器的顶部、底部或侧部。

本发明将氧载体的制备与工业上成熟的喷动流化床造粒技术相结合，实现了低成本、高效益的批量制备高性能氧载体的过程，并可进一步实现氧载体的批量改性处理。本发明充分发挥了喷动流化床造粒技术的优势，批量制备化学连燃烧技术中必备的氧载体，低成本，高效益。

附图说明