CN101289185A - 一种生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置及方法 - Google Patents

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吴家桦
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Abstract

一种生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置及方法为生物质的一种燃烧方式，基于循环载氧体的生物质燃烧过程，该装置由循环流化床、旋风分离器、和流化床组成一个循环回路；其方法在于循环流化床内金属和空气进行氧化反应，生成金属氧化物，经旋风分离器分离后，金属氧化物进入流化床；流化床内生物质与二氧化碳或水蒸汽进行气化反应，生成的燃料气体和金属氧化物进行还原反应，生成金属、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽从流化床排气口排出，冷凝后得到纯净的二氧化碳，还原后的金属返回到循环流化床，和空气进行氧化反应，完成金属氧化物的再生过程。在没有额外能耗的前提下，能将二氧化碳从燃烧产物中分离出来。

Description

一种生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置及方法
技术领域
本发明为生物质的一种燃烧方式，具体为实现基于循环载氧体的生物质燃烧过程，达到在生物质燃烧过程中分离出二氧化碳的装置及方法。
背景技术
二氧化碳是诸多潜在的温室效应气体中影响最大的温室气体，如何减排二氧化碳已经成为今后人类可持续发展的主要内容之一。常规的燃烧技术均是生物质和空气直接接触燃烧，生成的烟气中二氧化碳只占10～15％，二氧化碳的后续处理(浓缩提纯)成本太高，通常有以下方法：
1.通过分子膜分离方法对二氧化碳进行分离提纯处理，其分离效率低而且成本高。
2.通过生物光合作用脱除二氧化碳，寻找高效生物藻类进行大规模脱除二氧化碳，尚需技术突破。
3.通过高效二氧化碳溶剂或吸附剂技术分离二氧化碳，有待于进一步研究。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置及方法，在没有额外能耗的前提下，能将二氧化碳从生物质燃烧产物中分离出来。
技术方案：本发明的生物质间接燃烧分离二氧化碳装置，是由循环流化床、旋风分离器、以及流化床组成，循环流化床内金属和空气进行氧化反应，生成金属氧化物，经旋风分离器分离后，金属氧化物进入流化床；在流化床内生物质与二氧化碳或水蒸汽进行气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体和金属氧化物进行还原反应，生成金属、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽从流化床排气口排出，冷凝后得到纯净的二氧化碳，还原后的金属返回到循环流化床，和空气进行氧化反应，完成金属氧化物的再生过程。
其具体的结构为：循环流化床的上部与旋风分离器的上部相连通，旋风分离器下部的料腿通入流化床，旋风分离器的下部通过料腿与流化床相连通，流化床通过返料管与循环流化床的下部相连通；循环流化床的底部设有空气进口，旋风分离器的顶部为贫氧空气出气口，流化床的上部设有排气口，流化床的底部设有进气口，流化床的下部或底部设有给生物质口；循环流化床内物料为金属氧化物颗粒，流化床内物料为金属颗粒。
本发明的生物质间接燃烧分离二氧化碳方法为：生物质不直接和空气接触燃烧，而是通过金属氧化物在循环流化床和流化床之间的交替氧化-还原反应实现生物质的燃烧过程，即：当燃烧发生时，在循环流化床内金属与空气进行氧化反应，生成金属氧化物颗粒，金属氧化物颗粒被气流携带进入旋风分离器，进行气固分离，分离下来的金属氧化物颗粒通过料腿进入流化床；生物质从给生物质口输送进入流化床，与从进气口进入流化床内的二氧化碳或水蒸汽进行气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与金属氧化物进行还原反应，生成金属颗粒、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽从流化床排气口排出，冷凝后得到纯净的二氧化碳，还原后的金属颗粒通过返料管返回到循环流化床，与从空气进口进入的空气进行氧化反应，完成金属氧化物颗粒的再生过程；在燃烧反应过程中，循环流化床处于850～1000℃高温状态，流化床处于700～900℃的中温状态。
有益效果：常规的燃烧技术是生物质和空气直接接触燃烧，生成的烟气中二氧化碳只占10～15％，二氧化碳的后续处理(浓缩提纯)成本太高。本发明提供一种生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置及方法，在没有能量损失的条件下，能够将二氧化碳从生物质燃烧产物分离出来。
生物质不直接和空气接触燃烧，而是通过金属氧化物在两个反应器之间的交替氧化-还原反应实现生物质的燃烧过程，即在一定温度条件下，生物质与二氧化碳或水蒸汽进行气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与金属氧化物进行还原反应，生成金属、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽直接排出，冷凝后得到纯净的二氧化碳，还原后的金属和空气接触进行氧化反应，形成金属氧化物，完成金属氧化物的再生过程。
可见在没有能量损失的前提下，基于循环载氧体的生物质间接燃烧能够分离出二氧化碳。如何实现生物质的间接燃烧，是实现燃生物质减排二氧化碳的关键，其装置及方法有着更为广泛的社会效益和工业应用前景。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。其中有循环流化床1，金属氧化物颗粒11，旋风分离器2，料腿21，流化床3，金属颗粒31，返料管32，空气进口A，贫氧空气出气口B，排气口C，进气口D，给生物质口E。
具体实施方法
本发明的生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置，是由循环流化床1、旋风分离器2、以及流化床3连接成一个循环回路所组成。循环流化床1上部与旋风分离器2上部相连通，旋风分离器2的下部通过料腿21与流化床3相连通，流化床3通过返料管32与循环流化床1的下部相连通，循环流化床1的底部设有空气进口A，旋风分离器2的顶部为贫氧空气出气口B，流化床3的上部设有排气口C，流化床3的底部设有进气口D，流化床3下部或底部设有给生物质口E。
当燃烧发生时，在循环流化床1内金属与空气进行氧化反应，生成金属氧化物颗粒11，金属氧化物颗粒被气流携带进入旋风分离器2，进行气固分离，分离下来的金属氧化物颗粒通过料腿21进入流化床3；生物质从给生物质口E输送进入流化床3，与从进气口D进入流化床3内的二氧化碳或水蒸汽进行气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与金属氧化物进行还原反应，生成金属颗粒31、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽从流化床排气口C排出，冷凝后得到纯净的二氧化碳，还原后的金属颗粒31通过返料管32返回到循环流化床1，与空气进行氧化反应，完成金属氧化物颗粒的再生过程；在燃烧反应过程中，循环流化床1处于850～1000℃高温状态，流化床3处于700～900℃的中温状态。

Claims (2)

1.一种生物质间接燃烧分离二氧化碳的装置，由循环流化床(1)、旋风分离器(2)和流化床(3)所组成，其特征在于循环流化床(1)的上部与旋风分离器(2)的上部相连通，旋风分离器(2)下部的料腿(21)通入流化床(3)，流化床(3)通过返料管(32)与循环流化床(1)的下部相连通；循环流化床(1)的底部设有空气进口(A)，旋风分离器(2)的顶部为贫氧空气出气口(B)，流化床(3)的上部设有排气口(C)，流化床(3)的底部设有进气口(D)，流化床(3)下部或底部设有给生物质口(E)；循环流化床(1)内物料为金属氧化物颗粒(11)，流化床(3)内物料为金属颗粒(31)。
2、一种如权利要求1所述的生物质间接燃烧分离二氧化碳的方法，其特征在于生物质不直接和空气接触燃烧，而是通过金属氧化物在循环流化床(1)和流化床(3)之间的交替氧化-还原反应实现生物质的燃烧过程，即：当燃烧发生时，在循环流化床(1)内金属与空气进行氧化反应，生成金属氧化物颗粒(11)，金属氧化物颗粒被气流携带进入旋风分离器(2)，进行气固分离，分离下来的金属氧化物颗粒通过料腿(21)进入流化床(3)；生物质从给生物质口(E)输送进入流化床(3)，与从进气口(D)进入流化床(3)内二氧化碳或水蒸汽进行气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与金属氧化物进行还原反应，生成金属颗粒(31)、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳和水蒸汽从流化床排气口(C)排出，冷凝后得到纯净的二氧化碳，还原后的金属颗粒(31)通过返料管(32)返回到循环流化床(1)，与从空气进口(A)进入的空气进行氧化反应，完成金属氧化物颗粒的再生过程；在燃烧反应过程中，循环流化床(1)处于850～1000℃高温状态，流化床(3)处于700～900℃的中温状态。
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