CN101387397B - 一种化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生装置及方法为还原态金属载氧体氧化再生的一种氧化反应装置及方法，该装置由流化床和旋风分离器组成。将还原态金属载氧体氧化所需要的空气分成两个部分，一部分空气从流化床的底部送入，另一部分空气从流化床中部或下部区域送入，在流化床内还原态金属载氧体和空气进行分级逐步氧化反应，控制氧化反应的速度，防止金属载氧体颗粒温度急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结，氧化反应生成的氧化态金属载氧体颗粒被气流携带进入旋风分离器，经旋风分离器分离后，从旋风分离器的料腿的出料口排出，完成金属载氧体氧化再生过程；在氧化反应过程中，流化床处于1200～850℃高温状态。

Description

一种化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生装置及方法
技术领域
本发明为化学链燃烧(Chemical Looping Combustion)过程中金属载氧体氧化再生的一种方式，具体为实现金属载氧体氧化再生过程，采用空气分级氧化技术，控制氧化反应速度，防止金属载氧体颗粒表面烧结的装置及方法。
背景技术
燃料燃烧产生大量的有害物质对生态环境造成了极大危害，其中CO2的排放直接导致温室效应。现有的燃料利用方式主要是在一个反应器内以空气为氧化剂进行燃烧，燃烧过程产生的SO2和NOx排放到大气中，形成酸雨；燃烧生成的烟气中CO2只占10～14％，CO2的后续处理(浓缩提纯)成本太高，CO2分离、压缩技术需要消耗大量的能源。
化学链燃烧是一种新的燃烧概念，燃料不直接与空气接触燃烧，而是以金属载氧体在空气反应器(air reactor)和燃料反应器(fuel reactor)之间的循环交替反应来实现燃料的化学能转化过程。
其原理是：使用金属氧化物作为载氧体，还原态金属载氧体(MexOy-1)首先在空气反应器内和空气接触进行氧化反应，生成氧化态的金属载氧体(MexOy)，将空气中的氧置换出来，然后氧化态金属载氧体(MexOy)进入燃料反应器，和燃料接触，进行还原反应，将氧化态金属载氧体(MexOy)中氧置换出来，燃料反应器的气体产物为CO2和H2O(汽)，冷凝后剔除H2O，将CO2分离出来；被还原后的金属载氧体(MexOy-1)返回到空气反应器，和空气进行氧化反应，生成氧化态的金属载氧体(MexOy)，完成金属载氧体的再生。另外，由于燃料不直接和空气接触燃烧，没有NOx产生。因此，化学链燃烧可在没有额外能耗的前提下，将CO2从燃烧产物中分离出来，是一种清洁燃烧方式。
在空气反应器内还原态金属载氧体(MexOy-1)和空气进行的氧化反应是一个强烈的放热反应，生成的氧化态金属载氧体(MexOy)颗粒温度很高，会导致金属载氧体颗粒表面发生烧结，在其颗粒表面形成致密的表层，导致其化学反应性能降低，甚至失活。因此，如何实施金属载氧体的氧化再生过程，是实现化学链燃烧过程的关键，其技术有着更为广泛的社会效益和工业应用前景。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种能够防止金属载氧体进行氧化再生过程发生烧结的装置和方法。
技术方案：本发明的化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生装置，是由流化床和旋风分离器组成，还原态金属载氧体(MexOy-1)颗粒从流化床下部的进料管进入流化床，将还原态金属载氧体(MexOy-1)氧化再生所需要的空气分成两个部分，一部分空气从流化床底部送入，另一部分空气从流化床中部或下部区域送入流化床内，还原态金属载氧体(MexOy-1)和空气在流化床内进行分级逐步氧化反应，控制氧化反应的速度，防止金属载氧体颗粒温度急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结，氧化反应生成的氧化态金属载氧体(MexOy)被气流携带进入旋风分离器，氧化态金属载氧体(MexOy)颗粒经旋风分离器分离后，从旋风分离器的料腿排出，完成金属载氧体氧化再生过程。
其具体的结构为：流化床的上部与旋风分离器的上部相连通；流化床的底部设有一次风空气进口，流化床的中部或下部设有二次风空气进口，流化床的下部进料管为还原态金属载氧体(MexOy-1)颗粒进料口；旋风分离器的顶部为贫氧空气出气口，旋风分离器的下部的料腿为氧化态金属载氧体(MexOy)颗粒的出料口；流化床内物料为金属载氧体颗粒。
本发明的化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生方法为：还原态的金属载氧体(MexOy-1)颗粒从流化床下部进料管进入流化床，将还原态金属载氧体(MexOy-1)氧化所需要的空气分成两个部分，一部分空气从流化床底部一次风空气进口送入，另一部分空气从位于流化床中部或下部区域的二次风空气进口送入流化床，还原态金属载氧体(MexOy-1)和空气在流化床内进行分级逐步氧化反应，控制氧化反应的速度，防止金属载氧体颗粒温度急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结，氧化反应生成的氧化态金属载氧体(MexOy)被气流携带进入旋风分离器，经旋风分离器分离后，从旋风分离器下部的料腿排出，完成金属载氧体的氧化再生过程；在氧化反应过程中，流化床处于1200～850℃高温状态。
有益效果：在流化床内还原态金属载氧体(MexOy-1)和空气进行的氧化反应是一个强烈的放热反应。如果将还原态金属载氧体(MexOy-1)氧化所需要的空气全部从流化床底部送入，流化床下部区域的氧浓度很高，在高温状态下还原态金属载氧体(MexOy-1)和高浓度的氧气发生剧烈的氧化反应，释放出大量的热量，导致金属载氧体颗粒温度显著升高，在颗粒表面发生烧结，形成致密的表层，导致其化学反应性能降低，甚至失活。
采用分级氧化反应技术，将还原态金属载氧体(MexOy-1)氧化所需要的空气分成两个部分，一部分空气从流化床底部一次风空气进口送入，另一部分空气从位于流化床中部或下部区域的二次风空气进口送入流化床，还原态金属载氧体(MexOy-1)和空气在流化床内进行分级逐步氧化反应，控制氧化反应的速度，防止金属载氧体颗粒温度急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结。因此，如何实施金属载氧体的氧化再生过程，是实现化学链燃烧过程的关键，其技术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。其中有流化床1，金属载氧体颗粒11，进料管12，旋风分离器2，料腿21，一次风空气进口A，二次风空气进口B，贫氧空气出气口C，氧化态的金属载氧体颗粒出料口D，还原态的金属载氧体颗粒进料口E。
具体实施方式
本发明的化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生装置，是由流化床1和旋风分离器2所组成。流化床1的上部与旋风分离器2的上部相连通；流化床1的底部设有一次风空气进口A，流化床1的中部或下部设有二次风空气进口B，流化床1下部进料管12为还原态金属载氧体(MexOy-1)颗粒进料口E；旋风分离器2的顶部为贫氧空气出气口C，旋风返料器2下部的料腿21为氧化态金属载氧体(MexOy)颗粒的出料口D。
当金属载氧体氧化再生反应发生时，还原态金属载氧体(MexOy-1)颗粒从流化床1下部进料管12的进料口E送入流化床1，将还原态金属载氧体(MexOy-1)氧化所需要的空气分成两个部分，一部分空气从流化床1底部一次风空气进口A送入，另一部分空气从位于流化床1中部或下部区域的二次风空气进口B送入流化床1，还原态金属载氧体(MexOy-1)和空气在流化床1内进行分级逐步氧化反应，控制氧化反应的速度，防止金属载氧体颗粒温度急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结，氧化反应生成的氧化态金属载氧体(MexOy)颗粒被气流携带进入旋风分离器2，氧化态金属载氧体(MexOy)颗粒经旋风分离器2分离后，从旋风分离器2的料腿21的出料口D排出，完成金属载氧体氧化再生过程；在氧化反应过程中，流化床1处于1200～850℃高温状态。

Claims (1)

1.一种化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生方法，其采用一种化学链燃烧过程金属载氧体氧化再生装置，该装置由流化床(1)和旋风分离器(2)所组成，流化床(1)的上部与旋风分离器(2)的上部相连通；流化床(1)的底部设有一次风空气进口(A)，流化床(1)的中部或下部区域设有二次风空气进口(B)，流化床(1)的下部进料管(12)为还原态金属载氧体颗粒进料口(E)，旋风分离器(2)的顶部为贫氧空气出气口(C)，旋风分离器(2)下部的料腿(21)为氧化态金属载氧体颗粒出料口(D)；流化床(1)内物料为金属载氧体颗粒(11)；-其特征在于还原态金属载氧体和空气进行分级逐步氧化反应，来实现金属载氧体氧化再生过程，即：当金属载氧体氧化再生反应发生时，还原态金属载氧体颗粒从流化床(1)下部进料管(12)的进料口(E)进入流化床(1)，将还原态金属载氧体氧化所需要的空气分成两个部分，一部分空气从流化床(1)底部一次风空气进口(A)送入，另一部分空气从位于流化床(1)中部或下部区域的二次风空气进口(B)送入，在流化床(1)内还原态金属载氧体颗粒和空气进行分级逐步氧化反应，控制氧化反应的速度，防止金属载氧体颗粒温度急剧升高，抑制金属载氧体颗粒表面发生烧结，氧化反应生成的氧化态金属载氧体颗粒被气流携带进入旋风分离器(2)，将氧化态金属载氧体颗粒与空气进行分离，分离出来的氧化态金属载氧体颗粒从旋风分离器(2)下部的料腿(21)的出料口(D)排出，完成金属载氧体氧化再生过程；在氧化反应过程中，流化床(1)处于1200～850℃高温状态。
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