CN101497016B - 一种具有颗粒内循环的双联通流化床反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有颗粒内循环的双联通流化床反应装置，尤其适用于CO2分离。该装置由两个功能不同的流化床反应单元串联组成，流化床反应单元主要包括流化床、风机、布风板、旋风分离器和给料或返料机构，其中一个流化床反应单元包括两个同轴设置的流化床。在CO2分离过程中，同轴结构有效延长吸收剂床料与燃煤烟气的接触反应时间，循环的流化状态与较高的内循环倍率使得吸收剂与烟气中CO2的反应得到强化，提高了吸收剂的反应转化率；碳酸化反应系统与煅烧反应系统串联布置使得碳酸化反应与煅烧反应能够同时高效进行，物料的循环较大程度地提高了吸收剂的重复使用率。

Description

一种具有颗粒内循环的双联通流化床反应装置
技术领域
本发明涉及流化床技术领域，具体涉及一种具有颗粒内循环的双联通流化床装置，尤其适用于CO2分离。
背景技术
循环碳酸化/煅烧反应技术可以在流化床中得以实现，国内外学者大都采用鼓泡流化床或循环流化床技术进行CO2的吸收和分离。加拿大能源技术研发中心(CANMET)(参考：Capture of CO2 with CaOin a Pilot Fluidized Bed Carbonator Experimental Results and ReactorModel.C.Salvador，D.Lu，E.J.Anthony，J.C.Abanades.Greenhouse GasControl Technologies，Volume II，2005：1107-1113)采用的是单床体鼓泡流化床，进行了吸收剂碳酸化反应和煅烧反应的研究，根据生成气体成分和浓度判断碳酸化过程和煅烧过程的进行程度，并适时进行切换。我国清华大学采用双鼓泡流化床，其中一个作为碳酸化反应器，另一个作为煅烧反应器，颗粒通过提升管在两个反应器之间循环(参考：房凡，李振山，蔡宁生.基于多循环CCRs法分离烟气中CO2的双流化床设计与冷态试验.中国工程热物理学会燃烧学学术会议，2008，西安)。西班牙国家煤炭研究所(INCAR)(参考：Sulfation ofCaO Particles in a Carbonation/Calcination Loop to Capture CO2.G SGrasa，M Alonso，and J C Abanades.Ind.Eng.Chem.Res.，2008，47(5)：1630-1635)使用两个串联的循环流化床实现吸收剂的碳酸化和煅烧两个过程。由于吸收剂碳酸化反应速率较慢，这些装置和系统为了达到较高的CO2吸收率和吸收剂转化率，或者通过增大装置的体积来延长吸收剂在流化床中的停留时间，或者通过增加颗粒的外循环量，来提高CO2的捕捉效率，同时存在吸收剂床料利用率较低等缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种具有颗粒内循环的双联通流化床反应装置，体积小，操作便捷，在用于CO2分离过程中，提高了吸收剂的利用率，具有较好的分离效果。
一种具有颗粒内循环的双联通流化床反应装置，包括相连通的第一流化床单元A和第二流化床单元B：
第一流化床单元A包括第一鼓泡流化床1、内部循环流化床2、给料机构3、第一旋风分离器4和第一返料机构5；第一鼓泡流化床1的内部设有与其同轴的内部循环流化床2，外部分别与给料机构3和第一旋风分离器4相接，第一鼓泡流化床1的底端设有第一风室6，第一风室6上方设有第一布风板7；第一风室6由内风室14和外风室13构成，内风室14用于向内部循环流化床2供风，外风室13用于向第一鼓泡流化床1供风；第一返料机构5置于第一旋风分离器4的下端；
第二流化床单元包括第二鼓泡流化床8、第二旋风分离器9和第二返料机构10；第二鼓泡流化床8底部设有第二风室11，第二风室11上方设有第二布风板12，第二旋风分离器9与第二鼓泡流化床8相接；第二返料机构10分别与第一鼓泡流化床1和第二鼓泡流化床8相连通，第二鼓泡流化床8还与所述第一返料机构5相连通。
本发明的技术效果体现在：
本发明由于采用了外部鼓泡流化床与颗粒内部循环流化床同轴布置的结构，从而能够显著地延长吸收剂床料与燃煤烟气的接触反应时间，循环的流化状态与较高的内循环倍率使得吸收剂与烟气中CO2的反应得到强化，有效地提高吸收剂的反应转化率，使得缩小反应器尺寸也不会影响反应效果，而且减少了大量颗粒外循环所需的能量消耗以及大量颗粒外循环所带来的装置部件的磨损问题；
碳酸化反应系统与煅烧反应系统串联布置以及返料机构的设置使得碳酸化反应与煅烧反应能够同时高效进行，物料的循环较大程度地提高了吸收剂的重复使用率，具有较强的经济性。装置结构紧凑、合理、便于安装布置，具有良好的脱除烟气中CO2的性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的碳酸化反应系统送风系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的描述。
如图1所示，实施例是用于燃煤烟气中CO2的分离，第一流化床单元用于吸收剂物料与CO2气流的碳酸化反应，第二流化床单元用于吸收剂产物的煅烧反应，从而实现吸收剂的再生。
实施例是基于循环碳酸化/煅烧CO2分离技术的燃煤烟气CO2脱除装置，由颗粒内循环流化床碳化反应单元A和煅烧反应单元B组成。参考图2，吸收剂物料(例如钙基氧化物)通过给料机构3进入第一鼓泡流化床1床体内，加压后的燃煤烟气G1由风道K1通入到外风室13中，通过旋风分离器4脱除CO2的烟气部分G2经加压后由风道K2进入到内风室14中，实现烟气的循环利用和CO2的进一步脱除，从而提高CO2的吸收率。参照图2，外风室13呈倒锥形设计，外风室13上方的布风板7倾斜布置，内部循环流化床2底端为喇叭口状，这种结构设置使得中心槽区集中了较多的颗粒，保证内部循环流化床2中有足够的循环物料，同时还增强了床内颗粒的横向混合，延长了颗粒在床内的停留时间，有利于碳酸化反应的充分进行。烟气中的CO2在第一鼓泡流化床1中与吸收剂物料进行碳酸化反应生成钙类碳酸盐，在内部循环流化床2出口，一部分速度较大的钙类碳酸盐颗粒进入第一旋风分离器4，经过第一返料机构5进入第二鼓泡流化床8中，同时向第二风室11通入CO2气流G3，碳酸盐颗粒在第二鼓泡流化床8中的CO2气氛下煅烧分解，再生得到的吸收剂颗粒通过第二返料机构10返回到第一鼓泡流化床1中，同时第二鼓泡流化床8中煅烧分解得到的高纯度CO2气流进入第二旋风分离器9脱除其中的飞灰，完成烟气中CO2分离过程。
该装置延长了吸收剂与CO2的反应时间并实现了CO2的分离和吸收剂再生的同步进行，具有CO2脱除效率高、经济性好、操作便捷等特点。
本发明除了进行CaO碳酸化/煅烧循环分离烟气中的CO2外，还可用于化学链燃烧等技术领域。

Claims (1)

1.一种具有颗粒内循环的双联通流化床反应装置，包括相连通的第一流化床单元（A）和第二流化床单元（B），其特征在于：
第一流化床单元（A）包括第一鼓泡流化床（1）、内部循环流化床（2）、给料机构（3）、第一旋风分离器（4）和第一返料机构（5）；第一鼓泡流化床（1）的内部设有与其同轴的内部循环流化床（2），外部分别与给料机构（3）和第一旋风分离器（4）相接，第一鼓泡流化床（1）的底端设有第一风室（6），第一风室（6）上方设有第一布风板（7）；第一风室（6）由内风室（14）和外风室（13）构成，内风室（14）用于向内部循环流化床（2）供风，外风室（13）用于向第一鼓泡流化床（1）供风；第一返料机构（5）置于第一旋风分离器（4）的下端； 
第二流化床单元包括第二鼓泡流化床（8）、第二旋风分离器（9）和第二返料机构（10）；第二鼓泡流化床（8）底部设有第二风室（11），第二风室（11）上方设有第二布风板（12），第二旋风分离器（9）与第二鼓泡流化床（8）相接；第二返料机构（10）分别与第一鼓泡流化床（1）和第二鼓泡流化床（8）相连通，第二鼓泡流化床（8）还与所述第一返料机构（5）相连通；
所述内部循环流化床（2）的底端呈喇叭口状, 所述外风室（13）呈倒锥形。
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