CN102179215A - 石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统及其工艺流程 - Google Patents

石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统及其工艺流程 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统及其工艺流程，包括还原器、还原器旋风分离器、氧化器、氧化器旋风分离器、压气器、饱和器、冷凝器、二氧化碳收集罐、一级涡轮机和二级涡轮机；将经除渣处理后的石油或天燃气送入还原器内，在还原器内与从氧化器来的NiO反应，生成高温高压纯CO2气体，经还原器旋风分离器送入一级涡轮机中作功，从氧化器产生的高温高压N2气送到二级涡轮机中作功，反应生成的纯CO2气体收入二氧化碳收集罐。应用本发明，石油或天然气在系统内通过化学链燃烧方式产生高温高压气体，驱动一级涡轮机和二级涡轮机做功，不会产生粉尘和CO2气体污染。

Description

石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统及其工艺流程
技术领域
本发明涉及以燃油、天然气为动力源的动力装置，尤其是一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统及其工艺流程。
背景技术
全球气候变暖主要是由于以CO2为主的温室气体的大量排放导致地球温室效应的加剧所造成的。控制和减少CO2的排放量对于解决大气温室效应和全球变暖的影响具有重要作用。CO2的排放，其中大部分CO2除了由燃煤产生外,主要是燃烧石油及其产品产生的。在未来相当长的时期内，燃油为主的动力能源格局不会改变，石油、天燃气消耗量将持续增长，控制燃油、天燃气生产中CO2的排放对于解决大气温室效应和全球变暖具有显著的作用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，能够有效控制CO2的排放。
本发明的另一目的在于：提供一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统的工艺流程，用化学链燃烧方式产生动力并分离出纯CO2进行收集，不产生CO2气体污染。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，包括还原器、还原器旋风分离器、氧化器、氧化器旋风分离器、压气器、饱和器、冷凝器、二氧化碳收集罐、一级涡轮机和二级涡轮机，
所述还原器具有NiO喷射管、带有阀门的石油或天然气喷射管、Ni粉出口、电加热管、还原器循环流化出口和还原器循环流化入口；
所述还原器旋风分离器具有还原器旋风分离器循环流化出口、还原器旋风分离器循环流化入口和还原器旋风分离器气体出口；
所述氧化器具有NiO粉出口、压缩空气入口、Ni粉入口、氧化器循环流化出口和氧化器循环流化入口；
所述氧化器旋风分离器具有氧化器旋风分离器循环流化出口、氧化器旋风分离器循环流化入口和氧化器旋风分离器气体出口；
所述冷凝器具有冷凝器入口、CO2出口、及H2O出口；
所述还原器的NiO喷射管、Ni粉出口、还原器循环流化出口和还原器循环流化入口分别与氧化器的NiO粉出口、Ni粉入口、还原器旋风分离器的还原器旋风分离器循环流化入口和还原器旋风分离器循环流化出口连通；所述氧化器的压缩空气入口经所述饱和器与所述压气器连通，其氧化器循环流化出口和氧化器循环流化入口分别与所述氧化器旋风分离器的氧化器旋风分离器循环流化入口和氧化器旋风分离器循环流化出口连通；所述还原器旋风分离器的还原器旋风分离器气体出口经所述一级涡轮机与冷凝器入口连通；冷凝器的所述CO2出口与所述二氧化碳收集罐连通；所述氧化器旋风分离器的氧化器旋风分离器气体出口与所述二级涡轮机连通，二级涡轮机的气体出口与大气相通。
所述一级涡轮机和二级涡轮机的动力输出轴传动连接，构成动力轴。
所述动力轴分别与发电机和所述压气器传动连接。
一种使用所述石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统的工艺流程，包括以下流程：
流程A：将经除渣处理后的石油或天燃气通过石油或天然气喷射管送入还原器内, 电加热管将还原器内的温度加热到850-960度，用于反应开始时提供热量,还原器与还原器旋风分离器组成循环流化床，在还原器内，石油或天燃气与从氧化器来的NiO反应，生成温度小于600度、压力小于20Mpa的高温高压纯CO2气体，反应方程式为：
Figure 919075DEST_PATH_IMAGE001
+热量
或
Figure 204563DEST_PATH_IMAGE002
+热量
所述NiO喷射管、石油或天然气喷射管位于炉体中部，两者的喷射方向相向且均与炉体的内壁相切，形成喷射旋转气流；
氧化器与氧化器旋风分离器组成循环流化床，在还原器内生成的Ni通过Ni粉入口送入氧化器中，同时经压气器、饱和器压缩的空气通过压缩空气入口送入氧化器中，Ni粉入口和压缩空气入口的喷射方向相向且均与炉体的内壁相切，在氧化器中发生氧化反应，将Ni氧化成NiO，反应方程式为：
2Ni+O2→2NiO+热量
流程B：上述反应生成的高温高压纯CO2气体通过还原器风分离器送入一级涡轮机中作功，带动发电机发电，同时也为压气器提供动力；从氧化器旋风分离器中出来的温度小于600度、压力小于20Mpa的高温高压N2气，送到二级涡轮机中作功，带动发电机发电，同时也为压气器提供动力；
流程C：从一级涡轮机出来的气体经冷凝器冷凝成纯CO2气体和水，将纯CO2气体回收到二氧化碳收集罐中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由还原器、还原器旋风分离器、氧化器、氧化器旋风分离器、压气器、饱和器、冷凝器、二氧化碳收集罐、一级涡轮机和二级涡轮机构成的石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，石油或天然气在该系统内不是通过火焰燃烧产生动力，而是通过化学链燃烧方式产生高温高压气体，驱动一级涡轮机和二级涡轮机做功，整个过程因没有火焰燃烧，因而不会产生粉尘和CO2气体污染，通过化学反应生成的纯净的CO2气体被收集利用。在化学工业上，二氧化碳是一种重要的原料，大量用于生产纯碱(Na2CO3)、小苏打(NaHCO3)、尿素[CO(NH2)2]、碳酸氢铵(NH4HCO3)、颜料铅白[Pb(OH)2·2PbCO3] ，还可以合成甲醇、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料，等等。
本发明的石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统的工艺流程，使石油或天然气发生化学链燃烧，产生高温高压气体，驱动一级涡轮机和二级涡轮机做功，同时生成纯净的CO2气体，可以直接收集利用，不产生CO2气体污染。
附图说明
图1是本发明的结构及工艺流程示意图。
图2是图1中还原器的结构示意图。
图3是图1中氧化器的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，包括还原器1、还原器旋风分离器2、氧化器10、氧化器旋风分离器9、压气器3、饱和器4、冷凝器6、二氧化碳收集罐、一级涡轮机5和二级涡轮机8。所述还原器1具有NiO喷射管103、带有阀门104的石油或天然气喷射管105、Ni粉出口107、电加热管106、还原器循环流化出口和还原器循环流化入口；该还原器1的炉体101由耐火砖构成，所述炉体101的横截面为圆形，其外壁包裹有由石棉构成的绝热层；为了增加承压能力，还可以在炉体101外围曾设钢板加固层；所述NiO喷射管103、石油或天然气喷射管105位于炉体中部，两者的喷射方向相向且均与炉体101的内壁相切。所述氧化器10具有NiO粉出口1007、压缩空气入口1003、Ni粉入口、氧化器循环流化出口和氧化器循环流化入口；该氧化器10的氧化器炉体1001由耐火砖构成，所述氧化器炉体1001的横截面为圆形，其外壁包裹有由石棉构成的绝热层；为了增加承压能力，还可以在氧化器炉体1001外围曾设钢板加固层；所述Ni粉入口上游设有Ni粉输送机1004和Ni粉漏斗1005；Ni粉入口和压缩空气入口1003位于氧化器炉体1001底部，两者的喷射方向相向且均与氧化器炉体1001的内壁相切。氧化器10还设有用于控制Ni粉入口和压缩空气入口1003的总阀门1006。所述还原器旋风分离器2具有还原器旋风分离器循环流化出口、还原器旋风分离器循环流化入口和还原器旋风分离器气体出口；所述氧化器旋风分离器9具有氧化器旋风分离器循环流化出口、氧化器旋风分离器循环流化入口和氧化器旋风分离器气体出口；所述冷凝器6具有冷凝器入口、CO2出口、及H2O出口，所述CO2出口与所述二氧化碳收集罐连通。所述还原器1的NiO喷射管103、Ni粉出口107、还原器循环流化出口和还原器循环流化入口分别与氧化器10的NiO粉出口1007、Ni粉入口、还原器旋风分离器2的还原器旋风分离器循环流化入口和还原器旋风分离器循环流化出口连通；所述氧化器10的压缩空气入口1003经所述饱和器4与所述压气器3连通，其氧化器循环流化出口和氧化器循环流化入口分别与所述氧化器旋风分离器9的氧化器旋风分离器循环流化入口和氧化器旋风分离器循环流化出口连通；所述还原器旋风分离器2的还原器旋风分离器气体出口经所述一级涡轮机5与冷凝器6入口连通；所述氧化器旋风分离器9的氧化器旋风分离器气体出口与所述二级涡轮机8连通，二级涡轮机8的气体出口与大气相通。所述一级涡轮机5和二级涡轮机8的动力输出轴传动连接，构成动力轴。所述动力轴分别与发电机7和所述压气器3传动连接。
一种使用上述石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统的工艺流程，包括以下流程：
流程A：将经除渣处理后的石油或天燃气通过石油或天然气喷射管105送入还原器1内, 电加热管106将还原器1内的温度加热到850-960度，用于反应开始时提供热量,还原器1与还原器旋风分离器2组成循环流化床，在还原器1内，石油或天燃气与从氧化器10来的NiO反应，生成温度小于600度、压力小于20Mpa的高温高压纯CO2气体，反应方程式为：
Figure 472733DEST_PATH_IMAGE001
+热量
或
Figure 278009DEST_PATH_IMAGE002
+热量
为使化学反应充分进行，所述NiO喷射管103、石油或天然气喷射管105位于炉体中部，两者的喷射方向相向且均与炉体101的内壁相切，形成旋转气流，具有反应效果好、结构简单等特点；
氧化器10与氧化器旋风分离器9组成循环流化床，在还原器1内生成的Ni通过Ni粉入口送入氧化器10中，同时经压气器3、饱和器4压缩的空气通过压缩空气入口1003送入氧化器10中，为使化学反应充分进行，Ni粉入口和压缩空气入口1003的喷射方向相向且均与炉体1001的内壁相切。在氧化器10中发生氧化反应，将Ni氧化成NiO，反应方程式为：
2Ni+O2→2NiO+热量。
流程B：反应生成高温高压纯CO2气体通过还原器风分离器2送入一级涡轮机5中作功，带动发电机7发电，同时也为压气器3提供动力；从氧化器旋风分离器9中出来的温度小于600度、压力小于20Mpa的高温高压N2气，送到二级涡轮机8中作功，带动发电机7发电，同时也为压气器3提供动力。
流程C：从一级涡轮机5出来的气体经冷凝器6冷凝成纯CO2气体和水，将纯CO2气体回收到二氧化碳收集罐中。

Claims (4)

1.一种石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，其特征在于：包括还原器（1）、还原器旋风分离器（2）、氧化器（10）、氧化器旋风分离器（9）、压气器（3）、饱和器（4）、冷凝器（6）、二氧化碳收集罐、一级涡轮机（5）和二级涡轮机（8），
所述还原器（1）具有NiO喷射管（103）、带有阀门（104）的石油或天然气喷射管（105）、Ni粉出口（107）、电加热管（106）、还原器循环流化出口和还原器循环流化入口；
所述还原器旋风分离器（2）具有还原器旋风分离器循环流化出口、还原器旋风分离器循环流化入口和还原器旋风分离器气体出口；
所述氧化器（10）具有NiO粉出口（1007）、压缩空气入口（1003）、Ni粉入口、氧化器循环流化出口和氧化器循环流化入口；
所述氧化器旋风分离器（9）具有氧化器旋风分离器循环流化出口、氧化器旋风分离器循环流化入口和氧化器旋风分离器气体出口；
所述冷凝器（6）具有冷凝器入口、CO2出口、及H2O出口；
所述还原器（1）的NiO喷射管（103）、Ni粉出口（107）、还原器循环流化出口和还原器循环流化入口分别与氧化器（10）的NiO粉出口（1007）、Ni粉入口、还原器旋风分离器（2）的还原器旋风分离器循环流化入口和还原器旋风分离器循环流化出口连通；所述氧化器（10）的压缩空气入口（1003）经所述饱和器（4）与所述压气器（3）连通，其氧化器循环流化出口和氧化器循环流化入口分别与所述氧化器旋风分离器（9）的氧化器旋风分离器循环流化入口和氧化器旋风分离器循环流化出口连通；所述还原器旋风分离器（2）的还原器旋风分离器气体出口经所述一级涡轮机（5）与冷凝器（6）入口连通；冷凝器（6）的所述CO2出口与所述二氧化碳收集罐连通；所述氧化器旋风分离器（9）的氧化器旋风分离器气体出口与所述二级涡轮机（8）连通，二级涡轮机（8）的气体出口与大气相通。
2.根据权利要求1所述的石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，其特征在于：所述一级涡轮机（5）和二级涡轮机（8）的动力输出轴传动连接，构成动力轴。
3.根据权利要求2所述的石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统，其特征在于：所述动力轴分别与发电机（7）和所述压气器（3）传动连接。
4.一种使用权利要求3所述的石油、天燃气无火焰化学链燃烧动力系统的工艺流程，其特征在于包括以下流程：
流程A：将经除渣处理后的石油或天燃气通过石油或天然气喷射管（105）送入还原器（1）内，电加热管（106）将还原器（1）内的温度加热到850-960度，用于反应开始时提供热量,还原器（1）与还原器旋风分离器（2）组成循环流化床，在还原器（1）内，石油或天燃气与从氧化器（10）来的NiO反应，生成温度小于600度、压力小于20Mpa的高温高压纯CO2气体，反应方程式为：
Figure 927031DEST_PATH_IMAGE001
+热量
或
Figure 699815DEST_PATH_IMAGE002
+热量    
所述NiO喷射管（103）、石油或天然气喷射管（105）位于炉体中部，两者的喷射方向相向且均与炉体（101）的内壁相切，形成喷射旋转气流；
氧化器（10）与氧化器旋风分离器（9）组成循环流化床，在还原器（1）内生成的Ni通过Ni粉入口送入氧化器（10）中，同时经压气器（3）、饱和器（4）压缩的空气通过压缩空气入口（1003）送入氧化器（10）中，Ni粉入口和压缩空气入口（1003）的喷射方向相向且均与炉体（1001）的内壁相切，在氧化器（10）中发生氧化反应，将Ni氧化成NiO，反应方程式为：
2Ni+O2→2NiO+热量
流程B：上述反应生成的高温高压纯CO2气体通过还原器风分离器（2）送入一级涡轮机（5）中作功，带动发电机（7）发电，同时也为压气器（3）提供动力；从氧化器旋风分离器（9）中出来的温度小于600度、压力小于20Mpa的高温高压N2气，送到二级涡轮机（8）中作功，带动发电机（7）发电，同时也为压气器（3）提供动力；
流程C：从一级涡轮机（5）出来的气体经冷凝器（6）冷凝成纯CO2气体和水，将纯CO2气体回收到二氧化碳收集罐中。
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