CN103320175B - 一种高效清洁低碳煤分级利用方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效清洁低碳煤分级利用方法与装置，目的在于实现煤的分级转化和高效清洁利用，可以保证燃料(特别是固体燃料如煤粉)高效利用和高浓度CO₂富集，提高燃料的综合利用价值，实现电、气、焦油多联产并减少CO₂及其他污染物(如NO_x和SO_x)排放。本发明方法将煤粗产品加工(煤热解)与煤燃烧(化学链氧解耦)两个过程相互耦合。装置主要包括给煤机、热解炉反应器、旋风分离器、一、二级冷却器、焦油收集器、燃料反应器、流动密封阀、空气反应器、冷凝器、煤灰收集器和氧载体收集器。本发明适合各种固体燃料，如石油焦、生物质、城市固体废弃物、污泥等以及不同的煤种。

Description

一种高效清洁低碳煤分级利用方法及装置

技术领域

本发明涉及能源清洁与高效利用领域，具体为一种在三联循环流化床中实现的煤分级转化，电、煤气、焦油多联产，污染物近零排放，低成本CO₂捕集的方法与装置。

背景技术

煤作为一种储量丰富、价格低廉的化石燃料，在化工领域及电力行业占据着极其重要的地位。尤其在我国，煤炭资源相对丰富，在能源结构中所占比例很大。但是煤炭通常直接被用于燃烧发电。煤炭中的高工业附加值、低热值的组分被直接燃烧掉，大大降低了煤的实际利用价值；同时煤直接燃烧发电产生了大量CO₂，加剧了温室效应，造成了全球气候恶化。特别是近些年，能源紧缺，全球变暖，气候灾害严重，使能源资源的节能减排技术越来越受到人们的重视。

目前，在煤的高效利用方面，较成熟的方法是煤的分级转化多联产技术。该方法基于煤热解技术，将煤在热解炉反应器2中热解，气液产物被分离收集，用做化工原料等；剩余半焦被用于流化床燃烧放热，进而用于发电。该方法实现了煤的电、气、焦油的多联产综合利用，有效地提高了煤炭资源的利用率，具有良好的经济效益。但是并没有解决CO₂大量排放的问题。

而化学链氧解耦燃烧技术(CLOU)避免了燃料与空气直接接触，通过氧载体在空气反应器及燃料反应器内循环来传递氧气供给燃料燃烧。该方法是一种新型燃烧技术，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，是解决能源高效清洁利用的重要技术之一。但是化学链氧解耦燃烧技术通常直接以化石燃料作为燃料，没有充分利用燃料中的高附加值组分。

鉴于煤分级多联产技术与化学链氧解耦燃烧技术优良的互补特性，本发明试图在已有成熟技术的基础上，实现煤的分级转化、高效利用并低成本的捕集CO₂。

发明内容

本发明提供一种高效清洁低碳煤分级利用方法与装置，目的在于实现煤的分级转化和高效清洁利用，可以保证燃料(特别是固体燃料如煤粉)高效利用和高浓度CO₂富集，提高燃料的综合利用价值，实现电、气、焦油多联产并减少CO₂及其他污染物(如NO_x和SO_x)排放。

本发提供的清洁低碳煤分级利用方法，该方法包括下述步骤：

第1步将热解炉反应器调节为500～900℃，送入热解燃料，并通入流化气流化，燃料热解为粗煤气和半焦；

第2步粗煤气经过气液分离，获得清洁煤气及焦油，进行收集利用，半焦送入化学链氧解耦燃料反应器中，与氧载体释放的O₂反应放热，产物为煤灰和水蒸气、CO₂，煤灰分离并收集，气体产物冷凝除水蒸气后可获得高纯度的CO₂，将一部分CO₂作为化学链氧解耦燃料反应器的流化气，一部分CO₂送入热解炉反应器；

第3步部分高纯度的CO₂及部分清洁煤气送入热解炉反应器作为循环烟气和流化气，调节CO₂占流化气的比例以获得不同气化程度的半焦，同时获得不同产量的煤气；

第4步释放了O₂的氧载体送入空气反应器与空气反应氧化，恢复活性，并释放热量，再送回所述化学链氧解耦燃料反应器进行循环使用；

第5步持续不断的送入燃料，重复上述第1步至第4步，直到任务完成，以实现连续的煤气、焦油生产，燃料反应器及空气反应器中化学反应产生热量用于发电，并实现高纯度CO₂的连续捕集。

本发明提供的清洁低碳煤分级利用装置，其特征在于，该装置包括给煤机、热解炉反应器、第一旋风分离器，一级冷却器、二级冷却器、焦油收集器、第一流动密封阀、燃料反应器、第二旋风分离器、第二流动密封阀、空气反应器、第三旋风分离器、第三流动密封阀、第四旋风分离器、冷凝器、煤灰收集器、第五旋风分离器和氧载体收集器；

在热解炉反应器的侧壁上连接有给煤机；燃料反应器的尾气热解炉反应器的流化气，流化气通过管路送入热解炉反应器；所述热解炉反应器的半焦出口通过管路连接燃料反应器，管路上连接有第一流动密封阀；所述热解炉反应器的粗煤气出口通过管路连接第一旋风分离器进口；第一旋风分离器分离的煤焦直接送入第一流动密封阀中；第一旋风分离器的尾气出口通过管路与一级冷却器上端相连，一级冷却器下半部分与二级冷却器下半部分由管路连接；由旋风分离器除尘后的煤气在一、二级冷却器、中进行气液分离，一、二级冷却器、下端通过管路连接焦油收集器收集储存，分离出的洁净煤气从二级冷却器的出口导出；

送入燃料反应器的半焦与氧载体释放的氧气在所述燃料反应器内发生反应，所述燃料反应器的反应管下端通过返料斜管连接第三流动密封阀；所述燃料反应器的风室下端接流化气进口，水蒸气或部分循环尾气通过管路送入燃料反应器作为流化气；所述燃料反应器上端通过管路与第二旋风分离器进口相连，由第二旋风分离器上端送出的尾气从输气管路进入第四旋风分离器；由第四旋风分离器尾气出口送出的尾气进入冷凝器，除去尾气中的水蒸气，得到高浓度的CO₂，实现CO₂捕集；从尾气中引出一部分气体通过管路送到热解炉反应器和燃料反应器作为流化气；由第四旋风分离器分离出的热灰通过管路送入煤灰收集器中，收集或通过入口送入热解炉反应器为煤热解提供热量；由第二旋风分离器分离出的低势氧载体，依次经过立管、第二流动密封阀、返料斜管，进入空气反应器，返料斜管连接空气反应器的下端；

低势氧载体在空气反应器中与空气中的氧反应，恢复为高势氧载体；所述空气反应器下部有布风板，将反应器分为上升管部分和风室部分；风室部分下端送入流化空气；所述空气反应器侧壁面接氧载体进料口；所述空气反应器的尾气出口由管路接第三旋风分离器进口；第三旋风分离器的尾气出口通过管路接第五旋风分离器的进口；第五旋风分离器的下出口连接氧载体收集器，收集分离的氧载体，通过管路送入氧载体进料口；由第三旋风分离器分离的高势氧载体依次经过立管、第二流动密封阀、返料斜管，进入燃料反应器，并在燃料反应器中释放氧气与热解半焦反应。

本发明是一种将煤分级利用与化学链氧解耦燃烧(chemical looping withoxygen uncoupling，简称CLOU)相结合的方法与装置。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明方法将煤粗产品加工(煤热解)与煤燃烧(化学链氧解耦)两个过程相互耦合。深入利用煤热解过程中难以深加工的半焦，通过利用化学链氧解耦产生的尾气作为部分流化气，不仅提高煤热解炉反应器产生粗煤气中含碳气体总量，并在不引入外接流化气的情况下，可获得仅含有C、H、O元素的高品质煤气，后续粗煤气的提纯更加容易，纯度更高，而且可以有效利用尾气中吸收化学链氧解耦燃烧的反应热供给煤热解炉反应器，减少热解炉反应器的热输入和提高整个系统热量利用效率。

(2)所述方法通过将煤粗产品加工(煤热解)与煤燃烧(化学链氧解耦)两个过程耦合。通过实现煤焦的在化学链氧解耦燃烧中化学能梯级利用，提高煤热解产品煤焦的能量利用价值，同时高纯捕集CO₂。

(3)所述方法在CLOU技术的基础上引入煤热解技术，实现了煤的电、气、焦油多联产和高纯度CO₂捕集，有利于控制进行CLOU反应的燃料的组分，扩展特定CLOU反应器的煤种适用范围，提高CLOU的效率，达到了煤分级转化、高效清洁利用的目的。

(4)本发明装置利用双向返料器可调节半焦产量及送入燃料反应器的半焦量，当热解炉反应器产生的半焦量不足以供给CLOU系统发电时，可减少双向返料器中回热解炉反应器的半焦及热灰量，将其全部送回燃料反应器；热解炉反应器产生的半焦过多时，可增加双向返料器中回热解炉反应器2的半焦及热灰量，热灰的高热量促进半焦热解。

(5)本发明方法和装置适合各种固体燃料，如石油焦、生物质、城市固体废弃物、污泥等以及不同的煤种，对于高硫煤，可通过在流化床热解炉反应器、燃料反应器中加入适量CaO等脱硫剂去除SO_x，或在尾气处理装置中方便的去除硫化物，避免污染；燃料反应器除了单独使用热解炉反应器的半焦外，也可加入生物质、煤等燃料与半焦混烧；

(6)本发明可以通过旋风分离器的热灰、燃料反应器的高温尾气，空气反应器的高温尾气来加热热解炉反应器、预热热解炉反应器中的流化气等，提高整个系统的热量利用效率；

附图说明

图1为本发明装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明装置的另一种具体实施方式的结构示意图；

图中：1、给煤机；2、热解炉反应器2；3、第一旋风分离器；4、一级冷却器；5、二级冷却器；6、焦油收集器；7、引风机；8、双向返料器；9、第一流动密封阀；10、燃料反应器；11、第二旋风分离器；12、第二流动密封阀；13、空气反应器；14、第三旋风分离器；15、第三流动密封阀；16、第四旋风分离器；17、冷凝器；18、热煤灰收集器；19、第五旋风分离器；20、氧载体收集器；21、氧载体进料机。

具体实施方式

本发明方法在发展成熟的煤分级转化技术的基础上，引入CLOU技术，实现了煤的电、气、焦油多联产和高纯度CO₂捕集，达到了煤分级转化、高效清洁利用的目的。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的清洁低碳煤分级利用的方法包括如下步骤：

第1步将热解炉反应器2调节为500～900℃，送入热解燃料，并通入流化气流化，燃料热解为粗煤气和半焦；

第2步粗煤气经过气液分离，获得清洁煤气及焦油等产品，进行收集利用，半焦送入化学链氧解耦燃料反应器中，与氧载体释放的O₂反应放热，产物为煤灰和水蒸气、CO₂，煤灰分离并收集，气体产物冷凝除水蒸气后可获得高纯度的CO₂，将一部分CO₂作为化学链氧解耦燃料反应器的流化气，一部分CO₂送入热解炉反应器2，其余进行收集、储存和利用；

第3步部分高纯CO₂及部分清洁煤气送入热解炉反应器2作为循环烟气和流化气，CO₂与煤或煤焦中的C在高温下发生反应生成CO，CO₂浓度越高越有利于煤及半焦的气化，调节CO₂占流化气的比例，即CO2的浓度，可获得不同气化程度的半焦，同时获得不同产量的煤气，CO₂循环烟气的高温也可用来加热热解炉反应器2；

煤在一定温度下(大致300-700℃)是热解过程(析出挥发分)，继续升高温度，由于流化气(含水蒸气和CO2，高温下可与煤焦反应)的影响，热解煤焦会气化，所以热解炉反应器2中热解和气化两种情况均可能发生。

第4步释放了O₂的氧载体送入空气反应器与空气反应氧化，恢复活性，并释放热量，再送回所述化学链氧解耦燃料反应器进行循环使用；

第5步持续不断的送入燃料，重复上述第1步至第4步，直到任务完成，以实现连续的煤气、焦油生产，燃料反应器及空气反应器中化学反应产生热量用于发电，并实现高纯度CO₂的连续捕集。

热解炉反应器2的流化气推荐使用燃料反应器产生的高温CO₂烟气与热解炉反应器2的循环煤气混合气，通过控制CO₂占流化气的比例可调节半焦汽化程度，获得有利于进行CLOU反应的半焦燃料，也可用于调节煤气的产量及反应器的温度，热解炉反应器2的流化气也可另外通入水蒸气或空气反应器的高温空气或前述几种气体的混合。

热解炉反应器2中可掺入惰性热载体，提高热解或气化效率。

CLOU的氧载体可为Cu、Mn、Co等金属氧化物，或钙钛矿、铜矿石、锰矿石、铜矿石和铁矿石混合、铜矿石和锰矿石混合、锰矿石和铁矿石混合、Mn与铁的混合物等。

如图1所示，本发明装置包括给煤机1、热解炉反应器2、第一旋风分离器3，一级冷却器4、二级冷却器5、焦油收集器6、引风机7、双向返料器8、第一流动密封阀9、燃料反应器10、第二旋风分离器11、第二流动密封阀12、空气反应器13、第三旋风分离器14、第三流动密封阀15、第四旋风分离器16、冷凝器17、煤灰收集器18、第五旋风分离器19和氧载体收集器20。

热解炉反应器2为煤热解反应提供空间，在热解炉反应器2的侧壁上连接有给煤机1；燃料反应器10的尾气E(主要是CO₂和水蒸气)、水蒸气、热解炉反应器2的循环煤气D、空气或它们的混合气均可以作为热解炉反应器2的流化气A，流化气通过管路送入热解炉反应器2；所述热解炉反应器2的半焦出口通过管路连接燃料反应器10，管路上连接有第一流动密封阀9；所述热解炉反应器2的粗煤气出口通过管路连接第一旋风分离器3进口；第一旋风分离器3的下出口通过下降管连接双向返料器8，双向返料器8的两个出口分别通过管路连接热解炉反应器2和燃料反应器10；第一旋风分离器3的尾气出口通过管路与一级冷却器4上端相连，一级冷却器4下半部分与二级冷却器5下半部分由管路连接；由旋风分离器3除尘后的煤气在一、二级冷却装置中进行气液分离，一、二级冷却器4、5下端通过管路连接焦油收集器6，焦油等液体产品被焦油收集器6收集储存；剩余的洁净煤气D从二级冷却器5的出口导出，由引风机7送入收集装置，或通过管路送入热解炉反应器2作为循环煤气。

由双向返料器8和第一流动密封阀9送入燃料反应器10的半焦与氧载体释放的氧气发生反应，所述燃料反应器10下部有布风板，隔离风室与反应管；所述燃料反应器10的反应管下端与返料斜管相连，返料斜管另一侧连接第三流动密封阀15；所述燃料反应器10的风室下端接流化气进口，水蒸气或部分循环尾气E通过管路送入燃料反应器10作为流化气B；所述燃料反应器10上端通过管路与第二旋风分离器11进口相连，由第二旋风分离器11上端送出的尾气从输气管路进入第四旋风分离器16；由第四旋风分离器16尾气出口送出的尾气E进入冷凝器17，除去尾气中的水蒸气，得到高浓度的CO₂，实现CO₂捕集；可从尾气E中引出一部分气体，通过管路送到热解炉反应器2和燃料反应器10作为流化气；由第四旋风分离器16分离出的热灰通过管路送入煤灰收集器18中，收集或通过入口1送入热解炉反应器2为煤热解提供热量；由第二旋风分离器11分离出的低势氧载体，依次经过立管、第二流动密封阀12、返料斜管，进入空气反应器13，返料斜管连接空气反应器13的下端。

低势氧载体在空气反应器13中与空气中的O₂反应，恢复为高势氧载体；所述空气反应器13下部有布风板，将反应器13分为上升管部分和风室部分；风室部分下端送入流化空气C；所述空气反应器13侧壁面接氧载体进料口21；所述空气反应器13的尾气出口由管路接第三旋风分离器14进口；第三旋风分离器14的尾气出口通过管路接第五旋风分离器19的进口；从第五旋风分离器19出来的尾气F可用于加热水蒸汽发电，也可通过管路引一部分气体预热热解炉反应器2流化气A；第五旋风分离器19的下出口连接氧载体收集器20，收集分离的氧载体，可通过管路送入氧载体进料口21；由第三旋风分离器14分离的高势氧载体依次经过立管、第二流动密封阀15、返料斜管，进入燃料反应器10，并在燃料反应器10中释放氧气与热解半焦反应。

第一、第二、第三流动密封阀9、12、15可以采用单向或双向流动密封阀。

双向返料器8与第一流动密封阀9可以只使用第一流动密封阀9，只需将第一旋风分离器3分离的煤焦直接送入第一流动密封阀9中。简化后的结构如图2所示。

空气反应器13和燃料反应器10均可以采用快速床、鼓泡床、湍流床、喷动床和喷动流化床进行组合。

本发明装置的工作过程如下：

a)从热解炉反应器2入口A通入预热后的的流化气，根据煤种的不同，控制热解炉反应器2在合适的炉温，通常在500～900℃间；流化气选用一定比例的循环煤气D和燃料反应器10的尾气E。

b)从给煤机1送入煤粉颗粒，煤粉颗粒在热解炉反应器2中受热分解/部分气化，析出挥发分、水蒸气等，气体产物协同一些飞灰颗粒被流化气带入第一旋风分离器3，分离出的固体颗粒通过双向返料器8送回热解炉反应器2或燃料反应器10中；同时，热解炉反应器2中产生的部分热解半焦通过第一流动密封阀9直接送入燃料反应器10；

c)去除固体颗粒的粗煤气送入一级冷却器4和二级冷却器5，收集焦油等液体产物于焦油收集器6中，剩余的清洁煤气由引风机7引出，可直接用于其他工业生产，可作为热解炉反应器2的流化气A，也可存储于收集装置；

d)从氧载体进料口21向空气反应器13中送入铁基氧载体，将水蒸气(也可与来自燃料反应器10的循环烟气E一起)通入燃料反应器10作为其流化气，向空气反应器13送入空气作为流化气C，氧载体在燃料反应器10和空气反应器13间循环，根据氧载体颗粒的不同，控制两反应器中温度在800-1000℃左右，在燃料反应器10中，氧载体分解释放气态氧气，氧气与第一流动密封阀9、双向流动密封阀8送来的热解半焦进行反应；

e)半焦反应后的气体产物协同飞灰、失活氧载体颗粒被流化气送入第二旋风分离器11，经旋风分离器分离，失活氧载体被送入第二流动密封阀12，经返料斜管送回空气反应器13，与流化空气反应重新恢复为高势氧载体；

f)由燃料反应器10出口排出的尾气经第二旋风分离器11分离后送入第四旋风分离器16，除去固体热灰的尾气E可送入热解炉反应器2作为流化气A，并加热热解炉反应器2；也可送入冷凝器17，去除尾气中的水蒸气，得到高纯度的CO₂，进行收集利用或地质封存；

g)由第四旋风分离器16分离出的热灰送入煤灰收集器18中，或从给煤机1送入热解炉反应器2中，提供煤热解所需的热量；

h)氧载体颗粒在空气反应器13中与流化空气F进行反应，恢复为高势氧载体，流化空气携带活化氧载体进入第三旋风分离器14进行分离，被第三旋风分离器14分离出的的氧载体依次经过第三流动密封阀15、返料斜管进入燃料反应器10释放氧气，完成氧载体的释氧吸氧循环；

i)第三旋风分离器14的尾气则进入第五旋风分离器19；第五旋风分离器19的高温尾气F大部分可用于产生水蒸汽进行发电，另外一部分可用于加热流化气A；

j)由第五旋风分离器19分离出来的氧载体颗粒送入氧载体收集器20，也可从氧载体进料机21送回空气反应器13。

实例：

本实例选用水蒸气作为热解炉反应器2的流化气，从热解炉反应器2入口通入水蒸气；从给煤机1送入煤粉颗粒，从氧载体入口21送入铁基氧载体，在整个系统运行起来后，调节送入热解炉反应器2的热灰量及流化气的温度，将热解炉反应器2内温度控制在500℃左右；

a)煤粉颗粒在热解炉反应器2中受热分解，析出挥发分、水蒸气等，气体产物协同一些飞灰颗粒被流化气带入第一旋风分离器3，分离出的固体颗粒通过双向返料器8送入热解炉反应器2或燃料反应器10中；同时，热解炉反应器2中剩余的热解半焦通过第一流动密封阀9直接送入燃料反应器10；

b)去除固体颗粒的粗煤气送入一级冷却器4和二级冷却器5，收集焦油等液体产物于焦油收集器6中，清洁煤气由引风机7引出，部分煤气D送入热解炉反应器2作为循环煤气A，剩余的煤气存储于收集装置；

c)从氧载体进料口21向空气反应器13中送入铁基氧载体，向燃料反应器10通入水蒸气作为流化气B，向空气反应器13送入空气作为流化气C，氧载体在燃料反应器10和空气反应器13间循环，控制两反应器中温度在900℃左右，在燃料反应器10中，氧载体分解释放气态氧气，氧气与第一流动密封阀9、双向流动密封阀8送来的热解半焦进行反应；

d)半焦反应后的气体产物协同飞灰、低势氧载体颗粒被流化气送入第二旋风分离器11，经旋风分离器分离，低势氧载体被送入第二流动密封阀12，经返料斜管送回空气反应器13，与流化空气反应重新恢复为高势氧载体；

e)由第二旋风分离器11分离出的尾气送入第四旋风分离器16，第四旋风分离器16的尾气一部分通过管路送回燃料反应器10作为循环烟气B，其余部分送入冷凝器17，去除尾气中的水蒸气，收集得到高纯度的CO₂；

f)由第四旋风分离器16分离出的热灰送入煤灰收集器18中，或从给煤机1送入热解炉反应器2中，提供煤热解所需的热量；

g)氧载体颗粒在空气反应器13中与流化空气进行反应，恢复为高势氧载体，流化空气携带活化氧载体进入第三旋风分离器14进行分离，被第三旋风分离器14分离出的的氧载体依次经过第三流动密封阀15、返料斜管进入燃料反应器10释放氧气，完成氧载体的释氧吸氧循环；

h)第三旋风分离器14的尾气则进入第五旋风分离器19；第五旋风分离器19的高温尾气大部分可用于产生水蒸汽进行发电，另外一部分用于加热热解炉反应器2的流化气A；

i)由第五旋风分离器19分离出来的氧载体颗粒送入氧载体收集器20，也可从氧载体进料机21送回空气反应器13。

总之，本发明将煤分级转化多联产技术与化学链氧解耦燃烧技术相结合，首先将煤在热解炉反应器2中热解，气液产物被分离收集，可用做化工原料、优质燃料等；剩余半焦被用于化学链氧解耦燃烧，放出热量用于发电，并产生高纯度CO₂，易于收集处理。实现了煤分级转化、高效清洁利用的目的。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种高效清洁低碳煤分级利用装置，其特征在于，该装置包括给煤机、热解炉反应器、第一旋风分离器，一级冷却器、二级冷却器、焦油收集器、第一流动密封阀、燃料反应器、第二旋风分离器、第二流动密封阀、空气反应器、第三旋风分离器、第三流动密封阀、第四旋风分离器、冷凝器、热煤灰收集器、第五旋风分离器和氧载体收集器； 

在热解炉反应器的侧壁上连接有给煤机；流化气通过管路送入热解炉反应器；所述热解炉反应器的半焦出口通过管路连接燃料反应器，管路上连接有第一流动密封阀；所述热解炉反应器的粗煤气出口通过管路连接第一旋风分离器进口；第一旋风分离器分离的半焦直接送入第一流动密封阀中；第一旋风分离器的尾气出口通过管路与一级冷却器上端相连，一级冷却器下半部分与二级冷却器下半部分由管路连接；由第一旋风分离器除尘后的煤气在一、二级冷却器中进行气液分离，一、二级冷却器下端通过管路连接焦油收集器收集储存，分离出的洁净煤气从二级冷却器的出口导出； 

送入燃料反应器的半焦与来自空气反应器的氧载体颗粒释放的氧气在所述燃料反应器内发生反应，所述燃料反应器的反应管下端通过返料斜管连接第三流动密封阀；所述燃料反应器的风室下端接流化气进口；所述燃料反应器上端通过管路与第二旋风分离器进口相连，由第二旋风分离器上端送出的尾气从输气管路进入第四旋风分离器；由第四旋风分离器尾气出口送出的部分尾气进入冷凝器，除去尾气中的水蒸汽，得到高浓度的CO₂，实现CO₂捕集；从第四旋风分离器尾气出口送出的尾气中引出一部分气体通过管路送到热解炉反应器和燃料反应器作为流化气；由第四旋风分离器分离出的热煤灰通过管路送入热煤灰收集器中，并通过入口送入热解炉反应器为煤热解提供热量；由第二旋风分离器分离出的低势氧载体颗粒，依次经过立管、第二流动密封阀、返料斜管，进入空气反应器，返料斜管连接空气反应器的下端； 

低势氧载体颗粒在空气反应器中与空气中的氧反应，恢复为高势氧载体颗粒；所述空气反应器下部有布风板，将空气反应器分为上升管部分和风室部分；风室部分下端送入流化空气；所述空气反应器侧壁面接氧载体颗粒进料机；所述空气反应器的尾气出口由管路接第三旋风分离器进口；第三旋风分离器的尾气出口通过管路接第五旋风分离器的进口；第五旋风分离器的下出口连接氧载体收集器，收集分离的氧载体颗粒，通过管路送入氧载体进料机并送回空气反应器；由第三旋风分离器分离的高势氧载体颗粒依次经过立管、第三流动密封阀、返料斜管，进入燃料反应器，并在燃料反应器中释放氧气与热解半焦反应。

2.一种高效清洁低碳煤分级利用装置，其特征在于，该装置包括给煤机、热解炉反应器、第一旋风分离器，一级冷却器、二级冷却器、焦油收集器、第一流动密封阀、燃料反应器、第二旋风分离器、第二流动密封阀、空气反应器、第三旋风分离器、第三流动密封阀、第四旋风分离器、冷凝器、热煤灰收集器、第五旋风分离器和氧载体收集器； 

在热解炉反应器的侧壁上连接有给煤机；流化气通过管路送入热解炉反应器；所述热解炉反应器的半焦出口通过管路连接燃料反应器，管路上连接有第一流动密封阀；所述热解炉反应器的粗煤气出口通过管路连接第一旋风分离器进口；第一旋风分离器的下出口通过下降管连接双向返料器，双向返料器的两个出口分别通过管路连接热解炉反应器和燃料反应器；第一旋风分离器的尾气出口通过管路与一级冷却器上端相连，一级冷却器下半部分与二级冷却器下半部分由管路连接；由第一旋风分离器除尘后的煤气在一、二级冷却器中进行气液分离，一、二级冷却器下端通过管路连接焦油收集器收集储存，分离出的洁净煤气从二级冷却器的出口导出； 

送入燃料反应器的半焦与来自空气反应器的氧载体颗粒释放的氧气在所述燃料反应器内发生反应，所述燃料反应器的反应管下端通过返料斜管连接第三流动密封阀；所述燃料反应器的风室下端接流化气进口；所述燃料反应器上端通过管路与第二旋风分离器进口相连，由第二旋风分离器上端送出的尾气从输气管路进入第四旋风分离器；由第四旋风分离器尾气出口送出的部分尾气进入冷凝器，除去尾气中的水蒸汽，得到高浓度的CO₂，实现CO₂捕集；从第四旋风分离器尾气出口送出的尾气中引出一部分气体通过管路送到热解炉反应器和燃料反应器作为流化气；由第四旋风分离器分离出的热煤灰通过管路送入热煤灰收集器中，并通过入口送入热解炉反应器为煤热解提供热量；由第二旋风分离器分离出的低势氧载体颗粒，依次经过立管、第二流动密封阀、返料斜管，进入空气反应器，返料斜管连接空气反应器的下端； 

低势氧载体颗粒在空气反应器中与空气中的氧反应，恢复为高势氧载体颗粒；所述空气反应器下部有布风板，将空气反应器分为上升管部分和风室部分；风室部分下端送入流化空气；所述空气反应器侧壁面接氧载体颗粒进料机；所述空气反应器的尾气出口由管路接第三旋风分离器进口；第三旋风分离器的尾气出口通过管路接第五旋风分离器的进口；第五旋风分离器的下出口连接氧载体收集器，收集分离的氧载体颗粒，通过管路送入氧载体进料机并送回空气反应器；由第三旋风分离器分离的高势氧载体颗粒依次经过立管、第三流动密封阀、返料斜管，进入燃料反应器，并在燃料反应器中释放氧气与热解半焦反应。