CN105135421A - 一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器 - Google Patents

一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，包括金属网型反应体、金属网骨架、活性氧载体、反应炉膛。其中金属网型反应体由金属网骨架和活性氧载体组成，金属网型反应体填充在反应炉膛中，与反应炉膛内交替通过的燃料气和空气分别发生化学链燃烧的还原反应和氧化反应。本发明利用金属网骨架比表面积大和多孔性的特点，既能使活性氧载体在反应炉膛内得到最大程度的分散，还能使进气受到二维方向上的充分扰动，充分增加了活性氧载体与进气的接触面积和接触时间，保证进气与金属网型反应体在反应炉膛内化学链燃烧反应的充分进行。此外，金属网多孔性的特点，还能避免化学链燃烧反应中积碳过多造成反应器内的堵塞。

Description

一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器
技术领域
本发明涉及化学链燃烧技术领域，具体涉及一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器。
背景技术
化学链燃烧技术是控制和减少CO2排放的有效途径之一，继早期氧载体的开发及性能测试研究后，反应器的设计与优化逐渐成为现阶段化学链燃烧研究中的焦点。
迄今为止，用于化学链燃烧的反应器主要有串联双流化床反应器和传统的固定床反应器。串联双流化床反应器中主要是通过将氧载体流化，在两个串联的反应器之间循环流动，同时，在两个反应器内分别发生还原反应和氧化反应；传统固定床反应器中，氧载体在反应器内固定不动，与交替通过的燃料和空气分别发生还原反应和氧化反应。无论上述何种形式的反应器，在具体应用中均存在以下问题：1)反应不能在反应器内得到最大程度的分散，在流化床内主要集中在流化区域，在传统固定床内主要集中在氧载体存在区域；2)进气在反应器内为单一方向的流动，受到的扰动不够充分；3)受化学链燃烧反应中的积碳性影响较大，在流化床反应器中表现为，积碳过多时，影响氧载体的流化，在传统固定床中表现为，积碳过多时影响反应气的通流性及其与氧载体的接触，严重时甚至有可能引起反应器内部堵塞。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，以解决当前化学链燃烧反应器中由于氧载体在反应器内分散性不足、反应进气在反应器内扰动不足以及积碳严重时引起的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器包括进气管路1、绝热保温层2、反应炉膛3和排气管路5，其中进气管路1包括燃料气入口和空气入口，燃料气和空气通过进气管路1交替进入反应炉膛3内；绝热保温层2设置于反应炉膛3周围，以实现该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器与环境之间的绝热；其中，该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器还包括：设置于反应炉膛3内的金属网型反应体4，该金属网型反应体4包括金属网骨架6与活性氧载体7，金属网骨架6由紧密编制的金属网卷制而成，活性氧载体7涂于金属网骨架6之上；金属网型反应体4与通过进气管路1交替进入反应炉膛3内的燃料气和空气分别发生化学链燃烧的还原反应和氧化反应。
上述方案中，所述活性氧载体7涂在所述金属网骨架6上，通过金属网骨架6比表面积大的特点，使活性氧载体7最大程度的充分分散于整个反应炉膛3内，增加活性氧载体7与反应气之间的接触面积。
上述方案中，所述金属网骨架6作为所述活性氧载体7的支撑结构，填充在整个反应炉膛3内，通过金属网骨架6多孔性的特点，使通过金属网型反应体4的进气在整个反应炉膛3内受到二维方向上的充分扰动，增加活性氧载体7与反应气之间的接触时间。
上述方案中，所述金属网型反应体4以金属网骨架6为主要支撑结构，能够减少化学链燃烧反应中所产生的积碳的附着，避免由于积碳过多造成的反应器堵塞，保证气体在反应炉膛3内的畅通性。
上述方案中，所述金属网型反应体4是采用钛丝网型反应体、钨丝网型反应体或耐高温的不锈钢丝网型反应体。
上述方案中，所述金属网型反应体4采用钛丝网型反应体，钛丝的直径在0.1mm到2mm之间，所述活性氧载体7采用Ni基、Co基、Cu基、Fe基或者多金属及混合型氧载体。
上述方案中，所述活性氧载体7采用NiO/NiAl2O4。
上述方案中，所述金属网型反应体4与通过进气管路1交替进入反应炉膛3内的燃料气和空气分别发生化学链燃烧的还原反应和氧化反应，反应后的乏气通过排气管路5排出反应炉膛3。
(三)有益效果
从上述技术方案中可以看出，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，以金属网骨架6为支撑结构，以涂层形式的活性氧载体7共同组成金属网型反应体4，并填充在整个反应炉膛3内，不仅能使活性氧载体7充分分散于整个反应炉膛3内，还能利用金属网骨架6的多孔性，使通过的气体在整个反应器内受到二维方向上的充分扰动，既增加了氧载体与反应气之间的接触面积，又增加了反应气与氧载体之间的接触时间，保证反应炉膛内化学链燃烧反应的充分进行。
2、本发明提供的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，金属网骨架6的多孔结构，可以减少化学链燃烧反应中生成的积碳的附着，既可以避免积碳过多时对流化床反应器中氧载体流化性的影响，又可以避免传统固定床中积碳过多对气体通流性的影响。此外，作为活性氧载体7支撑结构的金属网骨架6，在强放热的氧化反应阶段，还能及时带走反应放出的热量，避免因放热过于剧烈造成的氧载体高温烧结。
附图说明
图1为依照本发明实施例的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器的原理示意图；
图2为图1所示金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器的金属网型反应体及氧载体涂层示意图；
其中，附图标记如下：
1、进气管路，2、绝热保温层，3、反应炉膛，4、金属网型反应体，5、排气管路，6、金属网骨架，7、活性氧载体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是依照本发明实施例的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器的结构示意图，该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器包括进气管路1、绝热保温层2、反应炉膛3和排气管路5，其中进气管路1包括燃料气入口和空气入口，燃料气和空气通过进气管路1交替进入反应炉膛3内；绝热保温层2设置于反应炉膛3周围，以实现该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器与环境之间的绝热；该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器还包括：设置于反应炉膛3内的金属网型反应体4，该金属网型反应体4包括金属网骨架6与活性氧载体7，金属网骨架6由紧密编制的金属网卷制而成，活性氧载体7涂于金属网骨架6之上；金属网型反应体4与通过进气管路1交替进入反应炉膛3内的燃料气和空气分别发生化学链燃烧的还原反应和氧化反应，反应后的乏气通过排气管路5排出反应炉膛3。
其中，活性氧载体7涂在金属网骨架6上，通过金属网骨架6比表面积大的特点，使活性氧载体7最大程度的充分分散于整个反应炉膛3内，增加活性氧载体7与反应气之间的接触面积。
以金属网骨架6作为活性氧载体7的支撑结构，填充在整个反应炉膛3内，通过金属网骨架6多孔性的特点，使通过金属网型反应体4的进气在整个反应炉膛3内受到二维方向上的充分扰动，增加活性氧载体7与反应气之间的接触时间。
金属网型反应体4以金属网骨架6为主要支撑结构，可以减少化学链燃烧反应中所产生的积碳的附着，避免由于积碳过多造成的反应器堵塞，保证气体在反应炉膛3内的畅通性。
金属网型反应体4可以采用钛丝网型反应体、钨丝网型反应体或耐高温的不锈钢丝网型反应体等，活性氧载体7采用Ni基、Co基、Cu基、Fe基或者多金属及混合型氧载体等，在本发明提供的实施例中，金属网型反应体4优选地采用钛丝网型反应体，钛丝的直径在0.1mm到2mm之间；活性氧载体7优选地采用NiO/NiAl2O4。将钛丝网卷制成所需形状后，可采用先浸渍再煅烧的方法将NiO/NiAl2O4涂在钛丝网上，根据所需氧载体总量的不同需求，选择重复浸渍和煅烧的次数，每次浸渍和煅烧后均需检测钛网上NiO/NiAl2O4的附着量，以满足需求为宜。
此外，若反应器内活性氧载体填充量或种类需要改变时，仅需将该钛丝网型反应体更换为对应类型的金属网型反应体即可，相应金属网型反应体采用与上述钛丝网型反应体相同制备方法进行制备。
本实施例中，将所制得的钛丝网型反应体填充在反应炉膛3中，以CH4为燃料，分别在500℃下和1000℃下进行化学链燃烧反应的还原反应实验、氧化反应试验以及循环反应实验。结果表明，与相同条件下串联流化床反应器及传统固定床反应器实验结果相比，本实施例均显现出较好的实验结果，燃料转化率、氧载体转化率、反应速率及循环次数均有显著提升，此外，在本实施例的循环试验中，未观察到由于积碳过多而影响气体通流性的现象，反应结束后，金属网型反应体上也未明显观察到有碳的沉积现象。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器包括进气管路(1)、绝热保温层(2)、反应炉膛(3)和排气管路(5)，其中进气管路(1)包括燃料气入口和空气入口，燃料气和空气通过进气管路(1)交替进入反应炉膛(3)内；绝热保温层(2)设置于反应炉膛(3)周围，以实现该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器与环境之间的绝热；其特征在于，该金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器还包括：
设置于反应炉膛(3)内的金属网型反应体(4)，该金属网型反应体(4)包括金属网骨架(6)与活性氧载体(7)，金属网骨架(6)由紧密编制的金属网卷制而成，活性氧载体(7)涂于金属网骨架(6)之上；金属网型反应体(4)与通过进气管路(1)交替进入反应炉膛(3)内的燃料气和空气分别发生化学链燃烧的还原反应和氧化反应。
2.根据权利要求1所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述活性氧载体(7)涂在所述金属网骨架(6)上，通过金属网骨架(6)比表面积大的特点，使活性氧载体(7)最大程度的充分分散于整个反应炉膛(3)内，增加活性氧载体(7)与反应气之间的接触面积。
3.根据权利要求1所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述金属网骨架(6)作为所述活性氧载体(7)的支撑结构，填充在整个反应炉膛(3)内，通过金属网骨架(6)多孔性的特点，使通过金属网型反应体(4)的进气在整个反应炉膛(3)内受到二维方向上的充分扰动，增加活性氧载体(7)与反应气之间的接触时间。
4.根据权利要求1所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述金属网型反应体(4)以金属网骨架(6)为主要支撑结构，能够减少化学链燃烧反应中所产生的积碳的附着，避免由于积碳过多造成的反应器堵塞，保证气体在反应炉膛(3)内的畅通性。
5.根据权利要求1所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述金属网型反应体(4)是采用钛丝网型反应体、钨丝网型反应体或耐高温的不锈钢丝网型反应体。
6.根据权利要求5所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述金属网型反应体(4)采用钛丝网型反应体，钛丝的直径在0.1mm到2mm之间，所述活性氧载体(7)采用Ni基、Co基、Cu基、Fe基或者多金属及混合型氧载体。
7.根据权利要求6所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述活性氧载体(7)采用NiO/NiAl2O4。
8.根据权利要求1所述的金属丝网型固定床式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述金属网型反应体(4)与通过进气管路(1)交替进入反应炉膛(3)内的燃料气和空气分别发生化学链燃烧的还原反应和氧化反应，反应后的乏气通过排气管路(5)排出反应炉膛(3)。
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