CN107418627A - 生物质燃料合成气多级利用化学链反应器 - Google Patents

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孟诚
董喜欣
秦小健
崔琪
高原
高鹏
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Abstract

生物质燃料合成气多级利用化学链反应器，它涉及到一种燃料合成气的循环过程。本发明解决了目前燃料反应器无法实现在利用生物质气化的同时实现CO2捕捉的问题。文中所述化学链反应器分为三个组成部分，空气反应器为Ni与O2提供反应场所；燃料反应器实现生物质的热解气化产物与氧化态载氧体NiO的反应，氧载体在空气反应器和燃料反应器之间实现循环利用。石灰石反应器采用特殊的螺旋传输装置，利用CaCO3与CaO之间的转化实现CO2捕捉。化学链反应器系统循环的动力是来源于空气反应器外设的鼓风机及反应器内部气体的温度梯度和浓度梯度；该化学链反应器主要是收集可燃性气体和捕捉CO2，实现能量的多级利用并提高了能源利用率。

Description

生物质燃料合成气多级利用化学链反应器
技术领域
本发明涉及化学链燃烧和生物质燃料气化技术领域，具体涉及一种生物质燃料合成气多级利用化学链反应器。
背景技术
由于全球变暖以及极端气候事件的频繁发生使人们对全球气候极为关注，开发低碳技术和推行低碳经济已成为当今的必然选择，然而化学链燃烧技术是一种新型洁净高效的燃烧技术，与传统燃烧技术相比，具有CO2富集易于捕捉、氮氧化合物排放量低和易于污染物脱除过程有机结合等优点，因而有着广阔的开发和应用前景，此外化学链将一步反应分解为两步反应可以减小传统燃料或气化反应的热力学不可逆性，从而提高了能源利用率。
发明内容
本发明为了最大限度地发挥化学链燃烧的优势，进一步减小温室气体的排放，提供了一种生物质燃料合成气多级利用化学链反应器的技术。
本发明的技术方案是：这种生物质燃料合成气多级利用化学链反应器分为空气反应器、燃料反应器、和石灰石反应器三个组成部分，其中空气反应器进行还原态氧载体Ni的氧化；在燃料反应器进行生物质的热解和气化；在石灰石反应器进行CO2气体的捕捉。空气反应器中Ni氧化释放的热量主要为石灰石反应器收集CO2提供热量,空气反应器的NiO随气流进入燃料反应器；NiO进入燃料反应器与燃料反应器中生物质气化的产物反应；生石灰反应器利用CaO与CO2反应捕捉燃料反应器CO2生成的CaCO3，CaCO3通过传输装置进入空气反应器，实现物料的循环利用。空气反应器是由鼓风机提供风源，通过布风板进入反应器，作为助燃介质；密封炉中通入密封介质（水蒸气），防止燃料反应器生成的气体进入空气反应器；燃料反应器中通入水蒸汽作为生物质气化介质。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过空气反应器、燃料反应器和石灰石反应器实现生物质燃料化学链反应器中可燃性气体收集与CO2气体的捕捉同步进行。空气反应器中利用提升管将氧化态载氧体NiO提升至燃料反应器与生物质气化产生的还原性气体发生反应生成还原态氧载体Ni，通过密封炉链条结构循环至空气反应器中。燃料反应器温度控制在700-850℃范围内，可燃性气体收集达到最大量值；该化学链反应器主要进行的是生物质热解和生物质气化且其气化产物与氧化态氧载体之间发生反应，选用生物质作为燃料因其具有挥发分含量高、灰分含量少，固定碳含量少但活性比煤高很多的特点，而在气化的条件下不会析出氮氧化合物，实现能量的多级利用，有效地减小了环境污染。
附图说明
图1是化学链反应器二维剖面示意图。
其中包括：1—空气反应器；2—石灰石反应器；3—传送带；4—螺纹传送装置； 5—CO2收集器 ；6—空气入口 ；7—提升管 ；8—废气出口； 9—旋风分离器；10—出料腿；11—燃料反应器 ；12—生物质入口； 13—密封装置； 14—可燃性气体收集 ；15—蒸汽入口； 16—密封炉； 17 —蒸汽入口；18—链条。
图2是化学链反应器三维剖面示意图，图3是化学链反应器三维立体示意图。
具体实施方式
生物质燃料合成气多级利用化学链反应器的工作原理如下：
1、空气反应器：
在空气反应器中的空气是通过底部布风板送入，还原态氧载体Ni与空气混合燃烧，放出大量的反应热，其发生的化学反应式为：
上述反应为放热反应，空气反应器温度为900-1000℃。由于热力的作用燃烧后生成的NiO的高温颗粒进入燃料反应器中，为燃料反应器的进一步反应提供热源。
2、燃料反应器：
从空气反应器进入燃料反应器的高温NiO颗粒，与燃料反应器生物质热解气化产物反应，生成CO2并被CaO吸收，并放出热量促进生物质气化发应使生物质热解气化反应正向进行。燃料反应器发生的反应方程式为：
生物质气化及其产物与氧载体反应：
（1）—（4）为吸热反应，式（1）是生物质气化的反应。式（2）、（3）、（4）均为NiO与生物质气化产物发生的化学反应。式（5）为CaO与CO2发生化学反应生成CaCO3并释放热量，此反应中CaO起到间接催化反应（1）的作用。
生物质气化过程中，燃料反应器（鼓泡流化床）通过热电偶加热达到运行温度，燃料吸收并储存热量发生湍流流动和混合使整个床保持恒定的温度。
3、石灰石反应器：
首先石灰石反应器吸收空气反应器中氧载体氧化释放的热量，其内部CaCO3受热分解生成CaO和CO2，实现CO2的捕捉。其发生的化学方程式为：
反应器是一个独立封闭的结构，通过其内部的传送带装置实现与燃料反应器部分的连通，传送带装置是由上下两层传送带组成，上层传送带方向是由石灰石反应器指向燃料反应器，下层传送方向是由燃料反应器指向石灰石反应器，实现单向传送并且物料加以循环利用。CaCO3是由反应器底部螺纹传输给料至上层传送带，其过程CaCO3反应完全生成CaO传送至燃料反应器。
生物质燃料合成器多级利用化学链反应器在实现氧载体循环的基础上实现了生物质能的多级利用，并通过石灰石反应器实现CaCO3与CaO之间的转化。

Claims (4)

1.空气反应器（1）中镍与氧气（6）反应放出热量作为热源来提供CaCO3的煅烧，实现能量的多级利用。
2.石灰石反应器（2）采用螺纹传送装置（4）与双向传送带（3）组合而成，CaCO3由螺纹底部按顺时针方向旋转并向上提升，过程中CaCO3发生分解反应生成CaO和CO2,石灰石反应器接入CO2收集器（5）来捕捉CO2，待反应完全后CaO被传至上层传送带上，通过密封装置（13）传入燃料反应器（11）中。
3.燃料反应器（11）中，CaO是催化介质，反应器中通入生物质（12）使之热解气化，氧化态氧载体通过提升（7）经过旋风分离器（9）进料腿（10）进入到燃料反应器（11），过程中的气体通过废气出口（8）排出，而生物质气化产物与氧化态氧载体发生反应生成还原态氧载体并通过密封炉（16）与链条（18）回到空气反应器（1）中，在密封炉（16）中通入水蒸气（17）达到密封效果。
4.燃料反应器中通入水蒸气（15）作为生物质气化介质，而通过传送带送入燃料反应器中的CaO与CO2反应，始收集到的可燃性气体（14）更纯净。
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