CN108868906B - 一种基于套管反应器的化学链发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于套管反应器的化学链发电装置，包括空分机、第一空压机、套管反应器、第一透平机、第二空压机和第二透平机，空分机的入口与空气源连通，空分机的第一出口与氮气管道连通，空分机的第二出口与第一空压机的入口连通，第一空压机的出口与套管反应器的入口连通，套管反应器的出口与第一透平机的入口连通，第一透平机的出口与余热锅炉连通；第二空压机的入口与新鲜的空气源连通，第二空压机的出口通过管道与套管反应器的入口连通，套管反应器的出口与第二透平机的入口连通，第二透平机的出口与余热锅炉的出口连通；所述套管反应器内置有还原态载氧体。本发明的有益效果为：利用套管反应器，在传递热量的同时做功发电，显著降低捕集二氧化碳的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及化学链燃烧捕集二氧化碳技术领域，具体涉及一种基于套管反应器的化学链发电装置。
背景技术
化学链燃烧(CLC)技术是基于循环载氧体捕集二氧化碳的一种新型能源利用技术，其与传统的燃烧后捕捉技术相比，技术特点为高纯度的CO2内分离，较高的能量转换效率，低氮氧化物排放量，操作简捷等优点。化学链燃烧捕集二氧化碳技术充分利用载氧体再生过程中的热量，减少能量损失；还原反应后的产物为高纯度CO2，减少CO2分离成本。然而，现有的化学链燃烧捕集二氧化碳设备或系统功能单一，设备投资成本及运营成本高。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种基于套管反应器的化学链发电装置，该装置可捕集高纯度的二氧化碳，并用于发电，降低了捕集二氧化碳所需的成本。
本发明采用的技术方案为：一种基于套管反应器的化学链发电装置，包括空分机、第一空压机、套管反应器、第一透平机、第二空压机和第二透平机，所述空分机的入口与空气源连通，空分机的第一出口与氮气管道连通，空分机的第二出口通过管道与第一空压机的入口连通，第一空气机的出口经管道A与套管反应器的入口连通，套管反应器的出口通过管道与第一透平机的入口连通，第一透平机的出口与余热锅炉连通；所述第二空压机的入口与新鲜的空气源连通，第二空压机的出口通过管道与套管反应器的入口连通，套管反应器的出口与第二透平机的入口连通，第二透平机的出口与余热锅炉的出口连通；所述套管反应器内置有还原态载氧体。
按上述方案，所述管道A上依次配置有气化炉、旋风分离器和脱硫器，所述气化炉的入口与第一空压机的出口连通，气化炉3的出口与旋风分离器的入口连通，旋风分离器的出口与脱硫器连通，脱硫器的出口与套管反应器的入口连通。
按上述方案，所述套管反应器包括内芯管和外套管，内芯管的外壁与外套管的内壁之间形成第一气体流道，第一气体流道设有第一入口和第一出口；内芯管为空心管，为第二气体流道，第二气体流道设有第二入口和第二出口。
按上述方案，所述第一空气机的出口通过第一流量控制阀与套管反应器的第一入口连通，第一空气机的出口通过第二流量控制阀与套管反应器的第二入口连通。
按上述方案，所述套管反应器的第一出口通过第三流量控制阀与第一透平机的入口连通，套管反应器的第二出口第四流量控制阀与第一透平机7的入口连通。
按上述方案，所述第二空压机的出口通过第五流量控制阀与套管反应器的第二入口连通，第二空压机的出口通过第六流量控制阀与套管反应器的第一入口连通。
按上述方案，所述套管反应器的第二出口通过第七流量控制阀与第二透平机的入口连通，所述套管反应器的第一出口通过第八流量控制阀与第二透平机的入口连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明利用套管反应器，套管反应器内设两个气体通道，当于两个反应器，两个反应器交替循环进行反应；且两者之间可以相互传热，热量达到最大限度的利用，可连续发电，极大地提高了化学链燃烧的利用率。2、在传递热量的同时做功发电，显著降低了捕集和分离二氧化碳的能耗，极大的节约了设备成本和操作成本；3、本发明设计合理，可行性好，可靠性高。
附图说明
图1本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本实施例中套管反应器的结构示意图。
图中，1-空分机、2-第一空压机、3-气化炉、4-旋风分离器、5-脱硫器、6-套管反应器、6.1-内芯管、6.2-外套管、7-第一透平机、8-第二空压机、9-第二透平机、10-第一流量控制阀、11-第二流量控制阀、12-第七流量控制阀、13-第八流量控制阀、14-第三流量控制阀、15-第四流量控制阀、16-第五流量控制阀、17-第六流量控制阀。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种基于套管反应器的化学链发电装置，包括空分机1、第一空压机2、套管反应器6、第一透平机7、第二空压机8和第二透平机9，所述空分机1的入口与新鲜的空气源连通，空分机1的第一出口与氮气管道连通，空分机1的第二出口通过管道与第一空压机2的入口连通，第一空气机2的出口经管道A与套管反应器6的入口连通，套管反应器6的出口通过管道B与第一透平机7的入口连通，第一透平机7的出口与余热锅炉连通；所述第二空压机8的入口与新鲜的空气源连通，第二空压机8的出口通过管道与套管反应器6的入口连通，套管反应器6的出口与第二透平机9的入口连通，第二透平机9的出口与余热锅炉的出口连通。
本发明中，所述管道A上依次配置有气化炉3、旋风分离器4和脱硫器5，所述气化炉3的入口与第一空压机2的出口连通，气化炉3的出口与旋风分离器4的入口连通，旋风分离器4的出口与脱硫器5连通，脱硫器5的出口与套管反应器6的入口连通；所述套管反应器6内置有还原态载氧体。
本发明中，如图2所示，所述套管反应器6包括内芯管6.1和外套管6.2，内芯管6.1的外壁与外套管6.2的内壁之间形成第一气体流道，第一气体流道设有第一入口和第一出口；内芯管为空心管，为第二气体流道，第二气体流道设有第二入口和第二出口。所述第一空气机2的出口通过第一流量控制阀10与套管反应器6的第一入口连通，第一空气机2的出口通过第二流量控制阀11与套管反应器6的第二入口连通。优选地，所述套管反应器6的第一出口通过第三流量控制阀14与第一透平机7的入口连通，套管反应器6的第二出口第四流量控制阀15与第一透平机7的入口连通。优选地，所述第二空压机8的出口通过第五流量控制阀16与套管反应器6的第二入口连通，第二空压机8的出口通过第六流量控制阀17与套管反应器6的第一入口连通。优选地，所述套管反应器6的第二出口通过第七流量控制阀12与第二透平机9的入口连通，所述套管反应器6的第一出口通过第八流量控制阀13与第二透平机9的入口连通。
本实施例中，还原态载氧体为铁基载氧体或镍基载氧体等；还原态载氧体的表面附着惰性担体，惰性担体为铝氧化物或硅氧化物等。
利用本发明所述发电装置捕集二氧化碳并发电主要包括以下步骤：
步骤一、新鲜空气通过空分机1分离出N2和O2，N2排出，O2经第一空压机2压缩后进入气化炉3，与水煤浆反应生成高压合成粗合成气(CO,和H2的混合气)后，依次进入旋风分离器4除尘和脱硫器5除去硫化物得到洁净的高压合成气；
步骤二、打开第一流量控制阀10和第三流量控制阀14，高压合成气进入套管反应器6的第一气体流道内；与附着在一定量的惰性单体上的氧化态载氧体进行反应，氧化态载氧体为Fe2O3，惰性单体为Al2O3，两者的质量比为Fe2O3：Al2O3＝1.46:1，还原反应压力为1atm,还原反应的温度为900℃，反应后的混合气(主要成分为CO2,和H2O)经第一透平机7发电，到达余热锅炉然后收集CO2；
步骤三、同时打开第七流量控制阀12和第五流量控制阀16，自第二空压机8流出的高压空气进入套管反应器6的第二气体流道内反应，氧化态载氧体为FeO，氧化温度为600℃，与氧化态载氧体反应得到的贫氧气体通过第二透平机9发电，然后再排出(此时流量控制阀(第二流量控制阀11、第八流量控制阀13、第四流量控制阀15及第六流量控制阀17均为关闭状态)；
步骤四、打开第二流量控制阀11和第四流量控制阀15，脱硫后的高压合成气进入套管反应器6的第二气体流道内反应，反应后的混合气(主要成分为CO2和H2O)进入第一透平机7发电后，进入余热锅炉收集CO2；
步骤五、同时打开第八流量控制阀13和第六流量控制阀17，自第二空压机8流出的进入套管反应器的第一气体流道内反应，与氧化态载氧体反应得到的贫氧气体通过第二透平机9发电后排出；按照上述方法载氧体Al2O3/FeO不断循环再生进行反应，实现连续发电和得到高纯度CO2。
本发明中，向套管反应器6内通入高压气体进行反应时，高压气体的压力控制在3-40个标准大气压，反应温度控制在900-1300℃。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于套管反应器的化学链发电装置，其特征在于，包括空分机、第一空压机、套管反应器、第一透平机、第二空压机和第二透平机，所述空分机的入口与空气源连通，空分机的第一出口与氮气管道连通，空分机的第二出口通过管道与第一空压机的入口连通，第一空压机的出口经管道A与套管反应器的入口连通，套管反应器的出口通过管道与第一透平机的入口连通，第一透平机的出口与余热锅炉连通；所述第二空压机的入口与新鲜的空气源连通，第二空压机的出口通过管道与套管反应器的入口连通，套管反应器的出口与第二透平机的入口连通，第二透平机的出口与余热锅炉的出口连通；所述套管反应器内置有还原态载氧体；所述套管反应器包括内芯管和外套管，内芯管的外壁与外套管的内壁之间形成第一气体流道，第一气体流道设有第一入口和第一出口；内芯管为空心管，为第二气体流道，第二气体流道设有第二入口和第二出口。
2.如权利要求1所述的基于套管反应器的化学链发电装置，其特征在于，所述管道A上依次配置有气化炉、旋风分离器和脱硫器，所述气化炉的入口与第一空压机的出口连通，气化炉的出口与旋风分离器的入口连通，旋风分离器的出口与脱硫器连通，脱硫器的出口与套管反应器的入口连通。
3.如权利要求1所述的基于套管反应器的化学链发电装置，其特征在于，所述第一空压机的出口通过第一流量控制阀与套管反应器的第一入口连通，第一空气机的出口通过第二流量控制阀与套管反应器的第二入口连通。
4.如权利要求1所述的基于套管反应器的化学链发电装置，其特征在于，所述套管反应器的第一出口通过第三流量控制阀与第一透平机的入口连通，套管反应器的第二出口第四流量控制阀与第一透平机( 7) 的入口连通。
5.如权利要求1所述的基于套管反应器的化学链发电装置，其特征在于，所述第二空压机的出口通过第五流量控制阀与套管反应器的第二入口连通，第二空压机的出口通过第六流量控制阀与套管反应器的第一入口连通。
6.如权利要求1所述的基于套管反应器的化学链发电装置，其特征在于，所述套管反应器的第二出口通过第七流量控制阀与第二透平机的入口连通，所述套管反应器的第一出口通过第八流量控制阀与第二透平机的入口连通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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