CN202101422U - 一种使用固体燃料化学链燃烧的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种使用固体燃料化学链燃烧的装置，由空气反应器、旋风分离器、旋风分离器下料管、燃料反应器、释氧反应器、螺旋给料器、释氧反应器下料管以及溢流槽组成，空气反应器的顶端与旋风分离器的进口相连，旋风分离器的下端为旋风分离器下料管，旋风分离器下料管穿过燃料反应器的顶部并插入释氧反应器内，释氧反应器置于燃料反应器的内部，释氧反应器下料管穿过燃料反应器的底部与溢流槽相连，在释氧反应器上设有氧气出口且氧气出口位于燃料反应器内，溢流槽与空气反应器的下端相连，溢流槽的底部设有松动分口，燃料反应器的底部设有水蒸气口与排渣口，燃料反应器的下端侧与螺旋给料器相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种化学链燃烧的装置，尤其涉及一种使用固体燃料化学链燃烧并分离CO2的装置。
背景技术
自从工业文明以来，地球大气中的CO2浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO2作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。随着近年来全球气候变化日益显著，CO2捕集与封存（CCS）技术成为当今能源和环境科学领域研究的热点问题。化学链燃烧是20世纪80年代发展起来的一种CO2分离捕集技术。化学链燃烧过程在两个反应器内完成，一个是空气反应器，另一个是燃料反应器，在两个反应器中循环的固体物质叫做载氧体。在空气反应器中，低价态的载氧体被空气中的氧气氧化成为高价态，载氧体获得氧；高价态的载氧体进入燃料反应器，在燃料反应器中被燃料气体还原，即载氧体释放氧，载氧体由高价态重新回到为低价态，燃料反应器的气体产物为水蒸气和CO2，冷凝分离出其中的水后，得到纯净的CO2，实现CO2的分离；低价态的载氧体回到空气反应器进行下次循环。化学链燃烧总的反应仍为燃料在空气中的燃烧反应，获得与燃料在空气中燃烧相等的热量，但是经过这个循环，化学链燃烧过程实现了CO2的内在分离而不需要额外的能耗。因此，化学链燃烧是一种具有前途的CO2捕集技术并成为当今的研究热点之一。
实用新型内容
本实用新型提供了一种使用固体燃料化学链燃烧的装置。本实用新型在实现固体燃料燃烧的同时能够有效分离CO2，具有减少温室气体排放的优点。
本实用新型的技术方案如下：
一种使用固体燃料化学链燃烧的装置，由空气反应器、旋风分离器、旋风分离器下料管、燃料反应器、释氧反应器、螺旋给料器、释氧反应器下料管以及溢流槽组成；空气反应器的顶端与旋风分离器相连；旋风分离器的下端为旋风分离器下料管；旋风分离器下料管穿过燃料反应器的顶部并插入释氧反应器内；释氧反应器置于燃料反应器的内部；释氧反应器下料管穿过燃料反应器的底部与溢流槽相连；溢流槽与空气反应器的下端相连；溢流槽的底部设有松动分口；燃料反应器的底部设有水蒸气口与排渣口；燃料反应器的下端侧与螺旋给料器相连。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
（1）、本实用新型属于化学链燃烧技术，继承了化学链燃烧的优点。目前工业上成熟的CO2分离技术有MDEA吸附法，MDEA吸附法的主要缺点为胺吸附剂的生产工艺复杂，成本高昂；同时胺吸附剂有毒，其在生产和使用过程中不可避免地会对操作人员的健康产生危害，并对环境造成二次污染。近年来新发展起来的富氧燃烧也是一种有效的CO2分离捕集技术，但是富氧燃烧的空分装置在纯氧的制备过程中需要大量的能耗，直接降低整个系统效率。将燃料通过化学链燃烧的方式进行利用，燃料在化学链燃烧的过程中释放的热量与燃料在空气中的燃烧释放的热量相等，但是化学链燃烧过程内在地实现了CO2的分离而不需要额外的能耗，更值得一提的是，在利用化学链燃烧的热量中，由于传热温差低，系统的损失降低，系统的能量使用效率得到提高。
（2）、在经典的化学链燃烧中，来自空气反应器的载氧体直接进入燃料反应器参与反应。燃料反应器通常采用气体燃料，比如天然气或者合成气。但是，我国是一个以煤为主要燃料的国家，天然气的储量远低于煤。如果将煤通过气化得到合成气，再将合成气送入燃料反应器反应，这需要额外的气化装置，直接导致设备投资和运行成本的增加。将煤直接送入燃料反应器，让燃料气化和载氧体还原在同一个反应器中进行，这也是使用固体燃料化学链燃烧的一种方法，但是直接将固体燃料送入燃料反应器，固体燃料中的灰分难以与载氧体分离，这些灰分可以直接粘附在载氧体表面，导致载氧体失活；同时，使用固体燃料的燃料反应器在排渣的过程中，由于灰分与载氧体难以分离，所以在排渣的过程中必然会排出部分载氧体，导致了载氧体的损失，增加了载氧体的投资成本。本实用新型采用CuO作为载氧体，在燃料反应器中内置释氧反应器，根据CuO载氧体的热力学平衡特性，CuO载氧体在低氧分压环境中的释氧反应器内释放分子氧O2，释放后的氧气再进入燃料反应器中与气化产物以及固体燃料发生燃烧反应。固体燃料与载氧体不能直接接触，避免了燃料反应器中的灰分污染载氧体而导致其失活，同时燃料反应器下端设有排渣口，排渣口排出的物质仅为固体燃料反应后的灰分，并没有载氧体，节约了载氧体资源。根据HSC Chemistry 软件模拟，2CuO?2Cu2O+O2在900℃时氧气的平衡分压为2%，在空气反应器中，进口空气中氧气的浓度为21%，载氧体以CuO的形态存在，在燃料反应器和释氧反应器侧，由于燃料能够将载氧体中释放的O2完全反应，导致释氧反应器的氧分压极低（<<2%），新进入释氧反应器中的CuO立即分解为Cu2O，并释放出分子氧O2供给燃料反应器中的燃烧反应，在CuO的循环量大于CuO的还原反应化学计量数时（即CuO能够提供足够的氧），燃料反应器出口的气体仅为CO2与水蒸气。
(3)、该反应器通过改变载氧体的循环量可以调节燃料反应器出口气体的成分，实现多种用途。当载氧体提供的氧大于燃料完全燃烧所需的化学计量数时，燃料实现完全燃烧，燃料反应器出口的气体产物仅为CO2和水蒸气，实现CO2的捕集。当载氧体提供的氧不足，即低于燃料完全燃烧的化学计量数时，由于燃料反应器下通入水蒸气，固体燃料将主要发生气化反应，载氧体提供的氧仅用于燃烧部分合成气，释放的热量维持气化反应，故燃料反应器出口为以H2与CO为主要成分的合成气，实现了合成气的制取。
附图说明
图1为本实用新型使用固体燃料化学链燃烧的装置图。
具体实施方式
一种使用固体燃料化学链燃烧的装置，由空气反应器1、旋风分离器2、旋风分离器下料管3、燃料反应器4、释氧反应器5、螺旋给料器6、释氧反应器下料管7以及溢流槽8组成；空气反应器1的顶端与旋风分离器2的进口相连；旋风分离器2的下端为旋风分离器下料管3；旋风分离器下料管3穿过燃料反应器4的顶部并插入释氧反应器5内；释氧反应器5置于燃料反应器4的内部；释氧反应器下料管7穿过燃料反应器4的底部与溢流槽8相连；在释氧反应器5上设有氧气出口E且氧气出口E位于燃料反应器4内；溢流槽8与空气反应器1的下端相连；溢流槽8的底部B设有松动分口；燃料反应器4的底部设有水蒸气口C与排渣口D；燃料反应器4的下端侧与螺旋给料器6相连；如附图1。
Claims (1)
1.一种使用固体燃料化学链燃烧的装置，其特征在于，由空气反应器（1）、旋风分离器（2）、旋风分离器下料管（3）、燃料反应器（4）、释氧反应器（5）、螺旋给料器（6）、释氧反应器下料管（7）以及溢流槽（8）组成；空气反应器（1）的顶端与旋风分离器（2）的进口相连；旋风分离器（2）的下端为旋风分离器下料管（3）；旋风分离器下料管（3）穿过燃料反应器（4）的顶部并插入释氧反应器（5）内；释氧反应器（5）置于燃料反应器（4）的内部；释氧反应器下料管（7）穿过燃料反应器（4）的底部与溢流槽（8）相连；在释氧反应器（5）上设有氧气出口（E）且氧气出口（E）位于燃料反应器（4）内；溢流槽（8）与空气反应器（1）的下端相连；溢流槽（8）的底部（B）设有松动分口；燃料反应器（4）的底部设有水蒸气口（C）与排渣口（D）；燃料反应器（4）的下端侧与螺旋给料器（6）相连。
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2011
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