專利名稱：石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)及其工藝流程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以燃油、天然氣為動力源的動力裝置，尤其是一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)及其工藝流程。
背景技術(shù)：
全球氣候變暖主要是由于以(X)2為主的溫室氣體的大量排放導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的加劇所造成的?？刂坪蜏p少(X)2的排放量對于解決大氣溫室效應(yīng)和全球變暖的影響具有重要作用。CO2的排放，其中大部分CO2除了由燃煤產(chǎn)生外，主要是燃燒石油及其產(chǎn)品產(chǎn)生的。在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)，燃油為主的動力能源格局不會改變，石油、天燃?xì)庀牧繉⒊掷m(xù)增長，控制燃油、天燃?xì)馍a(chǎn)中(X)2的排放對于解決大氣溫室效應(yīng)和全球變暖具有顯著的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，能夠有效控制(X)2的排放。本發(fā)明的另一目的在于提供一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)的工藝流程，用化學(xué)鏈燃燒方式產(chǎn)生動力并分離出純CO2進(jìn)行收集，不產(chǎn)生(X)2氣體污染。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案
本發(fā)明一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，包括還原器、還原器旋風(fēng)分離器、氧化器、氧化器旋風(fēng)分離器、壓氣器、飽和器、冷凝器、二氧化碳收集罐、一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)，
所述還原器具有NiO噴射管、帶有閥門的石油或天然氣噴射管、M粉出口、電加熱管、 還原器循環(huán)流化出口和還原器循環(huán)流化入口；
所述還原器旋風(fēng)分離器具有還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口、還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和還原器旋風(fēng)分離器氣體出口 ；
所述氧化器具有NiO粉出口、壓縮空氣入口、Ni粉入口、氧化器循環(huán)流化出口和氧化器循環(huán)流化入口；
所述氧化器旋風(fēng)分離器具有氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口、氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和氧化器旋風(fēng)分離器氣體出口；
所述冷凝器具有冷凝器入口、CO2出口、及H2O出口；
所述還原器的NiO噴射管、Ni粉出口、還原器循環(huán)流化出口和還原器循環(huán)流化入口分別與氧化器的NiO粉出口、Ni粉入口、還原器旋風(fēng)分離器的還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口連通；所述氧化器的壓縮空氣入口經(jīng)所述飽和器與所述壓氣器連通，其氧化器循環(huán)流化出口和氧化器循環(huán)流化入口分別與所述氧化器旋風(fēng)分離器的氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口連通；所述還原器旋風(fēng)分離器的還原器旋風(fēng)分離器氣體出口經(jīng)所述一級渦輪機(jī)與冷凝器入口連通；冷凝器的所述(X)2出口與所述二氧化碳收集罐連通；所述氧化器旋風(fēng)分離器的氧化器旋風(fēng)分離器氣體出口與所述二級渦輪機(jī)連通，二級渦輪機(jī)的氣體出口與大氣相通。所述一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)的動力輸出軸傳動連接，構(gòu)成動力軸。所述動力軸分別與發(fā)電機(jī)和所述壓氣器傳動連接。一種使用所述石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)的工藝流程，包括以下流程
流程A 將經(jīng)除渣處理后的石油或天燃?xì)馔ㄟ^石油或天然氣噴射管送入還原器內(nèi)，電加熱管將還原器內(nèi)的溫度加熱到850-960度，用于反應(yīng)開始時提供熱量，還原器與還原器旋風(fēng)分離器組成循環(huán)流化床，在還原器內(nèi)，石油或天燃?xì)馀c從氧化器來的NiO反應(yīng)，生成溫度小于600度、壓力小于20Mpa的高溫高壓純CO2氣體，反應(yīng)方程式為 CkH2s+2 + (3M + l)MO 4 MC03 + ( + 1) O + (3n + 1)M + 熱量
或 CHi + 4MO — CO2 +IH2O+ AM + 熱量
所述MO噴射管、石油或天然氣噴射管位于爐體中部，兩者的噴射方向相向且均與爐體的內(nèi)壁相切，形成噴射旋轉(zhuǎn)氣流；
氧化器與氧化器旋風(fēng)分離器組成循環(huán)流化床，在還原器內(nèi)生成的Ni通過Ni粉入口送入氧化器中，同時經(jīng)壓氣器、飽和器壓縮的空氣通過壓縮空氣入口送入氧化器中，Ni粉入口和壓縮空氣入口的噴射方向相向且均與爐體的內(nèi)壁相切，在氧化器中發(fā)生氧化反應(yīng)，將M 氧化成附0，反應(yīng)方程式為 2Ni+02 — 2Ν 0+ 熱量
流程B 上述反應(yīng)生成的高溫高壓純CO2氣體通過還原器風(fēng)分離器送入一級渦輪機(jī)中作功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時也為壓氣器提供動力；從氧化器旋風(fēng)分離器中出來的溫度小于 600度、壓力小于20Mpa的高溫高壓N2氣，送到二級渦輪機(jī)中作功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時也為壓氣器提供動力；
流程C 從一級渦輪機(jī)出來的氣體經(jīng)冷凝器冷凝成純CO2氣體和水，將純CO2氣體回收到二氧化碳收集罐中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由還原器、還原器旋風(fēng)分離器、氧化器、 氧化器旋風(fēng)分離器、壓氣器、飽和器、冷凝器、二氧化碳收集罐、一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)構(gòu)成的石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，石油或天然氣在該系統(tǒng)內(nèi)不是通過火焰燃燒產(chǎn)生動力，而是通過化學(xué)鏈燃燒方式產(chǎn)生高溫高壓氣體，驅(qū)動一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)做功，整個過程因沒有火焰燃燒，因而不會產(chǎn)生粉塵和CO2氣體污染，通過化學(xué)反應(yīng)生成的純凈的CO2氣體被收集利用。在化學(xué)工業(yè)上，二氧化碳是一種重要的原料，大量用于生產(chǎn)純堿(Na2CO3)、小蘇打(NaHCO3)、尿素[CO (NH2) 2]、碳酸氫銨(NH4HCO3)、顏料鉛白 [Pb(OH)2 · 2PbC03]，還可以合成甲醇、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料，等等。本發(fā)明的石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)的工藝流程，使石油或天然氣發(fā)生化學(xué)鏈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，驅(qū)動一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)做功，同時生成純凈的 CO2氣體，可以直接收集利用，不產(chǎn)生CO2氣體污染。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工藝流程示意圖。圖2是圖1中還原器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中氧化器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1至圖3所示，一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，包括還原器1、 還原器旋風(fēng)分離器2、氧化器10、氧化器旋風(fēng)分離器9、壓氣器3、飽和器4、冷凝器6、二氧化碳收集罐、一級渦輪機(jī)5和二級渦輪機(jī)8。所述還原器1具有NiO噴射管103、帶有閥門104 的石油或天然氣噴射管105、Ni粉出口 107、電加熱管106、還原器循環(huán)流化出口和還原器循環(huán)流化入口 ；該還原器1的爐體101由耐火磚構(gòu)成，所述爐體101的橫截面為圓形，其外壁包裹有由石棉構(gòu)成的絕熱層；為了增加承壓能力，還可以在爐體101外圍曾設(shè)鋼板加固層； 所述MO噴射管103、石油或天然氣噴射管105位于爐體中部，兩者的噴射方向相向且均與爐體101的內(nèi)壁相切。所述氧化器10具有NiO粉出口 1007、壓縮空氣入口 1003、Ni粉入口、氧化器循環(huán)流化出口和氧化器循環(huán)流化入口 ；該氧化器10的氧化器爐體1001由耐火磚構(gòu)成，所述氧化器爐體1001的橫截面為圓形，其外壁包裹有由石棉構(gòu)成的絕熱層；為了增加承壓能力，還可以在氧化器爐體1001外圍曾設(shè)鋼板加固層；所述Ni粉入口上游設(shè)有Ni 粉輸送機(jī)1004和Ni粉漏斗1005 ；Ni粉入口和壓縮空氣入口 1003位于氧化器爐體1001底部，兩者的噴射方向相向且均與氧化器爐體1001的內(nèi)壁相切。氧化器10還設(shè)有用于控制 Ni粉入口和壓縮空氣入口 1003的總閥門1006。所述還原器旋風(fēng)分離器2具有還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口、還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和還原器旋風(fēng)分離器氣體出口 ；所述氧化器旋風(fēng)分離器9具有氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口、氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和氧化器旋風(fēng)分離器氣體出口 ；所述冷凝器6具有冷凝器入口、CO2出口、及H2O出口， 所述⑶2出口與所述二氧化碳收集罐連通。所述還原器1的NiO噴射管103、Ni粉出口 107、 還原器循環(huán)流化出口和還原器循環(huán)流化入口分別與氧化器10的NiO粉出口 1007、Ni粉入口、還原器旋風(fēng)分離器2的還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口連通；所述氧化器10的壓縮空氣入口 1003經(jīng)所述飽和器4與所述壓氣器3連通，其氧化器循環(huán)流化出口和氧化器循環(huán)流化入口分別與所述氧化器旋風(fēng)分離器9的氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口連通；所述還原器旋風(fēng)分離器2的還原器旋風(fēng)分離器氣體出口經(jīng)所述一級渦輪機(jī)5與冷凝器6入口連通；所述氧化器旋風(fēng)分離器9的氧化器旋風(fēng)分離器氣體出口與所述二級渦輪機(jī)8連通，二級渦輪機(jī)8的氣體出口與大氣相通。所述一級渦輪機(jī)5和二級渦輪機(jī)8的動力輸出軸傳動連接，構(gòu)成動力軸。所述動力軸分別與發(fā)電機(jī)7和所述壓氣器3傳動連接。一種使用上述石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)的工藝流程，包括以下流程
流程A 將經(jīng)除渣處理后的石油或天燃?xì)馔ㄟ^石油或天然氣噴射管105送入還原器1 內(nèi)，電加熱管106將還原器1內(nèi)的溫度加熱到850-960度，用于反應(yīng)開始時提供熱量，還原器1與還原器旋風(fēng)分離器2組成循環(huán)流化床，在還原器1內(nèi)，石油或天燃?xì)馀c從氧化器10 來的NiO反應(yīng)，生成溫度小于600度、壓力小于20Mpa的高溫高壓純(X)2氣體，反應(yīng)方程式為CnH2^2 + (3 + \)ΜΟ — nC02 +(μ + 1)J￥2 O + (3 + 1)M + 熱量或 CH 頭 + ANiO — CO2 + 2H20 + 4M + 熱量
為使化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，所述MO噴射管103、石油或天然氣噴射管105位于爐體中部， 兩者的噴射方向相向且均與爐體101的內(nèi)壁相切，形成旋轉(zhuǎn)氣流，具有反應(yīng)效果好、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)；
氧化器10與氧化器旋風(fēng)分離器9組成循環(huán)流化床，在還原器1內(nèi)生成的Ni通過Ni粉入口送入氧化器10中，同時經(jīng)壓氣器3、飽和器4壓縮的空氣通過壓縮空氣入口 1003送入氧化器10中，為使化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，Ni粉入口和壓縮空氣入口 1003的噴射方向相向且均與爐體1001的內(nèi)壁相切。在氧化器10中發(fā)生氧化反應(yīng)，將M氧化成附0，反應(yīng)方程式為 2Ni+02 — 2Ni0+熱量。流程B 反應(yīng)生成高溫高壓純CO2氣體通過還原器風(fēng)分離器2送入一級渦輪機(jī)5中作功，帶動發(fā)電機(jī)7發(fā)電，同時也為壓氣器3提供動力；從氧化器旋風(fēng)分離器9中出來的溫度小于600度、壓力小于20Mpa的高溫高壓&氣，送到二級渦輪機(jī)8中作功，帶動發(fā)電機(jī)7 發(fā)電，同時也為壓氣器3提供動力。流程C 從一級渦輪機(jī)5出來的氣體經(jīng)冷凝器6冷凝成純CO2氣體和水，將純CO2 氣體回收到二氧化碳收集罐中。
權(quán)利要求
1.一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，其特征在于包括還原器(1)、還原器旋風(fēng)分離器(2)、氧化器(10)、氧化器旋風(fēng)分離器(9)、壓氣器(3)、飽和器(4)、冷凝器 (6)、二氧化碳收集罐、一級渦輪機(jī)(5)和二級渦輪機(jī)(8)，所述還原器(1)具有NiO噴射管(103)、帶有閥門(104)的石油或天然氣噴射管(105)、 Ni粉出口(107)、電加熱管(106)、還原器循環(huán)流化出口和還原器循環(huán)流化入口 ；所述還原器旋風(fēng)分離器(2)具有還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口、還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和還原器旋風(fēng)分離器氣體出口；所述氧化器(10)具有NiO粉出口( 1007)、壓縮空氣入口( 1003)、Ni粉入口、氧化器循環(huán)流化出口和氧化器循環(huán)流化入口；所述氧化器旋風(fēng)分離器(9)具有氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口、氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和氧化器旋風(fēng)分離器氣體出口 ；所述冷凝器(6)具有冷凝器入口、CO2出口、及H2O出口；所述還原器(1)的NiO噴射管(103)、Ni粉出口(107)、還原器循環(huán)流化出口和還原器循環(huán)流化入口分別與氧化器(10)的NiO粉出口( 1007)、Ni粉入口、還原器旋風(fēng)分離器(2) 的還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和還原器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口連通；所述氧化器 (10)的壓縮空氣入口(1003)經(jīng)所述飽和器(4)與所述壓氣器(3)連通，其氧化器循環(huán)流化出口和氧化器循環(huán)流化入口分別與所述氧化器旋風(fēng)分離器(9)的氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化入口和氧化器旋風(fēng)分離器循環(huán)流化出口連通；所述還原器旋風(fēng)分離器(2)的還原器旋風(fēng)分離器氣體出口經(jīng)所述一級渦輪機(jī)(5)與冷凝器(6)入口連通；冷凝器(6)的所述(X)2出口與所述二氧化碳收集罐連通；所述氧化器旋風(fēng)分離器(9)的氧化器旋風(fēng)分離器氣體出口與所述二級渦輪機(jī)(8)連通，二級渦輪機(jī)(8)的氣體出口與大氣相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，其特征在于所述一級渦輪機(jī)(5)和二級渦輪機(jī)(8)的動力輸出軸傳動連接，構(gòu)成動力軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)，其特征在于所述動力軸分別與發(fā)電機(jī)(7)和所述壓氣器(3)傳動連接。
4.一種使用權(quán)利要求3所述的石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)的工藝流程， 其特征在于包括以下流程流程A 將經(jīng)除渣處理后的石油或天燃?xì)馔ㄟ^石油或天然氣噴射管(105)送入還原器 (1)內(nèi)，電加熱管(106)將還原器(1)內(nèi)的溫度加熱到850-960度，用于反應(yīng)開始時提供熱量，還原器(1)與還原器旋風(fēng)分離器(2)組成循環(huán)流化床，在還原器(1)內(nèi)，石油或天燃?xì)馀c從氧化器(10)來的NiO反應(yīng)，生成溫度小于600度、壓力小于20Mpa的高溫高壓純CO2氣體，反應(yīng)方程式為Csi￥2s+2 + (3 + l)MO nC02 + ( + V1H2 0 + (3 + 1)Μ + 熱量或 CH, + 4MO CO2 + IH2O + 4M + 熱量所述NiO噴射管(103)、石油或天然氣噴射管(105)位于爐體中部，兩者的噴射方向相向且均與爐體(101)的內(nèi)壁相切，形成噴射旋轉(zhuǎn)氣流；氧化器(10 )與氧化器旋風(fēng)分離器(9 )組成循環(huán)流化床，在還原器(1)內(nèi)生成的Ni通過 Ni粉入口送入氧化器(10)中，同時經(jīng)壓氣器(3)、飽和器(4)壓縮的空氣通過壓縮空氣入口(1003)送入氧化器(10)中，Ni粉入口和壓縮空氣入口(1003)的噴射方向相向且均與爐體 (1001)的內(nèi)壁相切，在氧化器(10)中發(fā)生氧化反應(yīng)，將Ni氧化成NiO，反應(yīng)方程式為 2Ni+02 — 2Ν 0+ 熱量流程B 上述反應(yīng)生成的高溫高壓純(X)2氣體通過還原器風(fēng)分離器(2)送入一級渦輪機(jī) (5)中作功，帶動發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電，同時也為壓氣器(3)提供動力；從氧化器旋風(fēng)分離器(9) 中出來的溫度小于600度、壓力小于20Mpa的高溫高壓N2氣，送到二級渦輪機(jī)(8)中作功， 帶動發(fā)電機(jī)(7)發(fā)電，同時也為壓氣器(3)提供動力；流程C 從一級渦輪機(jī)(5)出來的氣體經(jīng)冷凝器(6)冷凝成純(X)2氣體和水，將純(X)2氣體回收到二氧化碳收集罐中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石油、天燃?xì)鉄o火焰化學(xué)鏈燃燒動力系統(tǒng)及其工藝流程，包括還原器、還原器旋風(fēng)分離器、氧化器、氧化器旋風(fēng)分離器、壓氣器、飽和器、冷凝器、二氧化碳收集罐、一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)；將經(jīng)除渣處理后的石油或天燃?xì)馑腿脒€原器內(nèi)，在還原器內(nèi)與從氧化器來的NiO反應(yīng)，生成高溫高壓純CO2氣體，經(jīng)還原器旋風(fēng)分離器送入一級渦輪機(jī)中作功，從氧化器產(chǎn)生的高溫高壓N2氣送到二級渦輪機(jī)中作功，反應(yīng)生成的純CO2氣體收入二氧化碳收集罐。應(yīng)用本發(fā)明，石油或天然氣在系統(tǒng)內(nèi)通過化學(xué)鏈燃燒方式產(chǎn)生高溫高壓氣體，驅(qū)動一級渦輪機(jī)和二級渦輪機(jī)做功，不會產(chǎn)生粉塵和CO2氣體污染。
文檔編號C01B31/20GK102179215SQ20111006410
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者吳福兒 申請人:紹興文理學(xué)院