專利名稱：一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種化學(xué)鏈燃燒的裝置，尤其涉及一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒并分離(X)2的裝置。
背景技術(shù)：
自從工業(yè)文明以來(lái)，地球大氣中的CO2濃度由于人類的生產(chǎn)活動(dòng)而急劇上升。(X)2 作為一種典型的溫室氣體，直接導(dǎo)致溫室效應(yīng)。隨著近年來(lái)全球氣候變化日益顯著，CO2捕集與封存(CCS)技術(shù)成為當(dāng)今能源和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題?；瘜W(xué)鏈燃燒是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種(X)2分離捕集技術(shù)?；瘜W(xué)鏈燃燒過(guò)程在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成，一個(gè)是空氣反應(yīng)器，另一個(gè)是燃料反應(yīng)器，在兩個(gè)反應(yīng)器中循環(huán)的固體物質(zhì)叫做載氧體。在空氣反應(yīng)器中，低價(jià)態(tài)的載氧體被空氣中的氧氣氧化成為高價(jià)態(tài)，載氧體獲得氧；高價(jià)態(tài)的載氧體進(jìn)入燃料反應(yīng)器，在燃料反應(yīng)器中被燃料氣體還原，即載氧體釋放氧，載氧體由高價(jià)態(tài)重新回到為低價(jià)態(tài)，燃料反應(yīng)器的氣體產(chǎn)物為水蒸氣和CO2，冷凝分離出其中的水后，得到純凈的C02，實(shí)現(xiàn)(X)2的分離；低價(jià)態(tài)的載氧體回到空氣反應(yīng)器進(jìn)行下次循環(huán)。化學(xué)鏈燃燒總的反應(yīng)仍為燃料在空氣中的燃燒反應(yīng)，獲得與燃料在空氣中燃燒相等的熱量，但是經(jīng)過(guò)這個(gè)循環(huán)，化學(xué)鏈燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)了(X)2的內(nèi)在分離而不需要額外的能耗。因此，化學(xué)鏈燃燒是一種具有前途的ω2捕集技術(shù)并成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置。本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)固體燃料燃燒的同時(shí)能夠有效分離CO2，具有減少溫室氣體排放的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置，由空氣反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、旋風(fēng)分離器下料管、燃料反應(yīng)器、釋氧反應(yīng)器、螺旋給料器、釋氧反應(yīng)器下料管以及溢流槽組成；空氣反應(yīng)器的頂端與旋風(fēng)分離器相連；旋風(fēng)分離器的下端為旋風(fēng)分離器下料管；旋風(fēng)分離器下料管穿過(guò)燃料反應(yīng)器的頂部并插入釋氧反應(yīng)器內(nèi)；釋氧反應(yīng)器置于燃料反應(yīng)器的內(nèi)部；釋氧反應(yīng)器下料管穿過(guò)燃料反應(yīng)器的底部與溢流槽相連；溢流槽與空氣反應(yīng)器的下端相連；溢流槽的底部設(shè)有松動(dòng)分口 ；燃料反應(yīng)器的底部設(shè)有水蒸氣口與排渣口 ；燃料反應(yīng)器的下端側(cè)與螺旋給料器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)、本實(shí)用新型屬于化學(xué)鏈燃燒技術(shù)，繼承了化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)點(diǎn)。目前工業(yè)上成熟的(X)2分離技術(shù)有MDEA吸附法，MDEA吸附法的主要缺點(diǎn)為胺吸附劑的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高昂；同時(shí)胺吸附劑有毒，其在生產(chǎn)和使用過(guò)程中不可避免地會(huì)對(duì)操作人員的健康產(chǎn)生危害，并對(duì)環(huán)境造成二次污染。近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的富氧燃燒也是一種有效的CO2分離捕集技術(shù)，但是富氧燃燒的空分裝置在純氧的制備過(guò)程中需要大量的能耗，直接降低整個(gè)系統(tǒng)效率。將燃料通過(guò)化學(xué)鏈燃燒的方式進(jìn)行利用，燃料在化學(xué)鏈燃燒的過(guò)程中釋放的熱量與燃料在空氣中的燃燒釋放的熱量相等，但是化學(xué)鏈燃燒過(guò)程內(nèi)在地實(shí)現(xiàn)了(X)2的分離而不需要額外的能耗，更值得一提的是，在利用化學(xué)鏈燃燒的熱量中，由于傳熱溫差低，系統(tǒng)的八損失降低，系統(tǒng)的能量使用效率得到提高。(2)、在經(jīng)典的化學(xué)鏈燃燒中，來(lái)自空氣反應(yīng)器的載氧體直接進(jìn)入燃料反應(yīng)器參與反應(yīng)。燃料反應(yīng)器通常采用氣體燃料，比如天然氣或者合成氣。但是，我國(guó)是一個(gè)以煤為主要燃料的國(guó)家，天然氣的儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于煤。如果將煤通過(guò)氣化得到合成氣，再將合成氣送入燃料反應(yīng)器反應(yīng)，這需要額外的氣化裝置，直接導(dǎo)致設(shè)備投資和運(yùn)行成本的增加。將煤直接送入燃料反應(yīng)器，讓燃料氣化和載氧體還原在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，這也是使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的一種方法，但是直接將固體燃料送入燃料反應(yīng)器，固體燃料中的灰分難以與載氧體分離，這些灰分可以直接粘附在載氧體表面，導(dǎo)致載氧體失活；同時(shí)，使用固體燃料的燃料反應(yīng)器在排渣的過(guò)程中，由于灰分與載氧體難以分離，所以在排渣的過(guò)程中必然會(huì)排出部分載氧體，導(dǎo)致了載氧體的損失，增加了載氧體的投資成本。本實(shí)用新型采用CuO作為載氧體，在燃料反應(yīng)器中內(nèi)置釋氧反應(yīng)器，根據(jù)CuO載氧體的熱力學(xué)平衡特性，CuO載氧體在低氧分壓環(huán)境中的釋氧反應(yīng)器內(nèi)釋放分子氧O2，釋放后的氧氣再進(jìn)入燃料反應(yīng)器中與氣化產(chǎn)物以及固體燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)。固體燃料與載氧體不能直接接觸，避免了燃料反應(yīng)器中的灰分污染載氧體而導(dǎo)致其失活，同時(shí)燃料反應(yīng)器下端設(shè)有排渣口，排渣口排出的物質(zhì)僅為固體燃料反應(yīng)后的灰分，并沒(méi)有載氧體，節(jié)約了載氧體資源。根據(jù)HSC Chemistry軟件模擬，2Cu0 ^ 2Cu20+02在900°C時(shí)氧氣的平衡分壓為2%，在空氣反應(yīng)器中，進(jìn)口空氣中氧氣的濃度為21%，載氧體以CuO的形態(tài)存在，在燃料反應(yīng)器和釋氧反應(yīng)器側(cè)，由于燃料能夠?qū)⑤d氧體中釋放的O2完全反應(yīng)，導(dǎo)致釋氧反應(yīng)器的氧分壓極低(<<2%)，新進(jìn)入釋氧反應(yīng)器中的CuO立即分解為Cu2O,并釋放出分子氧&供給燃料反應(yīng)器中的燃燒反應(yīng)，在CuO的循環(huán)量大于CuO的還原反應(yīng)化學(xué)計(jì)量數(shù)時(shí)(即CuO能夠提供足夠的氧)，燃料反應(yīng)器出口的氣體僅為(X)2與水蒸氣。(3)、該反應(yīng)器通過(guò)改變載氧體的循環(huán)量可以調(diào)節(jié)燃料反應(yīng)器出口氣體的成分，實(shí)現(xiàn)多種用途。當(dāng)載氧體提供的氧大于燃料完全燃燒所需的化學(xué)計(jì)量數(shù)時(shí)，燃料實(shí)現(xiàn)完全燃燒，燃料反應(yīng)器出口的氣體產(chǎn)物僅為(X)2和水蒸氣，實(shí)現(xiàn)(X)2的捕集。當(dāng)載氧體提供的氧不足，即低于燃料完全燃燒的化學(xué)計(jì)量數(shù)時(shí)，由于燃料反應(yīng)器下通入水蒸氣，固體燃料將主要發(fā)生氣化反應(yīng)，載氧體提供的氧僅用于燃燒部分合成氣，釋放的熱量維持氣化反應(yīng)，故燃料反應(yīng)器出口為以H2與CO為主要成分的合成氣，實(shí)現(xiàn)了合成氣的制取。

圖1為本實(shí)用新型使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置圖。
具體實(shí)施方式
一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置，由空氣反應(yīng)器1、旋風(fēng)分離器2、旋風(fēng)分離器下料管3、燃料反應(yīng)器4、釋氧反應(yīng)器5、螺旋給料器6、釋氧反應(yīng)器下料管7以及溢流槽8 組成；空氣反應(yīng)器1的頂端與旋風(fēng)分離器2的進(jìn)口相連；旋風(fēng)分離器2的下端為旋風(fēng)分離器下料管3 ；旋風(fēng)分離器下料管3穿過(guò)燃料反應(yīng)器4的頂部并插入釋氧反應(yīng)器5內(nèi)；釋氧反應(yīng)器5置于燃料反應(yīng)器4的內(nèi)部；釋氧反應(yīng)器下料管7穿過(guò)燃料反應(yīng)器4的底部與溢流槽8相連；在釋氧反應(yīng)器5上設(shè)有氧氣出口 E且氧氣出口 E位于燃料反應(yīng)器4內(nèi)；溢流槽8與空氣反應(yīng)器1的下端相連；溢流槽8的底部B設(shè)有松動(dòng)分口 ；燃料反應(yīng)器4的底部設(shè)有水蒸氣口 C與排渣口 D ；燃料反應(yīng)器4的下端側(cè)與螺旋給料器6相連；如附圖1。
權(quán)利要求1. 一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置，其特征在于，由空氣反應(yīng)器(1)、旋風(fēng)分離器 (2)、旋風(fēng)分離器下料管(3)、燃料反應(yīng)器(4)、釋氧反應(yīng)器(5)、螺旋給料器(6)、釋氧反應(yīng)器下料管(7)以及溢流槽(8)組成；空氣反應(yīng)器(1)的頂端與旋風(fēng)分離器(2)的進(jìn)口相連；旋風(fēng)分離器(2)的下端為旋風(fēng)分離器下料管(3)；旋風(fēng)分離器下料管(3)穿過(guò)燃料反應(yīng)器(4) 的頂部并插入釋氧反應(yīng)器(5)內(nèi)；釋氧反應(yīng)器(5)置于燃料反應(yīng)器(4)的內(nèi)部；釋氧反應(yīng)器下料管(7 )穿過(guò)燃料反應(yīng)器(4 )的底部與溢流槽(8 )相連；在釋氧反應(yīng)器(5 )上設(shè)有氧氣出口(E)且氧氣出口(E)位于燃料反應(yīng)器(4)內(nèi)；溢流槽(8)與空氣反應(yīng)器(1)的下端相連； 溢流槽(8)的底部(B)設(shè)有松動(dòng)分口 ；燃料反應(yīng)器(4)的底部設(shè)有水蒸氣口(C)與排渣口 (D)；燃料反應(yīng)器(4)的下端側(cè)與螺旋給料器(6)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種使用固體燃料化學(xué)鏈燃燒的裝置，由空氣反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、旋風(fēng)分離器下料管、燃料反應(yīng)器、釋氧反應(yīng)器、螺旋給料器、釋氧反應(yīng)器下料管以及溢流槽組成，空氣反應(yīng)器的頂端與旋風(fēng)分離器的進(jìn)口相連，旋風(fēng)分離器的下端為旋風(fēng)分離器下料管，旋風(fēng)分離器下料管穿過(guò)燃料反應(yīng)器的頂部并插入釋氧反應(yīng)器內(nèi)，釋氧反應(yīng)器置于燃料反應(yīng)器的內(nèi)部，釋氧反應(yīng)器下料管穿過(guò)燃料反應(yīng)器的底部與溢流槽相連，在釋氧反應(yīng)器上設(shè)有氧氣出口且氧氣出口位于燃料反應(yīng)器內(nèi)，溢流槽與空氣反應(yīng)器的下端相連，溢流槽的底部設(shè)有松動(dòng)分口，燃料反應(yīng)器的底部設(shè)有水蒸氣口與排渣口，燃料反應(yīng)器的下端側(cè)與螺旋給料器相連。
文檔編號(hào)F24J1/00GK202101422SQ20112012832
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者向文國(guó), 孫鵬, 董湛波, 陳時(shí)熠 申請(qǐng)人:東南大學(xué)