一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，包括燃料反应器、快速床空气反应器、鼓泡床空气反应器和焦油燃烧器；所述干馏段Ⅰ另一端上设有输送管，所述输送管穿过流化床燃料反应段Ⅱ置于移动床燃料反应段Ⅲ内；所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ之间通过布风板分割；所述移动床燃料反应段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器、第一旋风分离器和第一返料器连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ通过管道依次与第二旋风分离器、鼓泡床空气反应器和第二返料器连接形成封闭环。本发明专利技术可以避免煤中的杂质对第二载氧体的污染，延长反应器中气固及固固接触的时间，提高碳基燃料的转化率。

Carbon based fuel staged combustion and retorting device and method based on chemical chain

The invention provides a carbon-based fuel staged combustion and retorting device based on a chemical chain, including a fuel reactor, a fast bed air reactor, a bubble bed air reactor and a tar burner; a conveyor pipe is arranged at the other end of the retorting section I, and the conveyor pipe is placed on the moving bed fuel through the fluidized bed fuel reaction section II. The moving bed fuel reaction section III is connected with the fast bed air reactor, the first cyclone separator and the first feeder in turn through a pipe to form a closed ring, and the fluidized bed fuel reaction section II passes through a pipe. The duct is successively connected with the second cyclone separator, the bubble bed air reactor and the second feeder to form a closed ring. The invention can avoid the pollution of impurities in coal to the second oxygen carrier, prolong the gas-solid and solid-solid contact time in the reactor, and improve the conversion rate of carbon-based fuel.

【技术实现步骤摘要】
一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法
本专利技术涉及燃料低碳转化燃烧设备领域，特别涉及一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法。
技术介绍
化学链燃烧技术(ChemicalLoopingCombustion，CLC)是一种具备CO2内分离特征的新型燃烧技术，无需消耗额外的能量便可实现CO2的分离；同时，该技术满足能量梯级利用的原则，可以提高系统中能量的利用效率；此外，该技术可以尽量抑制NOx的生成。因此，化学链燃烧技术应用于燃料的转化过程，对于减少我国CO2排放，实现燃料的经济、高效、清洁利用具有重要意义。目前，利用化学链燃烧技术实现碳基燃料的转化基本途径是将碳基燃料直接引入燃料反应器，首先，利用气化介质H2O或CO2对碳基燃料进行气化，生成合成气(主要为CO和H2)，然后载氧体颗粒再与合成气进行反应。因此，在燃料反应器中燃料的气化以及气化合成气与载氧体的反应同时进行。但是该方式的技术问题是与气化产物的燃烧速率相比，碳基燃料的气化速率低，气化过程是速率限制步骤。此外，由于载氧体的耐温性能的限制，空气反应器和燃料反应器的温度较低(一般＜1200℃)，这会造成反应速率很慢以及碳的不完全转化，也会严重影响碳基燃料的转化率。目前的燃料反应器大多采用流化床反应器，碳基燃料和载氧体在该反应器中的停留时间短，造成未转化的碳损失大，主要表现在小颗粒飞灰中的碳会被烟气携带出燃料反应器，造成碳转化率的下降，而大粒径未转化的碳颗粒会循环进入空气反应器被空气氧化，造成碳捕集效率的下降。其次，目前碳基燃料直接化学链燃烧过程中燃料的灰可能会显著的降低载氧体的寿命，若采用高反应性能的载氧体(如Ni基、Cu基、Co基载氧体等)会明显提高系统的运行成本。因此，在碳基燃料直接化学链燃烧过程中的廉价载氧体(如铁矿石、钛铁矿、钢渣等工业含铁废料等)更有吸引力。然而，这些这类载氧体的反应性能较弱，因此，造成了最终碳基燃料的转化效率较低。再次，目前采用的多数为流化床反应器，在流化床反应器中碳基燃料与载氧体充分混合，必然会有部分燃料处于床层上部，这部分燃料热解及气化产生的可燃气体与载氧体的接触时间较短，未完全转化的便随烟气逸出反应器，因此会造成部分可燃气体的损失。因此，避免高活性载氧体被煤灰等组分的影响，提高燃料反应器中碳基燃料的转化率，减小未转化的可燃气体损失，是化学链燃烧过程的关键，急需一种新型的化学链燃烧装置及方法，以实现碳基燃料的高效转化利用。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法，可以避免煤中的杂质对第二载氧体的污染；延长反应器中气固及固固接触的时间，提高碳基燃料的转化率；降低未转化可燃气体的损失；还可进行碳基燃料的分级利用，实现焦炉煤气的制备、焦炭的燃烧及CO2的有效分离。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，包括燃料反应器、快速床空气反应器、鼓泡床空气反应器和焦油燃烧器；所述燃料反应器包括干馏段Ⅰ、流化床燃料反应段Ⅱ、移动床燃料反应段Ⅲ；所述干馏段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干馏段Ⅰ另一端上设有输送管，所述输送管穿过流化床燃料反应段Ⅱ置于移动床燃料反应段Ⅲ内；所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ连通，所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ之间通过布风板分割；所述移动床燃料反应段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器、第一旋风分离器和第一返料器连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ通过管道依次与第二旋风分离器、鼓泡床空气反应器和第二返料器连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ内的布风板上放置第二载氧体，所述移动床燃料反应段Ⅲ内放置第一载氧体。进一步，所述进料装置包括碳基燃料进料口和燃料搅拌器，所述碳基燃料进料口安装在所述干馏段I一端上，所述碳基燃料进料口与燃料搅拌器连通，所述燃料搅拌器位于所述干馏段I内部。进一步，所述移动床燃料反应段Ⅲ底部设有气化介质入口B；所述第二旋风分离器上部设有二氧化碳和水蒸气排气口F。进一步，所述第一载氧体为铁矿石、钛铁矿、工业含铁废料中的一种或几种的混合物；所述第二载氧体为Ni基载氧体、Cu基载氧体、Co基载氧体中的一种或几种的复合载氧体。进一步，还包括焦油燃烧器、焦油捕集器和干馏段夹套；所述干馏段I外侧设有干馏段夹套，所述鼓泡床空气反应器和第一旋风分离器分别通过管道与焦油燃烧器进口连接，所述干馏段I的出气口与焦油捕集器进口连通，所述焦油捕集器出口与焦油燃烧器进口连接，所述焦油燃烧器出口与干馏段夹套连通。一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏的方法，包括如下步骤：准备阶段：所述布风板上放置第二载氧体，所述移动床燃料反应段Ⅲ底部放置第一载氧体；通过所述移动床燃料反应段Ⅲ底部的气化介质入口B提供气化剂；干馏段I反应阶段：碳基燃料进料口添加碳基燃料到干馏段I内部；所述碳基燃料在干馏段I干馏生成焦炭、煤焦油和焦炉煤气；移动床燃料反应段Ⅲ反应阶段：干馏段I反应阶段生成的焦炭通过输送管进入移动床燃料反应段Ⅲ，焦炭在气化介质存在的条件下发生气化，气化后的合成气与第一载氧体发生反应，生成CO2和H2O；流化床燃料反应段Ⅱ反应阶段：移动床燃料反应段Ⅲ反应阶段生成的CO2和H2O和未转化的合成气随气化介质进入流化床燃料反应段Ⅱ，未转化的合成气与第二载氧体发生反应，生成CO2和H2O，通过冷凝水蒸气，可捕集高浓度的CO2；第一载氧体氧化反应和重复利用阶段：经过移动床燃料反应段Ⅲ反应第一载氧体转变为还原态第一载氧体，通过重力进入所述快速床空气反应器内，还原态第一载氧体与所述快速床空气反应器内的空气进行氧化反应从而被氧化为氧化态第一载氧体；通过第一旋风分离器将所述快速床空气反应器内的贫氧空气和所述氧化态第一载氧体进行分离，所述氧化态第一载氧体通过第一返料器进入所述移动床燃料反应段Ⅲ中；第二载氧体氧化反应和重复利用阶段：经过流化床燃料反应段Ⅱ反应第二载氧体转变为还原态第二载氧体，通过第二旋风分离器进入所述鼓泡床空气反应器内，还原态第二载氧体与所述鼓泡床空气反应器内的空气进行氧化反应从而被氧化为氧化态第二载氧体；通过自重氧化态第二载氧体进入第二返料器，从而进入所述流化床燃料反应段Ⅱ中。进一步，所述干馏段Ⅰ反应阶段过程中干馏段Ⅰ的温度为600～950℃；所述流化床燃料反应段Ⅱ反应阶段过程中流化床燃料反应段Ⅱ的温度为750-950℃；所述移动床燃料反应段Ⅲ反应阶段过程中移动床燃料反应段Ⅲ的温度为750～950℃；所述快速床空气反应器内的温度为850-1100℃。进一步，所述移动床燃料反应段Ⅲ内单位横截面积的气体标态上升速度均小于0.2m/s，所述碳基燃料在所述移动床燃料反应段Ⅲ内的反应时间超过10min。进一步，所述干馏段I反应阶段中生成的所述煤焦油和焦炉煤气进入焦油捕集器分离，所述焦炉煤气通过焦炉煤气出口E收集；所述煤焦油进入焦油燃烧器进行燃烧，产生的热量传递到干馏段夹套内，用于给干馏段I反应提高热能。进一步，所述干馏段Ⅰ反应阶段中所述碳基燃料通过搅拌器后均匀分布在干馏段Ⅰ内部。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，将燃料反应器分为干馏段Ⅰ、流化床燃料反应段Ⅱ和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，其特征在于，包括燃料反应器(1)、快速床空气反应器(7)、鼓泡床空气反应器(12)和焦油燃烧器(14)；所述燃料反应器(1)包括干馏段Ⅰ、流化床燃料反应段Ⅱ、移动床燃料反应段Ⅲ；所述干馏段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干馏段Ⅰ另一端上设有输送管(16)，所述输送管(16)穿过流化床燃料反应段Ⅱ置于移动床燃料反应段Ⅲ内；所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ连通，所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ之间通过布风板(4)分割；所述移动床燃料反应段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器(7)、第一旋风分离器(9)和第一返料器(8)连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ通过管道依次与第二旋风分离器(13)、鼓泡床空气反应器(12)和第二返料器(11)连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ内的布风板(4)上放置第二载氧体，所述移动床燃料反应段Ⅲ内放置第一载氧体。

【技术特征摘要】
1.一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，其特征在于，包括燃料反应器(1)、快速床空气反应器(7)、鼓泡床空气反应器(12)和焦油燃烧器(14)；所述燃料反应器(1)包括干馏段Ⅰ、流化床燃料反应段Ⅱ、移动床燃料反应段Ⅲ；所述干馏段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干馏段Ⅰ另一端上设有输送管(16)，所述输送管(16)穿过流化床燃料反应段Ⅱ置于移动床燃料反应段Ⅲ内；所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ连通，所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ之间通过布风板(4)分割；所述移动床燃料反应段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器(7)、第一旋风分离器(9)和第一返料器(8)连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ通过管道依次与第二旋风分离器(13)、鼓泡床空气反应器(12)和第二返料器(11)连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ内的布风板(4)上放置第二载氧体，所述移动床燃料反应段Ⅲ内放置第一载氧体。2.根据权利要求1所述的基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，其特征在于，所述进料装置包括碳基燃料进料口(17)和燃料搅拌器(18)，所述碳基燃料进料口(17)安装在所述干馏段Ⅰ一端上，所述碳基燃料进料口(17)与燃料搅拌器(18)连通，所述燃料搅拌器(18)位于所述干馏段I内部。3.根据权利要求1所述的基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，其特征在于，所述移动床燃料反应段Ⅲ底部设有气化介质入口B；所述第二旋风分离器(13)上部设有二氧化碳和水蒸气排气口F。4.根据权利要求1所述的基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，其特征在于，所述第一载氧体为铁矿石、钛铁矿、工业含铁废料中的一种或几种的混合物；所述第二载氧体为Ni基载氧体、Cu基载氧体、Co基载氧体中的一种或几种的复合载氧体。5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，其特征在于，还包括焦油燃烧器(14)、焦油捕集器(15)和干馏段夹套(2)；所述干馏段I外侧设有干馏段夹套(2)，所述鼓泡床空气反应器(12)和第一旋风分离器(9)分别通过管道与焦油燃烧器(14)进口连接，所述干馏段I的出气口与焦油捕集器(15)进口连通，所述焦油捕集器(15)出口与焦油燃烧器(14)进口连接，所述焦油燃烧器(14)出口与干馏段夹套(2)连通。6.一种根据权利要求1所述的基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：准备阶段：所述布风板(4)上放置第二载氧体，所述移动床燃料反应段Ⅲ底部放置第一载氧体；通过所述移动床燃料反应段Ⅲ底部的气化介质入口B提供气化剂；干馏段I反应阶段：碳基燃料进料口(17)添加碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明，王超，杜敏，王助良，易旸，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32