一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，包括移动床燃料反应器、快速床空气反应器、旋风分离器和载氧体储存器；所述移动床燃料反应器包括干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ；所述干燥热解段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干燥热解段Ⅰ另一端与所述气化段II一端连通，所述气化段II另一端与所述燃烧段Ⅲ的一端连通，所述燃烧段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器、旋风分离器和载氧体储存器连接形成封闭环；所述载氧体储存器内放置活性载氧体；所述燃烧段Ⅲ底部设有气化剂分布装置。本实用新型专利技术可以延长反应器中气固及固固接触的时间，从而提高碳基燃料的转化率，并可以实现粗煤气、洁净煤气的制备及CO2的有效分离。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置
本技术涉及燃料低碳转化燃烧设备领域，特别涉及一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置。
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℃)，低反应温度及低气化速率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，这限制了碳基燃料化学链燃烧技术的大规模推广及应用。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。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本技术提供了一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，可以有效实现碳基燃料的分级利用，延长反应器中气固及固固接触的时间，从而提高碳基燃料的转化率，并可以实现粗煤气、洁净煤气的制备及CO2的有效分离。本技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，包括移动床燃料反应器、快速床空气反应器、旋风分离器和载氧体储存器；所述移动床燃料反应器包括干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ；所述干燥热解段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干燥热解段Ⅰ另一端与所述气化段II一端连通，所述气化段II另一端与所述燃烧段Ⅲ的一端连通，所述燃烧段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器、旋风分离器和载氧体储存器连接形成封闭环；所述载氧体储存器内放置活性载氧体；所述燃烧段Ⅲ底部设有气化剂分布装置，用于向所述移动床燃料反应器提供气化剂。进一步，所述进料装置包括碳基燃料储箱和搅拌器，所述碳基燃料储箱安装在干燥热解段Ⅰ一端上，所述碳基燃料储箱内设有搅拌器，所述搅拌器伸入干燥热解段Ⅰ内部。进一步，所述干燥热解段Ⅰ上设有粗煤气出口A；所述气化段II上设有洁净煤气出口B；所述燃烧段Ⅲ上设有混合气出口C，所述混合气出口C依次与冷凝器和集气器连接，用于收集纯净的CO2。进一步，所述气化剂分布装置内的气化剂为水蒸气、CO2中的一种或二者的混合物。进一步，所述活性载氧体为金属载氧体或非金属载氧体。进一步，所述金属载氧体为Cu基载氧体、Fe基载氧体、Mn基载氧体、Ni基载氧体、Co基载氧体中的一种或几种的混合载氧体。进一步，所述干燥热解段Ⅰ的温度为200-600℃；所述气化段II的温度为600-1000℃；所述燃烧段Ⅲ的温度为850-1100℃；所述快速床空气反应器内的温度为900-1200℃。进一步，所述干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ内的气化剂压力为0.1-4.0MPa；所述干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ各段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干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ各段的反应时间超过10min。本技术的有益效果在于：1.本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，利用移动床反应器，在该装置中活性载氧体和碳基燃料同向往下移动，气化介质往上移动。由于移动床燃料反应器各段单位横截面积气体标态上升速度均小于0.2m/s，移动床燃料反应器的有效容积应保证碳基燃料在干燥热解段、气化段及燃烧段每段的停留时间均超过10min。而传统的燃料反应器大多采用流化床，同样单位横断面积反应器内气体标态上升速度一般高于1m/s，这明显提高了小颗粒飞灰中的碳损失，燃料在床内的停留时间远小于60s，这提高了循环进入空气反应器中的未转化的大粒径的碳含量，从而使得碳转化率较低。本移动床燃料反应器延长了碳基燃料与活性载氧体的接触时间，可以明显提高碳的转化率。2.本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，将移动床反应器分为干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ三段，实现了碳基燃料的分级利用，在装置顶部出口可以得到粗煤气，经过分离即可得到焦油并收集以作他用；在气化段可以得到几乎不含焦油的洁净煤气，此时煤气中的焦油含量极低；在燃烧段上部出口只需冷凝水蒸气即可得到纯净CO2，实现碳的有效捕集。3.本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，气化段II进入干燥热解段Ⅰ的上行气体(包括煤气与水蒸气等)与上部的原料接触交换热量时，可以充分利用煤气和水蒸气的显热，降低了煤气的出炉温度，因而使得煤气及水蒸气带出的热损失大为减少，从而提高了系统的热效率，本技术装置特别适合于小型化的生产，燃料反应器出口气体可以不设余热回收系统。4.本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，由于反应过程中需要载氧体从空气反应器中携带热量进入燃料反应器以维持该反应器的能量平衡及温度恒定，本技术移动床燃料反应器中设置的干燥热解段Ⅰ可以利用气化段II出口的气体对燃料进行干燥，与燃料直接进入燃烧段Ⅲ相比，明显降低了能量消耗，从而可以减小载氧体的循环量，可以使该装置中活性载氧体与燃料的质量流量比低于30。5.本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，通过干燥热解段Ⅰ反应阶段、气化段II反应阶段、燃烧段Ⅲ反应阶段和活性载氧体氧化反应阶段的相互作用，碳基燃料的碳转化率达到90％以上。附图说明图1为本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置结构示意图。图中：1-碳基燃料储箱；2-搅拌器；3-分配器；4-冷凝器；5-集气器；6-移动床燃料反应器；7-气化剂分布装置；8-控制阀；9-载氧体储存器；10-活性载氧体添加器；11-旋风分离器；12-快速床空气反应器；Ⅰ-干燥热解段；II-气化段；Ⅲ-燃烧段；A-粗煤气出口；B-洁净煤气出口；C-混合气出口；D-气化介质进口；E-空气进口；F-贫氧空气出口。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本技术作进一步的说明，但本技术的保护范围并不限于此。如图1所示，本技术所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，包括移动床燃料反应器6、快速床空气反应器12、旋风分离器11和载氧体储存器9；所述移动床燃料反应器6包括干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ；所述干燥热解段Ⅰ一端上设有进料装置，所述进料装置包括碳基燃料储箱1和搅拌器2，所述碳基燃料储箱1安装在干燥热解段Ⅰ一端上，所述碳基燃料储箱1内设有搅拌器2，所述搅拌器2伸入干燥热解段Ⅰ内部，所述碳基燃料储箱1出口设有分配器3，用于将碳基燃料均匀分配到搅拌器2的叶片处，再通过搅拌器2均为分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，其特征在于，包括移动床燃料反应器(6)、快速床空气反应器(12)、旋风分离器(11)和载氧体储存器(9)；所述移动床燃料反应器(6)包括干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ；所述干燥热解段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干燥热解段Ⅰ另一端与所述气化段II一端连通，所述气化段II另一端与所述燃烧段Ⅲ的一端连通，所述燃烧段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器(12)、旋风分离器(11)和载氧体储存器(9)连接形成封闭环；所述载氧体储存器(9)内放置活性载氧体；所述燃烧段Ⅲ底部设有气化剂分布装置(7)，用于向所述移动床燃料反应器(6)提供气化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，其特征在于，包括移动床燃料反应器(6)、快速床空气反应器(12)、旋风分离器(11)和载氧体储存器(9)；所述移动床燃料反应器(6)包括干燥热解段Ⅰ、气化段II和燃烧段Ⅲ；所述干燥热解段Ⅰ一端上设有进料装置，所述干燥热解段Ⅰ另一端与所述气化段II一端连通，所述气化段II另一端与所述燃烧段Ⅲ的一端连通，所述燃烧段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器(12)、旋风分离器(11)和载氧体储存器(9)连接形成封闭环；所述载氧体储存器(9)内放置活性载氧体；所述燃烧段Ⅲ底部设有气化剂分布装置(7)，用于向所述移动床燃料反应器(6)提供气化剂。2.根据权利要求1所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，其特征在于，所述进料装置包括碳基燃料储箱(1)和搅拌器(2)，所述碳基燃料储箱(1)安装在干燥热解段Ⅰ一端上，所述碳基燃料储箱(1)内设有搅拌器(2)，所述搅拌器(2)伸入干燥热解段Ⅰ内部。3.根据权利要求1所述的碳基燃料化学链燃烧气化耦合装置，其特征在于，所述干燥热解段Ⅰ上设有粗煤气出口A；所述气化段II上设有洁净煤气出口B；所述燃烧段Ⅲ上设有混合气出口C，所述混合气出口C依次与冷凝器(4)和集气器(5)...

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