煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化碳的装置为煤颗粒和气化剂在加压高密度循环流化床燃料反应器１内发生气化反应，气化产物与返回燃料反应器１的载氧体发生氧化还原反应，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ；该装置包括加压高密度循环流化床燃料反应器（１）、一级旋风分离器（２）、一级料腿（３）、新鲜载氧体颗粒给料器（４）、错流移动床空气反应器（５）、格栅板（６）、失活载氧体颗粒排料器（７）、一级返料器（８）、一级排气管（９）、二级旋风分离器（１０）、二级排气管（１１）、二级料腿（１２）和二级返料器（１３）；装置解决了由于燃烧与载氧反应速率存在数量级差而导致的反应匹配问题，可以大大提高煤的燃烧效率、分离出的ＣＯ２浓度以及ＣＯ２的最终捕集率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种煤化学链燃烧分离(X)2的装置，属于燃料的清洁燃烧和高效利用 领域。
技术介绍
二氧化碳是诸多潜在的温室效应气体中影响最大的温室气体，如何减排二氧 化碳已经成为今后人类可持续发展的主要内容之一。化学链燃烧(ChemicalLooping Combustion,简称CLC)是国际公认的具有重要前景的CO2减排技术之一。它的基本原理是 燃料不直接与空气接触燃烧，而是以载氧体在两个反应器之间的循环交替反应来实现燃烧 过程一方面在空气反应器中利用载氧体分离空气中的氧，另一方面在燃料反应器中由载 氧体将空气中的氧传递到燃料中，进行燃料的燃烧。由于燃烧过程中，燃料与空气没有直接 接触，燃烧产物只有二氧化碳和水蒸汽，利用简单的冷却装置就可以分离出CO2，从而实现 CO2的富集，因此是一种清洁燃烧方式。自1983年德国科学家提出化学链燃烧概念以来，国际上许多研究机构都对其开 展了一系列的研究。到目前为止，采用气体燃料或液体燃料的CLC工艺和载氧体研究比较 成熟，而燃煤CLC的研究尚处于起步阶段，基于气体和液体燃料直接转化到固体燃料(如 煤、生物质)的各种工艺路线都存在不少问题。由于煤/载氧体燃烧反应速率与载氧体载 氧反应速率相差2 3个数量级，常规的系统难以很好地实现煤/载氧体燃烧反应与载氧 体载氧反应的优化匹配，因此至今尚未得到国际公认的工艺技术路线。当前，国际上许多研 究机构正纷纷寻求新的思路，研发煤化学链燃烧分离CO2的新技术。
技术实现思路
技术问题本专利技术针对常规的CLC系统难以很好地实现煤/载氧体燃烧反应与载 氧体载氧反应的优化匹配问题，提供一种煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化 碳的装置，该装置具有燃烧效率高、载氧能力强、分离出的CO2浓度高及(X)2最终捕集率高的 效果。技术方案本专利技术提供了一种煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化碳 的装置。本专利技术的思路是加压高密度循环流化床燃料反应器内实现高颗粒浓度、高循环倍 率和高颗粒通量下的煤与载氧体的燃烧反应过程；错流移动床空气反应器内实现载氧体的 载氧反应过程；两级旋风装置分别实现载氧体和含碳煤灰的有效分离并促进含碳煤灰的完 全燃烧。煤与载氧体燃烧的气体产物主要是CO2和水蒸汽的气体混合物，经除尘冷凝完成 CO2的分离。下面参照图1，具体说明本专利技术的技术路线和目标的具体实现。煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化碳的装置包括加压高密度循环 流化床燃料反应器、一级旋风分离器、一级料腿、新鲜载氧体颗粒给料器、错流移动床空气 反应器、格栅板、失活载氧体颗粒排料器、一级返料器、一级排气管、二级旋风分离器、二级 排气管、二级料腿和二级返料器；其中加压高密度循环流化床燃料反应器的上部与一级旋风分离器相连通，一级旋 风分离器的下部通过一级料腿与错流移动床空气反应器相连通，错流移动床空气反应器的 下部通过一级返料器与加压高密度循环流化床燃料反应器的下部相连通，构成一级循环回 路；加压高密度循环流化床燃料反应器的上部与一级旋风分离器相连通，一级旋风分 离器的上部通过一级排气管与二级旋风分离器的上部相连通，二级旋风分离器的下部通过 二级料腿与二级返料器连通，二级返料器的出口与加压高密度循环流化床燃料反应器相连 通，构成二级循环回路。所述的加压高密度循环流化床燃料反应器的顶部出口连接一级旋风分离器；底部 入口由下到上依次为气化剂入口、煤颗粒入口、一级返料入口和二级返料入口，其中气化剂 入口布置在加压高密度循环流化床燃料反应器的底部，煤颗粒入口、一级返料入口和二级 返料入口布置在加压高密度循环流化床燃料反应器的侧面。所述的错流移动床空气反应器中设有许多向其中心倾斜的格栅板，在错流移动床 空气反应器两侧分别设有空气入口和空气反应器排气口，在错流移动床空气反应器下部设 有失活载氧体颗粒排料器，在错流移动床空气反应器上部设有新鲜载氧体颗粒给料器。所述的加压高密度循环流化床燃料反应器内，煤颗粒和气化剂发生气化反应，然 后气化产物和载氧体发生氧化还原反应，生成(X)2和H2O。整个燃料反应器空间的固-气体 积比大于0. 1，并且可达到大于200kg/m2s的颗粒通量和50 100倍的循环倍率。所述的一级旋风分离器内完成载氧体颗粒和煤颗粒的分离。载氧体颗粒进入一级 料腿，烟气和未燃烧的煤颗粒以及少量的载氧体细粉从一级旋风分离器排气管排出。所述的错流移动床空气反应器，分离下来的载氧体从空气反应器上部入口进入， 载氧后从下部出口流出，反应所需的空气从空气反应器一侧的空气入口进入，从另一侧的 排气口排出。所述的二级旋风分离器内实现烟气和固体颗粒的二次分离，含碳煤灰和少量载氧 体细粉进入二级料腿，而烟气(O)2与水蒸汽混合物)从二级旋风分离器排气管排出。有益效果本专利技术具有如下的特色及优点1、本专利技术的煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化碳的装置，将加压高 密度循环流化床与错流移动床联合运用，分别实现煤与载氧体的燃烧反应过程和载氧体的 载氧反应过程。通过大幅提高燃烧反应过程中颗粒的停留时间，解决由于燃烧反应与载氧 反应的速率存在数量级差而导致的反应匹配问题。2、本专利技术采用的加压高密度循环流化床燃料反应器，具有高密度(固-气体积比 大于0. 1)、高循环倍率(50 100)和高颗粒通量(> 200kg/m2s)，颗粒停留时间远大于普 通循环流化床反应器，并且气固湍流反应(如煤和蒸汽的气化反应、气化产物还原载氧体 反应)速率明显增加，不仅大大提高了煤的燃烧效率，而且气相产物中CO等不完全燃烧产 物有效降低，可分离出高浓度的C02。3、本专利技术的加压高密度循环流化床燃料反应器内，载氧体浓度远高于普通循环流 化床反应器，煤的气化产物被载氧体连续快速氧化，从而提高了气化反应速率，促进了煤的 气化反应。4、本专利技术的一级旋风分离器，根据载氧体颗粒和含碳煤灰在密度和粒径上的差异，将载氧体颗粒分离至一级料腿，而烟气和含碳煤灰则从一级旋风分离器排气管排出，从 而保证含碳煤灰基本不进入空气反应器中燃烧，既提高了 (X)2的捕集率，又避免了含碳煤灰 在空气反应器中燃烧引起的烧结问题。5、本专利技术的错流移动床空气反应器设计成了特殊的错流移动床，颗粒在错流移动 床内快速通过，这样即使载氧体内混入少量含碳煤灰，由于反应时间短、颗粒较大、接触面 积小，不会发生烧结，降低了含碳煤灰在空气反应器中燃烧引起的烧结风险；和流化床空气 反应器相比，错流移动床空气反应器结构简单，控制方便。6、本专利技术的二级分离装置为高效旋风分离器，能够有效分离含碳煤灰，有效延长 含碳煤灰在燃料反应器内的停留时间，提高煤的燃烬度。附图说明图1是本专利技术的煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化碳的装置具体 实施的系统图，其中包括加压高密度循环流化床燃料反应器1，一级旋风分离器2，一级料 腿3，新鲜载氧体颗粒给料器4，错流移动床空气反应器5，格栅板6，失活载氧体颗粒排料器 7，一级返料器8，一级排气管9、二级旋风分离器10，二级排气管11，二级料腿12，二级返料 器13，煤颗粒入口 A，气化剂入口 B，一级返料入口 C，二级返料入口 D，空气入口 E，空气反应 器排气口 F，一级返料器进气口 G，二级旋风分离器出气口 H本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离二氧化碳的装置，其特征在于该装置包括加压高密度循环流化床燃料反应器（１）、一级旋风分离器（２）、一级料腿（３）、新鲜载氧体颗粒给料器（４）、错流移动床空气反应器（５）、格栅板（６）、失活载氧体颗粒排料器（７）、一级返料器（８）、一级排气管（９）、二级旋风分离器（１０）、二级排气管（１１）、二级料腿（１２）和二级返料器（１３）；其中加压高密度循环流化床燃料反应器（１）的上部与一级旋风分离器（２）相连通，一级旋风分离器（２）的下部通过一级料腿（３）与错流移动床空气反应器（５）相连通，错流移动床空气反应器（５）的下部通过一级返料器（８）与加压高密度循环流化床燃料反应器（１）的下部相连通，构成一级循环回路；加压高密度循环流化床燃料反应器（１）的上部与一级旋风分离器（２）相连通，一级旋风分离器（２）的上部通过一级排气管（９）与二级旋风分离器（１０）的上部相连通，二级旋风分离器（１０）的下部通过二级料腿（１２）与二级返料器（１３）连通，二级返料器（１３）的出口与加压高密度循环流化床燃料反应器（１）相连通，构成二级循环回路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金保昇，钟文琪，王晓佳，张勇，殷上轶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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