專利名稱：一種化學(xué)鏈燃燒過程金屬載氧體氧化再生裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為化學(xué)鏈燃燒(Chemical Looping Combustion)過程中金屬載氧體氧 化再生的一種方式，具體為實(shí)現(xiàn)金屬栽氧體氧化再生過程，采用空氣分級(jí)氧化技 術(shù)，控制氧化反應(yīng)速度，防止金屬載氧體顆粒表面燒結(jié)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
燃料燃燒產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大危害，其中C02的排 放直接導(dǎo)致溫室效應(yīng)。現(xiàn)有的燃料利用方式主要是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)以空氣為氧化 劑進(jìn)行燃燒，燃燒過程產(chǎn)生的S02和NOx排放到大氣中，形成酸雨；燃燒生成 的煙氣中C02只占10-14%, C02的后續(xù)處理(濃縮提純)成本太高，C02分離、 壓縮技術(shù)需要消耗大量的能源。
化學(xué)鏈燃燒是一種新的燃燒概念，燃料不直接與空氣接觸燃燒，而是以金屬 載氧體在空氣反應(yīng)器(air reactor)和燃料反應(yīng)器(fuel reactor)之間的循環(huán)交替 反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化過程。
其原理是使用金屬氧化物作為載氧體，還原態(tài)金屬載氧體(MexOy-i)首 先在空氣反應(yīng)器內(nèi)和空氣接觸進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成氧化態(tài)的金屬載氧體 (MexOy),將空氣中的氧置換出來，然后氧化態(tài)金屬載氧體(MexOy)進(jìn)入燃 料反應(yīng)器，和燃料接觸，進(jìn)行還原反應(yīng)，將氧化態(tài)金屬載氧體(MexOy)中氧置 換出來，燃料反應(yīng)器的氣體產(chǎn)物為C02和H20(汽)，冷凝后剔除H2(3,將C02 分離出來；被還原后的金屬載氧體(MexOy-。返回到空氣反應(yīng)器，和空氣進(jìn)行 氧化反應(yīng)，生成氧化態(tài)的金屬載氧體(MexOy)，完成金屬栽氧體的再生。另夕卜， 由于燃料不直接和空氣接觸燃燒，沒有NOx產(chǎn)生。因此，化學(xué)鏈燃燒可在沒有 額外能耗的前提下，將C02從燃燒產(chǎn)物中分離出來，是一種清潔燃燒方式。
在空氣反應(yīng)器內(nèi)還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.,)和空氣進(jìn)行的氧化反應(yīng)是一 個(gè)強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，生成的氧化態(tài)金屬載氧體(MexOy)顆粒溫度很高，會(huì)導(dǎo)致 金屬載氧體顆粒表面發(fā)生燒結(jié)，在其顆粒表面形成致密的表層，導(dǎo)致其化學(xué)反應(yīng) 性能降低，甚至失活。因此，如何實(shí)施金屬載氧體的氧化再生過程，是實(shí)現(xiàn)化學(xué) 鏈燃燒過程的關(guān)鍵，其技術(shù)有著更為廣泛的社會(huì)效益和工業(yè)應(yīng)用前景。
技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種能夠防止金屬載氧體進(jìn)行氧化再生過程 發(fā)生燒結(jié)的裝置和方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的化學(xué)鏈燃燒過程金屬載氧體氧化再生裝置，是由流化床 和旋風(fēng)分離器組成，還原態(tài)金屬栽氧體(MexOy.,)顆粒從流化床下部的進(jìn)料管 進(jìn)入流化床，將還原態(tài)金屬栽氧體(MexOy.J氧化再生所需要的空氣分成兩個(gè) 部分， 一部分空氣從流化床底部送入，另一部分空氣從流化床中部或下部區(qū)域送 入流化床內(nèi)，還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.i)和空氣在流化床內(nèi)進(jìn)行分級(jí)逐步氧 化反應(yīng)，控制氧化反應(yīng)的速度，防止金屬載氧體顆粒溫度急劇升高，抑制金屬載 氧體顆粒表面發(fā)生燒結(jié)，氧化反應(yīng)生成的氧化態(tài)金屬栽氧體(MexOy)被氣流攜 帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器，氧化態(tài)金屬載氧體(MexOy)顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，從 旋風(fēng)分離器的料腿排出，完成金屬栽氧體氧化再生過程。
其具體的結(jié)構(gòu)為流化床的上部與旋風(fēng)分離器的上部相連通；流化床的底部 設(shè)有一次風(fēng)空氣進(jìn)口，流化床的中部或下部設(shè)有二次風(fēng)空氣進(jìn)口，流化床的下部 進(jìn)料管為還原態(tài)金屬載氧體(MexOy-J顆粒進(jìn)料口；旋風(fēng)分離器的頂部為貧氧 空氣出氣口，旋風(fēng)分離器的下部的料腿為氧化態(tài)金屬栽氧體(MexOy)顆粒的出 料口 ；流化床內(nèi)物料為金屬栽氧體顆粒。
本發(fā)明的化學(xué)鏈燃燒過程金屬栽氧體氧化再生方法為還原態(tài)的金屬載氧體 (MexOy )顆粒從流化床下部進(jìn)料管進(jìn)入流化床，將還原態(tài)金屬栽氧體(MexOy.!) 氧化所需要的空氣分成兩個(gè)部分， 一部分空氣從流化床底部一次風(fēng)空氣進(jìn)口送 入，另一部分空氣從位于流化床中部或下部區(qū)域的二次風(fēng)空氣進(jìn)口送入流化床， 還原態(tài)金屬載氧體(MexOy-0和空氣在流化床內(nèi)進(jìn)行分級(jí)逐步氧化反應(yīng)，控制 氧化反應(yīng)的速度，防止金屬載氧體顆粒溫度急劇升高，抑制金屬載氧體顆粒表面 發(fā)生燒結(jié)，氧化反應(yīng)生成的氧化態(tài)金屬栽氧體(MexOy)被氣流攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分 離器，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，從旋風(fēng)分離器下部的料腿排出，完成金屬栽氧體的 氧化再生過程；在氧化反應(yīng)過程中，流化床處于1200 ~ 850°C高溫狀態(tài)
有益效果在流化床內(nèi)還原態(tài)金屬載氧體(MexOH )和空氣進(jìn)行的氧化反 應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)。如果將還原態(tài)金屬載氧體(MexOy-!)氧化所需要的 空氣全部從流化床底部送入，流化床下部區(qū)域的氧濃度很高，在高溫狀態(tài)下還原 態(tài)金屬載氧體(MexOy.,)和高濃度的氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量的 熱量，導(dǎo)致金屬載氧體顆粒溫度顯著升高，在顆粒表面發(fā)生燒結(jié)，形成致密的表 層，導(dǎo)致其化學(xué)反應(yīng)性能降低，甚至失活。
采用分級(jí)氧化反應(yīng)技術(shù)，將還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.。氧化所需要的空 氣分成兩個(gè)部分， 一部分空氣從流化床底部一次風(fēng)空氣進(jìn)口送入，另一部分空氣
從位于流化床中部或下部區(qū)域的二次風(fēng)空氣進(jìn)口送入流化床，還原態(tài)金屬載氧體 (MexOy.i)和空氣在流化床內(nèi)進(jìn)行分級(jí)逐步氧化反應(yīng)，控制氧化反應(yīng)的速度， 防止金屬栽氧體顆粒溫度急劇升高，抑制金屬栽氧體顆粒表面發(fā)生燒結(jié)。因此， 如何實(shí)施金屬載氧體的氧化再生過程，是實(shí)現(xiàn)化學(xué)鏈燃燒過程的關(guān)鍵，其技術(shù)有 著更為廣泛的社會(huì)效益和工業(yè)應(yīng)用前景。
附困說明
圖l是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中有流化床l，金屬載氧體顆粒ll，進(jìn) 料管12,旋風(fēng)分離器2，料腿21, —次風(fēng)空氣進(jìn)口 A， 二次風(fēng)空氣進(jìn)口 B,貧氧 空氣出氣口 C，氧化態(tài)的金屬載氧體顆粒出料口 D,還原態(tài)的金屬載氧體顆粒進(jìn) 料口 E。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的化學(xué)鏈燃燒過程金屬載氧體氧化再生裝置，是由流化床1和旋風(fēng)分 離器2所組成。流化床1的上部與旋風(fēng)分離器2的上部相連通；流化床1的底部 設(shè)有一次風(fēng)空氣進(jìn)口 A,流化床1的中部或下部設(shè)有二次風(fēng)空氣進(jìn)口 B，流化床 1下部進(jìn)料管12為還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.,)顆粒進(jìn)料口 E;旋風(fēng)分離器2 的頂部為貧氧空氣出氣口 C，旋風(fēng)返料器2下部的料腿21為氧化態(tài)金屬載氧體 (MexOy)顆粒的出料口 D。
當(dāng)金屬載氧體氧化再生反應(yīng)發(fā)生時(shí)，還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.J顆粒從 流化床1下部進(jìn)料管12的進(jìn)料口 E送入流化床l，將還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.,) 氧化所需要的空氣分成兩個(gè)部分， 一部分空氣從流化床1底部一次風(fēng)空氣進(jìn)口 A 送入，另一部分空氣從位于流化床1中部或下部區(qū)域的二次風(fēng)空氣進(jìn)口 B送入 流化床1,還原態(tài)金屬載氧體(MexOy.!)和空氣在流化床1內(nèi)進(jìn)行分級(jí)逐步氧化 反應(yīng)，控制氧化反應(yīng)的速度，防止金屬載氧體顆粒溫度急劇升高，抑制金屬載氧 體顆粒表面發(fā)生燒結(jié)，氧化反應(yīng)生成的氧化態(tài)金屬栽氧體(MexOy)顆粒被氣流 攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器2,氧化態(tài)金屬栽氧體(MexOy)顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器2分離 后，從旋風(fēng)分離器2的料腿21的出料口 D排出，完成金屬載氧體氧化再生過程； 在氧化反應(yīng)過程中，流化床1處于1200 - 850'C高溫狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種化學(xué)鏈燃燒過程金屬載氧體氧化再生裝置，由流化床(1)和旋風(fēng)分離器(2)所組成，其特征在于流化床(1)的上部與旋風(fēng)分離器(2)的上部相連通；流化床(1)的底部設(shè)有一次風(fēng)空氣進(jìn)口(A)，流化床(1)的中部或下部區(qū)域設(shè)有二次風(fēng)空氣進(jìn)口(B)，流化床(1)的下部進(jìn)料管(12)為還原態(tài)金屬載氧體顆粒進(jìn)料口(E)，旋風(fēng)分離器(2)的頂部為貧氧空氣出氣口(C)，旋風(fēng)分離器(2)下部的料腿(21)為氧化態(tài)金屬載氧體顆粒出料口(D)；流化床(1)內(nèi)物料為金屬載氧體顆粒(11)。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的化學(xué)鏈燃燒過程金屬載氧體氧化再生方法，其 特征在于還原態(tài)金屬栽氧體和空氣進(jìn)行分級(jí)逐步氧化反應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)金屬載氧體氧 化再生過程，即當(dāng)金屬載氧體氧化再生反應(yīng)發(fā)生時(shí)，還原態(tài)金屬栽氧體顆粒從 流化床(1)下部進(jìn)料管(12 )的進(jìn)料口 ( E )進(jìn)入流化床(1)，將還原態(tài)金屬 載氧體氧化所需要的空氣分成兩個(gè)部分， 一部分空氣從流化床(1)底部一次風(fēng) 空氣進(jìn)口 (A)送入，另一部分空氣從位于流化床(1)中部或下部區(qū)域的二次 風(fēng)空氣進(jìn)口 (B)送入，在流化床(1)內(nèi)還原態(tài)金屬載氧體顆粒和空氣進(jìn)行分 級(jí)逐步氧化反應(yīng)，控制氧化反應(yīng)的速度，防止金屬載氧體顆粒溫度急劇升高，抑 制金屬載氧體顆粒表面發(fā)生燒結(jié)，氧化反應(yīng)生成的氧化態(tài)金屬載氧體顆粒被氣流 攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器(2),將氧化態(tài)金屬栽氧體顆粒與空氣進(jìn)行分離，分離出 來的氧化態(tài)金屬載氧體顆粒從旋風(fēng)分離器(2)下部的料腿(21)的出料口 (D) 排出，完成金屬載氧體氧化再生過程；在氧化反應(yīng)過程中，流化床(1 )處于1200 ~ 850'C高溫狀態(tài)。
全文摘要
化學(xué)鏈燃燒過程金屬載氧體氧化再生裝置及方法為還原態(tài)金屬載氧體氧化再生的一種氧化反應(yīng)裝置及方法，該裝置由流化床和旋風(fēng)分離器組成。將還原態(tài)金屬載氧體氧化所需要的空氣分成兩個(gè)部分，一部分空氣從流化床的底部送入，另一部分空氣從流化床中部或下部區(qū)域送入，在流化床內(nèi)還原態(tài)金屬載氧體和空氣進(jìn)行分級(jí)逐步氧化反應(yīng)，控制氧化反應(yīng)的速度，防止金屬載氧體顆粒溫度急劇升高，抑制金屬載氧體顆粒表面發(fā)生燒結(jié)，氧化反應(yīng)生成的氧化態(tài)金屬載氧體顆粒被氣流攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，從旋風(fēng)分離器的料腿的出料口排出，完成金屬載氧體氧化再生過程；在氧化反應(yīng)過程中，流化床處于1200～850℃高溫狀態(tài)。
文檔編號(hào)F23C10/08GK101387397SQ200810195298
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者吳家樺, 沈來宏, 軍 肖 申請(qǐng)人:東南大學(xué)