[发明专利]载氧体载氧气化燃烧方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用载氧体将煤/天然焦/石油焦进行类似于水蒸气气化和纯氧燃烧的过程，实现燃烧过程中进行二氧化碳分离的方法和装置，尤其涉及一种载氧体载氧气化燃烧方法及其装置。

背景技术

能源利用的可持续发展策略之一，实现能源的高效清洁利用。煤、天然焦以及石油焦等作为能源，在燃烧过程中，减少二氧化碳的排放，实现高效清洁利用是今后发展方向。常规空气直接燃烧，除了伴有氮氧化物生成，烟气中二氧化碳脱除消耗能量大；通过煤气化再进行二氧化碳分离和燃烧的方法，也需要消耗制氧和分离二氧化碳的能量消耗。此方法如用于发电，消耗的能量可占厂用电率10％以上，严重影响能量利用效率。

发明内容

本发明提供一种能够分离得到二氧化碳的载氧体载氧气化燃烧方法及其装置，由本发明将煤/天然焦/石油焦进行能量转换的同时能有效分离二氧化碳，具有不需消耗额外的能量消耗且利于环保的优点。

本发明的方法技术方案如下：

一种载氧体载氧气化燃烧方法，将作为载氧体的低价态金属氧化物或金属单质置于空气反应器流化床内，从空气反应器流化床的下端通入流化空气，低价态金属氧化物或金属单质载氧体与空气中的氧气反应后得到被升温的高价态金属氧化物，再使其经两级分离器分离；分离后的高温贫氧空气从分离器的上端排出，分离后的载氧体，经过返料腿，进入燃料反应器流化床的下部混合气化室；燃料反应器流化床的下端通入气化介质蒸汽，在混合气化室中，由载氧体提供煤、天然焦或石油焦与水蒸气气化的热量，气化后的合成气与载氧体发生还原反应，将高价态的金属氧化物还原为低价态的金属氧化物或金属单质，在燃料反应器流化床上部提升管内充分反应，然后进入分离器，分离后的洁净二氧化碳水蒸气混合气从该分离器上端排出，凝结出水后得到纯净的二氧化碳；分离后的载氧体和残碳混合固体物经载氧体循环料腿进入空气反应器流化床，将载氧体再生，实现载氧。

本发明的装置技术方案如下：

一种用于实施权利要求1所述载氧体方法的装置，由空气反应器流化床、载氧载热返料管、载氧体再生分离器、载氧体再生返料管和燃料反应器流化床组成，空气反应器流化床的上端连接有贫氧空气分离器，贫氧空气分离器下端排料口与载氧载热返料管的一端相连，载氧载热返料管的另一端与燃料反应器流化床的下端相连，燃料反应器流化床的上端与载氧体再生分离器的上端相连，载氧体再生分离器下端与载氧体再生返料管的一端相连，载氧体再生返料管的另一端与空气反应器流化床的下部相连。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)在空气反应器循环流化床内，载氧体(如：低价态氧化铁、镍、铜、锌等)与空气中的氧气发生栽氧反应：

2Ni+O₂→2NiO+放热

2Fe_xO_y+O₂→2Fe_xO_y+1+放热

2Cu+O₂→2CuO+放热

2Zn+O₂→2ZnO+放热

反应生成的载氧体(如：高价态氧化铁、氧化镍、氧化铜、氧化锌等)，经两级分离器分离后，进入料腿，与燃料一起，进入燃料反应器流化床下部气化室，在气化室，燃料与水蒸气发生气化反应，生成合成气。同时载氧体(简化为Me_xO_y)释放出氧，与合成气或燃料发生还原反应，生成二氧化碳：

H₂O+C→4H₂+CO+吸热

Me_xO_y+1+CO→CO₂+Me_xO_y+吸热

Me_xO_y+1+H₂→H₂O+Me_xO_y+吸热

2Me_xO_y+1+C→CO₂+2Me_xO_y+吸热

产生的烟气，经过两组旋风分离器，排出烟气，烟气经能量回收冷凝即为纯净的二氧化碳，分离器将分离出固体物料分为两股。其中一股固体物料经料腿进入空气反应器流化床，进行氧化再生反应，完成载氧再生过程；另一股进入燃料反应器流化床，进行气化和还原反应，提高碳的转化率。