[实用新型]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

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种煤化学链燃烧分离CO₂的装置，属于燃料的清洁燃烧和高效利用领域。

背景技术

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。

发明内容

技术问题：本实用新型针对常规的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CO₂最终捕集率高的效果。

技术方案：本实用新型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。本发明的思路是：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，具体说明本发明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CO₂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。