[发明专利]一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置，包括燃料反应器、快速床空气反应器、鼓泡床空气反应器和焦油燃烧器；所述干馏段Ⅰ另一端上设有输送管，所述输送管穿过流化床燃料反应段Ⅱ置于移动床燃料反应段Ⅲ内；所述流化床燃料反应段Ⅱ与移动床燃料反应段Ⅲ之间通过布风板分割；所述移动床燃料反应段Ⅲ通过管道依次与快速床空气反应器、第一旋风分离器和第一返料器连接形成封闭环；所述流化床燃料反应段Ⅱ通过管道依次与第二旋风分离器、鼓泡床空气反应器和第二返料器连接形成封闭环。本发明可以避免煤中的杂质对第二载氧体的污染，延长反应器中气固及固固接触的时间，提高碳基燃料的转化率。

技术领域

本发明涉及燃料低碳转化燃烧设备领域，特别涉及一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法。

背景技术

化学链燃烧技术(Chemical Looping Combustion，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NO_x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℃)，这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。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。

其次，目前碳基燃料直接化学链燃烧过程中燃料的灰可能会显著的降低载氧体的寿命，若采用高反应性能的载氧体(如Ni基、Cu基、Co基载氧体等)会明显提高系统的运行成本。因此，在碳基燃料直接化学链燃烧过程中的廉价载氧体(如铁矿石、钛铁矿、钢渣等工业含铁废料等)更有吸引力。然而，这些这类载氧体的反应性能较弱，因此，造成了最终碳基燃料的转化效率较低。

再次，目前采用的多数为流化床反应器，在流化床反应器中碳基燃料与载氧体充分混合，必然会有部分燃料处于床层上部，这部分燃料热解及气化产生的可燃气体与载氧体的接触时间较短，未完全转化的便随烟气逸出反应器，因此会造成部分可燃气体的损失。

因此，避免高活性载氧体被煤灰等组分的影响，提高燃料反应器中碳基燃料的转化率，减小未转化的可燃气体损失，是化学链燃烧过程的关键，急需一种新型的化学链燃烧装置及方法，以实现碳基燃料的高效转化利用。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于化学链的碳基燃料分级燃烧与干馏装置及方法，可以避免煤中的杂质对第二载氧体的污染；延长反应器中气固及固固接触的时间，提高碳基燃料的转化率；降低未转化可燃气体的损失；还可进行碳基燃料的分级利用，实现焦炉煤气的制备、焦炭的燃烧及CO₂的有效分离。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。