[发明专利]一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧系统及工艺

说明书

技术领域

本发明属于化学链燃烧技术领域，具体涉及一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧系统及工艺。

背景技术

近年来，全球气候变暖趋势日益加剧，各种自然灾害也明显增加，大量研究表明这与人类利用化石燃料有着密切的联系。 煤、石油与天然气等化石燃料提供了85%以上的世界用能的同时，但也在燃烧利用过程中也产生了大量的温室气体，是导致温室效应的一个主要原因。1997年京都会议制定的颇具影响的《京都议定书》中规定了六种主要的温室气体：CO₂、CH₄、N₂O、NFC_S、PFC_S、SF₆，其中CO₂的增加对增强温室效应的贡献大约是70%，因此公约的核心是节约能源、提高能源利用效率以达到控制和减少CO₂排放。尽管人类活动所引起的CO₂的排放量比自然循环过程中的释放量要少得多，但在人类大量使用化石燃料之前，地球上CO₂的排放与吸收基本上出于平衡状态；而人类活动排放的大量CO₂，使得这种平衡在短时间内被打破，从而导致温室效应的加剧。并且CO₂在大气中的寿命很长(50-200年)，而且自然界对CO₂的吸收率非常小，使得CO₂在自然界中的累积量急剧增加。因此，减少化石燃料燃烧所排放的CO₂对于控制温室效应和全球变暖具有重要的意义。

因此，如何减少CO₂的排放成为各国关注的热点。化学链燃烧一种减排CO₂的有效方法，它是通过载氧体将空气中的氧以晶格氧的方式传递给燃料，实现燃料在无空气氛围下的燃烧，从而富集CO₂。化学链燃烧系统包括2个反应器，即燃料反应器和空气反应器。金属氧化物作为氧载体在两个反应器中循环，实现氧和能量的转移。

一个高效的化学链燃烧系统至少要满足下述三个主要条件：

（1）在空气反应器和燃料反应器间运载足够的载氧体；

（2）能够提供足够的反应时间；

（3）能够阻止两个反应器之间的气体混合。目前，国内外大多采用的是串行流化床反应器化学链燃烧系统。其中，空气反应器为快速流化床，空气将载氧体颗粒携带到气固分离器，载氧体经分离进入燃料反应器，载氧体与燃料反应后由燃料反应器进入一个颗粒密封装置回到空气反应器。虽然这种反应器由较高的燃气转化效率，但在固体燃料化学链燃烧系统中，受其结构和工作原理的限制，其存在着固体混合物分离困难等问题，导致载氧体的传递量和利用效率均较低，实现大型化运行仍然任重道远。化学链燃烧反应器不仅要符合前述化学链燃烧系统的运行要求，还要考虑到其大型化和简易化运行的要求。完成上述要求才能使得化学链燃烧技术带来实质性的经济价值和社会价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于磁性载氧体的固体燃料化学链燃烧反应系统及工艺。

本发明采用的技术方案是：

空气反应器与第一气固分离装置相连，第一气固分离装置的固体出口与燃料反应器相连；燃料反应器与第二气固分离装置相连，第二气固分离装置的固体出口与燃料反应器相连，第二气固分离装置的气体出口与冷凝装置的入口相连，冷凝装置的气体出口与燃料反应器相连，在空气反应器与第一气固分离装置之间，以及燃料反应器与第二气固分离装置之间设置至少一个电磁控制装置。

具体连接方式为：

在空气反应器与第一气固分离装置之间设置第一电磁控制装置时，空气反应器出口与第一电磁控制装置的进口相连，第一电磁控制装置的磁性载氧体出口与空气反应器相连，第一电磁控制装置的无磁性载氧体出口通过第一气固分离装置与燃料反应器相连；

在燃料反应器与第二气固分离装置之间设置第二电磁控制装置时，燃料反应器的出口与第二电磁控制装置的入口相连，第二电磁控制装置的磁性载氧体出口与空气反应器相连，第二电磁控制装置的无磁性载氧体出口与第二气固分离装置的入口相连。

所述空气反应器和燃料反应器均为流化床反应器。