[实用新型]一种基于铁或铁氧化物的化学链燃烧装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用化学链燃烧的的方法和装置，尤其涉及一种基于铁或铁氧化物的化学链燃烧装置。

背景技术

温室气体排放带来的全球变暖问题正在引起人们的重视。CO₂作为最主要的温室气体，研究CO₂减排技术迫在眉睫。烟气中的CO₂常常被大量氮气稀释，CO₂的分离与回收成本很高。在燃烧过程中生成高浓度的CO₂或便于CO₂分离的气相混合物，同时消除其他污染物的生成、排放是一条有效途径。化学链燃烧正是具有上述特性的一种新型燃烧方式，基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于载氧体的作用分解为两个气固反应，燃料与空气无需接触，由载氧体将空气中的氧传递到燃料中。

化学链燃烧的系统包括两个反应器：空气反应器(即氧化反应器)、燃料反应器(即还原反应器)。载氧体是参与反应传递氧的物质，以下以金属氧化物载氧体(NiO)为例。在燃料反应器内金属氧化物(NiO)与燃料气体(CO)发生还原反应：

NiO+CO→Ni+CO₂    (1)

在燃料反应器内被还原的金属颗粒(Ni)回到空气反应器并与空气中的氧气发生氧化反应：

Ni+O₂→NiO    (2)

式(1)与式(2)相加即为传统燃烧反应：

CO+O₂→CO₂    (3)

与传统燃烧相比化学链燃烧的优势就在于其排放气体的为高浓度的CO₂，而与传统的煤气化相比，化学链燃烧无需空气分离过程，节省了空气分离所需能耗。

见附图2.

目前化学链燃烧的中载氧体的主要选取环境性良好、无毒、廉价、载氧量高的载氧体，本实用新型涉及概念--载氧量，公式如下：

例如

铁或铁氧化物作为载氧体具有上述优势，但其缺点在于排放的CO₂中仍含有未反应完全的燃料气体。原因如下：

将气体燃料以及由固体燃料气化生成的合成气以下统称为燃料气(成分主要为CO、H₂或CH₄等)。

铁氧化物的还原过程是：

Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe 高于570℃

Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe 低于570℃

Fe₂O₃转化为Fe₃O₄的过程如下：

Fe₂O₃+H₂→Fe₃O₄+H₂O+放热

Fe₂O₃+CO→Fe₃O₄+CO₂+放热

6Fe₂O₃+CH₄→4Fe₃O₄+CO₂+2H₂O+吸热

根据化学反应动力学，Fe₂O₃转化为Fe₃O₄的过程，可看作是不可逆反应，故反应平衡状态时，CO₂与H₂O浓度之和接近100％。换言之，燃料气可反应完全。

Fe₃O₄转化为FeO或Fe的过程如下：

Fe₃O₄+CO→3FeO+CO₂+吸热

Fe₃O₄+4CO→3Fe+4CO₂+放热

Fe₃O₄+4H₂→3Fe+4H₂O+吸热