[发明专利]一种旋转型化学链燃烧反应器装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转型化学链燃烧反应器装置及其使用方法，属于燃烧反应器技术领域。

背景技术

目前，化学链燃烧(Chemical looping combustion)技术是一种革命性的新型燃烧方式，它将传统的一步燃烧反应分解为两步分别在燃料反应器和空气反应器中进行，通过中间循环氧载体(通常为金属氧化物)将空气中的氧提供给燃料。在传统燃烧反应中，因为N₂的稀释，烟气中CO₂浓度仅13％左右，需要消耗大量的能量才能将其捕集；而在化学链燃烧过程中，燃料和空气是隔离的，因此在燃料反应器中产生的烟气不会被空气中的N₂稀释，其主要成分为CO₂和H₂O，经过简单的冷凝就可以得到高纯度的CO₂，以便利用或封存。同时，它还能有效抑制其他污染物的产生，而且，因为能量的梯级利用，化学链燃烧方式可以提高系统的热效率。因此，化学链燃烧技术是一种高效、清洁的燃烧方式，目前也是国内外研究的热点方向。

化学链燃烧技术的燃料适应性很强，气体、液体、固体燃料均能适用。而针对不同燃料形式、氧载体类型的反应器设计一直是化学链技术研究领域的一项重要工作。目前的化学链燃烧反应器主要是串型流化床反应器(Interconnected fluidized-bed)和双循环流化床反应器(Dual CFB)。这两种反应器虽然可以实现较高的CO₂减排效率，但是结构和工艺过程非常复杂，且需要很好的控制自动化技术与其匹配，同时也使得加工成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于操作、经济性能好、且能达到较高的CO₂捕集效率和浓度的旋转型化学链燃烧反应器装置及其使用方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是提供一种旋转型化学链燃烧反应器装置，其特征在于：包括圆柱形外壳，布风板设于圆柱形外壳的上层和下层之间，齿轮轴承设于布风板上部中心，固定轴承设于布风板下部中心，轴心一端通过齿轮连接齿轮轴承，轴心另一端连接固定轴承；旋转叶片设于齿轮轴承上，固定叶片设于固定轴承上。

优选地，所述旋转叶片下平面和圆周均设有金属网。

优选地，所述圆柱形外壳的上层被所述旋转叶片分隔成面积相等的N块，N＞6；所述圆柱形外壳的下层被所述固定叶片分隔成4块，分别为气体燃料区、第一水蒸气区、空气区和第二水蒸气区。

优选地，所述第一水蒸气区和第二水蒸气区的横截面积均与所述圆柱形外壳的上层被所述旋转叶片分隔成的每一小块的横截面积相等。

优选地，所述气体燃料区和空气区对应的上层空间均设有排气通道。

为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是提供一种旋转型化学链燃烧反应器装置使用方法，其特征在于：首先，在布风板上层旋转叶片之间铺设氧载体；然后，分别从圆柱形外壳下层的气体燃料区、第一水蒸气区、空气区和第二水蒸气区下部通入气体燃料、水蒸气、空气和水蒸气；最后，用电机连接轴心，带动齿轮轴承和旋转叶片匀速转动。

优选地，所述气体燃料为天然气或合成气。

本发明提供的一种旋转型化学链燃烧反应器装置的燃料不与空气接触燃烧，而是通过氧载体的循环转动发生交替的氧化-还原反应，实现燃料的燃烧过程，即：当氧载体转动到气体燃料区上方时，发生还原反应，氧载体被还原成金属单质或低价态的金属氧化物，同时燃料被氧化生成CO₂和H₂O，生成的气体被排出，通过冷凝即可捕集到高浓度的CO₂。旋转叶片继续转动，此部分氧载体慢慢经过第一水蒸气区，经过水蒸气的吹扫使得此部分氧载体中不再含有CO₂，然后继续转动到达空气区，发生氧化反应，氧载体被空气中的氧气氧化成原始状态，富含N₂和部分O₂、H₂O的烟气被排出，此部分氧载体继续转动经过第二水蒸气区后，包含的烟气被水蒸气吹扫干净，再转动进入气体燃料区进行下一次循环。

相比现有技术，本发明提供的一种旋转型化学链燃烧反应器装置具有如下有益效果：

(1)切换式分级反应，可以将燃料和空气隔离，是一种高效的CO₂减排技术；

(2)分级反应可以实现能量的梯级利用，有效提高系统的热效率；