[发明专利]一种具有碳分离功能的化学链反应器系统

说明书

本发明公开了一种化学链反应器系统，包括通过连接管道相互连通的空气反应器和流化床燃料反应器，流化床燃料反应器内部设有混合仓、反应仓和分选仓，混合仓、反应仓及分选仓底部均对应设有各自独立的风室；空气反应器的出口通过连接管道与混合仓的载氧体入口连通，分选仓的还原态载氧体出口通过连接管道与空气反应器连通，分选仓的碳回送出口通过连接管道与空气反应器和混合仓之间的连接管道连通。本发明的化学链反应器系统不仅能够大幅增加燃料在反应仓内的停留时间，从而提高燃料的反应速率和转化率，而且还大大简化了化学链反应器系统的复杂程度，从而大幅降低了系统的运行控制难度。

技术领域

本发明涉及一种化学链反应器系统，尤其是一种具有碳分离功能的化学链反应器系统。

背景技术

化学链是一种新型的化石能源燃烧技术，该技术的关键是通过金属氧化物作为载氧体，将空气中的氧传递给燃料，从而避免了燃料与空气的直接接触；在其作为燃料反应器时，燃烧产生的二氧化碳可以实现低能耗地富集；在其作为气化反应器时，气化产生的燃气纯度非常高，且杂质气体含量极少。

化学链反应器系统主要由空气反应器和燃料反应器组成，在空气反应器中，还原态的载氧体与空气充分反应，被充分氧化，充分氧化后的载氧体进入到燃料反应器，在燃料反应器中发生煤气化反应和载氧体还原反应。

对于化学链反应器系统的核心部件燃料反应器来说，目前常用的有两种结构形式的燃料反应器，即移动穿燃料反应器和流化床燃料反应器；其中，移动床燃料反应器的显著特点是载氧体与燃料颗粒的停留时间长，燃料在反应器中可得到充分转化，且碳捕集效率高，但是，其也存在需要相对巨大体积的反应器、对燃料颗粒粒径要求高（通常需要燃料颗粒粒径达到1mm级）、传质传热效果差等缺点；而对于流化床燃料反应器来说，虽然其能够很好的解决移动穿燃料反应器存在的上述问题，但是其也存在一个较大的缺陷，即燃料颗粒和载氧体在流化床燃料反应器内停留的时间较短，燃料在反应器中得不到充分转化，且未完全燃料转化的燃料会进入到空气反应器中，影响碳捕集效果。为了增加燃料颗粒在流化床燃料反应器中的停留时间，以使燃料得到充分转化，目前通常是采用在化学链反应器系统的流化床燃料反应器后面加装碳分离器，通过碳分离器的分离作用，将沉降速度小的燃料颗粒携带出床层并返回燃料反应器中继续燃烧转化，进而达到增加燃料颗粒在反应器中的停留时间的目的，而将分离出来的沉降速度大的还原态载氧体颗粒输送回空气反应器中。采用上述技术措施虽然能够在一定程度上解决燃料颗粒停留时间短、得不到充分转化的问题，但是在化学链反应器系统中增设碳分离器，使得整个化学链系统构成了由空气反应器、流化床燃料反应器和碳分离器组成的三循环回路的复杂结构，大大增加了化学链反应器系统的结构复杂程度，进而大幅增加了系统的运行控制难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有碳分离功能的化学链反应器系统，该系统不仅能够大幅增加燃料和载氧体在反应仓内的停留时间，从而提高燃料的反应速率和转化率，而且还将三循环回路缩减为双循环回路，大大简化了化学链反应器系统的复杂程度，进而降低了系统的运行控制难度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有碳分离功能的化学链反应器系统，包括带有空气入口和还原态载氧体入口的空气反应器、流化床燃料反应器以及连接管道，所述的空气反应器和流化床燃料反应器通过所述的连接管道相互连通并组成闭合的反应器系统，所述的流化床燃料反应器内部设有依次相互连通的混合仓、反应仓和分选仓，所述混合仓、反应仓及分选仓的底部均对应设置有各自独立的风室；所述的混合仓设有燃料入口和载氧体入口，所述空气反应器的出口通过所述的连接管道与混合仓的载氧体入口连通；所述分选仓的顶部和底部分别设有气流出口及还原态载氧体出口，所述的还原态载氧体出口通过连接管道与空气反应器连通，所述的气流出口通过连接管道与空气反应器和混合仓之间的连接管道连通。

进一步地，所述的反应仓由数个相互连通的反应室组成，每个反应室的中下部由数块相互间隔均匀布置的隔板分隔开，从而在反应仓内部形成迷宫结构，各反应室的上部相互连通，且还在反应仓顶部设有排风口。