[发明专利]一种多种固体燃料化学链燃烧装置及方法

说明书

一种多种固体燃料化学链燃烧装置，包括空气反应器、旋风分离器、燃料反应器、热解气化反应器及返料器，空气反应器通过提升管与第一旋风分离器连接，第一旋风分离器通过第一返料器与第一燃料反应器连接，第一燃料反应器的上端与第二旋风分离器连接，下端通过第一立管与第二返料器连接，第二返料器与第二燃料反应器连接，热解气化反应器分别与第一燃料反应器及第二燃料反应器首尾连接，空气反应器通过第四返料器与第二燃料反应器连接。本发明固体燃料热解气化反应与载氧体还原反应分开进行，使得两者反应互不影响，确保多种不同固体燃料可以在热解气化反应器内有足够多的停留时间进行气化，使得固体燃料气化更完全，提高了反应效率。

技术领域

本发明涉及一种固体燃料热解气化与载氧体还原分级反应的装置及方法，属化学链燃烧系统技术领域。

背景技术

化学链燃烧（CLC）技术是一种新型、高效的CO₂捕集技术，其原理是：燃料与氧分别在两个不同的反应器内（燃料在燃料反应器内，氧在空气反应器内），通过载氧体相连接，载氧体在燃料反应器与燃料进行还原反应，失去氧，被还原的载氧体在空气反应器内与氧进行氧化反应，得到氧，整个过程中载氧体不断循环再生。

这种满足要求的CLC反应器，需具备以下几点：(1)两个反应器互不干扰；(2)可实现高效生成CO₂和高效燃烧的功能；(3)燃料与载氧体间尽量减少相互影响；（4）载氧体能够畅通的在两个反应器间流动。因此串行流化床或者双循环流化床是可行的CLC反应器，已被较多学者应用并验证。

对于固体燃料化学链燃烧，常见化学链燃烧过程为：燃料反应器内固体燃料与载氧体混合，首先固体燃料热解和气化生成气体燃料，载氧体再与气体燃料发生还原反应，被还原的载氧体再送至空气反应器中发生氧化反应得到氧。由于固体燃料热解气化过程较慢，在整个化学链燃烧中属于速率控制环节，因此较短的反应时间会有部分固体燃料直接被气流携带离开燃料反应器，导致固体燃料化学链燃烧效率降低。虽然碳分离装置延长了固体燃料在燃料反应器中的停留时间，但这种分离装置是利用载氧体与固体燃料的分层实现的，需要较大气量，存在气源以及转化率不稳定的问题。一些学者也提出了固体燃料热解气化过程与载氧体还原反应分开进行，但其需要独立热源以及需要更多不必要的能量以去除飞灰和将生成的气体燃料送入燃料反应器内。

此外，对于多种固体燃料化学链燃烧，采用常规化学链燃烧方式较难避免多种固体燃料最小流化风速不同而引起的燃料分层严重的现象，且固体燃料在燃料反应器中停留时间差异较大，较难满足固体燃料完全热解气化的要求，以及多种固体燃料与载氧体相互影响的问题。因此常规CLC反应器对于多种固体燃料化学链燃烧并不适用。

因此，以何种方式实现多种固体燃料化学链燃烧，并如何减少燃料未燃尽的情况是多种固体燃料化学链燃烧的关键，由此研发的技术使固体燃料化学链燃烧具有更广阔的适应性，在固体燃料掺烧化学链燃烧中有着广泛的社会效益和工业应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术问题，提供一种多种固体燃料化学链燃烧装置及方法，它采用多种固体燃料热解气化反应与载氧体还原反应分离的方式，解决了多种固体燃料分层现象导致的反应不完全，以及不同固体燃料与载氧体之间相互作用的影响，利用部分载氧体作为热源加热固体燃料，达到与混合物料相同的加热目的，减少额外的热解气化反应需热。

本发明所述的技术问题是以如下技术方案解决的：