專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置及其使用方法，屬于燃燒反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，化學(xué)鏈燃燒(Chemical looping combustion)技術(shù)是一種革命性的新型燃燒方式，它將傳統(tǒng)的一步燃燒反應(yīng)分解為兩步分別在燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器中進(jìn)行，通過中間循環(huán)氧載體(通常為金屬氧化物)將空氣中的氧提供給燃料。在傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)中，因?yàn)镹2的稀釋，煙氣中CO2濃度僅13%左右，需要消耗大量的能量才能將其捕集；而在化學(xué)鏈燃燒過程中，燃料和空氣是隔離的，因此在燃料反應(yīng)器中產(chǎn)生的煙氣不會(huì)被空氣中的N2 稀釋，其主要成分為CO2和H2O,經(jīng)過簡(jiǎn)單的冷凝就可以得到高純度的CO2,以便利用或封存。同時(shí)，它還能有效抑制其他污染物的產(chǎn)生，而且，因?yàn)槟芰康奶菁?jí)利用，化學(xué)鏈燃燒方式可以提高系統(tǒng)的熱效率。因此，化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是一種高效、清潔的燃燒方式，目前也是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)方向?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)的燃料適應(yīng)性很強(qiáng)，氣體、液體、固體燃料均能適用。而針對(duì)不同燃料形式、氧載體類型的反應(yīng)器設(shè)計(jì)一直是化學(xué)鏈技術(shù)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要工作。目前的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器主要是串型流化床反應(yīng)器(Interconnected fluidized-bed)和雙循環(huán)流化床反應(yīng)器(Dual CFB)。這兩種反應(yīng)器雖然可以實(shí)現(xiàn)較高的CO2減排效率，但是結(jié)構(gòu)和工藝過程非常復(fù)雜，且需要很好的控制自動(dòng)化技術(shù)與其匹配，同時(shí)也使得加工成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、經(jīng)濟(jì)性能好、且能達(dá)到較高的CO2捕集效率和濃度的旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置及其使用方法。為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于包括圓柱形外殼，布風(fēng)板設(shè)于圓柱形外殼的上層和下層之間，齒輪軸承設(shè)于布風(fēng)板上部中心，固定軸承設(shè)于布風(fēng)板下部中心，軸心一端通過齒輪連接齒輪軸承，軸心另一端連接固定軸承；旋轉(zhuǎn)葉片設(shè)于齒輪軸承上，固定葉片設(shè)于固定軸承上。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)葉片下平面和圓周均設(shè)有金屬網(wǎng)。優(yōu)選地，所述圓柱形外殼的上層被所述旋轉(zhuǎn)葉片分隔成面積相等的N塊，N> 6 ;所述圓柱形外殼的下層被所述固定葉片分隔成4塊，分別為氣體燃料區(qū)、第一水蒸氣區(qū)、空氣區(qū)和第二水蒸氣區(qū)。優(yōu)選地，所述第一水蒸氣區(qū)和第二水蒸氣區(qū)的橫截面積均與所述圓柱形外殼的上層被所述旋轉(zhuǎn)葉片分隔成的每一小塊的橫截面積相等。優(yōu)選地，所述氣體燃料區(qū)和空氣區(qū)對(duì)應(yīng)的上層空間均設(shè)有排氣通道。為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置使用方法，其特征在于首先，在布風(fēng)板上層旋轉(zhuǎn)葉片之間鋪設(shè)氧載體；然后，分別從圓柱形外殼下層的氣體燃料區(qū)、第一水蒸氣區(qū)、空氣區(qū)和第二水蒸氣區(qū)下部通入氣體燃料、水蒸氣、空氣和水蒸氣；最后，用電機(jī)連接軸心，帶動(dòng)齒輪軸承和旋轉(zhuǎn)葉片勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 優(yōu)選地，所述氣體燃料為天然氣或合成氣。本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置的燃料不與空氣接觸燃燒，而是通過氧載體的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生交替的氧化-還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒過程，即當(dāng)氧載體轉(zhuǎn)動(dòng)到氣體燃料區(qū)上方時(shí)，發(fā)生還原反應(yīng)，氧載體被還原成金屬單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的金屬氧化物，同時(shí)燃料被氧化生成CO2和H2O,生成的氣體被排出，通過冷凝即可捕集到高濃度的C02。旋轉(zhuǎn)葉片繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此部分氧載體慢慢經(jīng)過第一水蒸氣區(qū)，經(jīng)過水蒸氣的吹掃使得此部分氧載體中不再含有CO2，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)空氣區(qū)，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧載體被空氣中的氧氣氧化成原始狀態(tài)，富含N2和部分02、H2O的煙氣被排出，此部分氧載體繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過第二水蒸氣區(qū)后，包含的煙氣被水蒸氣吹掃干凈，再轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入氣體燃料區(qū)進(jìn)行下一次循環(huán)。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置具有如下有益效 果(I)切換式分級(jí)反應(yīng)，可以將燃料和空氣隔離，是一種高效的CO2減排技術(shù)；(2)分級(jí)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，有效提聞系統(tǒng)的熱效率；(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，不需要復(fù)雜的自動(dòng)化控制與其匹配，相應(yīng)的投資成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用均能降低；(4)能實(shí)現(xiàn)良好的密封性能，達(dá)到較高的CO2捕集效率和較高的CO2濃度。本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置及其使用方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過切換式分級(jí)反應(yīng)，能達(dá)到較高的CO2捕集效率和濃度，提高了系統(tǒng)的熱效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、經(jīng)濟(jì)性能好。


圖I為本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置示意圖；圖2為本實(shí)施例中圓柱形外殼下層區(qū)域平面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明I-圓柱形外殼；2_旋轉(zhuǎn)葉片；3_布風(fēng)板；4_固定葉片；5_齒輪軸承；6_固定軸承；7-氣體燃料區(qū)；8_第一水蒸氣區(qū)；9_空氣區(qū)；10_第二水蒸氣區(qū)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。圖I為本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置示意圖，所述的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置包括圓柱形外殼1，圓柱形外殼I內(nèi)分上、下兩層，布風(fēng)板3裝在圓柱形外殼I的上層和下層之間，將兩層空間隔絕。齒輪軸承5裝在布風(fēng)板3上部中心，固定軸承6裝在布風(fēng)板3下部中心，旋轉(zhuǎn)葉片2裝在齒輪軸承5上，固定葉片4裝在固定軸承6上。軸心一端連接固定軸承6，軸心另一端與齒輪軸承5通過齒輪連接從而帶動(dòng)齒輪軸承5和旋轉(zhuǎn)葉片2轉(zhuǎn)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)葉片2下平面和圓周(即與圓柱形外殼I內(nèi)表面連接處)安裝金屬網(wǎng)。
圓柱形外殼I的上層被旋轉(zhuǎn)葉片2分隔成面積相等的N塊，N > 6。結(jié)合圖2，圓柱形外殼I的下層被固定葉片4分隔成4塊，分別為氣體燃料區(qū)7、第一水蒸氣區(qū)8、空氣區(qū)9和第二水蒸氣區(qū)10。第一水蒸氣區(qū)8和第二水蒸氣區(qū)10的橫截面積均與圓柱形外殼I的上層被旋轉(zhuǎn)葉片2分隔成的每一小塊的橫截面積相等。氣體燃料區(qū)7和空氣區(qū)9對(duì)應(yīng)的上層空間均設(shè)置排氣通道。使用時(shí)，在布風(fēng)板3上層旋轉(zhuǎn)葉片2之間鋪設(shè)氧載體，分別從圓柱形外殼I下層的氣體燃料區(qū)7、第一水蒸氣區(qū)8、空氣區(qū)9和第二水蒸氣區(qū)10下部通入氣體燃料(天然氣或合成氣)、水蒸氣、空氣和水蒸氣，用電機(jī)連接軸心，帶動(dòng)齒輪軸承5和旋轉(zhuǎn)葉片2勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圓柱形外殼I下層通入的氣體燃料、水蒸氣、空氣通過布風(fēng)板3使鋪設(shè)在旋轉(zhuǎn)葉片2之間的氧載體流化，流化模型為鼓泡床或湍流床，產(chǎn)生的煙氣通過獨(dú)立的排氣通道排出，實(shí)現(xiàn)高濃度CO2的捕集。鋪設(shè)在圓柱形外殼I的上層布風(fēng)板3上各小區(qū)域的氧載體依次通過氣體燃料區(qū)7、第一水蒸氣區(qū)8、空氣區(qū)9和第二水蒸氣區(qū)10，經(jīng)歷的過程依次是還原反應(yīng)-清洗-氧化反應(yīng)-清洗，不斷循環(huán)。以CH4作為燃料，以MeO表示金屬氧化物，還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)過程 式如下還原反應(yīng)4MeO+CH4— 4Me+2H20+C02氧化反應(yīng)4M+202— 4MeO第一水蒸氣區(qū)8和第二水蒸氣區(qū)10通入水蒸氣有兩個(gè)作用一是作為惰性氣體清洗氧載體中殘留的煙氣，可以使還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO2不被空氣中的N2稀釋，有效捕集CO2,以便封存或利用；二是起到流化作用。當(dāng)氧載體轉(zhuǎn)動(dòng)到氣體燃料區(qū)7和第一水蒸氣區(qū)8交界處時(shí)，同一小塊的氧載體一部分在氣體燃料區(qū)7，一部分在第一水蒸氣區(qū)8，此部分的氧載體發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO2被通入的水蒸氣不斷吹走，通過上部的排氣通道排出。直到此部分氧載體完全經(jīng)過空氣區(qū)9，到達(dá)第二水蒸氣區(qū)10，開始發(fā)生氧化反應(yīng)，得到的富含N2的煙氣從空氣區(qū)9上方的排氣通道排出，當(dāng)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到空氣區(qū)9和第二水蒸氣區(qū)10交界處時(shí)，通入的水蒸氣會(huì)將此部分含有的N2吹掃干凈，然后進(jìn)入氣體燃料區(qū)7。因此，第一水蒸氣區(qū)8和第二水蒸氣區(qū)10中通入水蒸氣可以起到良好的密封作用，達(dá)到較高的CO2捕集效率以及CO2濃度。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于包括圓柱形外殼(1)，布風(fēng)板(3)設(shè)于圓柱形外殼(I)的上層和下層之間，齒輪軸承(5)設(shè)于布風(fēng)板(3)上部中心，固定軸承(6)設(shè)于布風(fēng)板(3)下部中心，軸心一端通過齒輪連接齒輪軸承(5)，軸心另一端連接固定軸承(6);旋轉(zhuǎn)葉片(2)設(shè)于齒輪軸承(5)上，固定葉片(4)設(shè)于固定軸承(6)上。
2.如權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)葉片(2)下平面和圓周均設(shè)有金屬網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于所述圓柱形外殼(I)的上層被所述旋轉(zhuǎn)葉片(2)分隔成面積相等的N塊，N > 6 ;所述圓柱形外殼(I)的下層被所述固定葉片(4)分隔成4塊，分別為氣體燃料區(qū)(7)、第一水蒸氣區(qū)(8)、空氣區(qū)(9)和第二水蒸氣區(qū)(10)。
4.如權(quán)利要求4所述的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于所述第一水蒸氣區(qū)(8)和第二水蒸氣區(qū)(10)的橫截面積均與所述圓柱形外殼(I)的上層被所述旋轉(zhuǎn)葉片(2)分隔成的每一小塊的橫截面積相等。
5.如權(quán)利要求5所述的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于所述氣體燃料區(qū)(7)和空氣區(qū)(9)對(duì)應(yīng)的上層空間均設(shè)有排氣通道。
6.一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置使用方法，其特征在于首先，在布風(fēng)板(3)上層旋轉(zhuǎn)葉片(2)之間鋪設(shè)氧載體；然后，分別從圓柱形外殼(I)下層的氣體燃料區(qū)(7)、第一水蒸氣區(qū)(8)、空氣區(qū)(9)和第二水蒸氣區(qū)(10)下部通入氣體燃料、水蒸氣、空氣和水蒸氣；最后，用電機(jī)連接軸心，帶動(dòng)齒輪軸承(5)和旋轉(zhuǎn)葉片(2)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求7所述的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置使用方法，其特征在于所述氣體燃料為天然氣或合成氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置，其特征在于包括圓柱形外殼，布風(fēng)板設(shè)于圓柱形外殼的上層和下層之間，齒輪軸承設(shè)于布風(fēng)板上部中心，固定軸承設(shè)于布風(fēng)板下部中心，軸心一端通過齒輪連接齒輪軸承，軸心另一端連接固定軸承；旋轉(zhuǎn)葉片設(shè)于齒輪軸承上，固定葉片設(shè)于固定軸承上。本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)型化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器裝置及其使用方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過切換式分級(jí)反應(yīng)，能達(dá)到較高的C02捕集效率和濃度，提高了系統(tǒng)的熱效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、經(jīng)濟(jì)性能好。
文檔編號(hào)F23C10/20GK102818259SQ20121031592
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者熊杰, 馬勝, 倪建軍 申請(qǐng)人:上海鍋爐廠有限公司