專利名稱：一種基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用化學(xué)鏈燃燒的方法和裝置，尤其涉及一種基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法和裝置。
背景技術(shù)：
溫室氣體排放帶來的全球變暖問題正在引起人們的重視。C02作為最主要的溫室氣體，研究C02減排技術(shù)迫在眉睫。煙氣中的C02常常被大量氮?dú)庀♂?，C02的分離與回收成本很高。在燃燒過程中生成高濃度的C02或便于(302分離
的氣相混合物，同時消除其他污染物的生成、排放是一條有效途徑?；瘜W(xué)鏈燃燒正是具有上述特性的一種新型燃燒方式，基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧體的作用分解為兩個氣固反應(yīng)，燃料與空氣無需接觸，由載氧體將空氣中的氧傳遞到燃料中。
化學(xué)鏈燃燒的系統(tǒng)包括兩個反應(yīng)器空氣反應(yīng)器(即氧化反應(yīng)器)、燃料反應(yīng)器(即還原反應(yīng)器)。載氧體是參與反應(yīng)傳遞氧的物質(zhì)，以下以金屬氧化物載
氧體(NiO)為例。在燃料反應(yīng)器內(nèi)金屬氧化物(NiO)與燃料氣體(CO)發(fā)生還原反應(yīng)
+ —M + C<92 (1)在燃料反應(yīng)器內(nèi)被還原的金屬顆粒(Ni)回到空氣反應(yīng)器并與空氣中的氧氣
發(fā)生氧化反應(yīng)
M. + <92—層 (2)
式(1)與式(2)相加即為傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)
CO + (9一CO， (3)與傳統(tǒng)燃燒相比化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢就在于其排放氣體的為高濃度的C02，而與傳統(tǒng)的煤氣化相比，化學(xué)鏈燃燒無需空氣分離過程，節(jié)省了空氣分離所需能耗。見附圖3。
目前化學(xué)鏈燃燒的中載氧體的主要選取環(huán)境性良好、無毒、廉價、載氧量高的載氧體，本發(fā)明涉及概念--載氧量，公式如下
氧化狀態(tài)載氧體質(zhì)量-還原狀態(tài)載氧體質(zhì)量
氧化狀態(tài)載氧體質(zhì)j
(4)
—M腦—MN; 75-59
例如載氧量w =柳Ni =-= 0.713
MNl0 "
鐵或鐵氧化物作為載氧體具有上述優(yōu)勢，但其缺點(diǎn)在于排放的C02中仍含
有未反應(yīng)完全的燃料氣體。原因如下
將氣體燃料以及由固體燃料氣化生成的合成氣以下統(tǒng)稱為燃料氣(成分主要
為CO、 H2或CH4等)。
鐵氧化物的還原過程是
i^Oj ~> Fe304 — FeO ~> Fe高于570°C
Fe203 — Fe304 — 低于570。CFe203轉(zhuǎn)化為Fe304的過程如下尸6203 + //2 ~> 7^304 + 7/20 +放熱
尸￡203 + CO —尸6304 + co2 +放熱
6Fe203 + C//4 ~> 4Pe304 + C02 + 2//20 +吸熱
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，F(xiàn)e2Cb轉(zhuǎn)化為Fe304的過程，可看作是不可逆反應(yīng)，故反應(yīng)平衡狀態(tài)時，CO2與H2O濃度之和接近100W。換言之，燃料氣可反應(yīng)完全。
Fe304轉(zhuǎn)化為FeO或Fe的過程如下Fe304 + CO ~> 3FeO + CC>2 +吸熱
Fe304 + 4CO — 3Fe + 4C02 +放熱Fe304 + 4i/2 4 3Fe + 4//20 +吸熱Fe304 + i/2 4 3FeO + //20 +吸熱Fe304 + Q/4 — 3尸e + C02 + 2i/20 +吸熱
4i^304 + C7/4 ■> 12FeO + C(92 + 2//20 +吸熱
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，在Fe304轉(zhuǎn)化為FeO或Fe的過程中，以上反應(yīng)為可逆反應(yīng)，在反應(yīng)平衡狀態(tài)下，燃料氣仍有部分未參加反應(yīng)。換言之，若不能保證一定濃度的燃料氣，反應(yīng)將無法向正方向進(jìn)行并獲得FeO或Fe。本過程的矛盾就在于，若希望載氧體獲得較大的載氧量，即載氧體被還原并被奪去更多的氧原子，F(xiàn)e203需還原至FeO或Fe，而還原至FeO或Fe，必將涉及到Fe304轉(zhuǎn)化為FeO或Fe的過程，而此過程如上文所述將必然導(dǎo)致排放氣體中含有未參加反應(yīng)燃料氣，降低了排放氣體中C02純度。同時也浪費(fèi)了大量的燃料氣?；谝陨险撌?，本裝置試圖在提高載氧量的同時，使排放氣體為純凈的二氧化碳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法和裝置，由于本發(fā)明利用鐵或鐵氧化物作為載氧體參與化學(xué)鏈燃燒的同時能有效分離二氧化碳，具有獲得潔凈能源且利于環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的方法技術(shù)方案如下-
一種基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法，其特征在于將鐵或鐵氧化物置于空氣反應(yīng)器流化床內(nèi)，在空氣反應(yīng)器流化床下端C通入流化空氣，鐵或鐵氧化
物與空氣中的氧氣反應(yīng)后得到Fe203，再使氣固兩相經(jīng)貧氧空氣分離器；分離后
的空氣從貧氧空氣分離器的上端E排出，而Fe203通過第一溢流槽進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床;Fe203在進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床時首先被夾帶到燃料反應(yīng)器提升管中，并在燃料反應(yīng)器提升管中與混合氣化反應(yīng)室產(chǎn)生的未完全反應(yīng)的合成氣反應(yīng)，并將合成氣轉(zhuǎn)化為的二氧化碳水蒸氣混合氣，而Fe203則轉(zhuǎn)化為Fe304，將以上氣固兩相經(jīng)二氧化碳分離器分離，分離后的二氧化碳水蒸氣混合氣從二氧化碳分離器的上端G排出，冷凝后獲得潔凈的二氧化碳，而未反應(yīng)的Fe203以及生成的Fe304從二氧化碳分離器的下端排出，經(jīng)返料槽進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室，固體燃料則通過螺旋給料器進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室，混合氣化反應(yīng)室的下端(A)通入水蒸氣作為氣化介質(zhì)，由Fe203以及Fe304提供固體燃料與水蒸氣氣化的熱量，氣化后的合成氣與Fe203及Fe304發(fā)生還原反應(yīng)，生成二氧化碳和水蒸氣并與未反應(yīng)的合成氣上升至燃料反應(yīng)器提升管，而Fe203及Fe304則被還原為FeO或Fe，含有FeO和Fe的鐵氧化物通過第二溢流槽(4)回到空氣反應(yīng)器流化床進(jìn)一步氧化，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。循環(huán)利用的鐵或鐵氧化物為Fe、 FeO、 Fe304或Fe203。本發(fā)明的裝置技術(shù)方案如下
一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法的裝置，由空氣反應(yīng)器流化床、第一溢流槽、燃料反應(yīng)器流化床及第二溢流槽組成?？諝夥磻?yīng)器流化床由主反應(yīng)室、和空氣反應(yīng)器過渡段、空氣反應(yīng)器提升管及貧氧空氣分離器組成，空氣反應(yīng)器提升管的下端通過空氣反應(yīng)器過渡段與主反應(yīng)室相連，空氣反應(yīng)器提升管的上端與貧氧空氣分離器相連；燃料反應(yīng)器流化床由二氧化碳分離器、燃料反應(yīng)器提升管、返料槽、燃料反應(yīng)器過渡段、混合氣^i反應(yīng)室及螺旋給料器組成，燃料反應(yīng)器提升管的下端通過過渡段與混合氣化反應(yīng)室相連，燃料反應(yīng)器提升管的上端與二氧化碳分離器的上端相連，二氧化碳分離器的下端通過返料槽與混合氣化反應(yīng)室相連，混合氣化反應(yīng)室的側(cè)面與螺旋給料器相連?？諝夥磻?yīng)器流化床中的貧氧空氣分離器的下端通過第一溢流槽與燃料反應(yīng)器提升管下端相連，燃料反應(yīng)器流化床的下端經(jīng)第二溢流槽與空氣反應(yīng)器流化床下端相連。在空氣反應(yīng)器循環(huán)流化床的下端設(shè)有鐵氧化物補(bǔ)充口D。在燃料反應(yīng)器流化床3的下端設(shè)有排渣口 J。第一溢流槽、第二溢流槽及返料槽的底端F、 B及H均設(shè)有松動風(fēng)口。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)-
(1)在燃料反應(yīng)器流化床內(nèi)，混合氣化反應(yīng)室橫截面積遠(yuǎn)大于燃料反應(yīng)器提升管橫截面積，而床體橫截面積的變化，使混合氣化反應(yīng)室呈現(xiàn)為鼓泡流化床狀態(tài)，而燃料反應(yīng)器提升管呈現(xiàn)為循環(huán)床狀態(tài)，其優(yōu)勢就在于，F(xiàn)e2Ch從第一溢流槽進(jìn)入燃料反應(yīng)器提升管下端，由于燃料反應(yīng)器提升管中的流化速度較高，夾帶作用明顯，大部分的Fe203并未進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室，而是首先在燃料反應(yīng)器提升管中實(shí)現(xiàn)流化，混合氣化反應(yīng)室中未完全反應(yīng)的合成氣上升至燃料反應(yīng)器提升管中，與相對過量的Fe203進(jìn)一步反應(yīng)，生成二氧《七碳和水蒸氣，經(jīng)冷凝后獲得純凈的二氧化碳，而參與反應(yīng)的Fe203則轉(zhuǎn)化為Fe304，進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室未反應(yīng)的Fe203及反應(yīng)生成的Fe304則與燃料氣或固體燃料反應(yīng)轉(zhuǎn)化為FeO或
Fe。從化學(xué)反應(yīng)過程中可以看出，針對F^"^FeO或Fe為可逆反應(yīng)，反應(yīng)平衡
時，仍有一定的合成氣濃度，即反應(yīng)無法將合成氣完全轉(zhuǎn)化，而^203=>^304為
不可逆反應(yīng)，反應(yīng)平衡時，能夠?qū)⒑铣蓺馔耆D(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸氣，本裝置利用兩個反應(yīng)的特性，使合成氣先經(jīng)過可逆反應(yīng)/^C^^FeO或Fe，最后通過不
可逆反應(yīng)&203=>&304，即達(dá)到了獲得潔凈二氧化碳的目的，又將鐵氧化物還
原至FeO或Fe，提高了載氧量。
而現(xiàn)有技術(shù)所面臨的問題在于，為達(dá)到獲得潔7爭二氧化碳的目的，只能利用不可逆反應(yīng)i^q^i^A進(jìn)行循環(huán)，從載氧量角度考慮其缺點(diǎn)為載氧量小，根
據(jù)公式4計算，現(xiàn)有技術(shù)以鐵氧化物作為載氧體的載氧量為3.3%，而使用本發(fā)明可將&203還原至&0或Fe狀態(tài)，卻仍能保證獲得潔凈的二氧化碳，而載氧
量卻達(dá)到10%-30%，幾乎提升了一個數(shù)量級。兩者對比可以看出，在需要同樣氧量的情況下，現(xiàn)有技術(shù)只能通過增加循環(huán)次數(shù)，即增加載氧體使用頻率來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之效果，導(dǎo)致載氧體過度使用，加^i載氧體磨損。從二氧化碳排放的純度考慮，現(xiàn)有技術(shù)無論從實(shí)際操作或計算機(jī)豐莫擬得出的結(jié)論中，排放的二氧化碳純度只能在90%~95%左右，其余氣體卻為可燃?xì)怏w，而利用本發(fā)明排放二氧化碳純度經(jīng)計算機(jī)模擬計算能達(dá)到99%左右，在提高二氧4t碳的純度的同時，大大減少了可燃?xì)怏w的浪費(fèi)。
綜上所述， 一方面，本發(fā)明提高了載氧體的載氧量，延長了載氧體使用壽命，另一方面本發(fā)明提高了排放氣體中二氧化碳的純度，i更于二氧化碳的捕集，減少
了可燃?xì)怏w未完全反應(yīng)的能源浪費(fèi)。對本領(lǐng)域中，以鐵或鐵的氧化物作為載氧體的化學(xué)鏈燃燒的使用及推廣具有重大意義。
(2)本發(fā)明將載氧體進(jìn)口設(shè)置在空氣反應(yīng)器下S罱，而非燃料反應(yīng)器或其他位置，其優(yōu)點(diǎn)在于無論何種狀態(tài)的鐵氧化物進(jìn)入空氣反應(yīng)器，都能保證生成的產(chǎn)物為Fe203，故使本發(fā)明的選料范圍即廣泛，又不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
G)本發(fā)明通過鐵或鐵氧化物作為載氧體，與水蒸氣、固體燃料在卯(TC 125(TC的條件下，進(jìn)行氣化與燃燒，與采用純氧燃燒方式具有相同的煙氣成分(即得到只含二氧化碳和水蒸氣的煙氣)，但是無需制取純氧的能量消耗(通常對于發(fā)電來說，其制氧能量消耗占廠用電10%以上)，而且沒有NOx生成，能量轉(zhuǎn)換過程中對外排放能得到有效的控制。


圖l為基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的裝置圖；圖2為基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的潔凈發(fā)電系統(tǒng)圖；圖3為化學(xué)鏈反應(yīng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
一種以煤作為燃料的基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法，將鐵或鐵氧化
物置于空氣反應(yīng)器流化床1內(nèi)，在空氣反應(yīng)器流化床1下端c通入流化空氣，空氣反應(yīng)器流化床1的運(yùn)行溫度可控制在80(TC 125(TC左右，鐵或鐵氧化物與空氣中的氧氣反應(yīng)后得到Fe203,再使氣固兩相經(jīng)空氣分離器l-4分離；分離后的高溫貧氧空氣從空氣分離器1-4的上端E排出，并經(jīng)做功發(fā)電或余熱利用；分離后的Fe203通過第一溢流槽2進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床3;燃料反應(yīng)器流化床3的運(yùn)行溫度可控制在80(TC 120(TC左右；從第一溢流槽2進(jìn)入燃料反應(yīng)器提升管3-2底部的Fe203則利用燃料反應(yīng)器提升管3-2的夾帶作用，首先在燃料反應(yīng)器流化床3的燃料反應(yīng)器提升管3-2中實(shí)現(xiàn)流化，混合氣化反應(yīng)室中未反應(yīng)的合成氣在燃料反應(yīng)器提升管3-2中與過量的Fe203反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳水蒸氣混合氣，經(jīng)二氧化碳分離器3-1分離后的二氧化碳水蒸氣混合氣從二氧化碳分離器3-1的上端G排出，并經(jīng)做功發(fā)電或余熱利用，凝結(jié)出水后得到純凈的二氧化碳。而在燃料反應(yīng)器提升管中部分參與反應(yīng)的Fe2Cb則轉(zhuǎn)化為Fe304。未反應(yīng)的Fe203及反應(yīng)生成的Fe304進(jìn)入二氧化碳分離器3-1，并從二氧化碳分離器3-1底端通過返料槽3-3進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室3-5。煤則通過螺旋給料器3-6進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室3-5，燃料反應(yīng)器流化床3的下端A通入氣化介質(zhì)蒸汽，在混合氣化反應(yīng)室3-5中，由Fe203及Fe304提供煤與水蒸氣氣化的熱量，氣化產(chǎn)生合成氣，而未反應(yīng)的Fe203及反應(yīng)生成的Fe304則進(jìn)一步與合成氣及煤反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為FeO和Fe。含有大量FeO和Fe的鐵氧化物通過第二溢流槽4溢流回空氣反應(yīng)器流化床1進(jìn)一步氧化為Fe203，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。如附圖l。實(shí)施例2
一種以天然氣作為燃料的基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法，將鐵或鐵氧化物置于空氣反應(yīng)器流化床1內(nèi)，在空氣反應(yīng)器流化床1下端C通入流化空氣，空氣反應(yīng)器流化床1的運(yùn)行溫度可控制在80(TC 125(rC左右，鐵或鐵氧化物與空氣中的氧氣反應(yīng)后得到Fe203，再使氣固兩相經(jīng)空氣分離器l-4分離；分離后的高溫貧氧空氣從空氣分離器1-4的上端E排出，并經(jīng)做功發(fā)電或余熱利用；分離后的Fe203通過第一溢流槽2進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床3;燃料反應(yīng)器流化床3的運(yùn)行溫度可控制在80(rC 120(TC左右；關(guān)閉螺旋給料器，在燃料反應(yīng)器流化床3的下端A通入天然氣，從第一溢流槽2進(jìn)入燃料反應(yīng)器提升管3-2底部的Fe203利用燃料反應(yīng)器提升管3-2的夾帶作用，首先在燃料反應(yīng)器流化床3的燃料反應(yīng)器提升管3-2中實(shí)現(xiàn)流化，混合氣化反應(yīng)室中未完全反應(yīng)的的天然氣在燃料反應(yīng)器提升管3-2中與過量的Fe203反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳水蒸氣混合氣，經(jīng)二氧化碳分離器3-1分離后的二氧化碳水蒸氣混合氣從分離器的上端D排出，并經(jīng)做功發(fā)電或余熱利用，凝結(jié)出水后得到純凈的二氧化碳。，而部分參與反應(yīng)的Fe203則轉(zhuǎn)化為Fe304。未反應(yīng)的Fe203及反應(yīng)生成的Fe304進(jìn)入二氧化碳分離器3-1，并從二氧化碳分離器3-1底端通過返料槽3-3進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室3-5。在混合氣化反應(yīng)室3-5中未反應(yīng)的Fe203及反應(yīng)生成的Fe304則進(jìn)一步與天然氣反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為FeO和Fe。含有大量FeO和Fe的鐵氧化物通過第二溢流槽4溢流回空氣反應(yīng)器流化床l進(jìn)一步氧化為Fe203，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。如附圖l。
實(shí)施例3
一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法的裝置，由空氣反應(yīng)器流化床1、第一溢流槽2、燃料反應(yīng)器流化床3及第二溢流槽4組成。空氣反應(yīng)器流化床1由主反應(yīng)室1-1、和空氣反應(yīng)器過渡段1-2、空氣反應(yīng)器提升管1-3及貧氧空氣分離器1-4組成，空氣反應(yīng)器提升管1-3的下端通過空氣反應(yīng)器過渡段1-2與主反應(yīng)室1-1相連，空氣反應(yīng)器提升管1-3的上端與貧氧空氣分離器l-4相連；燃料反應(yīng)器流化床3由二氧化碳分離器3-1、燃料反應(yīng)器提升管3-2、返料槽3-3、燃料反應(yīng)器過渡段3-4、混合氣化反應(yīng)室3-5及螺旋給料器3-6組成，燃料反應(yīng)器提升管3-2的下端通過過渡段3-4與混合氣化反應(yīng)室3-5相連，燃料反應(yīng)器提升管3-2的上端與二氧化碳分離器3-1的上端相連，二氧化碳分離器3-1的下端通過返料槽3-3與混合氣化反應(yīng)室3-5相連，混合氣化反應(yīng)室的側(cè)面與螺旋給料器3-6相連?？諝夥磻?yīng)器流化床1中的貧氧空氣分離器l-4的下端通過第一溢流槽2與燃料反應(yīng)器流化床3中的提升管3-2下端相連，燃料反應(yīng)器流化床3的下端經(jīng)第二溢流槽4與空氣反應(yīng)器流化床1下端相連。在空氣反應(yīng)器循環(huán)流化床1的下端設(shè)有鐵氧化物補(bǔ)充口 D。在燃料反應(yīng)器流化床3的下端設(shè)有排渣口 J。第一溢流槽2、第二溢流槽4及返料槽3-3的底端F、 B及H均設(shè)有松動風(fēng)口。如附圖l。
實(shí)施例4
一種利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)燃料制氫并分離C02的方法，即用固體燃料或氣體
燃料進(jìn)行潔凈發(fā)電，同時實(shí)現(xiàn)二氧化碳的分離。參照圖2，空氣經(jīng)過壓氣機(jī)8壓縮后，變?yōu)楦邏嚎諝?，進(jìn)入實(shí)施例3的空氣反應(yīng)器流化床，經(jīng)過與鐵或鐵氧化物反應(yīng)，得到高溫高壓貧氧空氣經(jīng)空氣反應(yīng)器載氧體分離器分離，高壓貧氧空氣進(jìn)入透平ll膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)10發(fā)電，透平11排氣再進(jìn)入余熱回收發(fā)電系統(tǒng)9產(chǎn)生電力或蒸汽。在燃料反應(yīng)器流化床，由與余熱回收發(fā)電系統(tǒng)6和10產(chǎn)生的蒸汽A與鐵氧化物反應(yīng)，生成高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔庖蠼?jīng)過二氧化碳分離器，煙氣經(jīng)過透平7膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)5發(fā)電，透平7排氣再進(jìn)入余熱回收發(fā)電系統(tǒng)6產(chǎn)生電力或蒸汽，余熱回收發(fā)電系統(tǒng)6尾氣經(jīng)過冷凝即為純凈的二氧化碳。由余熱回收發(fā)電系統(tǒng)6和10提供整個系統(tǒng)所需的水蒸氣。如附圖2。
權(quán)利要求
1.一種基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法，其特征在于將鐵或鐵氧化物置于空氣反應(yīng)器流化床內(nèi)，在空氣反應(yīng)器流化床下端(C)通入流化空氣，鐵或鐵氧化物與空氣中的氧氣反應(yīng)后得到Fe2O3，再使氣固兩相經(jīng)貧氧空氣分離器分離；分離后的空氣從貧氧空氣分離器的上端(E)排出，而Fe2O3通過第一溢流槽(2)進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床；Fe2O3在進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床時首先被夾帶到燃料反應(yīng)器提升管中，并在燃料反應(yīng)器提升管中與來自混合氣化反應(yīng)室的未反應(yīng)的合成氣反應(yīng)，并將合成氣轉(zhuǎn)化為的二氧化碳水蒸氣混合氣，而Fe2O3則轉(zhuǎn)化為Fe3O4，將以上氣固兩相經(jīng)二氧化碳分離器分離，分離后的二氧化碳水蒸氣混合氣從二氧化碳分離器的上端(G)排出，冷凝后獲得潔凈的二氧化碳，而未反應(yīng)的Fe2O3以及生成的Fe3O4從二氧化碳分離器的下端排出，經(jīng)返料槽進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室，固體燃料則通過螺旋給料器進(jìn)入混合氣化反應(yīng)室，混合氣化反應(yīng)室的下端(A)通入水蒸氣作為氣化介質(zhì)，由Fe2O3以及Fe3O4提供固體燃料與水蒸氣氣化的熱量，氣化后的合成氣與Fe2O3及Fe3O4發(fā)生還原反應(yīng)，生成二氧化碳和水蒸氣并與未反應(yīng)的合成氣上升至燃料反應(yīng)器提升管，而Fe2O3及Fe3O4則被還原為FeO或Fe，而含有FeO和Fe的鐵氧化物通過第二溢流槽(4)回到空氣反應(yīng)器流化床進(jìn)一步氧化，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法，其特征在于 循環(huán)利用的鐵或鐵氧化物為Fe、 FeO、 Fe304或Fe203。
3. —種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的方法的裝置， 由空氣反應(yīng)器流化床(1)、第一溢流槽(2)、燃料反應(yīng)器流化床(3)及第二 溢流槽(4)組成?？諝夥磻?yīng)器流化床(1)由主反應(yīng)室(1-1)、和空氣反應(yīng)器 過渡段(1-2)、空氣反應(yīng)器提升管(1-3)及貧氧空氣分離器(1-4)組成，空 氣反應(yīng)器提升管(1-3)的下端通過空氣反應(yīng)器過渡段(1-2)與主反應(yīng)室(l-l) 相連，空氣反應(yīng)器提升管(1-3)的上端與貧氧空氣分離器(1-4)相連；燃料反 應(yīng)器流化床(3)由二氧化碳分離器(3-1)、燃料反應(yīng)器提升管(3-2)、返料 槽(3-3)、燃料反應(yīng)器過渡段(3-4)、混合氣化反應(yīng)室(3-5)及螺旋給料器(3-6)組成，燃料反應(yīng)器提升管(3-6)的下端通過過渡段(3-4)與混合氣化反應(yīng)室(3-5)相連，燃料反應(yīng)器提升管(3-2)的上端與二氧化碳分離器(3-1) 的上端相連，二氧化碳分離器(3-1)的下端通過返料槽(3-3)與混合氣化反應(yīng) 室(3-5)相連，混合氣化反應(yīng)室(3-5)的側(cè)面與螺旋給料器(3-6)相連。空 氣反應(yīng)器流化床(1)中的貧氧空氣分離器(1-4)的下端通過第一溢流槽(2) 與燃料反應(yīng)器流化床(3)中的提升管(3-2)下端相連，燃料反應(yīng)器流化床(3) 的下端經(jīng)第二溢流槽(4)與空氣反應(yīng)器流化床(1)下端相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于在空氣反應(yīng)器循環(huán)流化床(1) 的下端設(shè)有鐵氧化物補(bǔ)充口 (D)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于在燃料反應(yīng)器流化床(3)的下 端設(shè)有排渣口 (J)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于第一溢流槽(2)、第二溢流槽 (4)及返料槽(3-3)的底端(F、 B及H)分別設(shè)有松動風(fēng)口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于鐵或鐵氧化物的化學(xué)鏈燃燒的的方法和裝置，其方法為將鐵或鐵氧化物置于空氣反應(yīng)器流化床內(nèi)，通入流化空氣，鐵或鐵氧化物與空氣中的氧氣反應(yīng)后得到Fe₂O₃，再使氣固兩相經(jīng)分離器分離；分離后的高溫貧氧空氣從分離器的上端排出，分離后的Fe₂O₃通過溢流槽進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床；固體燃料可通過螺旋給料器進(jìn)入燃料反應(yīng)器流化床，固體燃料與燃料反應(yīng)器下端通入的水蒸氣發(fā)生氣化反應(yīng)，生成合成氣，同時Fe₂O₃釋放出氧，與合成氣或燃料發(fā)生還原反應(yīng)，生成二氧化碳。而Fe₂O₃則被還原成FeO或Fe，經(jīng)過溢流槽回到空氣反應(yīng)器流化床進(jìn)一步氧化，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。若采用氣體燃料，氣體燃料直接通入燃料反應(yīng)器。
文檔編號F24J1/00GK101672530SQ200910184429
公開日2010年3月17日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者向文國, 新 王, 薛志鵬 申請人:東南大學(xué)