專利名稱：化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及能源領(lǐng)域的燃燒技術(shù)，特別是涉及一種碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)鏈燃燒系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
減少溫室氣體CO2的排放量成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)，CO2的減排可通過提高能源的轉(zhuǎn)化和利用效率，提高可再生能源的使用比例(如風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿?。但是，今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，化石原料仍將是主要的使用能源，如果通過從常規(guī)燃燒的煙氣中分離和捕集CO2,會(huì)消耗大量的能量，系統(tǒng)整體的能量效率會(huì)很低?；诖朔N情況，化學(xué)鏈燃燒(chemical-looping combustion, CLC)技術(shù)具有先天性的捕集CO2的功能,而且不需要額外的能量消耗，因而是實(shí)現(xiàn)原料高效潔凈利用的一個(gè)新技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。但目前的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)多采用反應(yīng)溫度高達(dá)1000°C以上的循環(huán)流化床，高溫下系統(tǒng)的密封性問題 以及載氧體的燒結(jié)劣化與流動(dòng)磨損比較嚴(yán)重。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)存在的缺陷，而提供一種新的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，所要解決的技術(shù)問題是通過增設(shè)重整反應(yīng)器，首先將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為還原性極強(qiáng)的氫氣和一氧化碳，從而大幅度降低化學(xué)鏈反應(yīng)所需的工作溫度，進(jìn)而并聯(lián)設(shè)置兩個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供熱，從而更加適于實(shí)用。本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，包括重整反應(yīng)器、第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，所述第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器為并聯(lián)設(shè)置，所述重整反應(yīng)器通過第一閥門連接于所述第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器。進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，還包括依次連接的氣水分離器、壓縮機(jī)、冷卻器和二氧化碳?xì)庖悍蛛x器，所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器通過第二閥門連接于該氣水分離器，所述的第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器通過第三閥門連接于該氣水分離器。進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器與第二閥門之間設(shè)有換熱器；所述的第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器與第三閥門之間設(shè)有換熱器；重整反應(yīng)器與第一閥門之間設(shè)有換熱器。進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，還包括燃燒器，用于向重整反應(yīng)器提供熱量；所述的二氧化碳?xì)庖悍蛛x器通過管道連接于該燃燒器。進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，所述的氣水分離器通過管道連接于重整反應(yīng)器，用于向重整反應(yīng)器提供水和/或二氧化碳。進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，還包括空氣輸入管道，該空氣輸入管道上設(shè)有第四閥門，該第四閥門分別連接于第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，用于將空氣輸送至第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器或者第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器。[0010]進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，所述的第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門為三向切換閥門或者是由兩個(gè)或多個(gè)閥門組成的具有切換輸送方向的閥門組。 進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，還包括氮?dú)夥趴展艿?，分別連接于第二閥門和
第二閥11。
進(jìn)一步的，前述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器分別為內(nèi)置有換熱夾套的、裝有載氧體的固定床反應(yīng)器。借由上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)至少具有下列優(yōu)點(diǎn)本系統(tǒng)以天然氣等碳?xì)浠衔餅樵?，其先進(jìn)行重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和一氧化碳，而該重整反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物具有極強(qiáng)的還原性，所以載氧體的還原反應(yīng)可以在300-500 V的較低溫度下進(jìn)行，從而避免載氧體的積碳和燒結(jié)，從而提高載氧體壽命。本系統(tǒng)的化學(xué)鏈反應(yīng)器為內(nèi)置有換熱夾套的固定床反應(yīng)器，不僅可以避免載氧體的流化磨損，還可以消除載氧體的局部過熱，從而提高載氧體壽命。本系統(tǒng)具有兩個(gè)并聯(lián)的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，這兩個(gè)反應(yīng)器可以交替進(jìn)行載氧體的還原反應(yīng)，從而使整個(gè)系統(tǒng)可以連續(xù)供熱。本系統(tǒng)的化學(xué)鏈反應(yīng)器可在加壓下進(jìn)行還原過程，所以當(dāng)原料氣體具有壓力時(shí)無需減壓而進(jìn)行直接反應(yīng)，因而可得到具有一定壓力的還原反應(yīng)產(chǎn)物氣體，從而可有效減少二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的電耗。本系統(tǒng)具有二氧化碳的壓縮系統(tǒng)，從而可以使系統(tǒng)生成的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)碳排放的大幅度減少，同時(shí)副產(chǎn)有價(jià)值的液體二氧化碳產(chǎn)品。上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

圖I是本實(shí)用新型的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定實(shí)用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。請(qǐng)參閱圖I所示，是本實(shí)用新型提出的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其包括重整反應(yīng)器I、第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2、第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3、氣水分離器4、壓縮機(jī)5、冷卻器6、二氧化碳?xì)庖悍蛛x器7和燃燒器8。所述的重整反應(yīng)器1，用于原料天然氣進(jìn)行重整反應(yīng)，其可以采用現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3，內(nèi)裝有載氧體，用于進(jìn)行載氧體的還原反應(yīng)或者載氧體的再生反應(yīng)，較佳的采用內(nèi)置有換熱夾套201、301的固定床反應(yīng)器，化學(xué)鏈反應(yīng)熱通過換熱夾套提供給用戶。所述的載氧體優(yōu)選為氧化銅。所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3為并聯(lián)設(shè)置，所述的重整反應(yīng)器I的出口物料在第一閥門21的調(diào)節(jié)下?lián)褚贿M(jìn)入第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2或者第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3，也就是說在同一時(shí)刻，重整反應(yīng)器的出口物料只進(jìn)入一個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器。該重整反應(yīng)器出口物料管線設(shè)有換熱器11用于調(diào)節(jié)進(jìn)入第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器或者第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的物料的溫度。在第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2還連接有換熱器12，該換熱器12用于將第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的出口物料所攜帶的熱量提供給用戶。空氣輸入管道分別連接于所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和所述的第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3，在該空氣輸入管道上設(shè)有第四閥門22，用于將空氣擇一輸送給第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2或者第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3。在第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3還連接有換熱器13，該換熱器13用于將第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的出口物料所攜帶的熱量提供給用戶。所述換熱器12的出口管道上設(shè)有第二閥門23，在該第二閥門23的調(diào)節(jié)下將該換熱器出口物料輸送至氣水分離器4或者氮?dú)夥趴展艿?5。所述換熱器13的出口管道上設(shè)有第三閥門24，在該第三閥門24的調(diào)節(jié)下將該換熱器13的出口物料輸送至氣水分離器4或者氮?dú)夥趴展艿?5。所述氣水分離器4，用于分離來自第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2或者第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3的含有二氧化碳和水的物料，在該氣水分離器中形成液態(tài)水沉降在氣水分離器底部。氣水分離器底部的水通過管道以及輸送泵9輸送至重整反應(yīng)器I中作為重整反應(yīng)所需的重整劑。所述壓縮機(jī)5連接于氣水分離器4，用于壓縮氣水分離器4輸出的氣體，該氣體中包含二氧化碳、未反應(yīng)的天然氣和氫氣等。所述的冷卻器6連接于所述的壓縮機(jī)5，被壓縮機(jī)5壓縮后的氣體溫度升高，在冷卻器6中進(jìn)行換熱和二氧化碳?xì)庖夯?，其熱量用于提供給用戶。二氧化碳?xì)庖悍蛛x器7連接于冷卻器6，二氧化碳?xì)庖悍蛛x器中的不凝氣(主要為天然氣、氫氣和二氧化碳?xì)?通過管道送入燃燒器8中進(jìn)行燃燒放熱。所述的燃燒器8以燃料氣和空氣為原料進(jìn)行燃燒，用于向重整反應(yīng)器提供重整反應(yīng)所需要的熱量，其中一部分燃料其則是來自于二氧化碳?xì)庖悍蛛x器7的不凝氣。上述實(shí)施例提出的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其中的各個(gè)組成部件之間皆采用管道連接用于物料的輸送。所述的第一閥門21、第四閥門22、第二閥門23和第三閥門24具有物料切換輸送的功能，即只能將輸入的物料輸送至兩個(gè)方向中的其中之一，其可以是三向切換閥門，也可以是由兩個(gè)或多個(gè)閥門組成的閥門組，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料輸送方向的切換功能即可為被實(shí)用新型所使用。[0023]在重整反應(yīng)器I中進(jìn)行的重整過程包括反應(yīng)式(I)的CH4 (天然氣)水蒸汽重整反應(yīng)和反應(yīng)式(2)的CO變換反應(yīng)CH4 (g) +H2O (g) — CO (g) +3 (g) A H2980 = 206^1^1(I)CO (g)+H20(g) — CO2 (g) +H2 (g) A H2980 = HkJmor1(2)上述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3交替進(jìn)行載氧體的還原反應(yīng)，當(dāng)其中一個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器進(jìn)行載氧體還原反應(yīng)時(shí)，另一個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器可以進(jìn)行被還原后的載氧體的氧化反應(yīng)。載氧體的還原反應(yīng)方程式如下H2 (g)+CuO (S) — Cu (s)+H2O (g) AH298。= -86. ekJmoF1(3)CO (g)+CuO (s) — Cu (s)+CO2 (g) AH298。= -127. SkJmoF1 (4)被還原后的載氧體的氧化反應(yīng)方程式如下Cu(s)+l/202(g) — CuO(s) AH298。= -155. SkJmor1(5)也就是說，當(dāng)?shù)谝婚y門21將重整反應(yīng)器出口物料切換至第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2時(shí)，第四閥門22將空氣切換至第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3，同時(shí)第二閥門23將第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器出口物料切換至氣水分離器4，第三閥門24將第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3的出口物料切換至氮?dú)夥趴展艿?5。而當(dāng)?shù)谝婚y門21將重整反應(yīng)器出口物料切換至第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3時(shí)，第四閥門22將空氣切換至第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2，同時(shí)第二閥門23將第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器3出口物料切換至氣水分離器4，第三閥門24將第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器2的出口物料切換至氮?dú)夥趴展艿?5。由于本化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)具有兩個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，這兩個(gè)反應(yīng)器可以交替進(jìn)行載氧體的氧化還原反應(yīng)，因此可以連續(xù)向用戶供熱。且當(dāng)一個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器進(jìn)行載氧體還原反應(yīng)時(shí)，另一個(gè)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器可以進(jìn)行被還原后的載氧體的氧化反應(yīng)，從而保證其可以再次進(jìn)行還原反應(yīng)。因此本系統(tǒng)具備連續(xù)供熱的能力。由于使用固定床作為化學(xué) 鏈燃燒反應(yīng)器，載氧體在反應(yīng)器內(nèi)無需流動(dòng)，所以可以避免載氧體磨損，提高載氧體的使用壽命。另外，本系統(tǒng)還具有對(duì)二氧化碳進(jìn)行壓縮液化的功能，可以在二氧化碳?xì)庖悍蛛x器直接得到液態(tài)二氧化碳，從而使本系統(tǒng)的碳排放大幅度減少，更加有利于氣候的改善，同時(shí)也可副產(chǎn)有價(jià)值的液體二氧化碳產(chǎn)品。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于包括重整反應(yīng)器、第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，所述第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器為并聯(lián)設(shè)置，所述重整反應(yīng)器通過第一閥門連接于所述第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，還包括依次連接的氣水分離器、壓縮機(jī)、冷卻器和二氧化碳?xì)庖悍蛛x器，所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器通過第二閥門連接于該氣水分離器，所述的第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器通過第三閥門連接于該氣水分離器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器與第二閥門之間設(shè)有換熱器；所述的第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器與第三閥門之間設(shè)有換熱器；所述的重整反應(yīng)器與第一閥 門之間設(shè)有換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，還包括燃燒器，用于向重整反應(yīng)器提供熱量；所述的二氧化碳?xì)庖悍蛛x器通過管道連接于該燃燒器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述的氣水分離器通過管道連接于重整反應(yīng)器，用于向重整反應(yīng)器提供水和/或二氧化碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，還包括空氣輸入管道，該空氣輸入管道上設(shè)有第四閥門，該第四閥門分別連接于第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，用于將空氣輸送至第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器或者第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門為三向切換閥門或者是由兩個(gè)或多個(gè)閥門組成的具有切換輸送方向的閥門組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，還包括氮?dú)夥趴展艿溃謩e連接于第二閥門和第三閥門。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器分別為內(nèi)置有換熱夾套的固定床反應(yīng)器。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于一種化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)，包括重整反應(yīng)器、第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，所述第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器為并聯(lián)設(shè)置，所述重整反應(yīng)器通過第一閥門連接于所述第一化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器和第二化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器。該系統(tǒng)還包括依次連接的氣水分離器、壓縮機(jī)、冷卻器和二氧化碳?xì)庖悍蛛x器。由于具有兩個(gè)并聯(lián)的化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器，這兩個(gè)反應(yīng)器可以交替進(jìn)行載氧體的氧化還原反應(yīng)，從而使整個(gè)系統(tǒng)可以連續(xù)供熱。本系統(tǒng)還具有二氧化碳的壓縮系統(tǒng)，從而可以使系統(tǒng)生成的二氧化碳變?yōu)橐簯B(tài)便于回收和儲(chǔ)運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)二氧化碳的大幅度減排。
文檔編號(hào)F24J1/00GK202382432SQ201120500689
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者蘇慶泉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)