专利名称：新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种气体燃料间接燃烧装置，具体地说涉及一种C02零排放的 新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置。
背景技术：
随着人们对全球变暖认识的深入，减少温室气体C02的排放量是国际社会所 关注的焦点。尽管可以通过增加可再生能源从源头上减少C02的排放，但化石燃 料占据世界能源主体的状况在近期内难以改变。因此，在提高化石能源转化效率 的前提下，将产生的C02进行回收利用或捕获封存对于应对全球变暖具有重要的
意义。在常规燃烧过程中，可以采用纯氧或富氧为氧化剂，也可以以空气为氧化
剂将烟气中的C02进行分离并浓縮。然而，由于空气中氧气或烟气中C02的浓度
较低，要实现分离必然导致高额的设备投资和运行费用。
1983年Richter等首次提出化学链燃烧，其原理是使用金属氧化物作载氧剂， 金属氧化物与燃料接触进行还原反应，并将产生的C02进行分离。目前，所采用 的载氧剂颗粒直径在100pm以上，显然难以发挥其潜在的优势。从化学机理来说， 金属颗粒尺寸越小越适合作载氧剂；但从工程角度考虑，颗粒尺寸越小，不仅其 制备过程消耗更多的能量，而且颗粒与颗粒直接相互作用力的增大将导致流化质 量恶化。对于气体燃料的化学链燃烧，如何保障载氧剂的流化质量，将是问题的 关键，还有待深入研究。 发明内容'
本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、易操作的新型组合流化床 气体燃料间接燃烧装置。
本实用新型的目的是这样实现的，它是由流化床、旋风分离器、气液分离器、 锁气料腿、空气入口、气体燃料入口、贫氧空气出口、 C02储气罐组成。其特征 在于流化床分为快速床和鼓泡(或湍流)流化床，快速床底部是空气入口，快速 床下部通过锁气料腿与鼓泡(或湍流)流化床下部相通，快速床上部与鼓泡(或 湍流)流化床内的旋风分离器相通，旋风分离器顶部是贫氧空气出口，鼓泡(或 湍流)流化床下部有一个锥形段，锥形段底部是气体燃料入口，鼓泡(或湍流) 流化床顶部与气液分离器下部相通，气液分离器底部是卸液口，气液分离器上部
与C02储气罐相通。
快速床内装有与助流剂相混合的金属颗粒，空气经过快速床底部的空气入口 进入快速床内，与快速床内的金属颗粒进行氧化反应生成金属氧化物，反应后的贫氧空气和金属氧化物经鼓泡(或湍流)流化床内的旋风分离器分离后，贫氧空 气经旋风分离器顶部的贫氧空气出口排出，金属氧化物经旋风分离器底部料腿进 入鼓泡(或湍流)流化床内与经鼓泡(或湍流)流化床底部的气体燃料入口进入 鼓泡(或湍流)流化床内的气体燃料发生还原反应，生成的金属颗粒在重力作用 下经鼓泡(或湍流)流化床下部与快速床相通的锁气料腿返回到快速床内，进行 金属氧化物的再生，即载氧过程；还原反应生成的气体产物经鼓泡(或湍流)流 化床顶部与气液分离器相通的管线进入气液分离器内，经过气液分离后，液体经 气液分离器底部的卸液口排出，C02经气液分离器上部与C02储气罐相通的管线 进入C02储气罐进行收集。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点
① 本实用新型可以实现气体燃料的间接燃烧，通过使用金属氧化物作为载 氧剂，可以完全避免纯氧或富氧作为氧化剂时产生的温室气体C02分离 难的问题，实现C02零排放；
② 本实用新型利用快速床与鼓泡(或湍流)流化床之间的颗粒流动，能够 有效地实现热量在二者之间的传递，显著提高了能量的利用效率；
③ 在快速床与鼓泡(或湍流)流化床之间循环的颗粒为两种直径差异较大 的金属和惰性非金属混合颗粒，二者相互混合的协同效应可以有效地改 善混合颗粒的流化质量；
混合颗粒中载氧剂金属颗粒的粒径范围是10 30pm，远远小于目前所 使用的金属颗粒直径，能够将其潜在的化学机理优势充分发挥来；
混合颗粒中助流剂惰性非金属颗粒的粒径范围是100 300pm，具有非 常好的流化性能，与载氧剂金属颗粒良好的混合效应，保障了金属颗粒 在快速床与鼓泡(或湍流)流化床中的流化质量；
⑥ 本实用新型中快速床内实现的是金属氧化物的再生过程，并将新再生的 金属氧化物输送到鼓泡(或湍流)流化床内；
⑦ 本实用新型中鼓泡(或湍流)流化床内实现的是金属氧化物与气体燃料 的还原反应，被还原的金属在重力的作用下返回到快速床内；
⑧ 本实用新型中为了保障设备结构紧凑和减少热能耗散，将旋风分离器置 于鼓泡(或湍流)流化床内，旋风分离器能够实现贫氧空气与混合颗粒 高效分离；
◎ 本实用新型中快速床与鼓泡(或湍流)流化床之间相通的料腿是锁气料 腿，能够有效防止快速床内的空气泄漏到鼓泡(或湍流)流化床内。
图1是本实用新型的结构示意图
如图所示，l是空气入口， 2是锁气料腿，3是快速床，4是C02储气罐，5是气 液分离器，6是卸液口， 7是贫氧空气出口， 8是旋风分离器，9是鼓泡(或湍流) 流化床，IO是气体燃料入口。
具体实施方式
流化床分为快速床3和鼓泡(或湍流)流化床9，快速床3底部是空气入口 1 ，快速床3下部通过锁气料腿2与鼓泡(或湍流)流化床9下部相通，快速床3 上部与鼓泡(或湍流)流化床9内的旋风分离器8相通，旋风分离器8顶部是贫 氧空气出口7，鼓泡(或湍流)流化床8下部有一个锥形段，锥形段底部是气体 燃料入口 10，鼓泡(或湍流)流化床8顶部与气液分离器5下部相通，气液分离 器5底部是卸液口 6，气液分离器5上部与C02储气罐4相通。
快速床3内装有与助流剂相混合的金属颗粒，空气经过快速床3底部的空气 入口 1进入快速床3内，与快速床3内的金属颗粒进行氧化反应生成金属氧化物， 反应后的贫氧空气和金属氧化物经鼓泡(或湍流)流化床9内的旋风分离器8分 离后，贫氧空气经旋风分离器8顶部的贫氧空气出口7排出，金属氧化物经旋风 分离器8底部料腿进入鼓泡(或湍流)流化床9内，与经鼓泡(或湍流)流化床 9底部的气体燃料入口 IO进入鼓泡(或湍流)流化床9内的气体燃料发生还原反 应，生成的金属颗粒在重力作用下经鼓泡(或湍流)流化床9下部与快速床3相 通的锁气料腿2返回到快速床3内，进行金属氧化物的再生，即载氧过程；还原 反应生成的气体产物经鼓泡(或湍流)流化床8顶部与气液分离器5相通的管线 进入气液分离器5内，实现气液分离后，液体经气液分离器5底部的卸液口 6排 出，C02经气液分离器5上部与C02储气罐4相通的管线进入C02储气罐4进行 收集。
权利要求1、一种新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置是由快速床(3)、鼓泡或湍流流化床(9)、旋风分离器(8)、气液分离器(5)、锁气料腿(2)、空气入口(1)、气体燃料入口(10)、贫氧空气出口(7)、卸液口(6)、CO2储气罐(4)组成，其特征在于快速床(3)底部是空气入口(1)，快速床(3)下部通过锁气料腿(2)与鼓泡或湍流流化床(9)下部相通，快速床(3)上部与鼓泡或湍流流化床(9)内的旋风分离器(8)相通，旋风分离器(8)顶部是贫氧空气出口(7)，鼓泡或湍流流化床(9)下部有一个锥形段，锥形段底部是气体燃料入口(10)，鼓泡或湍流流化床(9)顶部与气液分离器(5)下部相通，气液分离器(5)底部是卸液口(6)，气液分离器(5)上部与CO2储气罐(4)相通。
2、 如权利要求1所述的一种新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置，其特 征在于所述的快速床(3)和鼓泡或湍流流化床(9)之间的料腿是锁气料腿(2)。
3、 如权利要求1所述的一种新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置，其特 征在于所述的在快速床(3)和鼓泡或湍流流化床(9)之间循环的颗粒为两种直径差 异较大的金属和惰性非金属混合颗粒，其中，载氧剂金属颗粒的粒径范围是10 30jum，助流剂惰性非金属颗粒的粒径范围是100 30(Hmi。
专利摘要一种新型组合流化床气体燃料间接燃烧装置是由快速床(3)、鼓泡或湍流流化床(9)、旋风分离器(8)、气液分离器(5)、锁气料腿(2)、空气入口(1)、气体燃料入口(10)、贫氧空气出口(7)、卸液口(6)、CO<sub>2</sub>储气罐(4)组成。其特征在于快速床(3)底部是空气入口(1)，快速床(3)下部通过锁气料腿(2)与鼓泡或湍流流化床(9)下部相通，快速床(3)上部与鼓泡或湍流流化床(9)内的旋风分离器(8)相通，旋风分离器(8)顶部是贫氧空气出口(7)，鼓泡或湍流流化床(9)下部有一个锥形段，锥形段底部是气体燃料入口(10)，鼓泡或湍流流化床(9)顶部与气液分离器(5)下部相通，气液分离器(5)底部是卸液口(6)，气液分离器(5)上部与CO<sub>2</sub>储气罐(4)相通。本实用新型完成了气体燃料的间接燃烧，从而实现CO<sub>2</sub>零排放。
文档编号F23C10/18GK201233005SQ20082011047
公开日2009年5月6日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者吴桂英, 锴 张, 文东升, 王其成, 鄂承林 申请人:中国石油大学(北京)