专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，包括进气管路、绝热炉膛、绝热保温层、排气管路和蓄热反应体，其中燃料气或空气通过进气管路进入绝热炉膛内；绝热保温层设置于绝热炉膛的周围；蓄热反应体均匀排布于绝热炉膛内，包括蜂窝状陶瓷体与活性氧载体涂层，活性氧载体涂层均匀镀于蜂窝状陶瓷体之上；蓄热反应体与经进气管路进入绝热炉膛的燃料气或空气发生还原反应或氧化反应，反应乏气再经排气管路排出绝热炉膛。本发明中活性氧载体被均匀分散固定在蜂窝状陶瓷体上，不仅能保证氧载体与燃料气之间的良好接触，使得化学链燃烧反应充分进行，还能减少活性氧载体的磨损和烧结，延长氧载体使用寿命。

权利要求

1.一种蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器包括进气管路(1)、绝热炉膛(2)、绝热保温层(3)和排气管路(4)，其中燃料气或空气通过进气管路(1)进入绝热炉膛(2)内，绝热保温层(3)设置于绝热炉膛(2)的周围，以实现该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器与环境之间的热隔绝，其特征在于，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器还包括：

均匀排布于绝热炉膛(2)内的蓄热反应体(5)，该蓄热反应体(5)包括蜂窝状陶瓷体(6)与活性氧载体涂层(7)，活性氧载体涂层(7)均匀镀于蜂窝状陶瓷体(6)之上，蓄热反应体(5)与经进气管路(1)进入绝热炉膛(2)的燃料气或空气发生还原反应或氧化反应。

2.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器采用蜂窝状陶瓷体(6)将活性氧载体以涂层形式固定，无需专门的气固分离装置。

3.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述蓄热反应体(5)既是构成该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器的主体，又是参与反应的反应体；将涂有氧化态氧载体的蓄热反应体(5)置于绝热炉膛(2)内，通入燃料气，在蓄热反应体(5)上发生氧载体的还原反应；将涂有还原态氧载体的蓄热反应体(5)置于绝热炉膛(2)内，在蓄热反应体(5)上发生氧载体的氧化反应。

4.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述活性氧载体涂层(7)以涂层形式涂在蜂窝状陶瓷蓄热体(6)上，使氧载体在反应器内得到充分分散。

5.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述蜂窝状陶瓷体(6)作为活性氧载体涂层(7)的支撑载体，除了用来将氧载体分散之外，还通过吸收强放热反应中放出的热量将反应器内热量分散，以减少反应器内局部热点的出现。

6.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述蜂窝状陶瓷体(6)作为支撑骨架，能够根据化学链燃烧反应及外接热负荷对热量的需求，通过自身显热的蓄/释热过程进行热量调节。

7.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述活性氧载体涂层(7)中的活性氧载体采用质量比不同的Ni基氧载体、Co基氧载体、Cu基氧载体、Fe基氧载体或混合氧载体。

8.根据权利要求7所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述活性氧载体涂层(7)中的活性氧载体选用质量比为6:4的NiO/NiAl₂O₄。

9.根据权利要求1所述的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，其特征在于，所述蓄热反应体(5)与经进气管路(1)进入绝热炉膛(2)的燃料气或空气发生还原反应或氧化反应，反应乏气再经排气管路(4)排出绝热炉膛(2)。

说明书

技术领域

本发明涉及化学链燃烧技术领域，具体涉及一种蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器。

背景技术

化学链燃烧技术是一种能在燃烧过程中实现CO₂分离的新型燃烧技术，得到了国内外学者的广泛关注。

当前，主流的化学链燃烧反应器为内串联双流化床反应器，主要由空气反应器和燃料反应器组成，两个反应器之间通过氧载体衔接，氧载体在两个反应器之间循环流动，交替发生氧化反应和还原反应。串联流化床反应器是研究最多的化学链燃烧反应器，相应示范试验及运行经验较为丰富，但在规模化应用时，主要面临以下问题：1)氧载体在燃料反应器和空气反应器之间传递，气固分离时易导致两个反应器之间的漏气，进而导致燃料转化率及CO₂捕集效率下降；2)氧载体在两个反应器之间循环流动时磨损严重，降低氧载体使用寿命，同时对氧载体机械强度要求较高。

为解决串联流化床反应器中存在的问题，有学者设计了固定床反应器，固定床反应器中，氧载体固定不动，通过燃料气与空气的切换，交替实现氧载体的还原和氧化。固定床反应器可以很好地解决串联流化床反应器中存在的问题，但也存在着以下缺陷：1)反应气与氧载体不能充分接触，仅在氧载体堆积段有反应，导致燃料转化率不足；2)氧载体以堆积形式在反应器内高度集中，导致在强放热反应阶段热量高度集中，易产生局部“热点”，造成氧载体的高温烧结。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，以解决化学链燃烧技术领域中存在的气固分离中的漏气、氧载体循环流动中的磨损、燃料与氧载体接触不好和氧载体的高温烧结等问题，实现化学链燃烧技术的有效应用。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器包括进气管路1、绝热炉膛2、绝热保温层3和排气管路4，其中燃料气或空气通过进气管路1进入绝热炉膛2内，绝热保温层3设置于绝热炉膛2的周围，以实现该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器与环境之间的热隔绝，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器还包括：均匀排布于绝热炉膛2内的蓄热反应体5，该蓄热反应体5包括蜂窝状陶瓷体6与活性氧载体涂层7，活性氧载体涂层7均匀镀于蜂窝状陶瓷体6之上，蓄热反应体5与经进气管路1进入绝热炉膛2的燃料气或空气发生还原反应或氧化反应。

上述方案中，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器采用蜂窝状陶瓷体6将活性氧载体以涂层形式固定，无需专门的气固分离装置。

上述方案中，所述蓄热反应体5既是构成该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器的主体，又是参与反应的反应体；将涂有氧化态氧载体的蓄热反应体5置于绝热炉膛2内，通入燃料气，在蓄热反应体5上发生氧载体的还原反应；将涂有还原态氧载体的蓄热反应体5置于绝热炉膛2内，在蓄热反应体5上发生氧载体的氧化反应。

上述方案中，所述活性氧载体涂层7以涂层形式涂在蜂窝状陶瓷蓄热体6上，使氧载体在反应器内得到充分分散。

上述方案中，所述蜂窝状陶瓷体6作为活性氧载体涂层7的支撑载体，除了用来将氧载体分散之外，还通过吸收强放热反应中放出的热量将反应器内热量分散，以减少反应器内局部热点的出现。

上述方案中，所述蜂窝状陶瓷体6作为支撑骨架，能够根据化学链燃烧反应及外接热负荷对热量的需求，通过自身显热的蓄/释热过程进行热量调节。

上述方案中，所述活性氧载体涂层7中的活性氧载体采用质量比不同的Ni基氧载体、Co基氧载体、Cu基氧载体、Fe基氧载体或混合氧载体。

上述方案中，所述活性氧载体涂层7中的活性氧载体选用质量比为6:4的NiO/NiAl₂O₄。

上述方案中，所述蓄热反应体5与经进气管路1进入绝热炉膛2的燃料气或空气发生还原反应或氧化反应，反应乏气再经排气管路4排出绝热炉膛2。

(三)有益效果

从上述技术方案中可以看出，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，活性氧载体涂层7固定于蓄热反应体5上，无需流化床反应器中的气固分离装置，避免了因气固分离造成的漏气；同时，还避免了流化床反应器中氧载体的循环流动引起的磨损，延长氧载体使用寿命。

2、本发明提供的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器，以蜂窝状陶瓷体6为氧载体的支撑骨架，将氧载体充分分散于整个反应器内，不仅能使氧载体与反应气充分接触，提高化学链燃烧反应的反应速率和燃料转化率，还能减少反应器内局部“热点”的出现，减少氧载体的高温烧结，解决化学链燃烧传统固定床反应器中存在的问题。

3、本发明提供的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器中，蓄热反应体5既是参与化学链燃烧反应的反应体，又是组成反应器的主体，同时，还能根据化学链燃烧反应及外接热负荷对热量需求的变化，以蜂窝状陶瓷体6骨架进行蓄/释热，实现变工况、变负荷条件下的热量调节，制作简单、更换方便、通用性强、适用范围广。

附图说明

图1为依照本发明实施例的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器的装置示意图；

图2为图1中蓄热反应体的示意图；

其中，附图标记如下：

1、进气管路，2、绝热炉膛，3、绝热保温层，4、排气管路，5、蓄热反应体，6、蜂窝状陶瓷体，7、活性氧载体涂层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是依照本发明实施例的蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器的结构示意图，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器包括进气管路1、绝热炉膛2、绝热保温层3和排气管路4，其中燃料气或空气通过进气管路1进入绝热炉膛2内，绝热保温层3设置于绝热炉膛2的周围，以实现该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器与环境之间的热隔绝，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器还包括：均匀排布于绝热炉膛2内的蓄热反应体5，该蓄热反应体5包括蜂窝状陶瓷体6与活性氧载体涂层7，活性氧载体涂层7均匀镀于蜂窝状陶瓷体6之上；蓄热反应体5与经进气管路1进入绝热炉膛2的燃料气(或空气)发生还原反应(或氧化反应)，反应乏气再经排气管路4排出绝热炉膛2。

如图2所示，图2为图1中蓄热反应体的示意图，该蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器采用蜂窝状陶瓷体6将活性氧载体涂层7固定，无需专门的气固分离装置。将氧载体以涂层形式涂在蜂窝状陶瓷蓄热体6上，使氧载体在反应器内得到充分分散。

将涂有氧化态氧载体的蓄热反应体5置于绝热炉膛2内，可组成化学链燃烧的燃料反应器，通入燃料气，在蓄热反应体5上发生氧载体的还原反应；将涂有还原态氧载体的蓄热反应体5置于绝热炉膛2内，可组成化学链燃烧的空气反应器，通入空气，在蓄热反应体5上发生氧载体的氧化反应，蓄热反应体5既是组成反应器的主体，又是参与反应的反应体。

以蜂窝状陶瓷体6作为活性氧载体涂层7的支撑载体，除了用来将氧载体分散之外，还通过吸收强放热反应中放出的热量将反应器内热量分散，以减少反应器内局部热点的出现。

作为支撑骨架的蜂窝状陶瓷体6，可以根据化学链燃烧反应及外接热负荷对热量的需求，通过自身显热的蓄/释热过程进行热量调节。

活性氧载体涂层7中的活性氧载体可以采用质量比不同的Ni基氧载体、Co基氧载体、Cu基氧载体、Fe基氧载体或混合氧载体等。在本发明提供的实施例中，活性氧载体涂层7中的活性氧载体优选地采用质量比为6:4的NiO/NiAl₂O₄，蓄热反应体5的制备采用以下步骤：1)将按比例称量的Al(NO₃)₃·9H₂O及Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解于异丙醇和水的混合溶液中，其中异丙醇和水的体积比为3:1，搅拌溶液1小时，使其充分混合；2)将预先准备的蜂窝状陶瓷体6浸没于制得的溶液中，并将浸有蜂窝状陶瓷体6的溶液放入鼓风干燥箱中相继进行80℃、200℃和500℃干燥，干燥时间分别为24小时、5小时和3小时；3)将干燥所得物在马弗炉中1300℃下煅烧3小时，即得所需蓄热反应体。

在本发明提供的实施例中，将制得的蓄热反应体5置于绝热炉膛2中，以二甲醚(DME)为还原燃料，空气为氧化反应气，还原反应温度和氧化反应温度分别为500℃和1000℃条件下进行循环实验。实验结果显示，与流化床反应器及固定床反应器相比，本发明中还原反应和氧化反应的反应性具有显著提高；进行40次循环实验后，蓄热反应体5仍保持较高的反应活性，与传统反应器中氧载体(相同方法制备的相同组成的氧载体粉末或氧载体颗粒)反应性在30次循环内迅速衰减相比，氧载体循环使用寿命显著延长。此外，相同循环次数后氧载体SEM结果显示，氧载体的高温烧结得到显著改善。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种蜂窝状蓄热体式化学链燃烧反应器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。