一种蓄热型无焰燃烧技术

摘要

本发明涉及一种蓄热型无焰燃烧技术，属于能源环境领域。当这种蓄热型氧载体用于燃烧时，第一步，蓄热型氧载体吸收热量后内部相变蓄热材料发生相变储存大量热量，而氧载体外壳并不发生形变或坍塌；当氧载体与燃料发生完全氧化反应（吸热反应）产生CO2与H2O时，内部相变蓄热材料通过发生相变来向外部氧载体提供热量以维持反应进行；第二步，当氧载体的内部晶格氧消耗殆尽或完全氧化反应接近尾声时，切换气体将空气通入蓄热型氧载体床层，还原态氧载体与空气中氧气反应（放热反应）完成氧载体自身的再生过程同时产生高纯N2，此时氧载体内部相变蓄热材料发生相变储存热量。交替进行第一步与第二步就可以连续得到高纯CO2与高纯N2。

权利要求

1.一种蓄热型无焰燃烧方法，其特征在于包括是蓄热型氧载体和蓄热型氧载体燃烧技术两部分，蓄热型氧载体（4）由内部核蓄热相变材料（2）与外部壳氧载体/金属氧化物（1）构成；将数个蓄热型氧载体（4）放入一个的有进口和有出口的容器中，构成一个反应器（3），蓄热型氧载体燃烧设备由一个反应器（3）、第一换向阀（5）、第二换向阀（6）和数根输送管共同构成，第一换向阀（5）一端接反应器（3）进口，另一端接燃料管（7）和空气管（8）；

蓄热型氧载体燃烧技术是：当这种蓄热型氧载体用于燃烧时，

第一步，蓄热型氧载体吸收热量后内部相变，内部核蓄热相变材料（2）发生相变储存大量热量，而氧载体外壳并不发生形变或坍塌；当外部壳氧载体/金属氧化物（1）与燃料发生完全氧化反应，即吸热反应，产生CO2与H2O时，内部核蓄热相变材料（2）通过发生相变来向外部壳氧载体/金属氧化物（1）提供热量以维持反应进行；

第二步，当外部壳氧载体/金属氧化物（1）的内部晶格氧消耗殆尽或完全氧化反应接近尾声时，切换第一换向阀（5）将空气通入蓄热型氧载体床层，还原态的外部壳氧载体/金属氧化物（1）与空气中氧气反应，即放热反应，完成外部壳氧载体/金属氧化物（1）自身再生过程同时产生高纯N2，此时外部壳氧载体/金属氧化物（1）内部相变蓄热材料发生相变储存热量；

交替进行第一步与第二步，能连续获得高纯CO2与高纯N2；

氧载体内部核蓄热相变材料（2）不断交替的发生相变，进行蓄、放热供给氧载体的氧化还原反应，所述氧外部壳载体/金属氧化物（1）是金属氧化物Fe2O3-CuO-Fe/Al2O3；

所述内部核蓄热相变材料（2）是K2CO3与Na2CO3。

说明书

一种蓄热型无焰燃烧技术

技术领域

[0001] 本发明涉及一种蓄热型无焰燃烧技术，属于能源环境领域。

背景技术

[0002] 地球表面温度升高、海平面上升、极端恶劣天气频繁出现引起了全人类对“温室效应”的关注，CO2是引起温室效应的主要温室气体，已被视为第三代空气污染物。随着世界工业化进程的不断推进，以石油、煤、天然气为主的含碳化石能源在人类生产、生活活动中大量使用，打破了自然界生物圈、大气圈原有的碳平衡。

[0003] 为实现人类社会的可持续发展，以《京都议定书》为重要标志，国际社会对CO2减排已达成共识。2009年12月，旨在讨论全球温室气体减排及低碳经济的“哥本哈根气候变化大会”受到各国政府高度关注，美、日等国均在哥本哈根气候变化大会上向全世界做出了CO2具体的量化减排承诺。

[0004] 化石燃料的燃烧室温室气体的主要来源，煤、天然气、石油等化石燃料在燃烧过程中产生大量的二氧化碳、氮氧化物与硫氧化物等有害气体，加剧了大气污染与全球变暖。为减少燃料燃烧过程中有害气体的排放，各国十分重视能源的高效清洁利用，特别是蓄热燃烧与无焰燃烧等技术的开发与利用，开发具有新型的蓄热型氧载体材料与燃烧技术对能源的清洁、高效利用具有重要意义。

发明内容

[0005] 本发明目的在于提供一种通过氧载体内部相变蓄热材料不断交替发生的相变，达到蓄热、放热目的，连续获得高纯CO2与高纯N2的蓄热型无焰燃烧技术。

[0006] 本发明蓄热型无焰燃烧技术的特征在于包括是蓄热型氧载体和蓄热型氧载体燃烧技术两部分，蓄热型氧载体（4）由内部核蓄热相变材料（2）与外部壳氧载体/金属氧化物（1）构成；将数个蓄热型氧载体（4）放入一个的有进口和有出口的容器中，构成一个反应器（3），蓄热型氧载体燃烧设备由一个反应器（3）、两个换向阀（5、6）和数根输送管共同构成，换向阀（5）一端接反应器（3）进口，另一端接燃料管（7）和空气管（8）；

[0007] 蓄热型氧载体燃烧技术是：当这种蓄热型氧载体用于燃烧时，

[0008] 第一步，蓄热型氧载体吸收热量后内部相变，蓄热相变材料（2）发生相变储存大量热量，而氧载体外壳并不发生形变或坍塌；当氧载体（1）与燃料发生完全氧化反应，即吸热反应，产生CO2与H2O时，内部蓄热相变材料（2）通过发生相变来向外部氧载体（1）提供热量以维持反应进行；

[0009] 第二步，当外部氧载体（1）的内部晶格氧消耗殆尽或完全氧化反应接近尾声时，切换换向阀（5）将空气通入蓄热型氧载体床层，还原态的氧载体（1）与空气中氧气反应，即放热反应，完成氧载体（1）自身再生过程同时产生高纯N2，此时氧载体（1）内部相变蓄热材料发生相变储存热量；

[0010] 交替进行第一步与第二步，能连续获得高纯CO2与高纯N2；

[0011] 同时氧载体内部相变蓄热材料（2）不断交替发生相变，达到蓄、放热的目的，以供给氧载体的氧化还原反应，

[0012] 所述氧载体是金属氧化物Fe2O3-CuO-Fe/Al2O3；

[0013] 所述蓄热相变材料是K2CO3与Na2CO3。

[0014] 本发明具有以下优点：

[0015] （1）将化学链燃烧技术与蓄热燃烧相结合，大大提高燃烧过程的能源利用效率。

[0016] （2）蓄热型氧载体在完成无焰燃烧时还可以完成蓄热过程，蓄热型氧载体蓄、放热过程能够及时对氧载体吸、放热作出反应，能量传递快捷高效。

[0017] （3）该燃烧过程不排放二氧化碳等污染物，属于环境友好型燃烧技术。

[0018] （4）该燃烧装置系统可用于发电，将燃料的化学能转化为电能，同时达到二氧化碳收集的目的。

[0019] （5）该燃烧装置除能够捕集二氧化碳、提高燃烧效率外还可以副产高纯氮气。

附图说明

[0020] 图1本发明由数个蓄热型氧载体构成的一个反应器示意图。

[0021] 图2为本发明单个蓄热型氧载体的结构示意图。

[0022] 图3本发明蓄热型无焰燃烧技术换向阀两种工作状态时的爆炸图。

[0023] 图中：1—氧载体/金属氧化物；2—蓄热相变材料；3—反应器；4—蓄热型氧载体；5—换向阀；6—换向阀；7—燃料管；8—空气管。

具体实施方式

[0024] 本发明包括两部分，一部分是蓄热型氧载体，另一部分是蓄热型氧载体燃烧技术。蓄热型氧载体的特点在由内部核与外部壳组成，内部核是由相变蓄热材料组成，外部壳是由氧载体（金属氧化物）组成。当这种蓄热型氧载体用于燃烧时，第一步，蓄热型氧载体吸收热量后内部相变蓄热材料发生相变储存大量热量，而氧载体外壳并不发生形变或坍塌；当氧载体与燃料发生完全氧化反应（吸热反应）产生CO2与H2O时，内部相变蓄热材料通过发生相变来向外部氧载体提供热量以维持反应进行；第二步，当氧载体的内部晶格氧消耗殆尽或完全氧化反应接近尾声时，切换气体将空气通入蓄热型氧载体床层，还原态氧载体与空气中氧气反应（放热反应）完成氧载体自身的再生过程同时产生高纯N2，此时氧载体内部相变蓄热材料发生相变储存热量。交替进行第一步与第二步就可以连续得到高纯CO2与高纯N2。同时氧载体内部相变蓄热材料不断交替发生相变，达到蓄、放热的目的，以供给氧载体的氧化还原反应。

[0025] 实施例1

[0026] 蓄热相变材料成分： K2CO3

[0027] 氧载体材料： Fe2O3/Al2O3

[0028] 燃料：天然气（主要成分CH4）

[0029] 空气：压缩空气N（2 78%）与O（2 21%）

[0030] 尾气中CO2与H2O纯度：95%

[0031] 氮气纯度：94%。

[0032] 实施例2

[0033] 蓄热相变材料成分： K2CO3与Na2CO3

[0034] 氧载体材料：Fe2O3-CuO-Fe/Al2O3

[0035] 燃料：天然气（主要成分CH4）

[0036] 空气：压缩空气N（2 78%）与O（2 21%）

[0037] 尾气中CO2与H2O纯度：98%

[0038] 氮气纯度：97%。