天然气燃烧供热系统技术方案

本实用新型专利技术是关于一种天然气燃烧供热系统，包括天然气燃烧装置和二氧化碳捕集装置。天然气燃烧装置包括两个并联设置的第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器，以及通过第一阀门连接于所述第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器的重整反应器；二氧化碳捕集装置连接于上述的天然气燃烧装置，接收第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器排放的二氧化碳。本系统由于具有两个并联的化学链燃烧反应器，这两个反应器可以交替进行载氧体的氧化还原反应，从而使整个系统可以连续供热。本系统还具有二氧化碳的捕集装置，从而可以使系统生成的二氧化碳转化为液态进行回收和储运，从而实现整个系统二氧化碳的大幅度减排。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及能源领域的燃烧技术，特别是涉及一种天然气等碳氢化合物的燃烧供热系统。
技术介绍
减少温室气体CO2的排放量成为全世界关注的焦点，CO2的减排可通过提高能源的转化和利用效率，提高可再生能源的使用比例(如风能、太阳能、地热能等)。但是，今后相当一段时间内，化石原料仍将是主要的使用能源，如果通过从常规燃烧的烟气中分离和捕集CO2，会消耗大量的能量，导致系统整体的能量效率明显降低。基于此种情况，化学链燃烧(chemical-looping combustion, CLC)技术具有先天性的捕集CO2的功能,而且不需要额外的能量消耗，因而是实现原料高效洁净利用的一个新技术，具有广阔的发展前景。但目前的化学链燃烧系统多采用反应温度高达900°C以上的循环流化床，高温下系统的密封性问题以及载氧体的烧结劣化与流动磨损比较严重，导致使用寿命过短等问题，因而迄今仍未有 实际的应用。减少化石燃料燃烧的CO2排放主要有两个途径一是提高能源利用效率、二是从燃烧烟气中捕集CO2，并加以利用、贮留或封存。在CO2的脱除技术中，用氨水喷淋火电站锅炉排烟烟气来吸收CO2，不仅可以达到CO2减排的目的，还可以获得优质化肥。但是，由于在高于60°C的环境温度下碳酸氢铵会分解为氨气、水和CO2，造成CO2重新返回大气，故这种CO2减排方法的应用还需进一步研究。CO2的脱除技术还有CaO碳酸化-煅烧循环的CO2分离(CCR)技术、高分子膜脱除C02、02/C02循环燃烧技术等。但上述技术往往工业化实施成本较闻。有人提出了利用化学吸收法从火力发电厂的燃烧废气中分离回收二氧化碳的方案(请参照清原正高，从发电用锅炉排气中回收CO2的试验，能源.资源，能源.资源学会，1993年，第14卷，第I其，91-97页)。根据这一方案，尽管随条件的不同而不同，但二氧化碳的分离回收率能够达到80%以上。然而，采用传统的化学吸收法从燃烧烟气中分离回收二氧化碳所需的能耗高达750 900kcal/kg-C02，因此分离回收的运行成本非常高。而气态二氧化碳的液化通常采用二级或者三级压缩之后冷凝的工艺。由于该工艺中二氧化碳的压缩是由压缩机来进行的，因而电耗比较大。综上所述，传统燃烧方式所排烟气中的C02由于被大量的氮气所稀释，其浓度仅有8 15%，因而分离与回收的能耗与成本非常高。另一方面，在现有的化石燃料燃烧供热系统，尤其是低压蒸汽锅炉或者热水锅炉中，具有很高品位的燃烧热并没有得到合理的梯度利用。如北方地区用于冬季集中供暖的燃气热水锅炉系统，用1000°c以上的燃烧热来获取60 90°C的热水，如此之高的能量品位并没有得到有效的利用
技术实现思路
本技术的主要目的在干，克服现有的燃料燃烧供热系统存在的缺陷，而提供一种新的天然气燃烧供热系统，所要解决的技术问题是大幅度降低化学链反应所需的工作温度，进而并联设置两个化学链燃烧反应器，实现连续供热并提高热效率，同时对ニ氧化碳进行浓缩和捕集，降低碳排放，从而更加适于实用。本技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本技术提出的ー种天然气燃烧供热系统包括天然气燃烧装置，其包括两个并联设置的第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器；以及ニ氧化碳捕集装置，其连接于上述的天然气燃烧装置，接收第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器排放的ニ氧化碳。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的天然气燃烧装置还包括重整反应器，该重整反应器通过第一阀门连接于所述第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器；所述的第一化学链燃烧反应器通过第二阀门连接于ニ氧化碳捕集装置，所述的第二化学链燃烧反应器通过第三阀门连接于ニ氧化碳捕集装置。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的第一化学链燃烧反应器与第二阀门·之间设有第一换热器；所述的第二化学链燃烧反应器与第三阀门之间设有第二换热器；所述的重整反应器与第一阀门之间设有第三换热器。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的ニ氧化碳捕集装置包括ニ氧化碳吸收塔，通过第二阀门连接于所述的第一化学链燃烧反应器，通过第三阀门连接于所述的第二化学链燃烧反应器；ニ氧化碳吸收液再生塔，连接于所述的ニ氧化碳吸收塔，所述的ニ氧化碳吸收塔还包括有再沸器，再沸器所需的热源由第一化学链燃烧反应器和/或第二化学链燃烧反应器的反应热提供；水蒸气冷凝换热器，连接于所述的ニ氧化碳吸收液再生塔，第二气液分离器，连接于所述的水蒸气冷凝换热器；以及ニ氧化碳储罐，连接于所述的第二气液分离器。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的ニ氧化碳储罐中还包括ニ氧化碳冷凝换热器。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的天然气燃烧装置还包括燃烧器，用于向重整反应器提供热量；所述的ニ氧化碳吸收塔的顶部的排气ロ连接于该燃烧器。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的ニ氧化碳捕集装置还包括第二气液分离器，设置于ニ氧化碳吸收塔与第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器连接的管道上。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，天然气燃烧装置还包括空气输入管道，该空气输入管道上设有第四阀门，该第四阀门分别连接于第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器，用于将空气输送至第一化学链燃烧反应器或者第二化学链燃烧反应器。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门为三向切换阀门或者是由两个或多个阀门组成的具有切换输送方向的阀门组。优选的，前述的天然气燃烧供热系统，所述的第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器分别为内置有换热夹套的固定床反应器。借由上述技术方案，本技术天然气燃烧供热系统至少具有下列优点本系统以天然气等碳氢化合物为原料，其先进行重整反应产生氢气和ー氧化碳，而该重整反应的反应产物具有极强的还原性，所以载氧体的还原反应可以在300-500V的较低温度下进行，可避免载氧体的积碳和烧结，从而提高载氧体寿命。本系统的化学链反应器为内置有换热夹套的固定床反应器，不仅可以避免载氧体的流化磨损，还可以消除载氧体的局部过热，从而提高载氧体寿命。本系统具有两个并联的化学链燃烧反应器，这两个反应器可以交替进行载氧体的氧化还原反应，从而使整个系统可以连续供热。本系统通过梯度利用高品位的天然气燃烧热即天然气的化学链燃烧反应的反应热来进行ニ氧化碳捕集与增压。在此，所述的反应热并没有被用掉排走，而是转化为虽品位显著降低但温度依然高于所需供热温度的水蒸气冷凝热在水蒸气冷凝换热器进行回收，从而照样可以实现对用户供热。即，可在供热的同时实现ニ氧化碳的低能耗甚至是零能耗捕 集。通过在本技术中采用化学链燃烧方式，由于化学链燃烧反应器的反应产物气体的水蒸气露点非常高，因而天然气燃烧生成的水蒸气的潜热可得到基本完全的回收，从而可使高位热值基准的供热效率达到90%以上，因而较传统燃气锅炉的节能率可达10%以上；由于化学链燃烧过程在300-500°C的较低温度下进行，因而几乎不产生热カ型NOx，从而可显著减少大气污染物质的排放；由于化学链燃烧反应器供给吸收塔的反应产物气体的ニ氧化碳浓度很高，使得CO2化学吸收剂的转化率极高，因而本技术化学吸收溶液再生过程可在高压下进行。即本技术可获得增压的CO2气体，通过对增压后C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气燃烧供热系统，其特征在于包括 天然气燃烧装置，其包括两个并联设置的第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器；以及 二氧化碳捕集装置，其连接于上述的天然气燃烧装置，接收第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器排放的二氧化碳。2.根据权利要求I所述的天然气燃烧供热系统，其特征在于所述的天然气燃烧装置还包括重整反应器，该重整反应器通过第一阀门连接于所述第一化学链燃烧反应器和第二化学链燃烧反应器；所述的第一化学链燃烧反应器通过第二阀门连接于二氧化碳捕集装置，所述的第二化学链燃烧反应器通过第三阀门连接于二氧化碳捕集装置。3.根据权利要求2所述的天然气燃烧供热系统，其特征在于，所述的第一化学链燃烧反应器与第二阀门之间设有第一换热器；所述的第二化学链燃烧反应器与第三阀门之间设有第二换热器；所述的重整反应器与第一阀门之间设有第三换热器。4.根据权利要求2所述的天然气燃烧供热系统，其特征在于，所述的二氧化碳捕集装置包括 二氧化碳吸收塔，通过第二阀门连接于所述的第一化学链燃烧反应器，通过第三阀门连接于所述的第二化学链燃烧反应器； 二氧化碳吸收液再生塔，连接于所述的二氧化碳吸收塔，所述的二氧化碳吸收塔还包括有再沸器，再沸器所需的热源由第一化学链燃烧反应器和/或第二化学链燃烧反应器的反应热提供； 水蒸气冷凝换热...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆泉，米万良，郑晓明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：实用新型
国别省市：