CN115337874A - 一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法 - Google Patents

一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,适用于各种流化床和金属燃料,该方法中反应气体经过布风板,进入床层吹起床料和金属燃料颗粒的混合物,使其在流化床中达到流态化状态,金属燃料颗粒与反应气接触实现反应。在流态化过程中金属燃料颗粒与床料不断摩擦,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气反应,实现金属燃料颗粒的深度转化,提高金属燃料转化效率。本方法有效解决了金属燃料颗粒反应过程中氧化膜阻碍反应进行导致金属燃料转化效率低的难题。

Description

一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法
技术领域
本发明涉及金属燃料燃烧领域,特别是涉及一种金属燃料颗粒破膜反应方法。
背景技术
金属燃料具有能量密度高、无气体或液体污染物排放的优点,长期以来受到广泛关注。但由于金属燃料燃烧反应过程中会在表面形成致密的氧化膜阻碍内部未反应金属继续反应,故金属燃料转化率极低。为提高金属燃料转化效率,目前通常采取纳米级或微米级金属燃料粉末进行反应,或采取将金属燃料包覆添加剂的方法促进反应,但纳米或微米级金属燃料粉末以及包覆助燃添加剂的制备工艺复杂、成本极高,无法大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于,针对金属燃料转化效率低的难题,提供了一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,通过在流态化过程中金属燃料颗粒与床料不断摩擦,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气反应,解决了金属燃料颗粒反应过程中氧化膜阻碍反应进行导致金属燃料转化效率低的难题。
实现本发明目的提供技术方案如下:
一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,该方法采用流化床将金属燃料颗粒燃烧反应后表面生成的隔绝空气的氧化膜破坏,使金属燃料颗粒燃烧反应持续进行。通过流化床内床料与金属燃料颗粒间的碰撞摩擦,使氧化膜受到冲击,局部区域受应力作用,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,使颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气体反应。
其中,金属颗粒粒径范围为0.1mm~0.6mm。
进一步的,金属燃料颗粒包括铝、铁、硼、镁或锌金属。
进一步的,床料包括石英砂、二氧化硅、粗砂、河砂各种床料。
进一步的,反应气体为空气、氧气、水蒸气各种反应气体。
进一步的,反应气体能够替换为液体或固体。
本发明反应气体经过布风板,进入床层吹起床料和金属燃料颗粒的混合物,使其在流化床中达到流态化状态,金属燃料颗粒与反应气接触实现反应。在流态化过程中金属燃料颗粒与床料不断摩擦,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气反应,实现金属燃料颗粒的深度转化,提高金属燃料转化效率。
本发明相对于现有技术具有显著优点:
1)充分利用了流化床存在颗粒磨损的特点;
2)所需金属燃料颗粒粒径提升至毫米级,大幅降低了金属燃料颗粒的制备难度和成本;
3)发挥了流化床的优势,延长了金属颗粒在反应区的停留时间;
4)反应方法适用于各种流化床和采用磨损方法破膜的反应器;
5)燃料适应性较广,适用于硼、铝、铁等多种金属;
6)反应除气体与金属颗粒的反应外,也可适用于液体、固体反应介质与金属颗粒的反应。
附图说明
图1为本发明的方法的反应原理示意图。
图2为本发明的方法所用装置的结构示意图。
其中有:1.气室;2.布风板;3.床料;4.金属燃料颗粒;5.流化床体;6.出气口;7.旋风分离器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示,本发明的燃烧方法所用装置包括流化床体5,流化床体5内设置有布风板2,布风板2上承载床料3与金属燃料颗粒4;空气从气室1通过布风板2,进入流化床体5;流化床体5上设置出气口6;流化床体5通过出气口6与旋风分离器7相连接。
空气通过气室1经过布风板2,进入流化床5吹起床料3和金属燃料颗粒4的混合物,并使其在流化床中达到流态化状态,金属燃料颗粒4与反应气接触实现反应。在流态化过程中金属燃料颗粒4与床料3不断摩擦,使金属燃料颗粒4表面形成的阻碍燃烧反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气反应,金属燃料颗粒4粒径减小,重复以上多次,金属燃料颗粒4反应充分,尾气通过出气口6进入旋风分离器7,进行气固分离。
通过以上过程实现了金属燃料颗粒的深度转化,提高了金属燃料的燃烧效率。
本方案的具体实施例1如下,
其中,流化床体5管径为Φ50×3mm,流化床体5温度设置为1000℃。
其中,床料3选择为石英砂颗粒,颗粒粒径为0.2mm,金属燃料颗粒4选择为铝颗粒,颗粒粒径为0.2mm,初始纯度为99.99%,反应气体为空气,床料3与铝颗粒4 在流化床5内的停留时间为10min,进入气室1的空气风量保持为8L/min,流化风速为0.09m/s。
空气通过气室1经过布风板2,进入流化床5吹起床料3和铝颗粒4的混合物,并使其在流化床中达到流态化状态,保持进入气室风量为8L/min,使床料3和铝颗粒4 充分接触保持10min,铝颗粒4与空气接触实现反应,在流态化过程中铝颗粒4与床料 3不断摩擦,使铝颗粒4表面形成的阻碍燃烧反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应铝裸露并再次与空气反应,铝颗粒4粒径减小,对燃烧产物进行燃烧效率检测,铝颗粒燃烧效率检测方法参考论文(Baozhong Zhu,Fan Li,Yunlan Sun,Yuxin Wu,Wei Shi, Weikang Han,QichangWang,Qi Wang.Enhancing ignition and combustion characteristics of micron-sized aluminum powder in steam by adding sodium fluoride.Combustion andFlame, 2019,205:68-79.)中测量活性铝含量的实验装置及实验方法,进行重复性试验3次,结果如表1所示。
表1铝颗粒燃烧效率
Figure BDA0003847728260000031
作为一种可选的实施方式,如表1所示,铝颗粒4在未添加床料3的流化床体5内的平均燃烧效率为8.75%,铝颗粒4在添加床料3的流化床体5内的平均燃烧效率为 26.80%,提升了2倍,同时燃烧时间增加,燃烧温度提升,以此证明本实施例的技术路线可行,本发明能有效改善金属燃料颗粒转化率低的问题,同时保证金属燃料颗粒在反应区域内较长的停留时间,减少金属燃料颗粒粒径的限制,在流态化过程中金属燃料颗粒与床料不断摩擦,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气反应,实现金属燃料颗粒的深度转化,提高金属燃料转化效率。
具体实施例2如下,
其中,流化床体5管径为Φ50×3mm,流化床体5温度设置为1000℃。
其中,床料3选择为石英砂颗粒,颗粒粒径为0.5mm,金属燃料颗粒4选择为铝颗粒,颗粒粒径为0.5mm,初始纯度为99.99%,反应气体为空气,床料3与铝颗粒4 在流化床5内的停留时间为10min,进入气室1的空气风量保持为8L/min,流化风速为0.09m/s。
空气通过气室1经过布风板2,进入流化床5吹起床料3和铝颗粒4的混合物,并使其在流化床中达到流态化状态,保持进入气室风量为8L/min,使床料3和铝颗粒4 充分接触保持10min,铝颗粒4与空气接触实现反应,在流态化过程中铝颗粒4与床料 3不断摩擦,使铝颗粒4表面形成的阻碍燃烧反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应铝裸露并再次与空气反应,铝颗粒4粒径减小,对燃烧产物进行燃烧效率检测,铝颗粒燃烧效率检测方法参考论文(Baozhong Zhu,Fan Li,Yunlan Sun,Yuxin Wu,Wei Shi, Weikang Han,QichangWang,Qi Wang.Enhancing ignition and combustion characteristics of micron-sized aluminum powder in steam by adding sodium fluoride.Combustion andFlame, 2019,205:68-79.)中测量活性铝含量的实验装置及实验方法,进行重复性试验3次,结果如表2所示。
表2铝颗粒燃烧效率
Figure BDA0003847728260000041
Figure BDA0003847728260000051
作为一种可选的实施方式,如表2所示,铝颗粒4在未添加床料3的流化床体5内的燃烧表现为几乎无燃烧反应发生,铝颗粒4在添加床料3的流化床体5内的平均燃烧效率为12.83%,产生显著改善,同时使得燃烧温度增加,以此证明本实施例的技术路线可行,本发明能有效改善金属燃料颗粒转化率低的问题,同时保证金属燃料颗粒在反应区域内较长的停留时间,减少金属燃料颗粒粒径的限制,在流态化过程中金属燃料颗粒与床料不断摩擦,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气反应,实现金属燃料颗粒的深度转化,提高金属燃料转化效率。

Claims (6)

1.一种金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,其特征在于,
流化床内,将金属燃料颗粒燃烧反应后表面生成的隔绝空气的氧化膜破坏,使金属燃料颗粒燃烧反应持续进行;
通过流化床床内床料与金属燃料颗粒间的碰撞摩擦,使氧化膜受到冲击,局部区域受应力作用,使金属燃料颗粒表面形成的阻碍反应进行的氧化膜破碎脱落,多层剥落后使颗粒内部未反应金属裸露并再次与反应气体反应;
其中,金属颗粒粒径范围为0.1mm~0.6mm。
2.根据权利要求1所述的金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,其特征在于,金属燃料颗粒包括铝、铁、硼、镁或锌金属。
3.根据权利要求1所述的金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,其特征在于,床料包括石英砂、二氧化硅、粗砂、河砂各种床料。
4.根据权利要求1所述的金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,其特征在于,反应气体为空气、氧气、水蒸气各种反应气体。
5.根据权利要求1所述的金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,其特征在于,反应气体能够替换为液体或固体与金属颗粒反应。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的金属燃料颗粒流化床破膜反应方法,其特征在于,经金属燃料颗粒流化床破膜反应方法后的金属燃料颗粒,进行多次燃烧反应:前次燃烧反应后,内部金属燃料颗粒裸露后再次进行燃烧,重复多次。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1246895A (zh) * 1997-12-19 2000-03-08 芬兰技术研究中心 用于处理含金属和有机物的物料,并包括金属分离的方法
CN101898196A (zh) * 2010-07-23 2010-12-01 中国科学院广州能源研究所 一种复杂组分电子垃圾回收利用的方法及装置
CN102887570A (zh) * 2012-06-13 2013-01-23 东莞市珠江海咸水淡化研究所 一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应工艺及反应器
CN104832915A (zh) * 2015-01-30 2015-08-12 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备
GB201703550D0 (en) * 2017-03-06 2017-04-19 Sibelco Nederland N V Bed materials for fluidised bed reaction methods and fluidised bed reaction methods
CN107139354A (zh) * 2017-06-07 2017-09-08 中国科学院生态环境研究中心 一种利用气固流化床干式清洗废旧塑料的方法
WO2020138484A1 (ja) * 2018-12-28 2020-07-02 川崎重工業株式会社 流動床炉
CN113333769A (zh) * 2021-05-11 2021-09-03 中国科学院过程工程研究所 一种制备超细铜粉的方法及装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1246895A (zh) * 1997-12-19 2000-03-08 芬兰技术研究中心 用于处理含金属和有机物的物料,并包括金属分离的方法
CN101898196A (zh) * 2010-07-23 2010-12-01 中国科学院广州能源研究所 一种复杂组分电子垃圾回收利用的方法及装置
CN102887570A (zh) * 2012-06-13 2013-01-23 东莞市珠江海咸水淡化研究所 一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应工艺及反应器
CN104832915A (zh) * 2015-01-30 2015-08-12 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备
GB201703550D0 (en) * 2017-03-06 2017-04-19 Sibelco Nederland N V Bed materials for fluidised bed reaction methods and fluidised bed reaction methods
CN107139354A (zh) * 2017-06-07 2017-09-08 中国科学院生态环境研究中心 一种利用气固流化床干式清洗废旧塑料的方法
WO2020138484A1 (ja) * 2018-12-28 2020-07-02 川崎重工業株式会社 流動床炉
CN113333769A (zh) * 2021-05-11 2021-09-03 中国科学院过程工程研究所 一种制备超细铜粉的方法及装置

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