还原区域内带有灰烬和细粒去除的化学链燃烧方法以及使用该方法的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种改进的固体碳氢化合物给料的化学链燃烧方法，其实施还原区域的特殊构造，还原区域具有：在致密流化床条件下运行的第一反应区域（R1）；第二反应区域（R2）；快速分离区域（S3），其用于分离未燃烧固体馈送颗粒、飞灰和来自区域（R2）的混合物内携带氧的材料颗粒；烟气除尘（S4）；颗粒流划分区域（D7），一部分颗粒直接再循环到第一反应区域（R1），其余部分送到淘洗分离区域（S5），以便通过管线（18）收集灰烬，并通过管线（20）将致密颗粒再循环到第一反应区域（R1）。本发明还涉及一种用来实施所述方法的化学链燃烧装置。
【专利说明】还原区域内带有灰烬和细粒去除的化学链燃烧方法以及使用该方法的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学链氧化还原燃烧(redox)的领域，其燃烧用于生产能量、合成气体和/或氢的含有碳氢化合物固体馈送物。
[0002]具体来说，本发明涉及去除化学链燃烧装置中还原反应器内产生的灰烬。
[0003]技术术语
[0004]化学链燃烧或CLC:在下文中，所谓CLC (化学链燃烧)是指活性质量上的链氧化还原过程。一般地说，可以指出的是，术语“氧化和还原”是分别针对活性质量的氧化或还原状态而使用的。在化学链燃烧装置中，氧化区域是氧化还原质量被氧化的地方，而还原区域是氧化还原质量被还原的地方。
_5] 液化作用
[0006]在热处理过程中，有机化合物失去挥发物，首先是水和二氧化碳、液体，然后气态碳氢化合物，再然后是一氧化碳，并且最终是氢。该过程被称作液化作用。液化作用温度和该现象的量级依赖于初始有机化合物。因此，对于排名逐渐提高的媒，液化作用在提高的温度下发生。
[0007]流化床
[0008]在其余的描述中，
[0009]-所谓致密流化床是指这样的流化床，其中，气含率εg小于0.9，较佳地小于0.8，
[0010]-所谓稀疏流化床是指这样的流化床，其中，金属氧化物颗粒体积分数小于10体积(vol.) %。
【背景技术】
[0011]灰烬问题
[0012]化学链燃烧是使用诸如金属氧化物之类的携带氧的材料进行的，携带氧的材料在合适的操作条件下在还原区域(称作“燃料反应器”)内放出氧。一旦被还原，该材料被送到氧化区域(称作“空气反应器”)，那里，它接触氧化气体(诸如空气或水蒸汽)而被再氧化。
[0013]更一般地说，化学链燃烧过程包括一个或多个反应区域，其中，燃料(例如，含碳氢化合物的馈送物)的燃烧是通过与带有氧的固体接触而进行的，在固体送回到燃烧(或还原)区域之前，该固体其后通过与空气或水蒸汽接触，至少在一个氧化区域内再氧化。允许进行化学链燃烧反应的还原区域一般地由流化床或运输床组成。
[0014]使固体碳氢化合物馈送物进行化学链燃烧(CLC)是这样一种方法，其特别地允许通过回收燃烧反应所释放的热量来产生能量(水蒸汽、电力等)，同时产生富含CO2的烟气。因此，有可能在冷凝和压缩烟气之后考虑捕获co2。通过控制燃烧以及在燃烧区域的下游进行所需要的净化，还可能生产出合成气或甚至氢气。
[0015]在与还原区域内的化学链燃烧相关的反应机理中，已经确定，固体燃料经过气化阶段，由于水蒸汽或二氧化碳的存在以及温度的存在，促进了该气化阶段，然后，气化阶段产生的气体经与携带氧的材料相接触而被氧化。如果固体燃料含有挥发物，则挥发物经与热的携带氧的材料接触至少部分地液化，然后，挥发物被氧化。在携带氧的材料根据操作条件自然释放氧的情形中，还可能通过由燃料反应器中材料所释放的气体氧让固体燃料直接氧化。
[0016]固体馈送物的化学链燃烧需要剧烈和强制的操作条件，以便能够进行燃烧反应。为了有利于燃料的气化，大致在800°C和1100°C之间的高温，较佳地是850°C和1000°C之间的高温是必要的。气化需要的时间随温度变化而减少，一般地在30秒和30分钟之间的范围变化。因此，进行部分的气化以使非气化的燃料残余物与排出物分开并再循环它，这可以是有利的。因此，在850°C和1000°C之间的温度范围内，且反应时间范围在I分钟和10分钟之间，通常为3分钟和5分钟之间，有可能达到范围在50%和80%之间的每次转换率(通过气化)。通过增加部分氧化气体(H20、C02)的压力可减少气化时间。
[0017]与固体馈送物的化学链燃烧相关的另一问题涉及到灰烬的形成。的确，固体燃料具有不可忽略的矿物材料含量，且一旦碳和氢的燃烧完成，便形成称作灰烬的固体残余物。表I借助于实例汇编了对两种煤A和B的分析。可以看到，煤的灰烬量根据固体馈送物的来源变化，但该灰烬量不可忽略。一般地是干煤质量的5至20%。诸如石油焦那样的某些固体燃料具有低得多的灰烬量。也有带较高灰烬量的固体燃料。
[0018]这些灰烬基本上由硅和铝氧化物组成，但它们也含有其它成分，举例来说，如表I所示。
[0019]
【权利要求】
1.一种固体含碳氢化合物馈送物的化学链燃烧方法，呈颗粒形式的携带氧的材料在其中循环，所述方法至少包括: -使固体馈送颗粒与运行在致密流化床条件下的第一反应区域Rl内的携带氧的材料颗粒接触， -在第二反应区域R2中，在存在携带氧的材料颗粒的情况下，使来自第一反应区域Rl的气体排出物燃烧， -在快速分离区域S3中，使未燃烧的固体馈送颗粒、飞灰和来自区域R2的混合物内的携带氧的材料颗粒分离，以用燃烧烟气(13)运载未燃烧固体馈送颗粒的主要部分和飞灰，并将携带氧的材料颗粒的主要部分送到氧化区域R0， -在烟气除尘区域S4中，对来自分离区域S3的烟气(13)进行除尘，以排出除过尘的气体流(14)和含有灰的颗粒和致密颗粒的流动(15)，所述致密颗粒主要由携带氧的材料颗粒和未燃烧固体馈送颗粒组成， -在流动划分区域D7内，将除尘级S4中分离出的颗粒流(15)分为两个颗粒流，一个颗粒流再循环到运行在致密态流化床条件下的第一反应区域R1，另一个颗粒流则送到淘洗分尚区域S5， -在所述区域S5中进行淘洗分离，以回收灰烬和将致密颗粒再循环到第一反应区域Rl0
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括: -在位于第一反应区域Rl下方的流化区域S6内，使凝聚的炉灰沉淀在第一反应区域Rl的底部中， -萃取包括至少10质量％的凝聚炉灰的颗粒流(24)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，区域S6通过气体而流化，使区域S6最大横截面中的流化气体流动速率不超过携带氧的材料的最小流化速率的3倍。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用冷却的螺杆来进行萃取流化区域S6内凝聚的灰。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述固体馈送物选自:煤、焦炭、石油焦、生物质量、浙青沙石和生活垃圾。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述携带氧的材料是粉状固体，其颗粒大小达到这样的程度，90%的颗粒大小分布在150和300微米之间的范围。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，馈送到淘洗分离区域S5内的所述流化气体至少部分地由固体馈送物的燃烧所产生的烟气组成。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所有馈送到淘洗分离区域S5内的流化气体由固体馈送物的燃烧所产生的烟气组成。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，直接再循环到第一致密流化床反应区域Rl的流动代表着至少50%的流入流动划分区域D7内的流动。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，直接再循环到第一致密流化床反应区域Rl的流动，代表着至少80%的流入流动划分区域D7内的流动。
11.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在燃烧区域内循环的颗粒混合物中的飞灰浓度低于5重量％。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在燃烧区域内循环的颗粒混合物中的飞灰浓度低于1重量％。
13.一种根据权利要求1至12中任一项所述的方法，对固体碳氢化合物馈送物实施化学链氧化还原燃烧的装置，所述装置至少包括: -第一反应区域R1，其包括固体馈送供应管线(10)、流化气体供应管线(11)以及用于来自氧化区域RO的携带氧的颗粒的供应管线(8)， -第二反应区域R2，其接受含有来自第一反应区域Rl的颗粒的气体燃烧排放物， -快速固体颗粒分离区域S3，其接受含有灰烬、携带氧材料颗粒和未燃烧固体馈送颗粒的来自第二反应区域R2的气体燃烧排放物，并包括排放管线(9)，用于将携带氧的材料颗粒的主要部分排放到氧化区域R0， -烟气除尘区域S4，其通过入口(13)接受由来自快速固体颗粒分离区域S3的燃烧气体所夹带的较轻颗粒， -流动划分区域D7，其通过入口( 15)接受从烟气除尘区域S4中烟气中分离出的颗粒流，所述流动包括灰烬和主要由携带氧的材料颗粒和未燃烧固体馈送物颗粒组成的致密颗粒， -淘洗分离区域S5，其通过入口( 17)接受在流动划分区域D7中划分出的颗粒流的主要部分，其包括允许供应流化气体的管线(19)和允许排放基本上含有飞灰和携带氧的材料细颗粒的较轻颗粒的管线(18)， -来自流动划分区域D7的管线(16)，其将在流动划分区域D7中划分出的颗粒流的主要部分直接再循环到第一反应区域Rl， -来自淘洗分离区域S5的管线(20)，其将通过淘洗分离出的致密颗粒再循环到第一反应区域R1。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，第二反应区域R2的所述流动横截面较佳地小于第一反应区域Rl的流动横截面。
15.如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，该装置包括用于布置在第一反应区域Rl下方的凝聚炉灰的沉淀区域，沉淀区域包括: -凝聚灰供应管线(21)， -流化区域S6， -一个或多个允许馈送流化气体的管线(22)， -排放管线(23)，其用于将携带氧的材料颗粒再循环到第一反应区域R1， -萃取颗粒流的装置(24)，该颗粒流含有至少10质量％的凝聚炉灰。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，流化区域S6是截头锥形区域，其相对于垂直线的半角小于或等于15°。
【文档编号】F23C99/00GK103946633SQ201280045638
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年9月20日
【发明者】T·戈西亚, A·霍塔特, F·格尤鲁, S·里弗拉特 申请人:Ifp新能源公司, 道达尔股份有限公司