带有稀释相去除氧化区内的灰烬和细粒的化学回路燃烧方法以及使用该方法的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于固体碳氢化合物给料的化学回路燃烧方法，其中，使来源于还原区(R0)的载氧材料颗粒与反应氧化区(R1)内的氧化气体流接触；以及在稀释相分离区(S2)中分离来源于区R1的混合物中的飞灰、细粒和载氧材料颗粒，来自反应氧化区(R1)的氧化气体流提供区S2中稀释相淘析所需的驱动力。备选地，在除尘区(S4)内执行增强的分离，并且备选地是，其后可在致密相淘析分离区(S5)内执行增强的分离。本发明还涉及一种可用来执行上述方法的化学回路燃烧装置。
【专利说明】带有稀释相去除氧化区内的灰烬和细粒的化学回路燃烧方法以及使用该方法的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及含有碳氢化合物的固体给料的化学回路氧化还原燃烧的领域，以便产生能量、合成气体和/或氢。
[0002]具体来说，本发明涉及去除化学回路燃烧装置中所产生的灰烬和细粒。
[0003]技术术语
[0004]化学回路燃烧或CLC:在下文中，所谓CLC(化学回路燃烧)是指活性质量上的回路氧化还原过程。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。在化学回路燃烧装置中，氧化区是氧化还原质量被氧化的地方，而还原区则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，接着是气态碳氢化合物，进而是一氧化碳并最终是氢。该过程称之为液化作用。液化作用温度和该现象的量级取决于最初的有机化合物。因此，对于等级逐渐提高的煤，液化作用在升高的温度下发生。
[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，气体分数(fract1n)ε g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，金属氧化物颗粒的体积分数小于1vol.% ο
[0011]上升器
[0012]在其余的描述中，所谓上升器是呈管形的垂直外壳，其中，流体经受上升运动。
【背景技术】
[0013]灰烬问题
[0014]化学回路燃烧是利用诸如金属氧化物之类的载氧材料进行的，载氧材料在合适的操作条件下在还原区(称作“燃料反应器”)内放出它们的氧。一旦被还原，该材料被运送到氧化区(称作“空气反应器”)，在那里它接触氧化气体(例如空气或水蒸汽)而被再氧化。
[0015]更一般地说，化学回路燃烧过程包括一个或多个反应区，其中燃料(例如含碳氢化合物的馈送物)的燃烧是通过与载氧固体接触来进行的，在送回到燃烧(或还原)区之前，该载氧固体其后通过与空气或水蒸汽接触而在至少一个氧化区内再氧化。允许进行化学回路燃烧反应的还原区通常由流化床或传输床组成。
[0016]使固体碳氢化合物给料进行化学回路燃烧(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的下游进行所需要的净化，还可能产生合成气或甚至氢气。
[0017]在与还原区内的化学回路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载氧材料相接触而被氧化。如果固体燃料含有挥发物，则挥发物经与热的载氧材料接触至少部分地液化，然后，挥发物被氧化。在载氧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。
[0018]固体给料的化学回路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 — 1100°C之间的高温，较佳地是850°C — 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秒一 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 — 1000°C之间的温度范围内，且反应时间范围在I分钟一 10分钟之间，通常为3分钟一 5分钟之间，有可能达到范围在50% — 80%之间的每次转换率(通过气化)。通过增加部分氧化气体(H20、CO2)的压力可缩短气化时间。
[0019]与固体给料的化学回路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给料的来源变化，但该灰烬量不可忽略。一般地是干煤质量的5至20%。诸如石油焦之类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。
[0020]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。
[0021]
【权利要求】
1.一种用于固体颗粒的碳氢化合物给料的化学回路燃烧方法，其中载氧材料采用颗粒形式循环，所述方法包括: -在还原区RO中，使碳氢化合物给料颗粒与所述载氧材料颗粒接触， -在反应氧化区Rl中，使来自所述还原区RO的载氧材料颗粒与氧化气体流接触， -通过在稀释相分离区S2内稀释相淘析，在来自区Rl的混合物内分离飞灰、细粒和载氧材料颗粒，以便通过排放管线排放出包括大部分飞灰和载氧材料细粒的气体流出物(7)，并将包括大部分载氧颗粒的颗粒流(8)送到还原区R0，由来自反应氧化区Rl的氧化气体流提供S2中稀释相淘析所需的驱动力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载氧颗粒借助于管线在反应区Rl内的环路中循环，所述管线允许沉淀在致密流化相中的载氧颗粒流动从分离区S2的底部再循环到反应区Rl的下部。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，借助于热交换器E3在分离区S2的底部内形成的致密流化相中回收热量。
4.如上述权利要求种任一项所述的方法，其特征在于，将附加的氧化气体流(6)馈送到反应区Rl的顶部，以便将气体速度保持在直径范围在50 - 150 μ m之间的载氧材料细粒的平均热固速度的30 - 300%之间的范围。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包括: -在除尘区S4内实施灰烬、细粒和载氧颗粒的深度分离，以便排放出气体流(11)和颗粒流(12)，所述气体流(11)含有大部分灰烬和细粒，而所述颗粒流(12)则含有大部分载氧材料，其通过递送管线送到还原区R0。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括: -在致密相淘析分离区S5内，实施致密相淘析分离，所述致密相淘析分离区S5布置在除尘区S4的下游，并由非还原气体(13)流化，允许飞灰与颗粒流(12)中的载氧材料分离，以便将富含载氧颗粒的颗粒流(14)送到还原区R0，并排放富含飞灰的气体流(15)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，颗粒流包括在在致密相淘析分离区S5中分离出的部分固体颗粒，所述颗粒流被再循环至氧化区R1。
8.如权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于，在分离区S5的致密流化相中借助于热交换器E6回收热量。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的方法对固体碳氢化合物给料实施化学回路氧化还原燃烧的装置，所述装置至少包括: -还原区R0， -氧化区，其包括反应区R1，所述反应区设有供应来自还原区RO的载氧颗粒(I)的馈送装置、供应氧化流化气体(2)的馈送装置，以及布置在反应区Rl上方的稀释相淘析分离区S2，其直径显著大于反应区R1，以便减慢来自Rl的混合相，并设有允许馈送混合相(5)的馈送装置，所述混合相(5)包括来自第一反应区Rl的气体和颗粒， -排放管线，用于排放富含灰烬和细粒的传输相(7)， -再循环管线，用于将富含载氧材料的颗粒流(8)再循环至还原区R0。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，包括热交换器E3，其处于稀释相分离区S2的底部内形成的致密流化相中。
11.如权利要求9至10中任一项所述的装置，其特征在于，包括用于将流(10)再循环到反应区Rl下部的管线，所述流(10)包括来自分离区S2的底部的载氧颗粒。
12.如权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，包括除尘区S4，其设有入口管线，所述入口管线用于接收富含灰烬和细粒的来自分离区S2的传输相(7)，还包括排放管线，其允许排放含有大部分灰烬和细粒的气体流动(11)，以及传输管线，其将包括大部分载氧材料的颗粒流(12)传输到还原区R0。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，包括致密相淘析分离区S5，其布置在除尘区S4的下游，通过其入口接收包括大部分载氧材料颗粒流(12)，并且还包括允许递送流化气体(13)的管线、用于将富含载氧颗粒的颗粒流(14)运送到还原区RO的传输管线，以及用于排放富含飞灰的气体流(15)的管线。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，包括来自致密相分离区S5的管线，用于将包括致密相淘析分离区S5中分离出的部分固体颗粒(17)再循环到反应区R1。
15.如权利要求13或14中任一项所述的装置，其特征在于，包括热交换器E6，其位于分离区S5中的致密流化相 内。
【文档编号】F23C10/26GK104081124SQ201280059113
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2011年12月2日
【发明者】F·格尤鲁, T·戈西亚, A·霍塔特, S·里弗拉特 申请人:Ifp新能源公司, 道达尔股份有限公司