使用多喷嘴输送气体的流化床的制作方法
【专利说明】使用多喷嘴输送气体的流化床
相关专利的交叉引用
[0001]本申请要求于2013年3月15日提交的、申请号为61/786，599的美国临时申请的优先权，该临时专利申请通过引用整体纳入本文。
技术领域
[0002]本申请涉及一种使用流化床反应器的流化床。本发明尤其涉及一种用于流化床的装置，其利用多喷嘴将气体引入流化床区域，本发明还涉及流化方法。
【背景技术】
[0003]煤气化是将含碳材料如煤等转换成主要包括一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气或合成气体的过程。综合能源系统流化床气化器("SES气化器〃)，正如在美国专利申请N0.13/532，769中所描述的，常用于含碳材料的气化。
[0004]图1所示为SES流化床气化器的基本结构，其包括一容器，该容器容纳位于被气化的固体材料的流化床I上面的顶部空间2，位于所述床下方的锥形多孔气体分布格栅7，通过该气体分布格栅7以足够的速度引入气化介质以流化气化器中的固体物料。含碳进料，通常作为较小的颗粒，被传送至气体分布格栅7上部。蒸汽和氧化剂(无论空气或氧气)从气体分布格栅7之下被传送以用来流化和部分氧化固体进料。
[0005]紧接着在格栅下面、以及其他结构上面(通常是一个或多个另外的容器，用于灰分冷却和处理等)，是一个空的“增压”空间4。气化介质(蒸汽和/或氧气)从增压空间4穿过气体分布格栅7被引入到气化器。
[0006]位于格栅锥体底部中心区域的通道例如管道6 ( “中心喷射管”)，将氧化剂和稀释气体引入至流化床。该中心喷射管6的气体速度通常比流化床I中的气体平均表观速度大。在该中心喷射管周围提供包括环形通道的排灰装置5，用来移除成团的煤灰，并用来提供额外的气体，比如蒸汽，所述气体用来冷却并保护中心喷射管6。该排灰装置5通常被配置为包括在该通道的上部对灰分颗粒进行分类的文氏管(venture)装置3。
[0007]高速中心喷射管是附图1所示的现有技术气化器的重要特征。相比于通过气体分布格栅提供的氧气浓度，通过中心喷射管提供到流化床的气体流具有更高的氧气浓度。该较高的氧气浓度导致流化床中心区域的原料被更多地氧化，从而使得中心区域相比于流化床其他部位具有更高的温度。
[0008]图2为容器内侧底部的俯视图，展示了位于锥形气体分布格栅3中心的环形空间I，形成为排灰管道，通过该排灰管道，灰分从气化器中落下，还展示了中心喷射管2的入口孔，气体流从所述入口孔被提供至流化床。
[0009]通常希望气化器能够以尽可能高的性能来工作。提高进料被传送至流化床区域的速度是最常见的提高气化器性能的方式。增加的进料导致流化床深度增加，并且相应地，需要的蒸汽和氧化剂的数量也必须增加，以保持床的流化并保证发生充分的氧化，从而维持气化器的操作温度。
[0010]然而，由于气体分布格栅孔的气体流率(throughput)的限制，更多的流化气体需要被传送至中心喷射管。因此，中心高温区域可能具有比最优温度更高的温度，从而导致灰分过度结块，产生大灰分颗粒，从而影响灰分从气化器中排出。为了防止这种灰分过度结块，被传送至中心喷射管的气体数量必须降低，但这会导致气化器的操作温度降低，并进而导致气化器的进料转换率降低。
[0011]进一步地，通过中心喷射管道传送的气体数量增加，必然意味着气体速度增加，导致中心射流穿透深度不相称地变大。如果该穿透深度大于流化床的深度，气体将不能和床体内的颗粒有效混合，从而降低了气化效率。
[0012]上述气化器面临的另一个问题是流化床格栅和中心喷射管道6的维修或保养。为了维修或保养该中心喷射管道6，排灰装置5必须首先被移出，由于在排灰装置下部连接有其他容器，使得该移出非常困难。
[0013]因此，需要有一个系统和方法以解决中心喷射管道的问题，而不影响气化器性能和保养。
【发明内容】
[0014]如上所述，本发明涉及一种改进的向流化床区域提供流化介质的装置和方法。根据本发明的第一方面，本发明中将流化介质引入至流化床反应器的装置包括容器，该容器限定了流化床区域，并且其中加入固体进料；容纳于所述容器较下部位的气体分布格栅，通过该气体分布格栅将第一流化介质引入以流化固体进料；多个喷嘴(jets)，设置为穿过(posit1ned through)气体分布格栅，通过所述喷嘴将第二流化介质引入至流化床区域以流化固体进料。
[0015]在所述装置的一个实施方式中，所述多个喷嘴相对于气体分布格栅的中心对称间隔设置(symmetrically spaced from the center of the gas distribut1n grid) 0
[0016]在所述装置的一个实施方式中，所述装置还进一步包括一分配总管(distribut1n header)，其中所述多个喷嘴的每一个连接于所述分配总管，所述分配总管连接于所述第二流化介质的源头。
[0017]在所述装置的一个实施方式中，增压空间位于所述气体分布格栅的下方，并且所述分配总管位于所述增压空间内。
[0018]在一个实施方式中，所述多个喷嘴的每一个通过凸缘连接于所述分配总管。
[0019]在所述装置的一个实施方式中，所述第二流化介质包括高氧浓度气体，所述高氧浓度气体包括氧气、或者氧气和蒸汽的混合气体。
[0020]在一个实施方式中，所述多个喷嘴的每一个的气体速度大于流化床内气体的平均表观速度。
[0021]根据本发明的第二个方面，某个实施方式还进一步提供了一种流化床反应器，其包括根据本发明第一方面所述的用于引入流化介质的装置。在一个实施方式中，所述流化床反应器可以是煤气化器。
[0022]根据本发明的第三个方面，某个实施方式还提供了一种流化方法，所述方法包括通过多个喷嘴将第二流化介质引入至流化床区域以流化固体进料，其中，所述流化床区域由容器限定，该容器中加入固体进料，气体分布格栅容纳于所述容器的较下部位，通过所述气体分布格栅将第一流化介质引入以流化固体进料，多个喷嘴连接于流化介质的源头并设置为穿过气体分布格栅。
[0023]在所述方法的一个实施方式中，所述多个喷嘴相对于气体分布格栅的中心对称间隔设置。
[0024]在所述方法的一个实施方式中，所述多个喷嘴的每一个连接于分配总管，并且所述分配总管连接于第二流化介质的源头。
[0025]在所述方法的一个实施方式中，增压空间位于所述气体分布格栅的下方，并且所述分配总管位于所述增压空间内。
[0026]在所述方法的一个实施方式中，所述多个喷嘴的每一个通过凸缘连接于所述分配总管。
[0027]在所述方法的一个实施方式中，所述多个喷嘴的每一个的气体速度大于流化床内气体的平均表观速度。
[0028]通过参考下面的附图和描述，本发明的上述和其它特征以及获得和使用它们的方式将变得更加明显，并且将得到最好的理解。
【附图说明】
[0029]图1所示为本领域流化床气化器的基本结构。
[0030]图2所示为本领域流化床气化器中容器内侧底部的俯视图。
[0031]图3所示为本发明的一【具体实施方式】，其具有将气体流传送至流化床区域的多个喷嘴。
[0032]图4所示为根据本发明一实施方式的流化床气化器中的容器内侧底部的俯视图，展示了多个喷嘴穿过气体分布格栅的设置情况。
[0033]图5所示为根据本发明另一实施方式的流化床气化器中的容器内侧底部的俯视图，展示了多个喷嘴穿过气体分布格栅的设置情况。
[0034]图6所示为本发明的另一【具体实施方式】，其中图6展示了管道结构的更多细节，这些管道和将气流传送至流化床区域的多个喷嘴连接。
【具体实施方式】
[0035]附图3所示为本发明的一个【具体实施方式】。根据用于将流化介质引入至流化床反应器的装置的一个实施方式，所述流化床气化器包括容器，该容器容纳限定了其中加入有固体进料的流化床区域I以及位于流化床I上部的顶部空间2。气体分布格栅7容纳在所述容器的较低部位，并限定了流化床I的底部表面。穿过气体分布格栅7，第一流化介质例如蒸汽和/或氧气被引入以流化气化器中的固体进料。含碳进料例如煤被转化成主要包含一氧化碳和氢气的合