带有去除离开氧化区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及图纸

本发明专利技术涉及一种用于固体碳氢化合物给料的化学回路燃烧方法，其中离开反应氧化区(R1)的灰烬和细粒被去除，使夹带相(5)起源于反应区(R1)并包括将要送到气体‑固体分离区(S2)的气体和固体，并且起源于气体‑固体分离区(S2)的固体流(7)将要送到致密相淘析分离区(S3)由非还原气体(8)流化，可用来从载氧材料颗粒中分离细粒和飞灰。备选地，在位于致密相淘析分离区(S3)下游的除尘区(S5)内可执行增强的分离。本发明专利技术还涉及一种可用来执行上述方法的化学回路燃烧装置。

Chemical circuit, method for burning ash and fine particles removed from oxidation zone, and device using the same

The invention relates to a chemical material loop combustion method for solid hydrocarbons, which leave the oxidation zone (R1) and fine ash is removed, the entrainment phase (5) originated in the reaction zone (R1) and sent to gas solid separation zone (S2) of the gas and solid. And originated in the gas solid separation zone (S2) of solid flow (7) will be sent to the dense phase separation zone (S3) by elutriation non reducing gas flow (8), can be used for carrying oxygen from the material particles in the separation of the fine particles and fly ash. Alternatively, the separation zone in dense phase elutriation (S3) dust zone downstream (S5) can be enhanced separation. The invention also relates to a chemical circuit combustion device for performing said method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有去除离开氧化区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
本专利技术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。具体来说，本专利技术涉及去除化学回路燃烧装置中所产生的灰烬和细粒。技术术语化学回路燃烧或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。液化作用：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。流化床：在其余的描述中：-所谓致密流化床是指这样的流化床，其中，气体分数(fraction)εg小于0.9，较佳地小于0.8，-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10体积％。上升器在其余的描述中，所谓上升器是呈管形的垂直外壳，其中，流体经受上升运动。
技术介绍
灰烬问题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。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。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。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。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℃－1100℃之间的高温，较佳地是850℃－1000℃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－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℃－1000℃之间的温度范围内，且反应时间范围在1分钟－10分钟之间，通常为3分钟－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(H2O、CO2)的压力可缩短气化时间。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1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。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1所示。表1：各种煤的分析由煤燃烧生成的灰烬由残余细粒组成。它们的熔点根据成分变化，通常在1000℃－1500℃之间的范围。然而，在较低温度下，例如，在800℃－1000℃之间，可以观察到变得粘滞的灰颗粒凝聚现象。因此，它们可彼此凝聚在一起，或它们与带氧材料的颗粒凝聚在一起。考虑到化学回路燃烧过程的运行条件，可区分出两种类型的灰烬：·飞灰：它们对应于燃料反应器内由燃烧气体承载的灰烬，·凝聚灰烬：它们对应于彼此凝聚的灰烬，或与载氧材料凝聚的灰烬，它们太重而不能在燃料反应器内被燃烧气体承载。飞灰一般地代表着所形成灰烬的50％至99％，典型地是70％至90％。它们的颗粒大小相对地细小，一般地，至少25％细粒的尺寸低于10微米，90％细粒尺寸低于100微米。代表飞灰颗粒大小的沙得(Sauter)平均直径一般地在5和30微米范围内，典型地接近于10微米。这些灰烬的颗粒密度一般地在2000和3000kg/m3范围内，一般地接近于2500kg/m3。凝聚灰的颗粒尺寸更精细于估算，并取决于该方法实施的条件。一般地说，这些灰烬的颗粒大小被估算为大约100微米，其尺寸可达到几个毫米。专利申请FR-2,850,156描述了一种化学回路燃烧方法，其中，燃料在馈送到循环流化床还原反应器之前先碾碎，以允许更完全地和更快地燃烧。该方法产生与循环氧化物分离的几乎100％的飞灰。循环床下游的分离首先由旋风提供，然后，由允许未燃烧颗粒与金属氧化物颗粒分离的包括由水蒸汽流化的床的装置提供。因此，避免了未燃烧颗粒夹带在氧化区内和由此氧化反应器排出物中的CO2的排放。在包括流化床分离器的第二回路中，飞灰与氧化物颗粒分离。N.Berguerand所著的题为“10KWth的固体燃料化学回路燃烧器的设计和操作”一文(ISBN978-91-7385-329-3)，描述了一种允许使用化学回路进行煤燃烧的装置。该装置由以下组成：使用金属颗粒的氧化反应器、允许颗粒分离和氧化后耗尽空气分离的旋风、通过布置在旋风下方的返回段供应以氧化的金属氧化物的流化床，其中，通过煤的燃烧来实施金属氧化物的还原。煤被馈送到稀释状态中的流化床的上部内。在还原反应器中，煤的燃烧逐渐地发生：煤颗粒首先下降，在稀释状态中液化，与流化气体相反向流动，其中，金属氧化物仅存在少量；然后，煤颗粒与致密状态中的流化的金属氧化物接触。长的驻留时间使煤气化和产生含有大量进入稀释状态中的一氧化碳和氢的燃烧气体。根据该文献，还原反应器装备有集成在致密相中的颗粒分离器，其需要附加的气体用来分离。在该系统中，没有提供允许使固体给料燃烧过程中形成的灰烬分离和排放的特殊装置。为了克服上述两个系统的缺点，本申请人已经开发出一种化学回路燃烧方法，即使是粗燃料颗粒，该方法也允许获得固体给料的完全燃烧，同时，使再循环的固体给料量减到最少，这可使该方法的能量效率达到最大。根据本专利技术的燃烧方法允许直接在燃烧反应器出口处捕捉烟气中由燃烧排放出的至少90％的CO2，该捕捉效率由来自燃烧反应器的烟气中排放出的CO2量对化学回路燃烧过程中排放的CO2量之比予以定义。在燃烧过程出口处，旋风下游烟气中CO/CO2的摩尔比低于0.05，而H2/H2O之比低于0.05。这一点通过两方面来达到，一方面，通过优化载氧颗粒和固体燃料之间的初始接触，以促进煤气化反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
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R0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R1中，使来自所述还原区R0的载氧材料颗粒(1)与氧化气体流(2)接触，‑将传输相(5)从包括气体和固体的反应区R1送到气体‑固体分离区S2，以便分离：主要气态传输相(6)和固体流(7)，所述气态传输相(6)包括飞灰和载氧材料细粒，所述固体流(7)包括大部分的细粒、飞灰和大部分的所述载氧材料颗粒，‑将来自气体‑固体分离区S2的固体流(7)送到由非还原气体(8)流化的致密相淘析分离区S3，允许所述细粒和飞灰与所述载氧材料颗粒分离，以便将包括来自致密相淘析分离区S3的大部分载氧颗粒的颗粒流(10)送到还原区R0，并通过排放管线排放包括大部分飞灰和载氧材料细粒的主要气态流出物(9)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.02 FR 11/036971.一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R0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R1中，使来自所述还原区R0的载氧材料颗粒(1)与氧化气体流(2)接触，-将传输相(5)从包括气体和固体的反应区R1送到气体-固体分离区S2，以便分离：主要气态传输相(6)和固体流(7)，所述气态传输相(6)包括飞灰和载氧材料细粒，所述固体流(7)包括大部分的细粒、飞灰和大部分的所述载氧材料颗粒，-将来自气体-固体分离区S2的固体流(7)送到由非还原气体(8)流化的致密相淘析分离区S3，允许所述细粒和飞灰与所述载氧材料颗粒分离，以便将包括来自致密相淘析分离区S3的大部分载氧颗粒的颗粒流(10)送到还原区R0，并通过排放管线排放包括大部分飞灰和载氧材料细粒的主要气态流出物(9)。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(11)在反应区R1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从分离区S3的底部再循环到反应区R1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E4在致密相淘析分离区S3的底部内形成的致密流化相中回收热量。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，致密相淘析分离区S3以0.5－1m/s的范围内的流化率进行流化。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载氧材料颗粒最初包括少于10％的直径小于100微米的颗粒。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，-将来自致密相淘析分离区S3的主...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·格尤鲁，T·戈西亚，A·霍塔特，S·里弗拉特，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，道达尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR