用于具有热交换控制的化学链氧化还原燃烧的工艺和单元制造技术

本发明专利技术涉及用于烃供料的化学链氧化还原燃烧的工艺和单元，其中，通过外部热交换器(E1,E2)中的活性物质颗粒的密相流化床的水平变化来控制热交换，所述外部热交换器位于用来运载颗粒的输送线上，所述颗粒在针对化学链中的颗粒的还原区域(210)和氧化区域(200)之间循环。通过在热交换器中流化气体出口处受控地施加压降能够实现床水平变化，所述压降由化学链中颗粒回路上的储存区域中的活性物质颗粒床的水平变化来补偿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及烃供料的化学链氧化还原燃烧(CLC)，特别涉及这种化学链中热交换的控制。专利技术背景在后文中，所谓的化学链氧化还原燃烧(CLC)是活性物质上的氧化还原循环过程。应当注意的是，术语“氧化和还原”通常分别结合活性物质的氧化状态或还原状态使用。氧化反应器是氧化还原物质被氧化的反应器，还原反应器是氧化还原物质被还原的反应器。反应器在流化床环境下运行，活性物质在氧化反应器和还原反应器之间循环。使用循环流化床技术以使活性物质在氧化反应器中的氧化状态和还原反应器中的还原状态之间连续变化。在全球能源需求增长的背景下，为了限制对环境有害的温室气体排放，捕集二氧化碳(CO2)并将其封存已变得至关重要和必不可少。CLC工艺使得能够从含烃燃料中产生能量，同时促进燃烧过程中所释放的CO2的捕集。CLC工艺包括利用活性物质(通常是金属氧化物)的氧化还原反应来将燃烧反应分割为两个连续的反应。活性物质与空气或氧化气体的第一氧化反应使得活性物质被氧化。然后被氧化的活性物质与还原气体的第二还原反应使得能够获得可再利用的活性物质和基本包括CO2及水的气体混合物，或甚至能获得含有氢气和一氧化碳的合成气。从而该技术能够从实际上不含氧气和氮气的气体混合物中分离CO2或合成气。化学链燃烧使得能够从该过程中产生能量，例如蒸汽或电形式的能量。供料燃烧热与常规燃烧中产生的热类似。所述燃烧热与化学链中还原反应热和氧化反应热的总和相应。一般通过交换器提取出热，所述交换器配置在燃烧和/或氧化密闭体的壁内或壁上，或嵌入在燃烧和/或氧化密闭体中，所述密闭体位于烟雾管道或位于金属氧化物转移管道。除了回收燃烧热来产生能量的优点以外，能够控制CLC过程中的温度也是重要的。实际上，出于安全原因考虑，需要控制氧化和还原区域中的反应温度，以确保该工艺的良好性能。用于控制工艺热的该热回收优选通过与化学链中循环的活性物质进行热交换来实现。能够在CLC工艺中的氧化还原反应器的壁上完成该热回收。但是，该配置可能不是最佳的，主要是由于热交换表面限制于壁上而使得热交换受限，并且仅有一部分颗粒与该交换表面接触，而且并不总是能够调整这些反应区域中载氧固体的流速而仅用于控制热交换。实际上，载氧固体流与用于燃烧的氧的量直接相关，载氧固体流速的任何变化均对反应进程产生影响，例如可能引起燃料管理和/或反应化学计量问题，并最终影响反应产率。可考虑使用位于燃烧和/或氧化密闭体外部的热交换器。通常而言，这种流化床热交换装置在一些领域中是已知的，例如循环流化床热发电厂，将其称为流化床热交换器(FBHE)或外部热交换器(EHE)。它们通常为容器的形式，其包括针对颗粒状固体的入口、使用气体的流化装置、气体出口和固体出口(Q.Wang等，化学工程和工艺(ChemicalEngineeringandProcessing)42(2003),327-335)。为实现热交换，流化床通常具有管束，以在流化床与管道中循环的载热流体之间形成交换界面。通常，在能源领域，特别是在热发电厂中，载热流体是加压锅炉水，所述加压锅炉水在热交换器的管束中被加热或至少部分蒸发，或者变得过热。这些交换器通常在用于排放固体的溢流装置(overflowmechanism)的存在下运行，例如专利US-4,716,856或Wang等(化学工程和工艺(ChemicalEngineeringandProcessing)42,2003,327-335页)中所说明的。使用溢流管意味着流化床的体积是恒定的，因此与流化床的交换表面也是恒定的。这使得无法通过该表面的变化来调节热回收，并且需要调节运行参数，例如通过交换区域的固体流。能够使用专利EP-0,090,641A2中描述的固体流控制装置，例如机械阀。这种选择的一个缺点在于使用机械装置来控制固体流。这种类型的装置在高温运行的工艺中是特别受限的，例如CLC工艺，并且会导致机械装置的操作中的固有的可靠性问题，所述机械装置包括流化颗粒床中在高温下磨损的可动部件。为了调节固体流，可使用非机械阀，例如专利申请WO-2011/007,055中描述的气动阀，用来控制CLC工艺中固体活性物质颗粒的循环。这种类型的气动阀使得能够处理温度和磨损问题。但是，这些气动阀的平稳运行仅限于使用特定种类的颗粒的情况，即格尔达特分类(Geldart'sclassification)中B组的颗粒。图1(获自K.Shakourzadeh,Techniquesdefluidisation,réf.J3390,Techniquesdel’Ingénieur,p.10)说明了一种特定系统，该系统使得能够调节通过外部流化床热交换器的固体流，所述热交换器在溢流管的存在下运行，任选地在固体流进入交换器处具有阀。该系统被安装至常规循环床煤(空气)燃烧单元，所述单元包括燃烧反应器10，含有燃烧气体的气体混合物和固体颗粒从该反应器被输送至旋风器(cyclone)20。配备有溢流管的外部热交换器50配置在旋风器20和反应器10之间。根据该系统，在返回反应器10之前，在旋风器20底部回收的固体流仅有部分通过管40被输送至热交换器50，固体流的其余部分通过虹吸/返回端管组件30的作用被输送回反应器10。管40通常具有阀。于是借助调节通过交换器50的固体流来控制热交换。这种包含固体流支路(by-pass)的配置使得单元的结构和在单元中完成的过程复杂化，原因在于为了使其朝向支路取向，需要在固体的回路上使用阀。通常，包括为调节热回流而通过阀来调节固体流的解决方案会影响工艺的恰当运行和/或限制其运行。例如，如果需要限制甚至取消固体和载热流体之间的交换，需要限制或停止固体流，这可导致单元的运行变慢或停止，或者需要限制或停止热载体的循环，这可能会损坏热交换器的管束。因此需要改进的CLC工艺，其中与循环氧载体的热交换能够在外部交换器中进行，而不需要针对固体流使用阀来调节交换热的量。由于CLC工艺的循环流化床的温度远远高于常规的循环流化床(CFB)燃烧工艺(取决于氧载体和所处理的供料的性质)，使得难以安装机械阀，这种需求更为迫切。专利技术目的和概述本文中，本专利技术的目的在于实现以下目标中的至少一个：-至少部分克服现有技术中的上述问题，-提供简化的CLC工艺和单元，特别地，其外部热交换器不需要支路系统，以及/或在固体流上不需要阀来调节热交换器中固体的量。这种简化倾向于显著降低运行和投资成本。通过特别地避免在流经交换器的固体流上使用阀，特别是机械阀，本专利技术使得热交换控制可靠性得到提高，-使用载氧固体提供更好的热交换控制，特别是在效率、精度、简易性和快速方面，-使得能够调节CLC工艺的温度，例如活性物质还原和氧化区域中进行反应所需的温度，特别是为了控制工艺性能和CLC单元中的安全性，-控制与在化学链中循环的活性物质交换的热的量，同时在还原和氧化区域中保持近似恒定的活性物质流速。于是，为了达成上述目标中的至少一个目标以及其他目标，根据一个方面，本专利技术还提供用于烃供料的化学链氧化还原燃烧的工艺，其中，颗粒状的氧化还原活性物质在氧化区域和还原区域之间循环以形成回路，其中：-通过在还原区域中使烃供料与氧化还原活性物质颗粒接触来进行所述烃供料的燃烧，-来自还原区本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于烃供料(13)的化学链氧化还原燃烧的工艺，其中，颗粒状的氧化还原物质在氧化区域(200)和还原区域(210)之间循环来形成回路，其中：‑通过在还原区域(210)中使烃供料(13)与氧化还原活性物质颗粒接触来进行所述烃供料(13)的燃烧，‑来自还原区域(210)的氧化还原活性物质颗粒通过与氧化区域(200)中的氧化气流(11)接触而被氧化，‑颗粒被输送至至少一个热交换器(E1,E2,3002,4002,5002,6002)，所述交换器位于还原区域(210)和氧化区域(200)之间的颗粒输送管线(15,16,17,18)上，流化气体(311,411,511,611)被输送入所述交换器以形成包含活性物质颗粒的密相流化床，所述热交换器包含与流化床接触的热交换表面(4020,5020,6020)，‑通过在位于热交换器上部的流化气体出口(3013,4013,5013,6013)处受控地施加压降而改变流化床水平，从而在所述至少一个热交换器(E1,E2,3002,4002,5002,6002)中控制热回收，所施加的压降由化学链中颗粒回路上的储存区域(3001,4001,5001,6001)中的活性物质颗粒床的水平变化来补偿。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.19 FR 14556681.用于烃供料(13)的化学链氧化还原燃烧的工艺，其中，颗粒状的氧化还原物质在氧化区域(200)和还原区域(210)之间循环来形成回路，其中：-通过在还原区域(210)中使烃供料(13)与氧化还原活性物质颗粒接触来进行所述烃供料(13)的燃烧，-来自还原区域(210)的氧化还原活性物质颗粒通过与氧化区域(200)中的氧化气流(11)接触而被氧化，-颗粒被输送至至少一个热交换器(E1,E2,3002,4002,5002,6002)，所述交换器位于还原区域(210)和氧化区域(200)之间的颗粒输送管线(15,16,17,18)上，流化气体(311,411,511,611)被输送入所述交换器以形成包含活性物质颗粒的密相流化床，所述热交换器包含与流化床接触的热交换表面(4020,5020,6020)，-通过在位于热交换器上部的流化气体出口(3013,4013,5013,6013)处受控地施加压降而改变流化床水平，从而在所述至少一个热交换器(E1,E2,3002,4002,5002,6002)中控制热回收，所施加的压降由化学链中颗粒回路上的储存区域(3001,4001,5001,6001)中的活性物质颗粒床的水平变化来补偿。2.如权利要求1所述的工艺，其中：-活性物质颗粒被输送至热交换器(5002)上游的储存区域(5001)，所述储存区域和所述热交换器容纳在具有壁(5015)的单个密闭体(5010)中，所述壁竖直地将所述密闭体分隔为形成储存区域(5001)的第一部分和形成热交换器(5002)的第二部分，-热交换器(5002)中施加的压降由储存区域(5001)中颗粒床的水平变化、优选流化颗粒床的水平变化来补偿，所述储存区域(5001)通过密闭体(5010)的壁(5015)中的通道(5012)与热交换器的流化床连通。3.如权利要求1所述的工艺，其中，活性物质颗粒通过热交换器的入口端管被输送至热交换器(4002,6002)，所述入口端管形成储存区域(4001,6001)。4.如上述权利要求中任一项所述的工艺，其中，活性物质颗粒通过配置于热交换器下部的管(6014)从热交换器(6002)排出，所述管(6014)具有虹吸管的形状。5.如权利要求1-4中任一项所述的工艺，其中，位于热交换器的流化气体出口处的机械阀的开口受到控制，以实现压降的受控施加。6.如权利要求1-5中任一项所述的工艺，其中，位于所述热交换器(E1,E2,3002,4002,5002,6002)外部的流化气体出口(3013,4013,5013,6013)处的受控压降施加元件(3003,4003,5003,6003)的温度受到控制。7.如权利要去6所述的工艺，其中，所述受控压降施加元件(3003,4003,5003,6003)通过与冷却流体循环回路接触而被冷却。8.如上述权利要求中任一项所述的工艺，其中，在从还原区域(210)向氧化区域(200)运载活性物质颗粒的输送管线(17,18)上进行热交换。9.用于如权利要求1-8中任一项所述的烃供料(13)的化学链氧化还原燃烧的单元，其包括：-用于烃供料与颗粒状活性物质接触时的燃烧的还原区域(21...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·亚兹丹帕那，T·戈捷，F·格尤鲁，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，道达尔炼油化工公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR