输送式气化器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于汽化碳质基料的输送式反应器和汽化方法。输送式汽化器有一个用于使循环碳颗粒与亚化学计量氧气源燃烧的燃烧区，一个用于使碳质原料如煤与亚化学计量燃烧产物混合的注料区，一个立管，在立管中煤通常被绝热脱挥发成分及汽化，一个分离掺杂在立管排出物中颗粒的分离区，一条用于使来自停留区的颗粒循环至燃烧区的转移管路。通过将煤原料引入亚化学计量燃烧反应区的下游的汽化反应区，可使含在煤中的挥发性烃保存起来以增加生产的煤气的热值。本发明专利技术还公开了一种用于燃烧来自输送式汽化器的废弃固体的输送式燃烧器。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于气化碳质原料以用来发电的输送式流化床反应器，进而，本专利技术涉及输送式气化方法，在该方法中，在下游从亚化学计量燃烧区将碳质原料引入气化区。由于石油资源的日益贫乏，对核能信任度的降低以及煤碳资源依然丰厚，使用流化床煤气化过程来发电越来越显示出其重要性。随着操作经验导致对操作性能的改善，上述技术的进展日新月异。这些操作经验的一部分是来自流化催化裂化（FCC）反应器四十年的石油精炼。Campbell描述了FCC反应器技术以及在发电方面流化床反应器的类似技术，见“Operating Experience with FBCs in the Petroleum Industry”，Energy and Power Research Institute，May 3，1988。一般说来，流化床方法的基础是通过固相与气相的相互作用来促进化学反应。众所周知就进行反应的有效表面积而言使固体更易于进入气相可显著改善反应性能。然而，固体的大小通常受需脱除夹带颗粒的分离技术的限制。早期的系统使气体鼓泡通过颗粒床层。所谓的“沸腾床反应器”包含由相对粗颗粒尺寸（＜5cm）的颗粒组成的基本连续的固相以及空塔速度约为0.9～1.5m/秒的不连续气相。由于固相密度较大，反应器只能负载相当少量的固体。高效旋风分离器的发展使固体分离得以改善，并且使得反应操作类型由沸腾床超过湍流区延伸至输送流体动力学类型。在快速床输送型中，颗粒尺寸通常小于约1.5cm，空塔速度为4.5～6m/秒。在气-->动输送型中，颗粒尺寸通常小于0.3mm，空塔速度高达12～18m/秒。输送操作类型颗粒最细，速度最大，代表了目前流化床反应器设计技术的状况。由于增强了反应介质的混合，向输送型的过渡也改善了过程控制。因而，目前的输送式反应器能在高压如可能高至约4MPa（g）（约600psig）下操作，从而单位反应器载面面积的热输出更大，能量循环输出更大。在以下文献中公开了一种加压输送式流化床煤燃烧器，Campbell，“Development of a Transport Mode Pressurized Circulating Fluid Bed Combustor”，Power Gen～88，December 7，1988。此外，业已大幅度地改善了操作过程，从而克服了由控制硫排出带来的困难。由于在矿物燃料如煤中存在硫会造成污染，使用现场颗粒状石灰石吸着剂有效地控制硫排出。在气化和/或燃烧过程中，石灰石与煤一起加至反应器中时，石灰石能立即吸收释放的硫。但是，现场石灰石的使用却又是人们不希望的，这是因其会限制反应器的温度从而来阻止由硫吸收形成的盐的分解。结果，必须迅速排除大部分的燃烧热以避免吸着剂的降解。然而，气化过程又比一般的燃烧过程慢得多，而且，随着转化程度的增加，残余未气化煤（碳）的反应性逐渐减小了。由于残余碳仍能燃烧，因而业已发展了称之为联合气化综合循环（IGCC）的杂化燃烧循环法以在第一反应器中进行前端部分气化过程，在第二反应器中进行未转化碳的燃烧过程。在杂化方法中，由于来自气化器的未转化物料在燃烧器中燃烧而回收热量，因而，在气化步骤中转化程度的少量降低并没有严重影响能量循环的总效率。下述文献描述了用于发电-->的流化床反应器的杂化设计方法，该文献引入本专利技术作参考，O’Donnell，“An Advanced Concept in Perssurized Fluid Bed Combustion，”American Society of Mechanical Engineers，1991。煤和其它碳质原料的气化过程是众所周知的。气化反应器通常包括一个燃烧区，在燃烧区内产生热量以促进气化区中的气化过程。按照常规，煤原料在进入高温反应器后会立即释放出挥发性成分。由于这些成分在燃烧区内会迅速燃烧，因而由低挥发性煤成分气化产生的燃料气具有的热值比其潜在的热值要低。因此能实现下述目标将是非常有利的：增加煤气化产生的燃料气的热值，同时不会对气化过程或环境质量有不利影响，从而增强化石燃料能源提取过程的效率。按照本专利技术，一种流化床气化反应器具有一个燃烧区和一个独立的气化区，碳质原料在气化区中被气化生成燃料气。业已发现，将碳质原料引入气化区而非现有技术中的燃烧区可增强燃料气的热值。以这样的方式，燃烧可仅限于低挥发性碳，而在原料中具有高热值的挥发性成分的燃烧则基本被避免了。在一种实施方式中，本专利技术提供了一种气化碳质基质的方法。第一步，将碳质基质，选择性地与蒸汽或水一起引入亚化学计量燃烧产物物流中。第二步，在输送条件下，将形成的混合物通过一个基本绝热的立管中以使基质脱挥发成分并气化之。从气化产物中回收微细颗粒以得到基本无颗粒的燃料气。向燃烧区加入第一部分所回收的颗粒以及亚化学计量量的活性氧以形成亚化学计量燃烧产物物流。原料基质可包含煤或其它碳质可气化物料。进料物流可包含硫吸着剂颗粒如石灰石。循环至燃烧区的所回收颗粒的第一部分优选是基-->质原料质量流速的10～250倍。相对于加入的碳量，向燃烧区加入的活性氧优选少于约5%的化学计量量。本专利技术的方法可包括将回收颗粒的第二部分加至第二燃烧区，优选输送式燃烧器，从第二燃烧区的产物取得热量。回收的颗粒可包含有碳和硫吸着剂颗粒或在其上沉积有碳化合物的基本为惰性的颗粒。作为另一种实施无式，本专利技术提供了一种煤气化方法。将煤和硫吸着剂颗粒，选择性地与蒸汽一起被引入亚化学计量燃烧产物的高速物流中，该物流包含一氧化碳（CO）且基本上无分子氧。将形成的混合物在输送条件下以高速物流通过一个基本绝热的立管以使煤颗粒脱除挥发成分并气化从而形成残余碳颗粒，并且将硫化合物吸收在吸着剂颗粒上。从气化产物中回收碳和吸着剂颗粒以得到基本上无颗粒的燃料气。将氧气和第一部分回收的碳及吸着剂颗粒加至亚化学计量燃烧区。第一部分的回收颗粒的质量流量为原料质量流速的约10～250倍。氧气供给量小于完全燃烧第一部分碳颗粒中的碳所需化学计量量的5%。在一种优选实施方式中，本专利技术包含一种杂化气化方法，该方法进一步包含如下步骤：将第二部分回收的颗粒加至包含输送混合区的输送燃烧器中，向所述输送混合区加入再循环颗粒和亚化学计量量的氧气;将形成的混合物以高速优选在输送条件下通过一个输送燃烧立管，将附加的一部分氧气在一个阶段或多个阶段上加入输送燃烧立管以在其中基本上完全燃烧;从输送燃烧立管中排出的排出物中回收微细颗粒，得到基本无颗粒的烟道气;将从输送燃烧立管排出物中回收的颗粒循环至输送混合区;从输送燃烧区中排出灰分;从烟道气中回收热量;从输送燃烧立管排出物中回收的颗粒中回收热量。此外，还-->可从外部的热交换器回收热量，来自输送燃烧器的颗粒以受控量通过该热交换器进行循环，另外，还可从设置在燃烧器保持容器中的盘管回收热量，所说容器接收由输送燃烧立管排出物回收的颗粒。在另一个实施方式中，本专利技术提供了一种输送式气化碳质物料如煤的设备。该设备包含一个燃烧区，该燃烧区用于将可燃烧固体与一种亚化学计量氧化剂源燃烧以形成基本上无活性氧化剂的燃烧产物物流。在用于将碳质原料引入燃烧产物物流中的立管入口附近提供一个注料区。一个立管用来接收来自注料区的混合物，它包含一个用于脱除挥发成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳质基料的气化方法，包括如下步骤：（ａ）. 向亚化学计量燃烧产物的物流中引入碳质原料；（ｂ）. 使步骤（ａ）得到的混合物在输送条件下通过一个基本绝热的立管以使基料脱挥发成分并气化；（ｃ）. 从步骤（ｂ）的气化产物中回收微细颗粒以得 到基本上无颗粒的燃料气；和（ｄ）. 将回收的第一部分颗粒和亚化学计量量的活性氧加至一个燃烧区以形成用于原料引入步骤（ａ）的燃烧产物物流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1993-7-12 0906011、一种碳质基料的气化方法，包括如下步骤：(a).向亚化学计量燃烧产物的物流中引入碳质原料；(b).使步骤(a)得到的混合物在输送条件下通过一个基本绝热的立管以使基料脱挥发成分并气化；(c).从步骤(b)的气化产物中回收微细颗粒以得到基本上无颗粒的燃料气；和(d).将回收的第一部分颗粒和亚化学计量量的活性氧加至一个燃烧区以形成用于原料引入步骤(a)的燃烧产物物流。2、按权利要求1的方法，其中基料包含油页岩、焦油、沥青、热塑性塑料、橡胶或重烃残渣或塔底产品。3、按权利要求1的方法，其中基料包括煤。4、按权利要求1的方法，其中基料含有硫，步骤（a）的原料中包括一种硫吸着剂。5、按权利要求1的方法，其中步骤（d）中向燃烧区中加入颗粒的速度为步骤（a）中基料进料的质量流速的约10～约250倍。6、按权利要求1的方法，其中步骤（d）中空气以某一速度加至燃烧区以提供所说的亚化学计量量的氧。7、按权利要求1的方法，其中步骤（d）中相对于加至燃烧区的颗粒中的碳量，加至燃烧区的活性氧的量低于约5%化学计量量。8、按权利要求1的方法，还包括将第二部分回收的颗粒加至第二燃烧区，并从第二部分燃烧产物中得到热量。9、按权利要求1的方法，其中回收的颗粒包含碳和硫吸着剂。10、按权利要求1的方法，其中回收的颗粒基本上包含具有碳化合物沉积物的惰性颗粒。11、按权利要求1的方法，进一步包括：在步骤（b）向亚化学计量燃烧产物中加入蒸气以在其存在下气化基料。12、一种煤的气化方法，包括如下步骤：（a）将煤和硫吸着剂颗粒及选择性成分蒸气引入含一氧化碳且基本上无分子氧的亚化学计量燃烧产物中;（b）将步骤（a）形成的混合物在输送条件下以高速物流通过一个基本绝热的立管使煤颗粒脱挥发成分并气化以形成残余碳颗粒，并且将硫化合物吸收在吸着剂颗粒上;（c）从步骤（b）的气化产物中回收碳和吸着剂颗粒以得到基本上无颗粒的燃料气;（d）将氧气和第一部分回收的碳和吸着剂颗粒加到亚化学计量燃烧区，其中第一部分回收颗粒量为10～250倍的进料的质量流速，而相对于第一部分碳颗粒，供氧量小于化学计量量的约5%。13、按权利要求12的方法，进一步包括：（e）.将来自步骤（c）的第二部分回收的碳和吸着剂颗粒加至输送式燃烧器的混合区，同时加有循环颗粒和亚化学计量量的氧气源;（f）.使步骤（e）的混合物通过输送式燃烧立管并在一段或多段中将附加量的氧源加至输送式燃烧立管以基...

【专利技术属性】
技术研发人员：WM坎贝尔，EA格波佐，GB亨宁森，YY林，
申请(专利权)人：凯洛格总公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]