流化床反应器反应方法及流化床反应器技术

一种循环流化床反应器的操作方法．包含固体反应物料、尤其是含碳燃料的固体颗粒物料，被引入反应器下部，借助于引入到反应器底部的、含气体反应物料尤其是氧气的流化气体，形成一快速床，而未反应颗粒从反应器顶部移出，再循环至床中．一种流化床反应器，包括一垂直反应器室（１），在反应器室下部（２）的第一进口（９）和反应器底部的第二进口（２２），分别用来引入固体颗粒物料和流化气体，在反应器室上部（４）有一出口管（２８），移出反应器物料．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种流化床反应器以及该反应器的操作方法。流化床系统通常用于许多期望在固体颗粒物料与气体之间有良好接触的工艺过程中，典型的例子如热交换过程、多相催化反应和气固直接反应过程等。近年来，人们对流化床系统在燃烧固体燃料的设备上的应用产生了特殊的兴趣。其原因是传统的燃烧器所带来的环境问题，因为在这些燃烧器中，要避免所不希望的空气污染(尤其是由二氧化硫SO2和氮氧化物NOx所引起)花费较大，且又复杂。本专利技术的方法和反应器，特别适合于燃烧固体燃料的设备，但它们在下述情况，即在需要加热或冷却床层物料，包括呈颗粒状或能够形成颗粒状的固体物料与气体发生放热或吸热反应的情况下使用时，也有许多优点。流化床系统按其流化的程度可分成三种类型，即“沸腾床”型、“湍动床”型和“快速床”型。在前两种床型中，流化气体的气速很低(通常为1-3米/秒)，使得反应器内固体颗粒基本上留在床中，因而它们被称为“慢速床”。在“快速床”中，流化气体的速度高于(一般大于6米/秒)反应器内固体颗粒的临界速度，这意味着床层颗粒随气流被带走并被带到床外。因而在快速床中，床层物料须被再循环，故对这些系统也采用“循环床”这一术语。这些系统的另一特点是物料沿反应器内流动方向呈降密度分布，直至流动状态可认为是仅有颗粒迁移时为止。当在燃烧过程中采用有快速流化床或循环床的系统时，至多仅有约5%的颗粒物料为燃料，其余的是惰性物料，特别是沙、灰和硫吸收剂。在这样一个系统中，有必要冷却床层颗粒，否则，燃烧的高温会使这些颗粒烧结。这种冷却可以通过冷却反应器壁或在反应器中插入一锅炉管来实现，如参照美国专利第4084545号。另一可能的办法是循环颗粒物料在返回反应器前，用一外部颗粒冷却器冷却，如参照国际专利合作条约公开说明书PCT/us80/01737号。把这两种冷却系统结合在一起也是可行的。但是这些办法中无一令人满意，原因是它们很难达到最优操作。当只采用冷却表面或在反应器中插入锅炉管时，在反应器截面的径向上温度分布不均匀(尤其在采用冷却反应器壁的情况下)，因而将不可能使工艺过程最优化。此外，内冷却表面的冷却效应总是恒定的，与系统的其它操作参数无关，因而进行调节的可能性不大，进而使系统最优化的可能性不大。若采用反应器循环物料的外部冷却，则因为总是有大量所收集的颗粒待冷却而限制了流化速度。此外，外部冷却还限制了反应器所能采用的压力。由于在一定的流化速度下反应器的生产能力随着压力的增大而迅速提高，故特别希望有一较高的反应器压力。还应进一步认识到，由于循环床有大量的部分惰性部分防火的衬套，故其起动周期相当长。本专利技术提供了一种快速流化床反应器的操作方法和一种紧凑的流化床反应器。与前述现有技术的流化床相比，它增大了使工艺过程最优化，包括在加压下操作的可能性。当本专利技术用于燃烧过程时，该方法并不仅从传热着眼，在脱硫方面尤有特色，而且由于增大了工艺过程最优化的可能性，在燃烧气体中控制氮氧化物的含量也得以实现。此外，本专利技术的反应器在起动上也有优点。其它的优点可从下面的描述中看出。在方法方面，本专利技术涉及的是一种循环床反应器的操作方法，其中含固体反应物的固体颗粒状物料被引入反应器的下部，借助于也被引入到反应器下部的含气体反应物的流化气体，形成一快速床，未反应的颗粒从反应器的上部移出，再循环到床内。该方法的特征在于反应器内固体颗粒物料的预定一部分，从至少一段低于反应器顶部的床中移出，经过热处理，然后再循环到至少一段更低的床内。依照本方法，可以设立任意数目的回路，籍此有可能移出预定量的固体颗粒状物料，进行冷却或加热，再送回到一段或多段更低的床内。这里和下面引用的术语“一部分”应理解为，在任意时间内，比在所讨论的床层部分中所含物料的总量少的一个物料量。虽然本专利技术最重要的应用领域是燃烧过程，但应理解到，在任何其它的放热反应中，只要冷却一部分固体物料和在吸热反应中，提供一外加热量，本专利技术也有可能很好地适用。作为本专利技术的方法所述的固体反应物，可采用任何被分散成细小形状的物料以便于流化。在燃燃过程中，固体反应物将由燃料提供，它一般为煤，包括褐煤或无烟煤，但也可采用其它含碳的物料，如生物物料，垃圾、木料、泥煤和石油焦。燃料的细度不是关键性的，一般可从0-40毫米左右，尤其是0-10毫米左右。燃料可以与任何惰性颗粒物料，如沙混合后引入，也可是水悬浮液，如以糊状或浆状形式加入。一般，反应器中固体物料的2-5%是燃料，其余是惰性颗粒物料，包括硫吸收剂。煤由于产地不同，含有不定量的硫，一般含硫1-3%。燃烧过程的脱硫通常是这样进行的焙烧石灰石使二氧化碳放出，然后，所形成的氧化钙与二氧化硫和氧气反应得到硫化钙。焙烧过程是吸热的，而形成硫化钙是放热反应。现已发现，在下述条件下本专利技术的方法有可能特别有利，即石灰石焙烧所需热能可由床中循环的部分固体物料提供，而石灰石可在物料移出进行热处理的那一段引入，直接与循环固体颗粒物料相混合。这里石灰石是在二氧化碳分压较低的区域内焙烧的，即使在加压下操作该反应器仍能实现高度焙烧。在紧接着的氧化钙和二氧化硫的反应中，产生了有用的热量，所形成的硫化钙根据需要可从烟道气中分离出。作为本专利技术方法中的流化气，任何含气体反应物的气体均可采用。在燃烧过程中，流化气为空气，引入时部分作为一次气，部分作为二次气。一次气引入量最好对应于燃烧挥发性物质和把碳氧化成一氧化碳所需的量，此外还取决于固体进料量。如上所述，在本专利技术的方法中，形成了一个快速流化床或循环床系统。在实际上，可通过这样实现把流化气，特别是一次空气，以取决于粒径分布速度、优选0.4-3米/秒，最好为0.6-2.0米/秒的速度，引入到反应器的下部，因而最初形成一沸腾床或湍动床。从该床的这一表面起，一部分颗粒(优选的粒径小于2000μ，特别是小于300μ)，借助于流化气被“冲起”，然后，升起的颗粒(优选5-300千克/米2秒，特别是15-70千克/米2·秒)，有可能借助于所引入的二次空气，随流化气被带走。然后，这些颗粒上升通过反应器变成一快速床。每一相分隔的预定部分的物料量，最好占对应反应器截面上颗粒量的30-70%(重量)，这些物料经热处理后再循环，进而有可能向该床的一个或多个更低的床段提供颗粒。引入到该床的低一级床段的颗粒量可以与从上一段分离出的相同，但最好为所引入床段中反应器截面上颗粒量的30-70%(重量)。如果需要在反应器系统内形成一个向下的颗粒积聚，也可向床内引入大量的颗粒。这样一个不稳定的颗粒的积聚，通常会在进料减少时和空气流量降低时出现。此外，每一相分隔的预定部分的量还取决于反应器的容积，以便使操作在给定的总物料量和气速下稳定进行。当在单位时间内引入到反应器下部的固体反应物量变化时，流化气体的速度也相应的变化，以便得到新的稳定状态。在燃烧过程中，若进料速率增加，一次空气的量应慢慢增加，最好在所讨论的进料速率下，空气的量是所对应的稳定态操作空气量的1.1～1.3倍。在达到新的稳态点时，一次空气的量再调整到对应的操作值。如果进料速率下降，一次空气的量也相应慢慢下降，最好也降到对应于稳态操作所需空气量的1.1～1.3倍，直到形成一种新的平衡态后，一次空气的量再调整到对应的操作值。实际上，在加速和减速期间，空气的量可作为固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环流化床反应器的操作方法，其中含固体反应物料的固体颗粒被送入该反应器的下部，借助于被送入反应器下部的，含气体反应物料的流化气体，形成一另速床，而未反应的颗粒物料从反应器的上部移出，并再循环到床内，其特征在于在反应器中的固体颗粒物料的预定部分，从至少一段低于反应器顶的床段中移出，进行热处理，然后再循环到至少另一更低的床段内。

【技术特征摘要】
DK 1986-5-23 2425/86;DK 1985-6-13 2688/851.一种循环流化床反应器的操作方法，其中含固体反应物料的固体颗粒被送入该反应器的下部，借助于被送入反应器下部的，含气体反应物料的流化气体，形成一另速床，而未反应的颗粒物料从反应器的上部移出，并再循环到床内，其特征在于在反应器中的固体颗粒物料的预定部分，从至少一段低于反应器顶的床段中移出，进行热处理，然后再循环到至少另一更低的床段内。2.根据权利要求1所说的方法，其特征在于固体反应物料是含碳燃料，气体反应物料是氧气，而热处理为冷却。3.根据权利要求2所说的方法，其特征在于在冷却所移出的颗粒部分时，加入脱硫物料，最好为石灰石。4.根据权利要求2所说的方法，其特征在于在反应器的出口端反应器物料进行进一步冷却。5.根据权利要求1所说的方法，其特征在于在反应器出口气体中的固体物料被再循环，与所移出的固体颗粒物料部分混合。6.根据权利要求1所说的方法，其特征在于该方法在大气压或加压下进行，最好在1-3.5巴或高达12-16巴。7.根据权利要求1所说的方法，其特征在于补充气体反应物料被加入到所移出的固体颗粒物料部分中。8.一个流化床反应器，包括垂直反应器室(1)，在反应器室下部(2)分别引入固体颗粒物料和流化气体用的第一进口(9)和第二进口(22)，在反应器室上部(4)用来除去反应器物料的出口管(28)，其特征在于，在所说的用于固体颗粒物料的第一进口(9)和用于反应器物料的出口管(28)之间，设置有至少一个用于固体颗粒物料...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊杰勒L霍尔姆，詹斯克里斯琴克劳森，
申请(专利权)人：阿尔堡奇塞夫国际有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]