用于操作流化床设备的方法和流化床设备技术

本申请涉及用于操作流化床设备的方法并涉及流化床设备，所述方法包括以下步骤：1a)向流化床反应器(1)的反应室(2)提供颗粒状金属，1b)向流化床反应器(1)的流化底部(8)提供氧化剂，以致将包含颗粒状金属的颗粒状物质流化，其中颗粒状金属与氧化剂反应成颗粒状金属氧化物，1c)从反应室(2)中取出颗粒状金属氧化物，1d)储存经取出的颗粒状金属氧化物，2a)向流化床反应器(1)的反应室(2)提供颗粒状金属氧化物，2b)向流化床反应器(1)的流化底部提供含有还原剂的气体，以致将包含颗粒状金属氧化物的颗粒状物质流化，其中颗粒状金属氧化物与还原剂反应成颗粒状金属，2c)从反应室(2)中取出颗粒状金属，2d)储存经取出的颗粒状金属。2d)储存经取出的颗粒状金属。2d)储存经取出的颗粒状金属。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作流化床设备的方法和流化床设备
[0001]本专利技术涉及流化床设备，且尤其涉及循环流化床设备(CFBA)，并涉及用于操作此类流化床设备的方法。下文中术语如“上”、“下”、“水平”、“垂直/竖直”、“内/内部”等总是指流化床设备的常规使用位置。流化床设备通常包含流化床反应器，其壁由管道制成，水通过所述管道流动，其中所述管道彼此直接焊接以提供壁结构，或者在平行延伸的管道区段之间具有翅片/肋。流化床反应器的壁也可由砖或与管道组合的砖制成。
[0002]通常，此类流化床反应器的反应室在其上端具有至少一个反应室出口，其中所述反应室出口允许从反应室排出的反应气体与固体颗粒(下文中称为颗粒状物质)的混合物流入至少一个分离器。
[0003]分离器用于使反应气体和颗粒状物质脱离。其后将分离的反应气体和颗粒状物质单独处理。颗粒状物质可直接返回进入反应室。
[0004]循环流化床设备及其组件的一般设计公开于EP 0 495 296 A2中。
[0005]这种类型的流化床设备的一般工艺工程或多或少是明确的并包括：
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经由入口(inlet opening)提供颗粒状物质到反应室中，
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通过经由流化底部在压力下引入的(操作)气体将颗粒状物质流化，所述流化底部可在反应室的底部区域中包含相应的喷嘴和/或格栅，
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经由布置在反应室内或邻近反应室的传热元件(尤其诸如水或蒸汽之类的传热流体流动通过的管道)传递在流化床中产生的能量(热量)或者从已经离开反应室的反应气体传递能量。
[0006]取决于提供的操作气体的速度，流化床可体现为静态流化床、鼓泡流化床或循环流化床。
[0007]US 2009/0072538 A教导了使用第一流化床设备作为氧化反应器，其中颗粒状金属与经由流化底部提供的氧化剂一起燃烧；以及使用第二流化床设备作为还原反应器，其中通过经由第二流化床设备的流化底部提供还原剂来还原颗粒状金属氧化物。使用还原反应器和氧化反应器的组合的这种系统来驱动用于发电的涡轮，其中在高压下储存所产生的二氧化碳。
[0008]目前，在存在过剩的电能(例如产生自可再生能源)的情况下，对储存(电)能存在着需求。因此，已知运行电解单元来产生氧气和氢气以及在压力下储存所产生的气态氢。在对电能的需求高于由可再生能源或其它来源供应的电能的情况下，所储存的气态氢可用来提供(电)能。然而，储存气态氢需要复杂且昂贵的储存容器。
[0009]在这种背景下，本申请的目的是提供流化床设备和用于操作流化床设备的方法，利用该设备和方法可暂时储存电能。
[0010]利用具有相应的独立权利要求的特征的用于操作流化床设备的方法和流化床设备来实现该目的。所述方法和流化床设备的优选实施方案是从属权利要求和说明书的主题，其中优选实施方案的单个特征可以按技术上有意义的方式彼此组合。关于方法公开的特征可应用于流化床设备，反之亦然。
[0011]尤其利用用于操作流化床设备的方法来实现该目的，该方法包括以下步骤：
1a) 向流化床反应器的反应室提供颗粒状金属，1b)向流化床反应器的流化底部提供氧化剂(例如含氧气体，尤其空气)，以致将包含颗粒状金属的颗粒状物质流化，其中颗粒状金属与氧化剂反应成颗粒状金属氧化物，1c)从流化床设备中取出颗粒状金属氧化物，1d)储存经取出的颗粒状金属氧化物，2a)向流化床反应器的反应室提供颗粒状金属氧化物，2b)向流化床反应器的流化底部提供含有还原剂的气体，以致将包含颗粒状金属氧化物的颗粒状物质流化，其中颗粒状金属氧化物与还原剂反应成颗粒状金属，2c)从流化床反应器中取出颗粒状金属，和2d)储存经取出的颗粒状金属。
[0012]还可通过包含流化床反应器的流化床设备来实现该目的，该流化床反应器具有用于颗粒状物质的反应室、具有至少一个用于用以流化颗粒状物质的操作气体的气体入口的流化底部、以及优选的用于将颗粒状物质与反应气体分离的颗粒状物质分离器。该流化床设备进一步包含与流化床反应器连接的颗粒状金属储存容器、与流化床反应器连接的颗粒状金属氧化物储存容器、可与流化床反应器的流化底部连接的还原剂供应源（supply）和可与流化床反应器的流化底部连接的氧化剂供应源。
[0013]因此，本专利技术建议操作同一个流化床反应器作为还原反应器并交替地作为氧化反应器。例如，如果存在得自可再生能源的过剩电能，则颗粒状金属氧化物可在流化床内与所提供的还原剂(即，来自利用来自可再生能源的电力运行的电解单元的氢气)反应，然而由此产生的颗粒状金属被从流化床反应器中取出并储存在颗粒状金属储存容器中。在需要额外的能量的情况下，操作同一个流化床反应器作为氧化反应器，在该情况下，颗粒状金属与氧化剂(尤其氧气)一起燃烧，可由作为操作气体的空气提供所述氧气。
[0014]或者，在步骤1b)，可供应水蒸汽，在该情况下，颗粒状金属与水蒸汽反应成颗粒状金属氧化物和气态氢。由此产生的颗粒状金属氧化物可被取出并储存在颗粒状金属氧化物储存容器中。
[0015]因此，根据本专利技术，电能可按颗粒状金属的形式储存，然而可利用被用来储存电能的同一个流化床反应器来回收能量。由于例如在储料堆或用于颗粒状物质的简单储存容器中储存颗粒状金属以及颗粒状金属氧化物比在压力下储存气态氢容易得多，因此本专利技术提供了以固体形式储存电能的另选方式。该储存是非常有效的，这是由于流化床内颗粒状物质与操作气体之间的接触是非常有效的，由此在流化床反应器中从流化床至传热介质的传热也可以是非常有效的。
[0016]除了颗粒状金属之外或除了颗粒状金属氧化物之外(取决于步骤1或2)，反应室内的颗粒状物质还可包含(优选惰性的)载体材料，其不与氧化剂和/或还原剂反应，以致可通过颗粒状金属(或颗粒状金属氧化物，分别地)与颗粒状载体材料的比率来控制氧化(燃烧)过程和还原过程。在反应室内可提供颗粒状物质作为松散填充(lose filling)。
[0017]例如，在步骤1a)中和/或步骤1b)的反应期间最初提供的颗粒状金属可包含60%
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90%、优选70%
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80%的颗粒状(元素)金属和10%
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40%、优选20%
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30%的颗粒状载体材料(包括颗粒状金属氧化物)。在燃烧/氧化期间，归因于燃烧/氧化颗粒，尤其如果没有其它颗粒状金属被加入燃烧室，可提高颗粒状载体材料的比率。另一方面，反应室中在方法步骤2a)时最
初提供的或在方法步骤2b)的反应期间出现的颗粒状物质可包含60%
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90%、优选70%
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80%的颗粒状金属氧化物和10%
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40%、优选20%
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30%的颗粒载体材料(包括颗粒状金属)。在还原过程期间，归因于还原过程，尤其如果没有其它颗粒状金属氧化物被加入反应室，可提高颗粒状载体材料的比率。
[0018]优选地，在方法步骤1a)至1d)期间氧化颗粒状金属时，从颗粒状金属储存器（storage）提供颗粒状金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于操作流化床设备的方法，其包括以下步骤：1a)向流化床反应器(1)的反应室(2)提供颗粒状金属，1b)向所述流化床反应器(1)的流化底部(8)提供氧化剂或水蒸汽，以致将包含所述颗粒状金属的颗粒状物质流化，其中所述颗粒状金属与所述氧化剂反应成颗粒状金属氧化物或者与所述水蒸汽反应成颗粒状金属氧化物和气态氢，1c)从所述流化床反应器(1)中取出颗粒状金属氧化物，1d)储存经取出的颗粒状金属氧化物，2a)向所述流化床反应器(1)的所述反应室(2)提供颗粒状金属氧化物，2b)向所述流化床反应器(1)的所述流化底部提供含有还原剂的气体，以致将包含所述颗粒状金属氧化物的颗粒状物质流化，其中所述颗粒状金属氧化物与所述还原剂反应成颗粒状金属，2c)从所述流化床反应器(1)中取出所述颗粒状金属，2d)储存经取出的颗粒状金属。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原剂气体包含氢气作为还原剂。3.根据权利要求1或2所述的方法，其包括以下步骤：
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操作电解单元(13)，以产生氧气和氢气，
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在步骤2b)中向所述流化床反应器(1)的所述反应室(1)提供所产生的氢气作为还原剂。4.根据权利要求3所述的方法，其包括以下步骤：
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储存所产生的氧气，并在步骤1b)中向所述流化床反应器(1)的所述反应室(2)提供经储存的氧气。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中将与所述颗粒状物质分离之后的反应气体取出并提供到所述流化底部(8)。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中在步骤1a)或1b)中，至少局部地暂时提高温度，以引起所述颗粒状金属与氧气的放热燃烧反应。7.流化床设备，其包含：
•ꢀ
流化床反应器(1)，其具有
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用于颗粒状物质的反应室(2)，
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用于用以流化所述颗粒状物质的操作气体的具有至少一个气体入口(4)的流化底部(8)，
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用于储存从所述流化床反应器(1)中取出的颗粒状金属的与所述流化床反应器(1)连接的颗粒状金属储存器(9)，
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用于储存从所述流化床反应器(1)中取出的颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：斗山能捷斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：