包含化学链工艺的设备制造技术

本发明专利技术总体涉及一种用于容纳化学链工艺的设备，该设备包括至少一个流化床燃烧器反应器、至少一个夹带上升管、至少一个颗粒分离器、任选地至少一个颗粒容纳反应器、至少一个移动床反应器、至少一个竖管、用于固体流量控制的至少一个L

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含化学链工艺的设备
[0001]专利
和背景
1.

[0002]本专利技术总体涉及一种用于容纳化学链工艺的设备，该设备包括至少一个流化床燃烧器反应器、至少一个夹带上升管(riser)、至少一个颗粒分离器、任选地至少一个颗粒容纳反应器、至少一个移动床反应器、至少一个竖管(standpipe)、用于固体流量控制的至少一个L
‑
阀系统和互连区段。
[0003]2.相关领域描述
[0004]在不受任何一种定义约束的情况下，化学链技术是指不使用"游离"氧，而是使用一种或多种金属载氧体或催化剂将氧化剂传递到燃料中进行完全或部分转化的技术。这种工艺通常在连接有空气反应器的流化床系统中进行，在空气反应器中还原的金属被氧化。空气反应器的产物通常是氮气，其中含有几个百分比的氧气。通常将氧化的金属转移到燃料反应器，在燃料反应器中使用燃料来还原金属氧化物。燃料反应器的气态产物通常是蒸汽和CO2的混合物，该混合物可以在下游处理并封存或利用。世界各地都在开发化学链工艺以作为生产氢气、合成气、蒸汽、热能和电力的替代方法。已知用于煤、天然气、石油、生物质和其他烃燃料的化学链的系统。
[0005]近来，世界各地都在开发化学链工艺以作为生产氢气、合成气、蒸汽、热能和电力的替代方法。例如，美国专利号4,343,624公开了一种利用蒸汽氧化工艺的三阶段氢气生产方法和设备。在第一阶段中，由原料(例如煤)形成含有H2和CO的低Btu气体。根据以下反应，低Btu气体随后在第二阶段与氧化铁(Fe3O4)反应，形成铁(Fe)、二氧化碳(CO2)和蒸汽(H2O)：
[0006]Fe3O4+2H2+2CO
→
3Fe+2CO2+2H2O
[0007]蒸汽和铁随后在第三阶段反应，通过以下反应形成氢气：
[0008]3Fe+4H2O
→
Fe3O4+4H2[0009]专利权人教导氧化铁可回收到第二阶段用于氧化铁还原反应，例如通过进料管道将氧化铁连续返回到第二阶段反应器。至少一个阶段发生在流化床反应器中。
[0010]美国专利5827496、6007699和6667022描述了一种使用在两个流化床反应器之间循环的石灰石和氧化铁的混合物将合成气(主要包含H2和CO的气体)和其他气体燃料分离成湿H2和CO/CO2的单独流的方法和设备。美国专利6669917描述了使用一组三个流化床反应器的类似方法。
[0011]美国专利6663681、6685754和6682714均涉及一种使用低成本碳原料(包括高硫煤)和蒸汽生产H2气体的方法。两步工艺将蒸汽注入熔融金属(Fe)浴反应器中。蒸汽中的氧与铁反应形成H2和FeO。在第二步骤中，输入碳燃料，将FeO还原为其金属态，并释放CO2。然而，该过程必须在高于约1100℃至约1300℃的非常高的温度下在专门设计的陶瓷反应器(例如在冶炼操作中使用的反应器)中进行。
[0012]美国专利号5447024教导了一种用于发电厂的化学链燃烧工艺，其包括在第一反
应器中使烃燃料与金属氧化物反应以释放含有二氧化碳和水蒸气的气体，从而运行涡轮机，同时还原一部分金属氧化物。在第二反应器中反应还原的金属氧化物，在第二反应器中用空气将其氧化以产生也用于运行涡轮机的第二气流。向空气中加入少量蒸汽主要是为了改善床内的传热，而不是为了产生任何氢气。在一个实施方式中，金属氧化物是与钇稳定的锆混合然后在高温下烧结以形成固体无孔颗粒的镍氧化物。据教导，颗粒可以在两个反应器之间循环使用。
[0013]美国专利号7767191公开了一种生产氢气的方法，该方法包括在碳基燃料和金属氧化物的还原反应中还原金属氧化物以提供还原金属或具有较低氧化态的金属氧化物，以及将还原的金属或金属氧化物氧化以产生氢气和具有较高氧化态的金属氧化物。金属或金属氧化物以包含金属或金属氧化物的陶瓷材料的多孔复合材料的形式提供。该多孔复合材料可以包括整料、粒料或颗粒。
[0014]目前的化学链系统通过部件的壁损失热量，使得无法实现绝热操作。因此，本领域需要一种改进的具有更好的热管理特性的化学链系统或设备，更优选地一种能够回收通过部件的壁损失的热量的系统或设备设计。

技术实现思路

[0015]本专利技术总体涉及一种用于容纳化学链工艺的设备，该设备包括至少一个流化床燃烧器反应器、至少一个夹带上升管、至少一个颗粒分离器、任选地至少一个颗粒容纳反应器、至少一个移动床反应器、至少一个竖管、用于固体流量控制的至少一个L
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阀系统和互连区段。
[0016]根据本专利技术的一个方面，提供了一种化学链系统，该系统包括流化床燃烧器反应器的元件，其包括风箱、换热表面和氧化剂分配格、颗粒、颗粒分离器和上升管，其中流化床反应器氧化颗粒，产生载气，上升管将氧化的颗粒和载气输送至颗粒分离器。
[0017]图3的实施方式涉及一种用于发电应用的蒸汽产生的化学链系统，该系统包括以下元件中的一个或多个：流化床型燃烧器102，该流化床型燃烧器具有至少一个床内换热表面104和耐火衬里膜壁106；至少一个管束110(图4A)，其中所述至少一个管束(图4A
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110)位于流化床型燃烧器102中；至少一个L
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阀112，所述至少一个L
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阀112操作性地连接到流化床型燃烧器102，使得所述至少一个L
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阀112被布置成将进入固体(incoming solid)提供到所述至少一个管束(图4A
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110)，所述管束被定向为直列(in
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line)管(例如，蛇形管、错列管等)或其他具有向来自至少一个L
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阀的进入固体开放的通道的管束；风箱114，其形成在流化床型燃烧器102的底部，风箱114被设计成允许燃烧空气通过风箱114和至少一个分配格116引至流化床型燃烧器的底部以供应氧化空气；至少一个还原器反应器140，其通过至少一个上升管122操作性地连接到流化床型燃烧器102，其中进入固体通过膨胀区段126从上升管122排出，进入固体的载气的速度经由膨胀区段126得以降低；以及至少一个颗粒接收器128，其中所述至少一个颗粒接收器128被设计成进一步减慢进入固体的速度并使其掉落。
[0018]在用于蒸汽和电力产生的图3的一个替代性实施方式中，该系统可以包括移动床还原器反应器的元件，其中天然气通过端口148进入还原器的底部，与固体逆流流动并与之反应，产生能够通过端口138离开还原器顶部的CO2和H2O。
[0019]在图1所示的一个替代性实施方式中，提供了一种由天然气产生合成气的系统，该系统包括以下一个或多个元件：流化床燃烧器、将固体从燃烧器输送到至少一个颗粒分离区的至少一个上升管、逆流移动床还原器反应器、并流移动床重整器反应器，以及逆流移动床氧化器反应器、竖管和L
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阀。其中，并流和逆流的性质描述了固体和气体物质在反应器内的相对运动。
[0020]在合成气产生的一个替本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种化学链系统，其包括：流化床燃烧器反应器，其包括风箱、换热表面和氧化剂分配格，颗粒，颗粒分离器；和上升管，其中流化床反应器将颗粒氧化，产生载气，并且所述上升管将氧化的颗粒和载气输送到颗粒分离器。2.如权利要求1所述的化学链系统，其还包括：颗粒接收器；和移动床反应器，其中所述颗粒接收器接收来自颗粒分离器的氧化颗粒，以及在碳基燃料的存在下所述移动床反应器将氧化的颗粒还原。3.如权利要求2所述的化学链系统，其还包括：氧化器反应器，其中在流化床燃烧器上游的蒸汽流存在的情况下所述还原的颗粒被部分氧化以产生氢气流，以及部分氧化的颗粒被输送到流化床燃烧器反应器。4.如权利要求2所述的化学链系统，还包括：竖管，和L
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阀，其中所述竖管和L
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阀将还原的颗粒从移动床反应器输送到流化床燃烧器反应器，以及流化床反应器将还原的颗粒再氧化。5.如权利要求4所述的化学链系统，其中，所述上升管和移动床反应器共用共同壁。6.如权利要求6所述的化学链系统，其中所述共同壁是膜壁。7.如权利要求6所述的化学链系统，其中所述膜壁是绝热的。8.如权利要求4所述的化学链系统，其中所述分配格是能够供应氧化剂、燃料或氧化剂/燃料混合物的泡罩型分配器。9.如权利要求4所述的化学链系统，其中所述换热器表面是蛇形床内换热表面。10.如权利要求9所述的化学链系统，其中蛇形床内换热器管的前缘从L
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阀向后设置。11.如权利要求4所述的化学链系统，其中所述碳基燃料选自以下中的一种或多种：煤、石油、油页岩、油砂、生物质、富甲烷气体、火炬气、来自燃料电池的富含燃料的废气，或其两种或多种的混合物。12.如权利要求4所述的化学链系统，其中所述上升管的形状为矩形。13.如权利要求4所述的化学链系统，其中所述颗粒接收器包括膨胀区段，由此氧化颗粒的载气的速度降低并且氧化颗粒从悬浮物中掉出。14.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：巴布考克及威尔考克斯公司，
类型：发明
国别省市：