本发明专利技术涉及循环流化床输送式气化器和反应器的装置、部件和操作方法。本发明专利技术提出的改进提供在被称为“输送式气化器”的加压循环流化床反应器类中气化低级煤的可靠装置和方法。实施方案克服了现有气化器的很多可操作性和可靠性问题。系统和方法解决了以下有关问题：在不使用内部零件的情况下分布气化剂、管理热释放以避免任何结块和熔渣生成、抵抗由高固体颗粒循环速率导致的高度腐蚀性环境的弯头的具体设计、抵抗高温气化环境的立管旋风分离器的设计、可处理大质量固体通量的料封管的紧凑设计、消除了堵塞的喷嘴的设计、大直径立管的均一曝气、在旋风分离器出口有效地调节气化器出口温度的氧化剂注入以及用改进的非机械阀减少气化器的总高度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体上涉及加压循环流化床输送式反应器(pressurizedcirculating fluidized bed transport reactor)，并且更具体地，涉及输送式气化器回路(transport gasifier loop)中的各种部件。背景在 Higman 禾口 van de Burgt 的书(气化(Gasification), 2003, Elsevier)中看至Ij 的各种气化技术中，变得明显的是，期望新技术，以改进气化低级煤，特别是具有高潮湿和/ 或高灰分含量的煤例如褐煤或次烟煤的经济性。夹带流气化器(entrained flow gasifier)使用干式供给系统或浆料供给系统供给具有小于75微米的粒度的煤。对于干式供给方法来说，煤潮湿必须小于5%，以防止煤颗粒形成饼并且在供给系统中桥接，特别是在供给系统的闭锁容器(lock vessel)中。对于浆料供给系统，必须加入约35wt. %的水以制作煤浆。必需的是，在制作浆之前将煤干燥至非常低的潮湿水平，以避免浆中的总水分大于40%。通常，低级煤含有大于30%的潮湿； 将煤干燥至小于5%的潮湿需要昂贵的干燥设施，具有高操作成本，从而降低了总体过程效率。高度期望的是减少处理低级煤时的干燥任务和操作担忧。美国专利第6，631，698号公开了可以用于气化低级煤的循环流化床反应器。然而，装置仅可以在大气应用中使用，并且需要大的覆盖面积(foot-print)，以生产安装了煤气化器的现代化工厂或发电厂所需要的大量合成燃料。美国专利第号5，560，900公开了基于加压循环流化床反应器的也意在部分氧化低级煤的方法。这种为了处理煤而提出的构思是基于石油工业中的低压流体催化裂化 (FCC)过程的超过五十年的经验。因此，反应器系统，如已经公开的，使用提升器(riser)， 因为具有热解反应所必需的大量热的热解器被围绕反应器回路循环的精细地分割的耐火材料携带。如何分离在过程中从携带热的材料产生的煤灰是很难处理的问题中的一个，并且该专利回避了这个问题。此外，该反应器具有在热分解区下方的混合区，所述混合区的直径比提升器直径大得多，以确保加热被供给混合区中的煤颗粒的足够的停留时间。从混合区夹带循环的固体颗粒所必需的最小气体速度使输送式提升器中的气体速度异乎寻常地高，从而导致对任何内部零件例如温度计套管的迅速腐蚀以及对旋风分离器壁的腐蚀。此夕卜，因为热解反应需要对于完成来说长得多的停留时间并且防止在产物合成气(合成气)中焦油的形成，所以提升器必须是在工业过程中对于专利中提出的反应器来说不切实际地高的。此外，该方法没有教导如何在工业规模气化器的横截面上合适地分布气体(蒸汽和空气或氧气)。 移动床气化器已经在超过100年间用于气化低级煤。尤其是，Lurgi气化器已经广泛地用于生产用于化学合成的合成气。然而，移动床气化器需要块煤作为供给物，并且不能利用丰富的但是经常几乎没有在其附近的使用者的细煤粉。这种技术的另一个缺点是， 煤中的很多被转化为焦油而不是有用的合成气。此外，所有这些气化器都具有复杂的内部零件。移动床气化器具有精密的旋转网格系统以及搅拌机构，作为用于使煤成饼的内部零件。流化床气化器具有各种类型的复杂的内部气化剂分布器，这些复杂的内部气化剂分布器由稀有的合金制造，以忍耐高至 iioo°c的气化器操作温度。虽然在设计分布网格和选择昂贵的高温合金材料方面作出了大量的努力，但是这些网格仍然发生商业上不可接受的故障。对于夹带流气化器的情况，问题最严重的内部零件是作为在过程中需要最高的维护强度的部件之一的煤燃烧器。本专利技术提供改进的用于多种循环流化床应用，包括低级煤例如褐煤和次烟煤的气化的装置。专利技术概述本专利技术提供了用于在一类被称为输送式气化器的加压循环流化床反应器中气化低级煤的可靠的装置和方法。本专利技术的实施方案克服了现有技术气化器的上述的问题。输送式气化器回路包括气化剂分布系统、混合区、提升器、被称为预盐化器旋风分离器 (presalter cyclone)的第一级旋风分离器、被称为立管旋风分离器的第二级旋风分离器、 用于将预盐化器旋风分离器中收集的固体返回至立管的料封管以及用于使固体从立管移动至混合区并且同时实质上减少或防止气体的逆向流的非机械阀。根据本公开内容的实施方案的气化剂供给系统可以几乎没有或没有内部零件 (internal)地实施。分布系统可以实质上减少或防止热固体回流。气化器内部的固体颗粒运动帮助气化剂遍及气化器的横截面的均一分布。输送式气化器的实施方案还可以包括将气体供给气化器中的喷嘴，其机理是实质上减少或防止在气化器出于过程或安全性原因而突然被关闭时喷嘴堵塞。在关闭期间在喷嘴中沉降的固体可以在气体重新开始流向喷嘴时被简单地吹回气化器。因此，输送式气化器喷嘴可以避免被堵塞。根据本公开内容的实施方案的输送式气化器还可以采用可以分离运载气体中的高承载量的固体以及实质上减少或防止旋风分离器壁被这样的高固体承载量腐蚀的第一级预盐化器旋风分离器。此外，与现有技术的旋风分离器相比，根据本公开内容的实施方案的在第一级中的预盐化器旋风分离器可以在没有涡流探测器以及没有顶板(roof)的情况下采用。这些构思可以减少在工业的高压、高温的第一级旋风分离器设计、操作和长期运行中遇到的可靠性问题。被预盐化器旋风分离器收集的固体可以经过料封管流向立管。在输送式气化器的各种实施方案中的料封管的位置和设计利用了自然压力梯度，以最小化向料封管和气化器回路中的气体加入。立管旋风分离器可以从气体流收集颗粒，并且然后由立管旋风分离器收集的细固体可以与由预盐化器旋风分离器收集的固体合并并且通过立管返回至提升器。输送式气化器的实施方案可以减少或避免在细固体沿立管向下流动时与细固体有关的流动性问题。此夕卜，本专利技术帮助在由预盐化器旋风分离器收集的粗固体通过料封管流向立管时的较细固体与所述粗固体的混合。在本公开内容的各种实施方案中，气化剂、氧气和/或空气中的某些与蒸汽一起可以在第一级或第二级旋风分离器的出口被注入，以提高气体出口温度并且减少粉煤灰中的碳含量。气化剂注入还可以减少甲烷含量并且提高产品气体中的一氧化碳和氢含量。根据本公开内容的实施方案的输送式气化器还允许曝气喷嘴(aeratiormozzle) 在立管中的地点的相对于现有技术的更优化的配置。对于大规模工业应用，曝气气体 (aeration gas)可以在大直径立管的底部中或在大直径立管的底部附近采用，使得曝气气体可以被分布并且有利于固体通过非机械阀从立管向提升器流动。在一个实施方案中，提升器中的堆积密度可以在约5_201b/ft3的范围内。在一种情况下，循环固体与进料(feedstock)的质量比也可以在约50至200之间。该宽范围有益于优化对具有不同的煤特性的进料的设计和操作。输送式气化器提供用于以高的期望的固体通量和提升器密度以及以在回路中的持续的高固体循环速率来控制立管中的固体水平并且操作气化器的方法，从而导致对以最大的合成气生产速率使煤向合成气转化的显著的改进。附图简述附图说明图1是输送式气化器回路的图示。图2是作为下混合区的一部分的气体分布器的略图，气化剂的一部分通过下混合区被引入气化器中。图3是下混合区、本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种输送式气化器回路，包括：下混合区，其耦合于下气体入口部分，所述下混合区被配置为经过所述气体入口部分接收至少一种气化剂；上混合区，其耦合于所述下混合区，所述上混合区包括被配置为接收循环固体的混合物以及所述至少一种气化剂的上气体入口部分，所述上混合区还耦合于固体供给器；提升器，其耦合于所述上混合区，所述提升器被配置为从所述上混合区接收所述循环固体的混合物、所述气化剂以及气态产物，所述提升器还包括将所述提升器耦合于倾斜转换接头的弯头，其中，所述气态产物来自于所述循环固体的混合物和所述至少一种气化剂之间的反应；预盐化器旋风分离器，其耦合于所述倾斜转换接头，所述预盐化器旋风分离器被配置为从所述气态产物分离固体颗粒；料封管，其耦合于所述预盐化器旋风分离器的下部分，所述料封管被配置为从所述预盐化器旋风分离器接收固体；立管旋风分离器，其耦合于所述预盐化器旋风分离器的输出，所述立管旋风分离器被配置为从所述气态产物分离较细的颗粒；以及立管，其耦合于所述料封管、所述立管旋风分离器以及所述预盐化器旋风分离器，所述立管被配置为通过所述料封管从所述预盐化器旋风分离器接收固体颗粒以及从所述立管旋风分离器接收所述较细的颗粒，所述立管还被配置为向所述下混合区和所述上混合区中的至少一个再循环所述循环固体的混合物。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘纳拉尔·维玛尔昌德，国海·刘，彭万旺，
申请(专利权)人：南方服务有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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