回收利用多相化学反应器中颗粒的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于回收利用多相化学反应器中细灰颗粒的方法及装置，其中煤在多相化学反应器中部分氧化生成携带有细灰颗粒的出口气流，其中多相化学反应器包括温度等于或高于细灰颗粒熔点的高温区，出口气流中基本所有的细灰颗粒被送回至高温区从而提高碳转化率并减少飞灰量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于收集及回收利用诸如流化床反应器、气流床反应器以及固定床反应器等多相化学反应器中，尤其是用于煤气化的多相化学反应器中细微固体颗粒的方法及装置。
技术介绍
在工业化学工程中，多种反应器被广泛用于进行各种多相化学反应。典型的多相反应器包括固定床(逆流固定床或并流固定床)、流化床反应器以及气流床。其经常被用于煤、生物质以及城市垃圾(municipal solid waste)的气化中。具体来说，逆流固定床(“向上流动”)气化器包括以碳为燃料(如煤、生物质或城市垃圾)的固定床，气化剂(水蒸汽、二氧化碳、氧气和/或空气)以逆流形式流过其中。 并流固定床(“向下流动”)气化器与逆流型类似，但气化剂气体随着燃料以并流形式(通常向下，因此称为“下吸式气化器”)。灰以干灰或灰渣形式去除。通常将干粉燃料加入气流床气化器的氧化剂中。燃料及氧气以并流形式流动形成极小微粒的浓雾，在其中发生气化反应。高温以及高压通常能带来更好的转化率以及单个气化反应器的更高产出。然而在一些情况中，仍然会发现灰形式的相当大的碳损失。在流化床反应器中，高速的流体使颗粒状固体悬浮并使其具有流体的性质。该过程称为流化，其具有许多重要的优势，因此用于许多工业应用中，包括煤的气化。在流化床煤气化中，原料颗粒与氧气以及蒸汽反应生成“合成气”，其为一氧化碳、氢气、二氧化碳以及其他少量气体的混合物。流化床区域的直接产物称为出口气流，其包含气体产物混合物以及含有煤和灰的固体颗粒。通常灰以干灰(颗粒或飞灰)或非流化的重结块(底灰)形式去除。飞灰的回收利用是流化床反应器中典型的技术问题。流化床反应器通常在800至 1，100°c的温度下工作，该温度低于多数煤及生物质材料900至1，300°C的灰熔点温度(软化温度)。由于在较低的温度下进行工作，一些燃料颗粒在离开反应区域前未完全反应转化为煤气。大量未完全反应的燃料颗粒随着出口气流从反应器顶部离开。飞灰通常含有大约 10%至60%的未反应碳。为了使大多数固体颗粒进行反应并减少细粉在顶部的损失，在这些多相反应器中通常采用一级或多级旋风分离器。收集到的细微颗粒可在另一反应器中燃烧，但这将需要其他设备进行并增加大量经营成本。另一利用收集到的高碳含量飞灰的典型方法是将其回收到气化反应器中进一步反应。然而，回收的飞灰不容易进行化学反应，尤其是当反应器中温度不高的时候。在该情况下，飞灰的循环没有对气化工作效率带来任何明显提高。因此，有必要提供一种新的方法及装置以解决现有技术中存在的上述问题。
技术实现思路
如上所述，现有技术中飞灰通常被送回气化器中试图回收及再利用飞灰中含有的碳并减少灰的数量，但结果都不甚理想。本专利技术可简化气化系统并减少投入资金，并且限制了或至少缓解了排出的原料中细粉含量。本专利技术人第一次认识到先前尝试的失败是部分由于不能将灰持续地送回到高温区。事实上，在本专利技术出现之前，没有人尝试过将飞灰持续地送回到流化床的高温区。就流化床反应器而言，部分原因在于飞灰通过与收集飞灰的旋风分离器或布袋连接的料腿被送回至流化床区域。由于在高温区中的高温及颗粒的高速，料腿不能到达高温区域或很快并容易被侵蚀。本专利技术提供一种新颖及创新的技术方案以解决上述技术问题，从而出人意料地、 显著地提高碳转化率并减少煤气化中飞灰的高输出量。在一个实施例中，本专利技术提供一种回收多相化学反应器中细灰颗粒的方法，其中煤在多相化学反应器中部分氧化以生成出口气流，其携带有细灰颗粒，其中多相化学反应器包括温度等于或高于细灰颗粒熔点的高温区，该方法包括a)将细灰颗粒从出口气流分离的步骤；以及b)将上述步骤a)中收集到的细灰颗粒返回至高温区的步骤。本专利技术进一步包括用于上述方法使用的多相化学反应器。在一个实施例中，本专利技术的多相化学反应器是固定床反应器、流化床反应器或气流床反应器。在一个实施例中，本专利技术的多相化学反应器用于煤及城市垃圾的气化。在一个实施例中，所述流化床反应器包括垂直的反应容器，其包括密相段、位于密相段上方的稀相段以及位于反应容器密相段中定义反应床底部的分布板，其中高温区位于该分布板的上方并且细灰颗粒经由分布板被送回至高温区中。在一个实施例中，细灰颗粒通过气力输送系统被送回至高温区。在一个实施例中， 用于气力输送系统的载气不含有氧气。在一实施例中，用于气力输送系统的载气包括二氧化碳、氮气、合成气、蒸汽或其任意配比的混合物。根据本专利技术的另一实施例，一级或多级旋风分离器、一个或多个布袋过滤系统、一个或多个陶瓷过滤器、一个或多个静电除尘器或其结合用于从出口气流中分离或收集细灰颗粒。在一较佳实施例中，本专利技术提供一种流化床煤气化反应器系统，其中含煤燃料颗粒与氧气以及蒸汽反应生成合成气。在一个实施例中，本专利技术的系统包括1)流化床反应容器，其包括a)上部，其中流化床区域在工作过程中形成，并产生携带有飞灰颗粒的出口气流；b)下部，与上部分开；c)圆锥形分布板，将上部与下部分开，该分布板顶端朝下，于分布板上设有穿孔并且一中心开口设于顶端处，其中形成于流化床中的底灰从中心开口掉落并收集于反应容器下部；d)通入所述开口的气体进口，向分布板上方的区域通入富氧的进口气流，在工作期间由于该区域中增强的碳质燃烧形成高温区；2)飞灰收集子系统，从出口气流中分离并收集飞灰颗粒；以及3)飞灰回收子系统，将飞灰收集子系统收集到的飞灰颗粒直接被送回至高温区。在一实施例中，流化床煤气化系统中飞灰回收子系统包括一级或多级旋风分离器、布袋、陶瓷过滤器、静电除尘器或其结合。在另一实施例中，根据本专利技术的流化床煤气化系统中飞灰回收子系统包括用于传送飞灰的气力输送系统。在一实施例中，流化床煤气化系统包括气力输送系统，其包括通入分布板的射流出口，其中射流出口具有将飞灰直接输送进入分布板上方的高温区的开口。附图说明图1显示了用于煤气化的典型流化床气化器系统的示意图。图2显示了本专利技术具体的实施例，其中从出口气流收集的飞灰颗粒经由分布板直接被送入高温区。图3显示了根据本专利技术的实施例，与分布板连接用于将飞灰送入高温区的管道的具体结构。图4显示了高温区在(a)上流式固定床气化器(updraft fixed gasifier) ； (b) 下吸式固定床气化器(drowndraft fixed gasifier) ； (c)顶烧式水煤浆进渣气流床气化器 (top-fired coal-water slurry feed slagging entrained flow gasifier) ； (d)顶干煤进S气流床气化器(top-fired dry-coal feed slagging entrained flowgasifier)； (e)侧烧式干煤进渣气流床气化器(side-fred dry-coal feed slaggingentrained flow gasifier)的位置。图5显示出根据本专利技术的方法当飞灰被送回高温区时飞灰尺寸增加。 具体实施例方式本专利技术提供一种装置以及相关方法，有利于诸如固定床反应器、气流床反应器以及流化床反应器的多相反应器回收利用从出口气流收集到的细灰颗粒。较佳地，本专利技术的装置及方法用于煤或生物质气化的反应器中。当用于煤或生物质气化时，本专利技术的装置及方法能够可靠地、持续地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收多相化学反应器中细灰颗粒的方法，其特征在于，煤在多相化学反应器中部分氧化以生成出口气流，其携带有细灰颗粒，其中多相化学反应器包括温度等于或高于细灰颗粒熔点的高温区，该方法包括a)将细灰颗粒从出口气流中分离的步骤；以及b)将上述步骤a)中收集到的细灰颗粒返回至高温区的步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多相化学反应器选自固定床反应器、流化床反应器以及气流床反应器。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多相化学反应器为流化床反应器。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述流化床反应器用于煤的气化。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流化床反应器包括垂直的反应容器，其包括密相段、位于密相段上方的稀相段以及位于反应容器密相段中定义反应床底部的分布板，其中高温区位于该分布板的上方并且细灰颗粒经由分布板被送回至高温区中。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，细灰颗粒通过气力输送系统被送回至所述尚温区ο7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气力输送系统的载气不含有氧气。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气力输送系统的载气包括二氧化碳、氮气、合成气、蒸汽或其混合物。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，一级或多级旋风分离器、一个或多个布袋过滤系统、一个或多个陶瓷过滤器、一个或多个静电除尘器或其结合用于从出口气流中分离或收集细灰颗粒。10.一种多相化学反应器，其特征在于，煤在多相化学反应器中部分氧化生成携带有细灰颗粒的出口气流，其中多相化学反应器包括温度等于或高于细灰颗粒熔点的高温区，该多相化学反应器包括用于将细灰颗粒从出口气流中分离的细灰颗粒收集系统以及用于将细灰颗粒送回至高温区的细灰颗粒输送系统。11.如权利要求10所述的多相化学反应器，其特征在于，所述多相化学反应器选自固定床反应器、流化床反应器以及气流床反应器。12.如权利要求11所述的多相化学反应器，其特征在于，所述多相化学反应器为流化床反应器。13.如权利要求12所述的多相化学反应器，其特征在于，所述流化床反应器用于煤的气化。14.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐春发，吴龙，
申请(专利权)人：综合能源有限公司，
类型：发明
国别省市：