帶有去除離開氧化區(qū)的灰燼和細(xì)粒的化學(xué)回路燃燒方法以及使用該方法的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于固體碳?xì)浠衔锝o料的化學(xué)回路燃燒方法，其中離開反應(yīng)氧化區(qū)(R1)的灰燼和細(xì)粒被去除，使夾帶相(5)起源于反應(yīng)區(qū)(R1)并包括將要送到氣體-固體分離區(qū)(S2)的氣體和固體，并且起源于氣體-固體分離區(qū)(S2)的固體流(7)將要送到致密相淘析分離區(qū)(S3)由非還原氣體(8)流化，可用來從載氧材料顆粒中分離細(xì)粒和飛灰。備選地，在位于致密相淘析分離區(qū)(S3)下游的除塵區(qū)(S5)內(nèi)可執(zhí)行增強(qiáng)的分離。本發(fā)明還涉及一種可用來執(zhí)行上述方法的化學(xué)回路燃燒裝置。
【專利說明】帶有去除離開氧化區(qū)的灰燼和細(xì)粒的化學(xué)回路燃燒方法以及使用該方法的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含有碳?xì)浠衔锏墓腆w給料的化學(xué)回路氧化還原燃燒的領(lǐng)域，以便產(chǎn)生能量、合成氣體和/或氫。
[0002]具體來說，本發(fā)明涉及去除化學(xué)回路燃燒裝置中所產(chǎn)生的灰燼和細(xì)粒。
[0003]技術(shù)術(shù)語
[0004]化學(xué)回路燃燒或CLC:在下文中，所謂CLC(化學(xué)回路燃燒)是指活性質(zhì)量上的回路氧化還原過程。一般地說，可以指出的是，術(shù)語“氧化和還原”是分別針對活性質(zhì)量的氧化或還原狀態(tài)而使用的。在化學(xué)回路燃燒裝置中，氧化區(qū)是氧化還原質(zhì)量被氧化的地方，而還原區(qū)則是氧化還原質(zhì)量被還原的地方。
_5] 液化作用:
[0006]在熱處理過程中，有機(jī)化合物失去揮發(fā)物，首先是水和二氧化碳、液體，接著是氣態(tài)碳?xì)浠衔?，進(jìn)而是一氧化碳并最終是氫。該過程稱之為液化作用。液化作用溫度和該現(xiàn)象的量級取決于最初的有機(jī)化合物。因此，對于等級逐漸提高的煤，液化作用在升高的溫度下發(fā)生。
[0007]流化床:
[0008]在其余的描述中:
[0009]-所謂致密流化床是指這樣的流化床,其中，氣體分?jǐn)?shù)(fraction)ε g小于0.9,較佳地小于0.8，
[0010]-所謂稀疏流化床是指這樣的流化床，其中，金屬氧化物顆粒的體積分?jǐn)?shù)小于10體積％。
[0011]上升器
[0012]在其余的描述中，所謂上升器是呈管形的垂直外殼，其中，流體經(jīng)受上升運(yùn)動。
【背景技術(shù)】
[0013]灰燼問題
[0014]化學(xué)回路燃燒是利用諸如金屬氧化物之類的載氧材料進(jìn)行的，載氧材料在合適的操作條件下在還原區(qū)(稱作“燃料反應(yīng)器”)內(nèi)放出它們的氧。一旦被還原，該材料被運(yùn)送到氧化區(qū)(稱作“空氣反應(yīng)器”)，在那里它接觸氧化氣體(例如空氣或水蒸汽)而被再氧化。
[0015]更一般地說，化學(xué)回路燃燒過程包括一個或多個反應(yīng)區(qū)，其中燃料(例如含碳?xì)浠衔锏酿佀臀?的燃燒是通過與載氧固體接觸來進(jìn)行的，在送回到燃燒(或還原)區(qū)之前，該載氧固體其后通過與空氣或水蒸汽接觸而在至少一個氧化區(qū)內(nèi)再氧化。允許進(jìn)行化學(xué)回路燃燒反應(yīng)的還原區(qū)通常由流化床或傳輸床組成。
[0016]使固體碳?xì)浠衔锝o料進(jìn)行化學(xué)回路燃燒(CLC)是這樣一種方法，其特別地允許通過回收燃燒反應(yīng)所釋放的熱量來產(chǎn)生能量(水蒸汽、電力等)，同時(shí)產(chǎn)生富含CO2的煙氣。因此，有可能在冷凝和壓縮煙氣之后考慮捕獲co2。通過控制燃燒以及在燃燒區(qū)的下游進(jìn)行所需要的凈化，還可能產(chǎn)生合成氣或甚至氫氣。
[0017]在與還原區(qū)內(nèi)的化學(xué)回路燃燒相關(guān)的反應(yīng)機(jī)理中，已經(jīng)確定，固體燃料經(jīng)過氣化階段，由于水蒸汽或二氧化碳的存在以及溫度的存在，促進(jìn)了該氣化階段，然后，氣化階段產(chǎn)生的氣體經(jīng)與載氧材料相接觸而被氧化。如果固體燃料含有揮發(fā)物，則揮發(fā)物經(jīng)與熱的載氧材料接觸至少部分地液化，然后，揮發(fā)物被氧化。在載氧材料根據(jù)操作條件自然釋放氧的情形中，還可能通過由燃料反應(yīng)器中材料所釋放的氣體氧讓固體燃料直接氧化。
[0018]固體給料的化學(xué)回路燃燒需要劇烈和強(qiáng)制的操作條件，以便能夠進(jìn)行燃燒反應(yīng)。為了有利于燃料的氣化，大致在800°C — 1100°C之間的高溫，較佳地是850°C — 1000°C之間的高溫是必要的。氣化需要的時(shí)間隨溫度變化而減少，一般地在30秒一 30分鐘之間的范圍變化。因此，進(jìn)行部分的氣化以使非氣化的燃料殘余物與排出物分開并再循環(huán)它，這可以是有利的。因此，在850°C — 1000°C之間的溫度范圍內(nèi)，且反應(yīng)時(shí)間范圍在I分鐘一 10分鐘之間，通常為3分鐘一 5分鐘之間，有可能達(dá)到范圍在50% — 80%之間的每次轉(zhuǎn)換率(通過氣化)。通過增加部分氧化氣體(H20、CO2)的壓力可縮短氣化時(shí)間。
[0019]與固體給料的化學(xué)回路燃燒相關(guān)的另一問題涉及到灰燼的形成。的確，固體燃料具有不可忽略的礦物材料含量，且一旦碳和氫的燃燒完成，便形成稱作灰燼的固體殘余物。表I借助于實(shí)例匯編了對兩種煤A和B的分析?？梢钥吹?，煤的灰燼量根據(jù)固體給料的來源變化，但該灰燼量不可忽略。一般地是干煤質(zhì)量的5至20%。諸如石油焦之類的某些固體燃料具有低得多的灰燼量。也有帶較高灰燼量的固體燃料。
[0020]這些灰燼基本上由硅和鋁氧化物組成，但它們也含有其它成分，舉例來說，如表I所示。
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種用于固體顆粒的碳?xì)浠衔锝o料的化學(xué)回路燃燒方法，其中載氧材料采用顆粒形式循環(huán)，所述方法包括: -在還原區(qū)RO中，使碳?xì)浠衔锝o料顆粒與所述載氧材料顆粒接觸， -在反應(yīng)氧化區(qū)Rl中，使來自所述還原區(qū)RO的載氧材料顆粒(I)與氧化氣體流(2)接觸， -將傳輸相(5)從包括氣體和固體的反應(yīng)區(qū)Rl送到氣體-固體分離區(qū)S2，以便分離:主要?dú)鈶B(tài)傳輸相(6)和固體流(7),所述氣態(tài)傳輸相(6)包括飛灰和載氧材料細(xì)粒,所述固體流(7)包括大部分的細(xì)粒、飛灰和大部分的所述載氧材料顆粒， -將來自氣體-固體分離區(qū)S2的固體流(7)送到由非還原氣體(8)流化的致密相淘析分離區(qū)S3，允許所述細(xì)粒和飛灰與所述載氧材料顆粒分離，以便將包括大部分載氧顆粒的顆粒流(10)送到還原區(qū)R0，并通過排放管線排放包括大部分飛灰和載氧材料細(xì)粒的主要?dú)鈶B(tài)流出物(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述載氧顆粒借助于管線(11)在反應(yīng)區(qū)Rl內(nèi)的環(huán)路中循環(huán)，所述管線允許沉淀在致密流化相中的載氧顆粒從分離區(qū)S3的底部再循環(huán)到反應(yīng)區(qū)Rl的下部。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助于熱交換器E4在致密相淘析分離區(qū)S3的底部內(nèi)形成的致密流化相中回收熱量。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，致密相淘析分離區(qū)S3以0.5 —lm/s的范圍內(nèi)的流化率進(jìn)行流化。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述載氧材料顆粒最初包括少于10%的直徑小于100微米的顆粒。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， -將來自致密相淘析分離區(qū)S3的主要?dú)鈶B(tài)流出物(9)送到除塵區(qū)S5，以便排出含有大部分灰燼和細(xì)粒的氣體流(13)以及包括大部分載氧材料的顆粒流(14)，所述顆粒流通過傳輸管線被送到還原區(qū)RO。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法對固體碳?xì)浠衔锝o料實(shí)施化學(xué)回路氧化還原燃燒的裝置，所述裝置至少包括: -還原區(qū)R0， -反應(yīng)氧化區(qū)R1，其設(shè)有供應(yīng)來自還原區(qū)RO的載氧顆粒(I)的饋送裝置、供應(yīng)氧化流化氣體⑵的饋送裝置，以及用于排放包括氣體和固體顆粒的傳輸相(5)的排放管線，-氣體-固體分離區(qū)S2，其布置在反應(yīng)區(qū)Rl的下游，由所述排放管線供應(yīng)，并包括用于排放主要?dú)鈶B(tài)傳輸相(6)的管線，以及用于排放包括大部分載氧材料的固體流(7)的排放管線， -致密相淘析分離區(qū)S3，其布置在氣體-固體分離區(qū)S2的下游，包括用于所述固體流(7)的入口、允許供應(yīng)流化氣體(8)的管線、用于將富含載氧顆粒的固體顆粒流(10)運(yùn)載到還原區(qū)RO的管線，以及用于排放富含飛灰(9)的氣體流的管線。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，包括熱交換器E4，其處于在致密相分離區(qū)S3的底部內(nèi)形成的致密流化相中。
9.如權(quán)利要求7至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括來自致密相分離區(qū)S3的管線，其用于將顆粒流(11)再循環(huán)到反應(yīng)區(qū)R1，所述顆粒流(11)包括在致密相淘析分離區(qū)S3中分離的部分固體顆粒。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，包括除塵區(qū)S5，其布置在致密相淘析分離區(qū)S3的下游，設(shè)有用于接收來自分離區(qū)S3的主要?dú)鈶B(tài)流出物(9)的入口管線、允許排放含有大部分灰燼和細(xì)粒的氣體流(13)的排放管線，以及用于將包括大部分載氧材料的顆粒流(14)運(yùn)載到還原區(qū)RO的傳輸管線。
【文檔編號】F23C99/00GK103958967SQ201280059077
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】F·格尤魯, T·戈西亞, A·霍塔特, S·里弗拉特 申請人:Ifp新能源公司, 道達(dá)爾股份有限公司