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      用于再循環(huán)細(xì)灰的方法和裝置的制造方法

      文檔序號(hào):9438156閱讀:446來(lái)源:國(guó)知局
      用于再循環(huán)細(xì)灰的方法和裝置的制造方法
      【專(zhuān)利說(shuō)明】用于再循環(huán)細(xì)灰的方法和裝置
      [0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
      [0002]本申請(qǐng)要求2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/782,418的全部權(quán)利,其在此被全文引用參考。2013年3月14日提交的交叉引用的另一美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/782,227也在此引用參考。
      技術(shù)領(lǐng)域
      [0003]本發(fā)明涉及使用流化床反應(yīng)器的煤氣化。更具體地說(shuō),本發(fā)明涉及用于再循環(huán)流化床反應(yīng)器產(chǎn)生的細(xì)灰至流化床反應(yīng)器的灰分分選器的方法和裝置。
      【背景技術(shù)】
      [0004]煤氣化是將含碳材料轉(zhuǎn)換為主要包含一氧化碳和氫的合成氣的過(guò)程。流化床反應(yīng)器常用于氣化含碳材料例如煤。這種氣化爐的一個(gè)實(shí)例可見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)13/532,769 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)"SES氣化爐")。這種氣化爐的特點(diǎn)是氣化爐工作溫度稍低于灰分熔點(diǎn),因此這種氣化爐也稱(chēng)為非排渣氣化爐。
      [0005]如圖1所示,進(jìn)料可以是各種包含碳的材料,通常以小顆粒傳送至氣化爐的流化床區(qū)域I。當(dāng)他們的碳含量耗盡,小顆粒由于相撞和消融聚合在流化床區(qū)域1,并變得比那些碳含量還沒(méi)有耗盡的顆粒更重。碳耗盡的灰分顆粒然后由重力從氣化爐的流化床區(qū)域下落為固體灰分顆粒,進(jìn)入出灰設(shè)備4,其豎直設(shè)置在流化床的下面。
      [0006]該排出設(shè)備4通常在氣化爐稠密相區(qū)的底部包含中心管6 (〃中心射流管〃)。中心射流管用于在稠密相區(qū)底部噴入富含氧的氣體,以形成高溫區(qū)。該區(qū)域相對(duì)富含氧氣,煤材料的燃燒反應(yīng)會(huì)提高碳轉(zhuǎn)換。
      [0007]排出設(shè)備4還可以設(shè)置為不采用中心射流管6,只要排出設(shè)備4位于氣化爐稠密相的底部,經(jīng)由其可以去除并部分冷卻碳耗盡的固體。
      [0008]灰分顆粒也會(huì)在集成有分選器5的出灰設(shè)備4中經(jīng)歷一些在較粗和較細(xì)顆粒之間的分離。向上運(yùn)動(dòng)穿過(guò)排出設(shè)備氣流,常用于分離灰分顆粒,并重新夾帶那些碳含量還沒(méi)有耗盡的較輕和/或較小的顆粒并將它們返回到反應(yīng)區(qū),同時(shí)允許較重的、碳耗盡的灰分顆粒掉落。如果排出設(shè)備設(shè)有中心管的話,氣流同時(shí)用來(lái)冷卻中心管。排出設(shè)備中的氣流通常至少在上部以比氣化爐流化床高的氣流速度運(yùn)行,而在一些區(qū)域可以較低的表觀氣流速度運(yùn)行。
      [0009]出灰設(shè)備分離灰分顆粒所需的氣流,即蒸汽或者其他氣體,或者它們的混合物,通常多于氣化反應(yīng)化學(xué)上所需的量,并且溫度比氣化爐要低,因此它在氣化爐上施加了能量載荷,減少了冷氣體效率。
      [0010]參見(jiàn)圖2為例,在SES U-氣體技術(shù)中,微細(xì)固體顆粒(〃微細(xì)物(fines)")也與粗產(chǎn)物合成氣一起從頂部排出氣化爐。這些微細(xì)物通常經(jīng)由旋風(fēng)分離器和/或過(guò)濾器8,作為清洗合成氣和再循環(huán)微細(xì)物中的碳內(nèi)容物的過(guò)程的一部分,而被捕獲。
      [0011]從合成氣冷卻器下游的旋風(fēng)分離器和過(guò)濾器來(lái)的微細(xì)物再循環(huán)進(jìn)入氣化爐以促進(jìn)碳轉(zhuǎn)換并提高每單位煤輸入的合成氣產(chǎn)量。當(dāng)前,利用氣體的稠密相或者稀相固體傳送,直接將這些微細(xì)物運(yùn)送入流化床I的特定區(qū)域。該特定區(qū)域通常是位于流態(tài)化材料稠密相床頂端下方的較高溫度的流化床中心區(qū)。
      [0012]用于運(yùn)送目的的氣體稱(chēng)為運(yùn)送氣體。用于運(yùn)送這些固體的運(yùn)送氣體的量隨著氣化爐工作壓力的增加而增加。運(yùn)送氣體必須具有比氣化爐反應(yīng)區(qū)更低的溫度。因此,它損害了氣化爐的效率并增加了耗氧量。
      [0013]此外,相對(duì)于產(chǎn)出的每單位比和CO,離開(kāi)氣化爐的氣體率的增加導(dǎo)致氣化系統(tǒng)裝備尺寸的增加,所述氣化系統(tǒng)裝備例如旋風(fēng)分離器,合成氣冷卻器,和氣化爐下游的過(guò)濾器。采用高灰分煤在例如40bar的高壓下,微細(xì)物運(yùn)送氣體可能達(dá)到離開(kāi)氣化爐的干氣體總量的5-10%。
      [0014]因此存在改進(jìn)氣化系統(tǒng)和過(guò)程以減少運(yùn)送氣體導(dǎo)致的氣化爐效率損耗的需要。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0015]如上所議,用于分離灰分顆粒的氣流和用于再循環(huán)的微細(xì)物運(yùn)送的運(yùn)送氣體導(dǎo)致了氣化爐效率的雙重?fù)p耗并增加了耗氧量。本發(fā)明至少部分基于以下發(fā)現(xiàn),即將再循環(huán)的微細(xì)物引入包含集成的固體殘?jiān)懦龊头诌x設(shè)備的氣化爐底部,因此用運(yùn)送氣體代替用在出灰設(shè)備中的全部或部分分離氣體(〃分選器氣體〃),是改進(jìn)流化床氣化爐熱效率的一個(gè)簡(jiǎn)單方案。
      [0016]因此,在一個(gè)方面,本發(fā)明提供一種用于流化床反應(yīng)器再循環(huán)細(xì)灰(fine ash)顆粒的方法,其中進(jìn)料固體在流化床區(qū)域部分燃燒以產(chǎn)生夾帶細(xì)灰顆粒的出氣流,且其中流化床反應(yīng)器包含反應(yīng)容器,設(shè)置在反應(yīng)容器中的錐形配氣格柵(gas distribut1n grid),其界定了流化床的底面,連接到配氣格柵底部的第一文氏管(venturi),和連接到第一文氏管底部的分選器。該方法包括,從出氣流中分離細(xì)灰顆粒,用運(yùn)送氣體流遞送所收集的細(xì)灰顆粒到分選器中,其中運(yùn)送氣體用作全部或部分分選器氣體。
      [0017]在所述方法的某實(shí)施方式中,可以用運(yùn)送氣體流將細(xì)灰顆粒遞送穿過(guò)一或多個(gè)環(huán)形管至分選器中。
      [0018]在所述方法的某實(shí)施方式中,中心射流管位于分選器中心,第一文氏管形成分選器和和中心射流管之間的環(huán)形空間,細(xì)灰顆粒被遞送到環(huán)形空間。
      [0019]在所述方法的某實(shí)施方式中,收集的細(xì)灰顆粒被遞送穿過(guò)一或多個(gè)環(huán)形管至環(huán)形空間中。
      [0020]在所述方法的某實(shí)施方式中,第二文氏管設(shè)置在低于細(xì)灰顆粒被遞送到分選器的位置,進(jìn)氣入口連接分選器的下端并且低于第二文氏管以引入向上流動(dòng)的分選器氣體。
      [0021]在所述方法的某實(shí)施方式中,運(yùn)送氣體流不含氧氣。
      [0022]在所述方法的某實(shí)施方式中,運(yùn)送氣體流包含氮?dú)?,二氧化碳,氫氣,合成氣,蒸汽,或者它們的混合物?br>[0023]在所述方法的某實(shí)施方式中,一或多個(gè)旋風(fēng)分離器,一或多個(gè)袋濾室(baghouse)過(guò)濾系統(tǒng),一或多個(gè)陶瓷過(guò)濾器,一或多個(gè)電除塵器或者它們的組合,用于從出氣流中分離或者收集細(xì)灰顆粒。
      [0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種流化床反應(yīng)器,其中固體進(jìn)料在流化床反應(yīng)器中部分燃燒以產(chǎn)生夾帶細(xì)灰顆粒的出氣流,流化床反應(yīng)器包含反應(yīng)容器,該反應(yīng)容器包含位于反應(yīng)容器靠下部的錐形配氣格柵,連接于配氣格柵底部的第一文氏管,連接于第一文氏管底部的分選器,用于從出氣流分離細(xì)灰顆粒的細(xì)灰顆粒收集系統(tǒng),和用于利用運(yùn)送氣體流將收集的細(xì)灰顆粒遞送入分選器的細(xì)灰顆粒傳送系統(tǒng),其中運(yùn)送氣體用作全部或者部分分選器氣體。
      [0025]在所述流化床反應(yīng)器的某實(shí)施方式中,細(xì)灰顆粒傳送系統(tǒng)將細(xì)灰顆粒遞送穿過(guò)一或多個(gè)環(huán)形管至分選器中。
      [0026]在所述流化床反應(yīng)器的某實(shí)施方式中,流化床反應(yīng)器進(jìn)一步包含位于分選器中心的中心射流管,第一文氏管形成分選器和和中心射流管之間的環(huán)形空間,細(xì)灰顆粒傳送系統(tǒng)將收集的細(xì)灰顆粒遞送到環(huán)形空間。
      [0027]在所述流化床反應(yīng)器的某實(shí)施方式中,細(xì)灰顆粒傳送系統(tǒng)將收集的細(xì)灰顆粒遞送穿過(guò)一或多個(gè)環(huán)形管至環(huán)形空間中。
      [0028]在所述流化床反應(yīng)器的某實(shí)施方式中,進(jìn)氣入口連接于分選器下端以引入向上流動(dòng)的分選器氣體,流化床反應(yīng)器進(jìn)一步包含第二文氏管,該第二文氏管設(shè)置在低于細(xì)灰顆粒遞送到分選器的位置,以及進(jìn)氣入口連接于分選器下端并低于第二文氏管以引入向上流動(dòng)的分選器氣體。
      [0029]在所述流化床反應(yīng)器的某實(shí)施方式中,運(yùn)送氣體流不含氧氣。在所述流化床反應(yīng)器的某實(shí)施方式中,運(yùn)送氣體流包含氮?dú)猓趸?,氫氣,合成氣,蒸汽,或者它們的混合物?br>[0030]在所述流化床反應(yīng)器的一些實(shí)施方式中,細(xì)灰顆粒收集系統(tǒng)包含一或多個(gè)旋風(fēng)分離器,一或多個(gè)袋濾室過(guò)濾系統(tǒng),一或多個(gè)陶瓷過(guò)濾器,一或多個(gè)電除塵器或者它們的組合,用于從出氣流中分離或者收集細(xì)灰顆粒。
      [0031]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,某實(shí)施方式提供一流化床煤氣化系統(tǒng),其中固體進(jìn)料部分燃燒以產(chǎn)生夾帶細(xì)灰顆粒的出氣流。該系統(tǒng)包含反應(yīng)容器,其包含上部,其中在運(yùn)轉(zhuǎn)期間形成流化床區(qū)域,并且其中
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