CN87103895A - 由固体燃料制造含氢和一氧化碳气体的方法 - Google Patents

Abstract

在一流态床14中由固体燃料制造含氢和一氧化碳气体65的方法，气体产物65中含有的固体颗粒在一旋分器52中分选出来，并通过一回程管道69回流到流态床中。回程管道69装有吹气喷嘴81，通过这些喷嘴可向回程管道以脉冲形式给出气流78，以便疏松位于回程管道69中的固体颗粒。气流78的输入可按时间变换，气体78从两个相邻吹气位置81通过配置在远离于反应器10的吹气位置81的吹入比位于反应器10附近的吹气位置81要迟。

Description

本发明涉及一种在流态床中提高压力时使用气化剂条件下由固体燃料制造含氢和一氧化碳气体的方法，并且在这情况下流态床的下部设置一由固体气化残留物组成的固态床，从中排出固体气化残留物，并在流态床的上部设置一再气化室，产生的合成气体从再气化室中排出，并通过一分选机输出，其中至少有一部分带入的固体颗粒被分选出来，并通过一回程管道回流到流态床中，这时合成气体在至少是粗选的状况下排出分选机。

为实施本方法一般采用一气化反应器，该气化反应器有一锥形的下部，在这里将要气化的燃料通过气化剂搅拌。在如此形成的流态床中燃料颗粒处于不断运动中，流态床有一上界和一下界，一般来说形成的界限不清楚。下界限通过固态床形成，固态床由细颗粒和粗颗粒需要时由燃烧的固体气化残留物组成。在固态床的下端灰渣从反应器中排出。

燃料颗粒同在流态床中产生的气体和必要时过剩的气化剂一起从流态床的剧烈运动的上界面排出。这些颗粒到达反应器的锥形下部，并向上延伸到通常是圆柱形的部分中，再气化区就处于这部分中。在这再气化区中同样输入气化剂，以使从流态床中排出的燃料颗粒尽可能继续气化。在再气化区中燃料颗粒和产生的气体也处于剧烈运动中，而不是所有颗粒沉积在流态床中。更确切地说，一大部分颗粒同反应器上端的气体产物一起从反应器中排出。这些颗粒必须在一般作为旋分器的分选机中从气体产物中分选出来。

在旋分器中分选出来的固体颗粒含有许多碳，以致使其值得在反应器中进行再循环。当气化剂向流态床增加输送时甚至可达到一种工作状态，这种工作状态被称为“循环的流态层”。因此就不再形成流态床的上界。更确切地说，如果要达到足够的气化程度，就要输送许多气化剂，以使燃料颗粒过多的流量到达再气化室中，并从那里到达分选机中而不必回流。

通过回程管道在旋分器分选出来的固体颗粒重新回流到反应器中，回程管道延伸到旋分器，通常是旋分器的下部和反应器之间，其配置是这样的，在流态床范围内的回程管道，也就是在反应器下部范围内的回程管道是与反应器的出口配置的。为了桥接分选机与反应器之间的水平距离，回程管道至少在部分范围是斜的，也就是同垂直线有一锐角。无论如何反应器的内室、分选机与回程管道组成一个有关联的系统。

当固体再循环时会产生困难，即在该系统中存在着压力降，使反应器中的压力从下向上减少，也就是在流动气体的方向。另外一种压力降是在分选机内形成的，此时同分选固体用的回程管道连接范围内的分选机中的压力再次低于反应器上部范围内的压力。另一方面在回程管道转向分选机的一端（这一端是回程管道与反应器的下部出口配置的），存在着支配回程管道的压力，以使在回程管道的两端有不同压力起作用，这样，不同压力的两个范围通过积聚在回程管道中、回流到反应器中的固体或多或少地起着相互隔离的作用。实际上在回程管道内产生了非一目了然和无法定义的工作状况，这就导致阻碍了在分选机中分选出来的固体回流到反应器中，至少也受其影响。因此会出现回程管道堵塞，因为位于回程管道中的固体颗粒特别附着在它的斜向流动的管段中。此外，根据所述的工作状况发生无法检查和不受影响的压力平衡过程，该压力平衡过程同样导致了工作故障，有时甚至会影响分选机的分选能力。

位于回程管道中的固体附着在其中，其结果在短时间后堵塞在回程管道中的固体到达分选机，这种危险特别归因于回程管道与它的长度相比有一小的直径。长度通常由位于分选机和流态层反应器范围之间必须桥接的距离所确定，再循环的固体应带到流态层反应器中去。用扩大回程管道的直径来防止产生堵塞危险是不可能的，因为由此在全部设备中的压力和流动状况会不符合愿望地受到影响，而且有时该系统在某一点上不再工作。扩大接入反应器的反应器下部范围的回程管道的直径，正如以上所述（在给定反应器直径的情况下），可能导致较大部分气体形状的流态介质（有时带有固体颗粒）进入回程管道的下部范围内，以使与反应器中从下向上、从那里到通向分选机的连接管道和从那里通过回程管道回流到反应器的下部范围内的流动方向起作用的流动条件同增大回程管道直径的流动条件有时发生转换，无论如何也有影响作用。也就是说，回程管道就上述情况而论必须有一个具有相当高流动阻力的小直径，以作为一种节流阀起作用，这种节流阀阻止了反应器下部与分选机之间的压力平衡。

由于系统中压力降的绝对值随着在反应器内压力的增加而增加，压力降对从分选机到反应器中再循环物质的影响在现代气化反应器中相当大，现代气化反应器在20巴和更大的超压下工作。

本发明的任务在于改进上述这种方法，以保证使气化反应器的良好的持续工作与从分选机回流到反应器中的固体颗粒的流量无关。因此要特别避免固体和/或气体直接从流态床到达回程管道直至分选机，因为同其他工作的影响无关。由此分选机的分选能力可能受到影响。尽管回程管道的横截面相对小一些，但在所有的工作状况下应保证使再循环的固体颗粒取决于当时的情况，也就是在一定情况下取决于气化压力、流量和时间，可以在调节下回流到反应器中。

为了解决本发明的任务，至少在一个位置上疏松位于回程管道中的固体颗粒，将气体以脉冲形式输入回程管道中。特别适用的是，一种实施方法所得的结果表明，采用这种方法在一些与回程管道的纵向方向按距离分开的位置上将气体吹入回程管道中，同时这些位置应配置在那个再循环固体颗粒积聚在其中的范围内。该范围与反应器以及位于其中的流态床相邻。

在不同位置吹入回程管道的一部分气流可以继续吹入。至少一部分气流以脉冲形式吹入回程管道中也具有优点，即消耗少量的气体达到相同的作用。因此这一点也具有意义，因为吹入回程管道中的太大气体流量至少优先向上流到旋分器，降低了旋分器的分选能力。适用的一种工作方式所得的结果表明，采用这种方式在最下部相邻的吹气位置上也就是在回程管道进入反应器的入口处，气体被连续吹入回程管道中，并在其他所有的按距离相处的位置上气体以间歇的方式即以脉冲形式吹入回程管道中。

具有特别优点的一种工作方式，气体至少是短暂地在吹气位置上按时间变换以脉冲形式吹入，从在回程管道纵向方向有一距离的两个吹气位置起，到在当时接近于定位在反应器的吹气位置，吹气开始以及结束都比距离反应器位置远的吹气位置要早。因此位于回程管道中的固体柱从下向上移动，也就是相对于回程管道中固体的流动方向，达到了疏松目的，同时通过气体脉冲在一确定位置上的固体柱的疏松范围下部，固体同样已经疏松，有时已经流出。另一方面，以这种方式回程管道内的流动过程在流量和时间方面可以受到好的影响，以便对气体脉冲的调节特别是按它的时间变换来确定速度，该速度就是固体从回程管道到反应器中的流动速度。因此吹入的气体流量可取决于回程管道中的或在反应器再循环的固体流量。气体脉冲的数量也可取决于回程管道中的或在反应器中再循环的固体的流量。因此有可能通过提高单位时间内气体脉冲的数量来增大吹入气体的流量，尽管这种关系不是强制的，然而将一确定的气体流量分给较小或较大数量的气体脉冲毫无疑问这可能性是存在的。这样每次脉冲所吹入的气体流量发生变化。

一次脉冲的持续时间可达到0.1～2秒，最好1秒。通常是在两次连续的脉冲之间有一次休息，持续1秒是合适的，最好持续0.1秒。上述在回程管道纵向方向按距离分开配置的吹气位置上的以变换时间进行吹气的脉冲控制能在两个相邻吹气位置的脉冲之间作较大的时间移动，以使脉冲在时间上是前置的吹气位置中结束以后，在时间顺序中第二个吹气位置上才开始。另一方面也可能使脉冲在时间上或多或少地相互重叠。

吹入气体流量或气体脉冲数量的控制可取决于回程管道中的温度。可采用惰性气体如CO₂或氮或再循环的过程气体作为吹入气体。

图中实施例所示的是在超压下工作的角度流态床反应器的纵断面图。

制造一种首先含H₂和CO的气体产物的气化过程流过反应器10，在它的下部，从上向下锥形收缩的范围12是流态床14。在图中所示的实施例中在锥形范围上向上连接一圆柱形范围16，它包括再气化区18。

在反应器10的下端，反应器10进入一短的井筒20，在井筒20的一端配置一螺旋式和冷却式输送机22。通过井筒20和螺旋输送机22排出固体气化残留物，这种固体气体残留物含有较多的灰渣，并积聚在流态床14下部的固态床24中。

必须气化的固体燃料通过一螺旋输送机26从一贮斗28带到反应器10中。在图中所示的实施例中固体燃料最后进入流态床14的上界30下部。使用的燃料例如可以是预干燥的褐煤，它含12～18%的水份，颗粒介于0和5毫米之间。但是也可使用其他含碳的燃料，例如泥煤或煤，它们的碳含量高于褐煤。

反应器10设有若干根用来输送作为气化剂的气体状介质的输入管道。位于最下部的输入管道32进入井筒20中，并用于输入一种气体状的介质以疏松固态床24。使用的这种介质可以是一种吸热的气化剂，例如蒸汽或CO₂，也可以是一种惰性介质，例如氮。

位于井筒20上部的反应器10的锥形范围12内装有配置在以垂直距离分开的平面中的喷嘴，用于输入气化剂。通过在下部平面中的输入管道34、36最好将起作用的气化剂进行吸热转换。在输入管道40、41中输入含氧的气化剂。

其他输入管道44、45和46进入再反应室18。经过这些输入管道，一般将对放热和吸热转换起作用的气化剂输入再反应室18中。

必须气化的燃料通过在流态床14范围内的螺旋式输送机26输入反应器10中。在流态床14中燃料颗粒通过气化剂、脱气产品、由于燃料内含水蒸发而产生的蒸汽以及转换产品进行流化。很小的接近于粉尘状的输入流态床中的固体燃料较快地通过从流态床30的上界向上流动的气体带入再反应室18中，在再反应室中这些固体燃料大部分被转换。气化剂通过输入管道44、45、46输入再反应室18中的程度取决于在再反应室18中转换成固体碳的流量。

在流态床14中的重颗粒通过最后部分沉降并到达固态床24中。这些重颗粒可以是粗的含较多碳的颗粒，这些颗粒太大，以致会被从下向上流过流态床的气体带走。另一方面，一些与粒度相比颗粒的重量太高的颗粒通过流态床14向下沉降到固态床24上。这里不仅可以是具有高灰渣的含碳颗粒，而且可以是由不可气化的物质所组成的颗粒。

在反应器10中产生的气体产物65通过一靠近反应器10上端并从与此相通的管道50排出，并在一旋分器52的后置设备中进行预净化后，被输入用于气体净化。在旋分器52中分选的一般还含有碳的固体颗粒经过旋分器的下部出口66到达回程管道69中，它的下部斜向流过的管段62的管端60在流态床14的范围内同反应器10连接。被分选的固体颗粒净化的气体65通过一插入管67经过管道68离开旋分器52。

用于在旋分器52中分选固体颗粒的回程管道69以螺旋式输送机26的大致高度与反应器10相通。固体颗粒从旋分器66的下部范围向下流入回程管道69中，通向反应器10的出口和大致水平61之间范围62内的回程管道的横断面由固体颗粒充满。如此在回程管道69中形成的固体颗粒柱，阻塞并阻碍了从反应器10中流出的固体颗粒和气体通过回程管道69直接到达作为旋分器构成的分选机52的范围内。

由于回程管道69有一较小的横断面，因而在旋分器52范围内充满的压力显然比在流态床14中的压力要小，以致于在回程管道69通向反应器10的出口60一边和另一侧旋分器52之间，存在一与重力起反作用的压力降，因此没有特别措施是不能保证较长时间在下部的许多固体颗粒从回程管道69进入反应器10中，正如在上部从旋分器52到达回程管道中一样。与上述压力降无关，根据回程管道69的小的横断面也可以对此进行计算，确定位于回程管道69中的颗粒，以致即使在回程管道69中形成的固体柱，其高度及重量达到足以补偿压力降，也不能保证形成该固体柱的固体颗粒不受阻碍地流出而进入反应器10中。

为了使从回程管道69来的固体颗粒到反应器10中进行必要的再循环，在通到回程管道69中的出口安装用于一气体形状介质的喷嘴81。这些喷嘴81按距离分开安装在回程管道69的纵向方向。喷嘴81通过中间连接的调节阀70～77由一共用的压力中心源78供给气体，这种气体例如可以是CO₂或者也可以是再循环的气体产物，这些气体由在合适位置上的气流65分路。调节阀71～77由一共用的调节器79操纵，调节阀同调节器通过一线路80连接。气体78的压力水平比流态床14中的压力水平略高一些。调节器79调节各个阀71～77，并由此短时释放一定流量的气流，气流通过喷嘴81以脉冲形式到达回程管道69的下部范围内。因而可以规定阀70～77按顺序有一短时的气体脉冲作用，首先一气体脉冲通过阀70或配置的喷嘴81进入回程管道69的出口60，然后按时间变换气体脉冲通过其他阀输入回程管道69中，这样从第一阀的时间间隔通过阀70起作用的气体脉冲，随着各自阀的距离的增加从第一阀70起增加。由此位于回程管道69中的固体从下向上不断疏松，使颗粒在其重量的作用下向下流动并到达流态床14中，然而另一方面，回程管道69不是以冲击形式排空，以使留在下部的固体一直增多，使固体对反应器10的内室起了阻塞作用，并阻碍气体和固体从反应器10的内室直接通过回程管道69到达旋分器52中。

上述方法的应用可由从旋分器52到回程管道69中的固体流量决定，以致只要气体脉冲通过位于上部最宽的阀77输入回程管道69中，则旋分器用通过阀70输入的气体脉冲再重新开始。

需要时也可以在操作最后的阀77以后暂时进入较长的休息，即在通过操作阀70开始下一个脉冲循环周期之前。这取决于从旋分器52到达回程管道69中的固体流量，而且取决于固体颗粒从回程管道69输入到反应器10中的速度。在需要时脉冲循环周期也可以通过全部的阀70～77就结束，例如只通过阀70～77给出气体脉冲进入回程管道69中。正如详细处置的那样，取决于当时的情况，特别取决于在单位时间内积聚于回程管道69中的固体流量。

各个阀70～77的控制可以简单方式通过调节器79实现，在调节器79上配置用于在回程管道69中侧量温度的温度探头57～59，它们配置在回程管道69的每个范围内，阀70～77的喷嘴81位于该范围内。当高的固体通过能力通过回程管道69时在回程管道69内调节温度水平，该温度水平不明显地低于流态床14中的温度水平，通常在800和1000℃之间的范围内。如果减慢固体的再循环，那末在温度测量处57～59温度水平直接下降到较低的值。这种温度的变化可以测出从管道69进入到流态床14中的固体再循环进行得太慢了。调节器通过由线路64从温度测量处输入到调节器79的信号，使脉冲序列加快。在相反情况下，如果少量固体从旋分器52输入，随后少量固体在回程管道69的下端排到流态床14中，那么可以减慢脉冲序列。

与上述操作方式不同，也可以使下部的阀70持久地处于开的位置，以使在返固管62进入反应器10的出口前的短距离内有一连续的气流进入回程管道69中。

代替阀70～77或71～77对温度的控制，使阀和由阀起作用的气体脉冲对回程管道在当时位置上充满的压力进行控制成为可能。这两种可能性：压力或温度，其优点取决于当时的操作情况。喷嘴81由一般耐高温的材料构成。对于阀70～77可采用商业通用的气动调节阀。它的配置尽可能适合于回程管道69和沿回程管道69的大的距离，每米可配置1～3个喷嘴。喷嘴81在回程管道的范围内一般配置得较多，该范围不是垂直通过的。回程管道69的直径例如可计20厘米。

吹入回程管道中的气体流量很小。这样在要吹入的气体和由气化反应器产生的气体产物之间的流量比约可达到2∶500。

Claims (12)

1、在一流态床中使用气化剂在高压下由固体燃料制造含氢和一氧化碳气体的方法，这种方法是在流态床的下部设置一由固体气化残留物组成的固态床，从中排出固体气化残留物，并在流态床的上部设置一再气化室，产生的气体从再气化室中排出，并通过一分选机输出，其中至少有一部分带入的固体颗粒被分选出来，并通过一回程管道回流到流态床中，这时气体产物在至少是粗选的状况下排出分选机，并至少在一个位置上为了疏松位于回程管道中的固体颗粒，在回程管道中吹入气体，其特征在于气体以脉冲形式吹入回程管道中。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于气体在若干个、回程管道纵向方向按距离分开配置的位置上吹入回程管道中，至少有一部分气流以脉冲形式吹入回程管道中。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于吹气位置按时间变换气体以脉冲形式吹入，从在回程管道纵向方向上设有一距离的两个吹气位置起，到接近于反应器位置的吹气位置，气体吹气的开始比距离反应器位置远的吹气位置要早。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于吹入气体流量取决于位于回程管道中的固体流量。

5、根据权利要求2的方法，其特征在于气体脉冲的数量取决于位于回程管道中的固体的流量。

6、根据上述权利要求之一的方法，其特征在于一次脉冲的时间达到0.1～2秒，最好1秒。

7、根据上述权利要求之一的方法，其特征在于在两次连续的脉冲之间有一次休息，休息持续1秒，最好0.1秒。

8、根据上述权利要求之一的方法，其特征在于吹入气体的速度或流量以及气体脉冲的数量的控制取决于回程管道中的温度。

9、根据权利要求1的方法，其特征在于一种惰性气体如CO₂和/或再循环的气体产物吹入回程管道中。

10、用于由固体燃料在高压下使用气化剂制造含氢和一氧化碳气体产物的气化反应器设有一流态床、一位于流态床下部由固体气化残留物组成的固体、一用于向反应器中输入燃料的设备、一配置在流态床上部的再气化室、一用于分选气体产物中所含有的至少一部分固体颗粒以及一用于对分选出来的固体颗粒通入反应器中的再循环的管道，其特征在于回程管道69至少在它与反应器10连接的范围62内至少装有一个用于一种气体的吹气喷嘴81。

11、根据权利要求10的气化反应器，其特征在于在回程管道69的纵向方向装若干个按距离分开的吹气喷嘴81，并连接有在输入管道中用于喷嘴81的阀70～77，阀尽可能以脉冲形式将气流吹入回程管道69中。

12、根据权利要求10的气化反应器，其特征在于单个或多个吹气喷嘴81的控制取决于回程管道69的温度。

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