[發明專利]使用多噴嘴輸送氣體的流化床

在審

• 申請號: 201480025662.2
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN105339079A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 約翰·D·溫特
• 申請（專利權）人: 綜合能源有限公司
• 主分類號: B01J8/18
• 分類號: B01J8/18;B01J8/44
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

相關專利的交叉引用

本申請要求于2013年3月15日提交的、申請號為61/786,599的美國臨時申請的優先權，該臨時專利申請通過引用整體納入本文。

技術領域

本申請涉及一種使用流化床反應器的流化床。本發明尤其涉及一種用于流化床的裝置，其利用多噴嘴將氣體引入流化床區域，本發明還涉及流化方法。

背景技術

煤氣化是將含碳材料如煤等轉換成主要包括一氧化碳(CO)和氫氣(H₂)的合成氣或合成氣體的過程。綜合能源系統流化床氣化器(SES氣化器)，正如在美國專利申請No.13/532,769中所描述的，常用于含碳材料的氣化。

圖1所示為SES流化床氣化器的基本結構，其包括一容器，該容器容納位于被氣化的固體材料的流化床1上面的頂部空間2，位于所述床下方的錐形多孔氣體分布格柵7，通過該氣體分布格柵7以足夠的速度引入氣化介質以流化氣化器中的固體物料。含碳進料，通常作為較小的顆粒，被傳送至氣體分布格柵7上部。蒸汽和氧化劑(無論空氣或氧氣)從氣體分布格柵7之下被傳送以用來流化和部分氧化固體進料。

緊接著在格柵下面、以及其他結構上面(通常是一個或多個另外的容器，用于灰分冷卻和處理等)，是一個空的“增壓”空間4。氣化介質(蒸汽和/或氧氣)從增壓空間4穿過氣體分布格柵7被引入到氣化器。

位于格柵錐體底部中心區域的通道例如管道6(“中心噴射管”)，將氧化劑和稀釋氣體引入至流化床。該中心噴射管6的氣體速度通常比流化床1中的氣體平均表觀速度大。在該中心噴射管周圍提供包括環形通道的排灰裝置5，用來移除成團的煤灰，并用來提供額外的氣體，比如蒸汽，所述氣體用來冷卻并保護中心噴射管6。該排灰裝置5通常被配置為包括在該通道的上部對灰分顆粒進行分類的文氏管(venture)裝置3。

高速中心噴射管是附圖1所示的現有技術氣化器的重要特征。相比于通過氣體分布格柵提供的氧氣濃度，通過中心噴射管提供到流化床的氣體流具有更高的氧氣濃度。該較高的氧氣濃度導致流化床中心區域的原料被更多地氧化，從而使得中心區域相比于流化床其他部位具有更高的溫度。

圖2為容器內側底部的俯視圖，展示了位于錐形氣體分布格柵3中心的環形空間1，形成為排灰管道，通過該排灰管道，灰分從氣化器中落下，還展示了中心噴射管2的入口孔，氣體流從所述入口孔被提供至流化床。

通常希望氣化器能夠以盡可能高的性能來工作。提高進料被傳送至流化床區域的速度是最常見的提高氣化器性能的方式。增加的進料導致流化床深度增加，并且相應地，需要的蒸汽和氧化劑的數量也必須增加，以保持床的流化并保證發生充分的氧化，從而維持氣化器的操作溫度。

然而，由于氣體分布格柵孔的氣體流率(throughput)的限制，更多的流化氣體需要被傳送至中心噴射管。因此，中心高溫區域可能具有比最優溫度更高的溫度，從而導致灰分過度結塊，產生大灰分顆粒，從而影響灰分從氣化器中排出。為了防止這種灰分過度結塊，被傳送至中心噴射管的氣體數量必須降低，但這會導致氣化器的操作溫度降低，并進而導致氣化器的進料轉換率降低。

進一步地，通過中心噴射管道傳送的氣體數量增加，必然意味著氣體速度增加，導致中心射流穿透深度不相稱地變大。如果該穿透深度大于流化床的深度，氣體將不能和床體內的顆粒有效混合，從而降低了氣化效率。

上述氣化器面臨的另一個問題是流化床格柵和中心噴射管道6的維修或保養。為了維修或保養該中心噴射管道6，排灰裝置5必須首先被移出，由于在排灰裝置下部連接有其他容器，使得該移出非常困難。

因此，需要有一個系統和方法以解決中心噴射管道的問題，而不影響氣化器性能和保養。

發明內容

如上所述，本發明涉及一種改進的向流化床區域提供流化介質的裝置和方法。根據本發明的第一方面，本發明中將流化介質引入至流化床反應器的裝置包括容器，該容器限定了流化床區域，并且其中加入固體進料；容納于所述容器較下部位的氣體分布格柵，通過該氣體分布格柵將第一流化介質引入以流化固體進料；多個噴嘴(jets)，設置為穿過(positionedthrough)氣體分布格柵，通過所述噴嘴將第二流化介質引入至流化床區域以流化固體進料。

在所述裝置的一個實施方式中，所述多個噴嘴相對于氣體分布格柵的中心對稱間隔設置(symmetricallyspacedfromthecenterofthegasdistributiongrid)。