RU2598503C2 - Способ сжигания в химическом контуре с удалением зол и мелких частиц в зоне восстановления и установка, в которой применяют такой способ - Google Patents
Способ сжигания в химическом контуре с удалением зол и мелких частиц в зоне восстановления и установка, в которой применяют такой способ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598503C2 RU2598503C2 RU2014115717/06A RU2014115717A RU2598503C2 RU 2598503 C2 RU2598503 C2 RU 2598503C2 RU 2014115717/06 A RU2014115717/06 A RU 2014115717/06A RU 2014115717 A RU2014115717 A RU 2014115717A RU 2598503 C2 RU2598503 C2 RU 2598503C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- zone
- stream
- separation
- oxygen carrier
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 title description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 255
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 103
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims abstract description 91
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 82
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 80
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 13
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims description 47
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 45
- 238000010908 decantation Methods 0.000 claims description 35
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 34
- 239000003517 fume Substances 0.000 claims description 34
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 22
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 claims description 21
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 16
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 14
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 10
- 239000010795 gaseous waste Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 claims description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 6
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 2
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 claims description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 abstract 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 abstract 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 50
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 46
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 44
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical group 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/01—Fluidised bed combustion apparatus in a fluidised bed of catalytic particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
- B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
- B01J8/26—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
- B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
- B01J8/32—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with introduction into the fluidised bed of more than one kind of moving particles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/005—Fluidised bed combustion apparatus comprising two or more beds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
- F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone
- F23C10/08—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
- F23C10/10—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases the separation apparatus being located outside the combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
- F23C10/18—Details; Accessories
- F23C10/24—Devices for removal of material from the bed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J1/00—Removing ash, clinker, or slag from combustion chambers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00513—Controlling the temperature using inert heat absorbing solids in the bed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/99008—Unmixed combustion, i.e. without direct mixing of oxygen gas and fuel, but using the oxygen from a metal oxide, e.g. FeO
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергетики. Способ сжигания углеводородной загрузки из твердых частиц в химическом контуре, в котором циркулирует материал-носитель кислорода в виде частиц, при этом упомянутый способ включает, по меньшей мере, приведение в контакт частиц твердой загрузки и частиц материала-носителя кислорода в первой реакционной зоне R1, работающей в плотном кипящем слое; сжигание газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны R1, в присутствии частиц материала-носителя кислорода во второй реакционной зоне R2; разделение несгоревших частиц твердой загрузки, летучих зол и частиц материала-носителя кислорода внутри смеси, выходящей из зоны R2, в зоне быстрого разделения S3 для перемещения вместе с дымами горения (13) основной части несгоревших частиц твердой загрузки и летучих зол и направления основной части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0; очистку от пыли дымов (13), выходящих из зоны быстрого разделения S3, в зоне очистки дымов от пыли S4 для удаления потока очищенных от пыли газов (14) и потока частиц (15), содержащего золы и плотные частицы, в основном образовавшиеся из частиц носителя кислорода и из частиц несгоревшей твердой загрузки; разделение потока частиц (15), отделенных на этапе пылеулавливания S4, на два потока в зоне разделения потока D7, при этом один из них рециркулируют в реакционную зону R1, работающую в плотном кипящем слое, а другой направляют в зону разделения S5 посредством декантации; разделение посредством декантации в упомянутой зоне S5 для рекуперации зол и рециркуляции плотных частиц в первую реакционную зону R1. Изобретение позволяет полностью сжигать твердую загрузку, снизить выброс вредных веществ. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области сжигания в химическом контуре окисления-восстановления твердых углеводородных загрузок для производства энергии, синтетического газа и/или водорода.
В частности, изобретение касается удаления зол, образующихся в восстановительном реакторе установки сжигания в химическом контуре.
Терминология
Способ сжигания в химическом контуре или CLC: в дальнейшем тексте описания под способом CLC (Chemical Looping Combustion) следует понимать способ окисления-восстановления в контуре на активной массе. Следует отметить, что, как правило, термины «окисление» и «восстановление» применяют в отношении соответственно окисленного или восстановленного состояния активной массы. В установке сжигания в химическом контуре зона окисления является зоной, в которой масса окисления-восстановления окисляется, а зона восстановления является зоной, в которой масса окисления-восстановления восстанавливается.
Удаление летучих компонентов:
в ходе термической обработки органические соединения теряют летучие вещества, сначала воду и диоксид углерода, жидкие и затем газообразные углеводороды, затем оксид углерода и, наконец, водород. Этот процесс называется удалением летучих компонентов. Температура удаления летучих компонентов и интенсивность явления зависят от исходного органического соединения. Так, для углей возрастающей сортности удаление летучих компонентов происходит при все более высокой температуре.
Кипящий слой:
в дальнейшем тексте описания:
- под плотным кипящим слоем следует понимать кипящий слой, в котором доля газа εg меньше 0,9, предпочтительно меньше 0,8.
- под разбавленным кипящим слоем следует понимать кипящий слой, в котором объемная доля частиц металлических оксидов меньше 10% по объему.
Проблематика зол
Для осуществления сжигания в химическом контуре используют материалы-носители кислорода, такие как металлические оксиды, которые отдают свой кислород в зоне восстановления (называемой «топливный реактор») в соответствующих рабочих условиях. После восстановления материал перемещают в зону окисления (называемую «воздушный реактор»), в которой он опять окисляется при контакте с окисляющим газом (например, таким как воздух или водяной пар).
Как правило, в рамках способа сжигания в химическом контуре применяют одну или несколько реакционных зон, в которых осуществляют сжигание топлива (например, углеводородной загрузки) при контакте с твердым веществом-носителем кислорода, которое затем опять окисляется, по меньшей мере, в одной зоне окисления при контакте с воздухом или водяным паром, после чего его направляют в зону или зоны сжигания (или восстановления). Реакционные зоны, обеспечивающие осуществление реакция горения в химическом контуре, обычно представляют собой кипящие слои или подвижные слои.
Сжигание в химическом контуре (CLC) твердых углеводородных загрузок является процессом, обеспечивающим, в частности, производство энергии (пар, электричество …) за счет отбора тепла, выделяемого в ходе реакций горения, с одновременным производством дымов с высоким содержанием СО2. Следовательно, можно предусмотреть улавливание СО2 после конденсации дымов и сжатия дымов. Можно также предусмотреть производство синтетического газа и даже водорода посредством управления горением и применения необходимой очистки на выходе процесса горения.
В реакционных механизмах, связанных с сжиганием в химическом контуре в зоне восстановления, было установлено, что твердое топливо проходит через фазу газификации, которой способствует присутствие водяного пара или диоксида углерода и температура, затем газ, производимый на этапе газификации, окисляется при контакте с материалом-носителем кислорода. Если твердое топливо содержит летучие вещества, то они, по меньшей мере, частично удаляются при контакте с горячим материалом-носителем кислорода и затем окисляются этим кислородом. В случае, когда материал-носитель кислорода естественным образом высвобождает кислород в соответствии с рабочими условиями, можно также получать прямое окисление твердого топлива газообразным кислородом, высвобождаемым материалом в топливном реакторе.
Сжигание твердых загрузок в химическом контуре неизбежно происходит в экстремальных рабочих условиях, необходимых для осуществления реакций горения. Для обеспечения газификации топлива необходимо иметь высокие температуры, как правило, составляющие от 800 до 1100°С, предпочтительно составляющие от 850 до 1000°С. Время, необходимое для газификации, сокращается в зависимости от температуры и, как правило, составляет от 30 секунд до 30 минут. Поэтому предпочтительно осуществлять частичную газификацию, отделять от отходов и рециркулировать не газифицированный остаток топлива. Таким образом, можно добиться выхода конверсии (при газификации) за один цикл от 50 до 80% в температурном диапазоне от 850°С до 1000°С при времени реакции от 1 минуты до 10 минут, как правило, от 3 до 5 минут. Повысив частичное давление окисляющего газа (Н2О, СО2), можно сократить время газификации.
Другой проблемой, связанной с применением сжигания в химическом контуре твердых загрузок, является образование зол. Действительно, твердые топлива характеризуются довольно высоким содержанием минеральных веществ, и после сгорания углерода и водорода образуются твердые остатки, называемые золами. В таблице 1 в качестве примера приведены результаты анализа двух углей А и В. Отмечается, что содержание зол в углях колеблется в зависимости от происхождения твердой загрузки, но в любом случае это содержание является значительным. Как правило, оно составляет 5-20% от массы сухого угля. Некоторые твердые топлива, такие как нефтяной кокс, характеризуются намного меньшим содержанием зол. Существуют также твердые топлива с более высоким содержанием зол.
В основном эти золы представляют собой оксид кремния и оксид алюминия, однако они содержат также и другие ингредиенты, как показано в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Анализ различных углей | ||||
| - | Уголь А | Уголь В | ||
| Анализ сухого угля | Золы | Мас.% | 10,3 | 14,8 |
| Летучие вещества | Мас.% | 37,6 | 24 | |
| Сера | Мас.% | 0,5 | 0,57 | |
| Теплоемкость | кКал/кг | 6710 | 6630 | |
| Последний анализ | С | Мас.% | 71,1 | 73,46 |
| Н | Мас.% | 4,77 | 3,87 | |
| N | Мас.% | 1,41 | 1,65 | |
| S | Мас.% | 0,5 | 0,57 | |
| Ash | Мас.% | 10,3 | 14,76 | |
| O | Мас.% | 11,92 | 5,69 | |
| Состав зол | SiO2 | Мас.% | 67 | 49,84 |
| Al2O3 | Мас.% | 19,2 | 40,78 | |
| Fe2O3 | Мас.% | 5,2 | 2,9 | |
| CaO | Мас.% | 2 | 1,08 | |
| MgO | Мас.% | 1,2 | 0,26 | |
| TiO2 | Мас.% | 0,9 | 1,96 | |
| K2O | Мас.% | 1,7 | 0,64 | |
| Na2O | Мас.% | 1,7 | 0,06 | |
| SO3 | Мас.% | 0,9 | 0,52 | |
| P2O5 | Мас.% | 0,2 | 1,05 | |
Золы, получаемые при сжигании угля, состоят из мелких остаточных частиц. Их температура плавления колеблется в зависимости от их состава и, как правило, составляет от 1000 до 1500°С. Однако при более низких температурах, например, между 800 и 1000°С, можно наблюдать явление агломерации зольных частиц, которые начинают склеиваться. Таким образом, они могут либо слипаться между собой, либо слипаться с частицами материала-носителя кислорода. С учетом условий сжигания в химическом контуре различают два типа зол:
- летучие золы: соответствуют золам, которые переносятся в топливном реакторе газообразными продуктами горения;
- агломерированные золы: соответствуют золам, которые слипаются между собой или с материалом-носителем кислорода и являются слишком тяжелыми, чтобы их могли переносить в топливном реакторе газообразные продукты горения.
Как правило, летучие золы составляют от 50 до 99% образующихся зол, обычно от 70 до 90%. Они имеют относительно небольшой гранулометрический размер и обычно представляют собой, по меньшей мере, 25% мелких частиц размером менее 10 микрон и 90% мелких частиц размером менее 100 микрон, как показано на фиг. 3, где в качестве примера представлено типовое гранулометрическое распределение летучих зол. Как правило, средний диаметр Саутера, характеризующий гранулометрический размер летучих зол, составляет от 5 до 30 микрон и обычно приближается к 10 микронам. Плотность зерна этих зол обычно составляет от 2000 до 3000 кг/м3 и, как правило, приближается к 2500 кг/м3.
Гранулометрический размер агломерированных частиц с трудом поддается оценке и зависит от условий процесса. Как правило, считают, что гранулометрический размер этих зол превышает 100 микрон и может достигать нескольких миллиметров.
В патентной заявке FR 2 850 156 описан способ сжигания в химическом контуре, согласно которому топливо измельчают перед загрузкой в восстановительный реактор, работающий в режиме подвижного копящего слоя. Меньший размер частиц твердого топлива обеспечивает более полное и более быстрое сжигание и позволяет получать почти 100% летучих зол, которые отделяются от циркулирующих оксидов. Прежде всего отделение на выходе подвижного слоя обеспечивается циклоном, затем устройством, позволяющим отделять частицы недожога от частиц металлического оксида. Таким образом, избегают перемещения недожога в зону окисления и, следовательно, выбросов СО2 в отходы окислительного реактора.
Устройство разделения содержит кипящий слой, разбавляемый водяным паром, который позволяет отделять мелкие и легкие частицы, такие как углеродсодержащий остаток, и повторно направлять этот остаток в реактор, тогда как более плотные и более крупные частицы оксидов поступают в окислительный реактор. Это устройство содержит два внутренних отсека.
Кроме того, согласно FR 2 850 156, летучие золы отделяют от частиц оксидов во втором контуре, где разделитель, работающий в режиме кипящего слоя, производит разделение, при этом псевдоожиженные летучие золы направляют в бункер по пневматическому трубопроводу, а металлические оксиды извлекают после осаждения в основании реактора с кипящим слоем.
Кроме того, высокие скорости газа, применяемые в восстановительном реакторе, работающем в режиме подвижного кипящего слоя, не позволяют получать время пребывания частиц, достаточное для газификации всего твердого топлива, чтобы производить затем сжигание продуктов газификации. Следовательно, необходимо производить рециркуляцию частиц недожога с их прохождением через разделитель. При этом отделение частиц оксидов является сложной операцией, так как требует дополнительной подачи большого количества газа, что приводит к большим затратам энергии.
Кроме того, по причине слишком короткого времени пребывания трудно осуществить полное сжигание, и дымы содержат большие количества СО и Н2, что требует наличия зоны дожигания на выходе процесса.
В диссертации N.Berguerand “Design and Operation of a 10 kWth Chemical-Looping Combustor for Solid Fuels”, ISBN 978-91-7385-329-3 описано устройство, позволяющее производить сжигание угля с применением химического контура.
Это устройство содержит окислительный реактор, использующий металлические частицы, циклон, обеспечивающий разделение частиц и воздуха, обедненного после окисления, кипящий слой, питаемый окисленными металлическими частицами через обратное колено, расположенное под циклоном, в котором происходит восстановление металлического оксида посредством сжигания угля. Уголь подают в верхнюю часть кипящего слоя в разбавленную фазу. В восстановительном реакторе сжигание угля происходит постепенно: частицы угля начинают опускаться противотоком по отношению к газам псевдоожижения, и происходит удаление летучих компонентов в разбавленной фазе, в которой металлические оксиды присутствуют лишь в незначительном количестве. Большое время пребывания позволяет газифицировать уголь и получать газообразные продукты сгорания, содержащие большие количества оксида углерода и водорода, которые переходят в разбавленную фазу.
В плотной фазе реактора скорости псевдоожижения являются низкими, как правило от 5 до 30 см/с, что не позволяет увлекать существенные количества металлических оксидов в разбавленной фазе, которые могли бы способствовать сжиганию газов, таких как СО, Н2, или улетучивающихся углеводородов, удаляемых из зоны разбавления. Поэтому отходы восстановительного реактора содержат большие количества СО и углеводородов (НС), превышающие несколько процентов по объему. Следовательно, КПД сжигания является низким, и тоже необходимо наличие зоны дожигания для завершения сжигания.
Кроме того, согласно этому документу, восстановительный реактор оборудован разделителем частиц, помещенным в плотную фазу, что требует добавления дополнительного газа для реализации разделения.
В этой системе не предусмотрено специального устройства, обеспечивающего отделение и удаление зол, образующихся при сжигании твердых загрузок.
Для устранения недостатков двух вышеуказанных систем заявители разработали усовершенствованный способ сжигания в химическом контуре, который даже при наличии крупных частиц топлива обеспечивает полное сжигание твердой загрузки и сведение к минимуму количества рециркулируемой твердой загрузки, что позволяет максимизировать энергетический КПД способа. Этот способ сжигания в соответствии с изобретением позволяет улавливать не менее 90% СО2, выделяемого при сжигании, в дымах непосредственно на выходе реактора сжигания, при этом степень улавливания определяют как отношение количества СО2 в дымах, выходящих из реактора сжигания, к количеству СО2, получаемому при способе сжигания в химическом контуре.
На выходе способа сжигания молярное соотношение СО/СО2 дымов на выходе циклонов меньше 0,05, и соотношение Н2/Н2О меньше 0,05. Этого достигают, с одной стороны, благодаря оптимизации первоначального контакта между частицами-носителями кислорода и твердым топливом, что способствует реакциям газификации угля, и, с другой стороны, за счет оптимизации контакта между продуктами газификации и металлическими оксидами, чтобы получать отходы, прошедшие через полное сжигание (Н2, СО и НС<1 объем. % в дымах).
Кроме того, отделение частиц несгоревшего топлива от частиц металлических оксидов происходит на входе этапа очистки дымов от пыли в восстановительном реакторе с целью наилучшего использования максимальной кинетической энергии дымов для разделения двух типов частиц.
Способ в химическом контуре включает в себя:
- установление контакта частиц твердого топлива с частицами металлических оксидов в первой реакционной зоне (R1), работающей с плотным кипящим слоем,
- сжигание газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны, в присутствии частиц металлических оксидов во второй реакционной зоне R2,
- разделение внутри смеси, выходящей из зоны газа, частиц недожога и частиц металлических оксидов в зоне разделения S3,
- повторное окисление частиц металлических оксидов в зоне окисления до их подачи в зону установления контакта (R1).
На выходе зоны разделения частиц недожога и частиц металлических оксидов можно предусмотреть систему пылеулавливания, содержащую, например, одну или несколько ступеней циклонов для отделения частиц, увлекаемых дымами зоны сжигания топливного реактора. Летучие золы увлекаются в дымах в направлении этой системы пылеулавливания с несгоревшими частицами твердого топлива. Для максимизации энергетического КПД установки необходимо рекуперировать основную часть несгоревших частиц топлива и, следовательно, осуществлять глубокое пылеулавливание. Это пылеулавливание позволяет рекуперировать несгоревшие частицы, а также значительную часть летучих зол, которые будут рециркулированы в топливный реактор.
Можно разместить камеру, содержащую кипящий слой, на трубопроводе, перемещающем частицы, отделенные во время этапа пылеулавливания, для удаления летучих зол посредством декантации. Однако это средство не позволяет раздельно контролировать декантацию зол и декантацию несгоревших частиц. Действительно, в этом случае хорошее удаление получаемых зол выражается соответственно значительным удалением несгоревших частиц и, следовательно, снижением энергетического КПД или снижением степени улавливания СО2.
Кроме того, в случае, когда частицы материала-носителя кислорода увлекаются в зону пылеулавливания, необходимо предусмотреть большие размеры кипящего слоя, чтобы обеспечить достаточное время для разделения посредством декантации в кипящем слое.
Кроме того, чтобы устранить недостатки, связанные с одновременным удалением несгоревших частиц и зол, предложена новая конфигурация зоны сжигания (восстановительная зона или «топливный реактор»), которая обеспечивает:
- установление контакта частиц твердого топлива с частицами металлических оксидов в первой реакционной зоне (R1), работающей с плотным кипящим слоем,
- сжигание в разбавленной фазе газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны, в присутствии частиц металлических оксидов во второй реакционной зоне R2, предпочтительно работающей на разбавленном кипящем слое,
- разделение частиц внутри смеси, выходящей из зоны сжигания в разбавленной фазе R2, что позволяет рекуперировать вместе с дымами основную часть частиц недожога, в зоне разделения S3,
- очистку от пыли дымов, выходящих из зоны разделения S3, в зоне S4 очистки дымов от пыли,
- разделение потока частиц, отделенных на этапе пылеулавливания, на два потока, один из которых рециркулируют в зону установления контакта восстановительного реактора, работающую в плотной фазе, а другой направляют в зону разделения посредством декантации S5, обеспечивающую рекуперацию зол, в зоне разделения потока D7.
Описание изобретения
Объекты изобретения
Объектом изобретения является усовершенствованный способ сжигания твердой углеводородной загрузки в химическом контуре с применением специальной конфигурации зоны восстановления, которая включает в себя: первую реакционную зону (R1), работающую в режиме плотного кипящего слоя; вторую реакционную зону R2; зону быстрого разделения S3 для разделения несгоревших частиц твердого топлива, летучих зол и частиц материала-носителя кислорода внутри смеси, выходящей из зоны R2; зону очистки дымов от пыли S4; зону разделения D7 потока частиц, при этом часть частиц рециркулируют непосредственно в первую реакционную зону (R1), а другую часть направляют в зону разделения S5 посредством декантации для рекуперации зол через трубопровод (18) и для рециркуляции плотных частиц через трубопровод (20) в первую реакционную зону (R1).
Объектом изобретения является также установка сжигания в химическом контуре, позволяющая применять упомянутый способ.
Сущность изобретения
Объектом изобретения является способ сжигания углеводородной загрузки из твердых частиц в химическом контуре, в котором циркулирует материал-носитель кислорода в виде частиц, при этом упомянутый способ содержит, по меньшей мере:
- установление контакта между частицами твердой загрузки и частицами материала-носителя кислорода в первой реакционной зоне R1, работающей на плотном кипящем слое;
- сжигание газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны R1, в присутствии частиц материала-носителя кислорода во второй реакционной зоне R2;
- разделение несгоревших частиц твердой загрузки, летучих зол и частиц материала-носителя кислорода внутри смеси, выходящей из зоны R2, в зоне быстрого разделения S3 для перемещения вместе с дымами горения (13) основной части несгоревших частиц твердой загрузки и летучих зол и направления основной части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0;
- очистка от пыли дымов (13), выходящих из зоны быстрого разделения S3, в зоне очистки дымов от пыли S4 для удаления потока очищенных от пыли газов (14) и потока частиц (15), содержащего золы и плотные частицы, в основном образовавшиеся из частиц носителя кислорода и из частиц несгоревшей твердой загрузки;
- разделение потока частиц (15), отделенных на этапе пылеулавливания S4, на два потока в зоне разделения потока D7, при этом один из них рециркулируют в реакционную зону R1, работающую на плотном кипящем слое, а другой направляют в зону разделения S5 посредством декантации;
- разделение посредством декантации в упомянутой зоне S5 для рекуперации зол и рециркуляции плотных частиц в первую реакционную зону R1.
В варианте выполнения способ также включает в себя:
- осаждение агломерированных топочных зол в нижней части первой реакционной зоны R1 в зоне псевдоожижения S6, расположенной под первой реакционной зоной R1,
- извлечение потока частиц (24), содержащего, по меньшей мере, 10 масс.% агломерированных топочных зол.
Предпочтительно псевдоожижение зоны S6 осуществляют при помощи газа со скоростью газа псевдоожижения в наибольшем проходном сечении зоны S6, которая не превышает 3-кратной минимальной скорости псевдоожижения материала-носителя кислорода.
Предпочтительно извлечение агломерированных зол из зоны псевдоожижения S6 осуществляют при помощи охлаждаемого шнека.
Твердую загрузку можно выбирать среди угля, кокса, нефтяного кокса, биомассы, битумных песков и бытовых отходов.
Предпочтительно материал-носитель кислорода представляет собой сыпучее твердое вещество с размером частиц, при котором гранулометрический состав на 90% находится в пределах от 150 до 300 микрон.
Предпочтительно газ псевдоожижения, подаваемый в зону разделения S5 посредством декантации, по меньшей мере, частично состоит из дымов, производимых при сжигании твердой загрузки.
Предпочтительно газ псевдоожижения, подаваемый в зону разделения S5 посредством декантации, полностью состоит из дымов, производимых при сжигании твердой загрузки.
Предпочтительно поток, непосредственно рециркулируемый в первую реакционную зону R1, работающую с плотным псевдоожиженным слоем, составляет, по меньшей мере, 50% потока, поступающего в зону разделения потока D7. Еще предпочтительнее поток, непосредственно рециркулируемый в первую реакционную зону R1, работающую с плотным псевдоожиженным слоем, составляет, по меньшей мере, 80% потока, поступающего в зону разделения потока D7.
Концентрация летучих зол в смеси частиц, циркулирующей в зоне сжигания, предпочтительно составляет менее 5 масс.%, еще предпочтительнее - менее 1 масс.%.
Объектом изобретения является также установка для сжигания твердой углеводородной загрузки в химическом контуре окисления-восстановления при помощи описанного выше способа, при этом упомянутая установка содержит, по меньшей мере:
- первую реакционную зону R1, содержащую вход для твердого топлива (10), вход для газа псевдоожижения (11) и вход для частиц носителя кислорода (8), поступающих из зоны окисления R0,
- вторую реакционную зону R2, в которую поступает газообразный отход сжигания, содержащий частицы, поступающие из первой реакционной зоны R1,
- зону быстрого разделения S3 твердых частиц, в которую поступает газообразный отход сжигания из второй реакционной зоны R2, содержащий золы, частицы носителя кислорода и частицы несгоревшей твердой загрузки, и которая содержит выходной трубопровод (9) для удаления большей части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0,
- зону очистки дымов от пыли S4, в которую через вход (13) поступают наиболее легкие частицы, увлекаемые газообразными продуктами сжигания, выходящими из зоны быстрого разделения S3,
- зону разделения потока D7, в которую через вход (15) поступает поток частиц, отделенных от дымов в зоне очистки S4 дымов от пыли, при этом упомянутый поток, содержит золы и плотные частицы, в основном образованные частицами носителя кислорода и частицами несгоревшей твердой загрузки,
- зону разделения S5 посредством декантации, в которую через вход (17) поступает миноритарная часть потока частиц, разделенного в зоне разделения потока D7, и которая содержит трубопровод (19), обеспечивающий подачу газа псевдоожижения, и трубопровод (18) удаления легких частиц, в основном содержащих летучие зоны и мелкие частицы материала-носителя кислорода,
- трубопровод (16), отходящий от зоны разделения потока D7, для непосредственной рециркуляции основной части потока частиц, разделенного в зоне разделения потока D7, в первую реакционную зону R1,
- трубопровод (20), отходящий от зоны разделения S5 посредством декантации, для рециркуляции плотных частиц, отделенных посредством декантации, в первую реакционную зону R1.
Предпочтительно проходное сечение второй реакционной зоны R2 меньше проходного сечения первой реакционной зоны R1.
В варианте выполнения установка содержит зону осаждения агломерированных топочных зол, находящуюся под первой реакционной зоной R1 и содержащую:
- трубопровод подачи агломерированных зол (21),
- зону псевдоожижения S6,
- один или несколько трубопроводов (22), обеспечивающих подачу газа псевдоожижения,
- выходной трубопровод (23) удаления частиц носителя кислорода для их рециркуляции в первую реакционную зону R1,
- средства извлечения потока частиц (24), содержащего, по меньшей мере, 10 масс.% агломерированных топочных зол.
Предпочтительно зона псевдоожижения S6 является усеченной конусной зоной с половиной угла относительно вертикали, меньшей или равной 15°.
Подробное описание изобретения
Способ сжигания в химическом контуре в соответствии с изобретением использует первую зону восстановления, обеспечивающую:
- установление контакта частиц твердой загрузки с частицами металлических оксидов в первой реакционной зоне, работающей с плотным кипящим слоем,
- сжигание в разбавленной фазе газообразных отходов, поступающих из первой реакционной зоны, в присутствии частиц носителя кислорода (например, частиц металлических оксидов) во второй реакционной зоне,
- разделение частиц внутри смеси, поступающей из зоны сжигания в разбавленной фазе, позволяющее рекуперировать вместе с дымами большую часть частиц недожога,
- очистку от пыли дымов, выходящих из зоны разделения,
- разделение потока частиц, отделенных на этапе пылеулавливания, на два потока, один из которых рециркулируют в зону установления контакта топливного реактора, работающую с плотной фазой, а другой направляют в зону разделения посредством декантации, обеспечивающую рекуперацию зол.
Поток, напрямую рециркулируемый в первую реакционную зону с плотным кипящим слоем без прохождения через этап разделения, предпочтительно представляет собой основную часть потока, рекуперированного во время этапа пылеулавливания, то есть, по меньшей мере, 50%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%. В этих условиях большую часть несгоревшего угля рециркулируют в восстановительный реактор («топливный реактор»). Часть летучих зол тоже рециркулируют в восстановительный реактор, однако их концентрация в циркулирующем потоке частиц остается ограниченной. Оптимизируя работу зоны восстановления, можно получить концентрацию летучих зол менее 5% по отношению к расходу материала-носителя кислорода, циркулирующего в зоне восстановления, и предпочтительно менее 1%.
Поток, направляемый в зону отделения зол посредством декантации, предпочтительно представляет собой меньшую часть потока, рекуперируемого во время этапа пылеулавливания, то есть менее 50%, предпочтительно менее 20% потока, выходящего из зоны восстановления. Зона отделения зол содержит, например, кипящий слой, скорость псевдоожижения в котором выбирают для селективного удаления мелких частиц и, в частности, зол вместе с газом псевдоожижения. Несгоревшие частицы угля и мелкие частицы материала-носителя кислорода неизбежно увлекаются вместе с золами в этой зоне разделения. Наиболее тяжелые частицы, то есть крупные частицы несгоревшего угля и основная часть частиц материала-носителя кислорода, остаются в кипящем слое и затем рециркулируются в топливный реактор.
Работа установки является оптимальной, если в топливном реакторе не скапливаются золы. В этих условиях расход отделенных зол, увлекаемых газом псевдоожижения в зоне разделения посредством декантации, соответствует расходу летучих зол при сжигании угля в химическом контуре в топливном реакторе за вычетом зол, удаляемых в дымах сжигания или в отходах воздушного реактора. Увеличив циркуляцию оксидов в направлении декантатора, увеличивают количество зол, удаляемых в декантаторе, и ограничивают концентрацию зол, циркулирующих в топливном реакторе. За счет этого ограничивают риски слипания между золами и металлическим оксидом во время сжигания.
Кроме того, в случае, когда частицы носителя кислорода подвергаются механическому разрушению (истиранию), приводящему к образованию мелких частиц, можно корректировать условия работы зоны разделения для удаления не только летучих зол от сжигания, но также мелких частиц материала-носителя кислорода, подвергнувшегося истиранию. В этих новых условиях работа установки является оптимальной, если расход отделенных частиц, увлекаемых газом псевдоожижения в зоне разделения, соответствует, по меньшей мере, расходу летучих зол при сжигании угля в химическом контуре в топливном реакторе и расходу частиц металлических оксидов, претерпевших истирание, за вычетом расхода частиц, удаляемых в дымах от сжигания или в отходах топливного реактора. Это позволяет избежать скапливания в установке зол и мелких частиц материала-носителя кислорода.
Другой задачей настоящего изобретения является дополнение описанного выше устройства для получения системы удаления агломерированных зол в нижней части первой реакционной зоны, работающей с кипящим слоем в плотной фазе. Это устройство позволяет полностью удалять все агломерированные золы, которые образуются в зоне восстановления (топливный реактор). В этой конфигурации агломерированные золы удаляются из зоны восстановления в концентрированном потоке, в котором массовая концентрация агломерированных зол составляет, по меньшей мере, 10%, предпочтительно, по меньшей мере, 50%.
Описание фигур
Изобретение проиллюстрировано фиг. 1, 2 и 3, которые не носят ограничительного характера.
Фиг.1 иллюстрирует общий принцип изобретения, включая зону восстановления в предпочтительном варианте выполнения (с осаждением агломерированных зол).
Фиг. 2 иллюстрирует частный вариант выполнения реакционных зон R1, R2 и зоны разделения S3.
Фиг. 3 - пример распределения гранулометрического состава летучих зол, в котором показано совокупное количество в массовых процентах в зависимости от диаметра частиц (dp в микронах).
Фигура 1:
зона восстановления (топливный реактор) в основном включает в себя 3 зоны:
- первую зону R1 установления контакта частиц твердой загрузки с частицами металлических оксидов, работающую в плотном кипящем слое,
- зону сжигания (или вторую реакционную зону) R2 газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны, в присутствии частиц металлических оксидов и твердого топлива, выходящих из зоны R1, предпочтительно работающую в разбавленном кипящем слое,
- зону быстрого разделения (S3) внутри смеси, выходящей из зоны сжигания R2, обеспечивающую разделение газа, частиц несгоревшего твердого топлива и частиц металлических оксидов.
Установка дополнительно содержит зону S4 очистки дымов от пыли, зону S5 разделения посредством декантации, зону S6 осаждения агломерированных зол и зону D7 разделения потока.
Для упрощения зона окисления в химическом контуре схематично показана на фиг. 1 в виде зоны (R0), ограниченной пунктирной линией.
Материал-носитель кислорода, возвращающийся из зоны окисления R0 (в данном случае не показан), предпочтительно поступает в зону установления контакта в плотном кипящем слое R1 восстановительного реактора через трубопровод (8). Наиболее тяжелые частицы, выходящие из зоны быстрого разделения (S3) через трубопровод (9), поступают в зону окисления (R0) (топливный реактор). Твердое топливо подают в зону установления контакта R1 через один или несколько трубопроводов подачи топлива (10). Псевдоожижение зоны установления контакта R1 осуществляют через вход (11) газа псевдоожижения, как правило, окисляющего газа, такого как водяной пар или СО2, вводимые раздельно или в смеси.
В этой первой псевдоожиженной зоне в плотной фазе R1 твердое топливо, нагреваемое в присутствии окисляющего газа, подвергается удалению летучих веществ и частичной газификации. В этой зоне начинается сжигание образующихся газов в химическом контуре. Время пребывания частиц в этой первой зоне обычно составляет от 0,25 до 20 минут, предпочтительно от 2 до 10 минут. Как правило, поверхностная скорость газа составляет от 0,3 до 3 м/с в условиях реакции на выходе первой реакционной зоны R1.
В этой зоне концентрация металлических оксидов равна не менее 10% по объему, и температура обычно составляет от 800 до 1000°С, предпочтительно превышает 900°С.
Газы, образующиеся при удалении летучих компонентов, газификации и сжигании, переносят частицы во вторую реакционную зону R2, предпочтительно работающую в режиме подвижного разбавленного кипящего слоя, в которой в основном происходят реакции сжигания остаточных газов удаления летучих компонентов и газификации. В этой зоне среднее время пребывания газов обычно составляет от 1 до 20 секунд, при этом среднее время пребывания твердых веществ колеблется от 2 секунд до 1 минуты. Скорость газов в этой зоне предпочтительно колеблется 3 до 30 м/с, предпочтительно от 5 до 15 м/с, и поток твердых носителей кислорода колеблется от 25 до 500 кг/с/м2 и предпочтительно составляет от 60 до 300 кг/с/м2, что способствует хорошему контакту между газами и частицами металлических оксидов. В этих условиях стремятся добиться объемной концентрации частиц менее 10%, предпочтительно менее 5%.
Затем смесь газов и частиц, выходящую из второй реакционной зоны R2, направляют в зону разделения (S3), в которой происходит быстрое отделение наиболее тяжелых частиц (в основном частиц материала-носителя кислорода) от наиболее легких частиц. Наиболее тяжелые частицы выходят из зоны разделения (S3) через трубопровод удаления (9) и поступают в реакционную зону окисления R0 (воздушный реактор). Для лучшего отделения плотных частиц и легких частиц в зоне разделения S3 с камерой S3 можно соединить трубопровод (12) подачи внешнего дополнительного газа для псевдоожижения плотных частиц в нижней части камеры вокруг выходного трубопровода второй реакционной зоны R2.
Наиболее легкие частицы, в основном представляющие собой частицы несгоревшего топлива, летучие золы и наиболее легкие частицы материала-носителя кислорода, увлекаются газообразными продуктами сжигания, в основном содержащими СО2 и водяной пар, и выходят из топливного реактора через трубопровод удаления (13). Предпочтительно поверхностная скорость газов в разбавленной фазе зоны S3 в результате прохождения дымов сжигания и возможного добавления внешнего газа соответствует значению от 30 до 300% средней конечной скорости падения частиц носителя кислорода, и предпочтительно составляет от 50 до 150% средней конечной скорости падения частиц носителя кислорода.
Трубопровод (9) позволяет удалять наиболее плотные частицы среды, то есть большинство частиц металлических оксидов, восстановленных при контакте с углем в зонах R1 и R2, в окислительный реактор (воздушный реактор, схематично показанный пунктирной линией в виде зоны (R0)), а также небольшие количества летучих зол и несгоревшего топлива, которые не были отделены в зоне S3.
Легкие частицы, выходящие из зоны восстановления вместе с газообразными продуктами сжигания через трубопровод удаления (13), направляются затем в зону пылеулавливания S4, состоящую из одной или двух ступеней разделения. Разделение происходит, например, в циклонах, которые являются хорошо известными специалисту технологическими элементами. Это пылеулавливание позволяет рекуперировать не менее 99% частиц, предпочтительно не менее 99,5% частиц, перемещаемых в дымах сжигания, на выходе топливного реактора. Очищенные от пыли газы выходят из зоны пылеулавливания S4 через трубопровод удаления (14) и поступают для возможной пост-обработки на выходе реакционной зоны в зонах, таких как: зона отбора тепла, позволяющая понизить температуру дымов до значения, близкого к их точке росы, с одновременным теплообменом с паром, зона отделения загрязнений (Sox, NOx и т.д.), зона последнего пылеулавливания, позволяющая снизить содержание частиц в дымах до концентрации, достаточной для обеспечения сжатия СО2, зона конденсации водяного пара и зона сжатия дымов, содержащих в основном СО2 после конденсации воды.
Отделенные от дымов частицы выходят из зоны сжигания через трубопровод удаления (15) и направляются, - по крайней мере, что касается частиц, выходящих из первой ступни разделения в случае использования нескольких ступеней, - в зону разделения D7 потока, представляющую собой, например, кипящий слой с трубопроводом (15) входа частиц и двумя трубопроводами (16) и (17) выхода частиц, предпочтительно расположенными в плотной фазе кипящего слоя, или любое другое известное специалисту средство, например, такое как двойной сильфон. Эти два потока (16) и (17) имеют сходный состав частиц.
Поток частиц (16) предпочтительно представляет собой большую часть, то есть не менее 50%, предпочтительно не менее 80% потока частиц, перемещаемого в трубопроводе (13), и рециркулируется непосредственно в первую реакционную зону R1.
Поток частиц (17), предпочтительно представляющий собой меньшую часть первоначального потока, направляется в зону S5 разделения посредством декантации, содержащую, например, кипящий слой, из которого легкие частицы выходят через трубопровод удаления (18), увлекаемые газом псевдоожижения, который поступает через трубопровод подачи (20). В кипящем слое, образующем зону S5 разделения посредством декантации, скорость регулируют таким образом, чтобы обеспечивать удаление летучих зол с расходом, соответствующим расходу зол в потоке, создаваемом при сжигании. Диаметр камеры S5, позволяющий удалять золы, регулируют в зависимости от предусматриваемого количества зол. Действительно, перемещение частиц из кипящего слоя зависит от концентрации частиц, которые могут увлекаться в кипящем слое, и от сечения пустого ствола декантатора. Скорость газа тоже регулируют в зависимости от потребностей разделения. Скорость газа влияет также на количество увлекаемого материала, но при этом ухудшает характеристики увлекаемых материалов. Чем выше скорость, тем более тяжелые частицы могут увлекаться. Как правило, скорость газа составляет от 0,3 до 1,5 м/с, предпочтительно находится в диапазоне 0,4-1 м/с, чтобы получать потоки увлекаемых частиц от 0,01 до 5 кг/с/м2, предпочтительно от 0,05 до 0,5 кг/с/м2. Чем выше скорость, тем ниже концентрация зол в остаточном потоке (20), рециркулируемом в топливный реактор.
Псевдоожижение зоны S5 разделения посредством декантации осуществляют при помощи газа, тщательно выбираемого в зависимости от потребностей способа. декантацию можно осуществлять при помощи газа-носителя, состоящего из воздуха. В этих условиях газ псевдоожижения, по меньшей мере, частично повторно окисляет частицы материала-носителя кислорода и частицы несгоревшего твердого топлива. В этих условиях можно использовать средства, позволяющие удалять тепло в этой зоне для охлаждения кипящего слоя и/или его газообразных отходов. В этих условиях дымы, выходящие из зоны разделения посредством декантации, не смешиваются с дымами восстановительного реактора, выходящими через трубопровод удаления (14), а могут, например, смешиваться с газообразными отходами воздушного реактора или могут подвергаться отдельной обработке.
Можно также использовать газ, такой как СО2, для осуществления разделения посредством декантации в кипящем слое. В этих условиях отходы декантатора, выходящие через трубопровод (18), могут смешиваться с домами топливного реактора, выходящими через трубопровод удаления (14) после пост-обработки, обеспечивающей удаление частиц угля, например, в зоне дожигания несгоревших частиц угля.
Для осуществления разделения посредством декантации можно также предусмотреть другие газы, такие как водяной пар.
Предпочтительно прохождение частиц между делителем потока D7 и первой реакционной зоной R1, между делителем D7 и разделителем-декантатором S5 и между разделителем-декантатором S5 и зоной R1 восстановительного реактора контролируют при помощи механических вентилей, таких как L-образные вентили.
Зона S5 разделения посредством декантации позволяет удалять мелкие частицы зол. Разделение посредством декантации позволяет также удалять мелкие частицы металлического оксида, получаемые в ходе способа при истирании. Выбор высокой скорости декантации позволяет удалять частицы металлического оксида-носителя кислорода, разрушающиеся при циркуляции частиц между воздушным реактором (зона окисления) и топливным реактором (зона восстановления).
В предпочтительном варианте выполнения псевдоожиженная зона S6, обеспечивающая осаждение топочных зол, которые имеют очень большой размер по сравнению с частицами материала-носителя кислорода и твердого топлива, расположена под зоной установления контакта R1, для обеспечения удаления топочных зол. В эту зону через трубопровод (21) поступает смесь частиц, в основном содержащая агломерированные золы и металлический оксид, а также незначительные количества летучих зол и топлива. Псевдоожижение зоны S6 разделения происходит при низкой скорости псевдоожижения, соответствующей 1-10-кратной минимальной скорости псевдоожижения частиц материала-носителя кислорода при помощи частично окисляющего газа, такого как Н2О или СО2, раздельно или в смеси, поступающего через один или несколько трубопроводов подачи (22). Более плотные агломерированные частицы будут стремиться к осаждению на дне зоны S6, тогда как более легкие частицы (не агломерированный носитель кислорода, летучие золы и несгоревший уголь) хорошо поддаются псевдоожижению и могут быть рециркулированы в зону R1 через трубопровод (23).
В основании зоны S6 средства извлечения, такие как охлаждаемый шнек, позволяют извлекать поток частиц (24), содержащий не менее 10% масс.% топочных зол.
Фигура 2:
Фиг. 2 иллюстрирует частный вариант применения зоны восстановления в рамках заявленного способа. Для упрощения на фиг. 2 зона окисления химического контура не показана.
Как показано на фиг. 2, зона восстановления, состоящая из трех зон (R1, R2, S3), содержит плотный кипящий слой R1, над которым находится конус ускорения, сообщающийся с транспортной трубой R2, обеспечивающей прохождение потока в разбавленном кипящем слое, при этом транспортная труба R2 выходит в зону разделения S3, представляющую собой камеру большого диаметра, в которой скорость газа регулируют для обеспечения отделения частиц носителя кислорода, в основном удаляемых в (9), от более легких частиц (несгоревшее топливо, летучие золы и мелкие частицы материала-носителя кислорода), удаляемых в (13) в дымоход. Средства пылеулавливания в дымоходе (13) состоят из двух ступеней последовательных циклонов S4. Частицы, отделяемые этими циклонами S4, выбрасываются в кипящий слой D7, работающий при скорости псевдоожижения, близкой к минимальной скорости псевдоожижения, чтобы избегать любого увлечения частиц с газом псевдоожижения, и позволяющий разделить на две части поток отделенных частиц при помощи двух трубопроводов (16) и (17), соединенных с плотной фазой кипящего слоя D7. Поток (16) рециркулируют в восстановительный реактор, а поток (17) направляют в кипящий слой S5. В кипящем слое S5 скорость, сообщаемая газу псевдоожижения, является высокой и способствует увлечению легких частиц (летучие золы и, возможно, несгоревшее топливо, а также мелкие частицы материала-носителя кислорода), которые выходят вместе с газом псевдоожижения в трубопровод (18). Остальную часть частиц рециркулируют в первую зону установления контакта восстановительного реактора R1.
В нижнем продолжении зоны R1 сжигания в плотной фазе усеченная конусная секция S6 обеспечивает осаждение агломерированных зол, которые постепенно опускаются в нижнюю часть усеченного конусного сечения S6. Предпочтительно скорость псевдоожижения вдоль усеченной конусной секции S6 составляет от 1 до 3-кратной минимальной скорости псевдоожижения частиц материала-носителя кислорода, чтобы способствовать осаждению агломерированных зол, которые являются намного более крупными, чем материал-носитель кислорода. В этих условиях не агломерированные частицы оксидов, летучие золы и топливо могут проходить в двух направлениях между зоной S6 и зоной R1. Половина угла конуса относительно вертикали предпочтительно составляет от 5 до 30°, предпочтительно имеет значение около 15°. В основании конуса охлаждаемый шнек обеспечивает удаление агломерированных зол в смеси с частью частиц материала-носителя кислорода. В усеченной конусной секции, начиная от низа конуса, ступенчато расположены аэрационные каналы. В основании конуса на первом уровне нагнетаемый аэрационный поток соответствует, например, расходу, создающему от 1 до 3-кратной минимальной скорости материала-носителя кислорода на втором уровне, находящемся в конусе выше. На втором уровне расход нагнетаемого потока соответствует необходимому дополнению аэрации, создающему скорость, равную 1-3-кратной минимальной скорости псевдоожижения материала-носителя кислорода на третьем уровне, находящемся в конусе выше, и так далее до самого основания топливного реактора. В зависимости от высоты конуса число аэрационных каналов определяют таким образом, чтобы нагнетание производилось примерно через каждый метр. Предпочтительно нагнетаемым аэрационным газом является СО2 или водяной пар.
Работе описанного выше способа способствует применение материала-носителя кислорода, имеющего гранулометрический состав и плотность зерна, способствующие разделению с частицами летучих зол, несгоревшего топлива и агломерированных зол. Предпочтительно гранулометрический состав носителя кислорода выбирают таким образом, чтобы 90 масс.% частиц имели гранулометрический размер от 100 до 500 микрон, предпочтительно 90% от 150 до 300 микрон, еще предпочтительнее 95% от 150 до 300 микрон.
Кроме того, плотность зерна частиц носителя кислорода предпочтительно превышает 2500 кг/м3, предпочтительно превышает 3400кг/м3 и еще предпочтительнее - превышает 4000 кг/м3.
Фигура 3: Фиг. 3 иллюстрирует гранулометрический состав летучих зол, производимых при сжигании угля в химическом контуре согласно представленному ниже примеру.
Пример
Следующий пример позволяет проиллюстрировать изобретение на основании моделирования работы установки мощностью 3 МВт.ч.
В эту установку загружают уголь с расходом 420 кг/ч при содержании зол 13,9 масс.% и при содержании летучих веществ 29,9%.
Уголь загружают в топливный реактор с гранулометрическим составом, при котором менее 2% угля имеет размер частиц, превышающий 200 микрон.
Гранулометрический состав носителя кислорода является таким, что 90 масс.% частиц имеют гранулометрический размер от 150 до 300 микрон, а плотность носителя кислорода близка к 4000 кг/м3.
В качестве примера гранулометрический состав летучих зол представлен на фиг. 3.
Топливный реактор содержит три зоны:
- первую реакционную зону R1 установления контакта частиц твердой загрузки с частицами металлических оксидов в плотном кипящем слое,
- зону сжигания в разбавленной фазе (вторая реакционная зона R2) газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны, в присутствии частиц металлических оксидов,
- зону S3 разделения частиц внутри смеси, выходящей из зоны сжигания в разбавленной фазе, позволяющую отбирать вместе с дымами большую часть частиц недожога.
Сжигание происходит в топливном реакторе при контакте с металлическим оксидом, переносящим 1,9 масс.% кислорода, с расходом потока из воздушного реактора, составляющим около 35500 кг/ч.
Поток (13), увлекаемый на выходе зоны S3 быстрого разделения, состоит из мелких частиц металлического оксида, летучих зол и частиц несгоревшего угля.
Этот поток имеет следующий состав:
металлический оксид: 6000 кг/ч;
золы: 340 кг/ч;
несгоревший уголь = 100,5 кг/ч.
После пылеулавливания отделенные частицы, выходящие через трубопровод (15) и увлекаемые в кипящий слой деления D7, имеют следующий состав:
металлический оксид: 5990 кг/ч;
золы: 333 кг/ч;
несгоревший уголь = 100 кг/ч.
Кипящий слой D7 делит поток (15) на два потока (16) и (17) одинакового состава, содержащих соответственно 85% и 15% потока (15). Кипящий слой D7 представляет собой кипящий слой диаметром 60 см, работающий при скорости псевдоожижения 8 см/с. Поток (22), питающий кипящий слой-декантатор, имеет следующий состав:
металлический оксид: 899 кг/ч;
золы: 50 кг/ч;
несгоревший уголь = 15 кг/ч.
Поток (16), возвращаемый в топливный реактор, имеет следующий состав:
металлический оксид: 5091 кг/ч;
золы: 283 кг/ч;
несгоревший уголь = 85 кг/ч.
Декантатор позволяет удалить около 80% зол из потока (17). В данном случае декантатор представляет собой кипящий слой диаметром 0,8 м, работающий при скорости псевдоожижения 0,75 м/с. Псевдоожижение декантатора происходит при помощи СО2, поступающего через трубопровод (19). Поток, поступающий в декантатор через трубопровод (18), имеет следующий состав:
металлический оксид: 29 кг/ч;
золы: 40 кг/ч;
несгоревший уголь = 12 кг/ч.
Поток, выходящий через трубопровод (20) и обеспечивающий рециркуляцию в топливный реактор частиц, не увлекаемых в декантатор, имеет следующий состав:
металлический оксид: 870 кг/ч;
золы: 10 кг/ч;
несгоревший уголь = 3 кг/ч.
Низ зоны установления контакта R1 топливного реактора имеет диаметр 917 мм и продолжен в своей нижней части (снизу) конусом с половиной угла 15° относительно вертикали, имеющим высоту 1711 мм, в котором расположены 2 аэрационных уровня, один из которых находится в основании конуса и позволяет вводить 7 кг/ч пара, а другой находится на половине высоты и позволяет вводить 20 кг/ч пара. В этих условиях средняя скорость псевдоожижения металлического оксида имеет значение, близкое к 2-3-кратной минимальной скорости псевдоожижения металлических оксидов и позволяет извлекать около 9 кг/ч агломерированных зол средним диаметром от 0,5 до 5 мм в основании конуса при помощи средств извлечения (24), содержащих охлаждаемый шнек, в смеси с 30 кг/ч металлического оксида.
Поток (9), удаляющий частицы, не отделенные в S3, в воздушный реактор (R0), имеет следующий состав:
металлический оксид: 35441 кг/ч;
золы: 2 кг/ч;
несгоревший уголь = 8 кг/ч.
Золы и уголь, направляемые в воздушный реактор, удаляются в ходе повторного окисления металлического оксида. Уголь, сгоревший в воздушном реакторе при контакте с воздухом, и золы удаляются с прохождением через циклон. Металлический оксид, предназначенный для компенсации потерь оксида во время декантации, добавляют в воздушный реактор периодически.
Представленный выше пример иллюстрирует работу способа сжигания угля в химическом контуре, позволяющего непрерывно удалять золы.
Так, при сжигании угля образуется поток зол с расходом 58 кг/ч. Они удаляются в следующих потоках:
- летучие золы, увлекаемые в воздушный реактор (зона окисления R0) потоком (9) после осаждения в смеси с материалом-носителем кислорода в зоне быстрого разделения S3 = 2 кг/ч;
- агломерированные топочные золы, извлекаемые шнеком (24) = 9 кг/ч;
- летучие золы, увлекаемые на выходе циклонов S4 вместе с дымами топливного реактора в потоке (14) = 7 кг/ч;
- летучие золы, увлекаемые в газообразных отходах, выходящих через трубопровод (18) декантатора S5 = 40 кг/ч.
Благодаря этому непрерывному удалению скапливание зол в установке остается ограниченным (циркуляция зол в топливном реакторе 350 кг/ч по сравнению с циркуляцией оксида 35500 кг/ч, то есть при концентрации около 1%).
Кроме того, уголь сгорает в основном в топливном реакторе при контакте с металлическим оксидом, что позволяет предусматривать степень улавливания более 90%. Действительно, в топливный реактор поступает 420 кг/ч угля.
Несгоревший уголь перемещается в воздушный реактор (R0) через трубопровод (9) с расходом 8 кг/ч.
Несгоревший уголь, увлекаемый в декантатор S5 через трубопровод (18), имеет расход 12 кг/ч.
Несгоревший уголь, увлекаемый на выходе зоны S4 очистки дымов от пыли через трубопровод (14), имеет расход 0,5 кг/ч.
Claims (16)
1. Способ сжигания углеводородной загрузки из твердых частиц в химическом контуре, в котором циркулирует материал-носитель кислорода в виде частиц, при этом упомянутый способ включает, по меньшей мере:
- приведение в контакт частиц твердой загрузки и частиц материала-носителя кислорода в первой реакционной зоне R1, работающей в плотном кипящем слое;
- сжигание газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны R1, в присутствии частиц материала-носителя кислорода во второй реакционной зоне R2;
- разделение несгоревших частиц твердой загрузки, летучих зол и частиц материала-носителя кислорода внутри смеси, выходящей из зоны R2, в зоне быстрого разделения S3 для перемещения вместе с дымами горения (13) основной части несгоревших частиц твердой загрузки и летучих зол и направления основной части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0;
- очистку от пыли дымов (13), выходящих из зоны быстрого разделения S3, в зоне очистки дымов от пыли S4 для удаления потока очищенных от пыли газов (14) и потока частиц (15), содержащего золы и плотные частицы, в основном образовавшиеся из частиц носителя кислорода и из частиц несгоревшей твердой загрузки;
- разделение потока частиц (15), отделенных на этапе пылеулавливания S4, на два потока в зоне разделения потока D7,
при этом один из них рециркулируют в реакционную зону R1, работающую в плотном кипящем слое, а другой направляют в зону разделения S5 посредством декантации;
- разделение посредством декантации в упомянутой зоне S5 для рекуперации зол и рециркуляции плотных частиц в первую реакционную зону R1.
- приведение в контакт частиц твердой загрузки и частиц материала-носителя кислорода в первой реакционной зоне R1, работающей в плотном кипящем слое;
- сжигание газообразных отходов, выходящих из первой реакционной зоны R1, в присутствии частиц материала-носителя кислорода во второй реакционной зоне R2;
- разделение несгоревших частиц твердой загрузки, летучих зол и частиц материала-носителя кислорода внутри смеси, выходящей из зоны R2, в зоне быстрого разделения S3 для перемещения вместе с дымами горения (13) основной части несгоревших частиц твердой загрузки и летучих зол и направления основной части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0;
- очистку от пыли дымов (13), выходящих из зоны быстрого разделения S3, в зоне очистки дымов от пыли S4 для удаления потока очищенных от пыли газов (14) и потока частиц (15), содержащего золы и плотные частицы, в основном образовавшиеся из частиц носителя кислорода и из частиц несгоревшей твердой загрузки;
- разделение потока частиц (15), отделенных на этапе пылеулавливания S4, на два потока в зоне разделения потока D7,
при этом один из них рециркулируют в реакционную зону R1, работающую в плотном кипящем слое, а другой направляют в зону разделения S5 посредством декантации;
- разделение посредством декантации в упомянутой зоне S5 для рекуперации зол и рециркуляции плотных частиц в первую реакционную зону R1.
2. Способ по п. 1, включающий:
- осаждение агломерированных топочных зол в нижней части первой реакционной зоны R1 в зоне псевдоожижения S6, расположенной под первой реакционной зоной R1,
- извлечение потока частиц (24), содержащего по меньшей мере 10 мас.% агломерированных топочных зол.
- осаждение агломерированных топочных зол в нижней части первой реакционной зоны R1 в зоне псевдоожижения S6, расположенной под первой реакционной зоной R1,
- извлечение потока частиц (24), содержащего по меньшей мере 10 мас.% агломерированных топочных зол.
3. Способ по п. 2, в котором псевдоожижение зоны S6 осуществляют при помощи газа со скоростью газа псевдоожижения в наибольшем проходном сечении зоны S6, которая не превышает 3-кратной минимальной скорости псевдоожижения материала-носителя кислорода.
4. Способ по п. 3, в котором извлечение агломерированных зол из зоны псевдоожижения S6 осуществляют при помощи охлаждаемого шнека.
5. Способ по п. 1, в котором твердую загрузку выбирают из угля, кокса, нефтяного кокса, биомассы, битумных песков и бытовых отходов.
6. Способ по п. 1, в котором материал-носитель кислорода представляет собой сыпучее твердое вещество с размером частиц, при котором гранулометрический состав на 90% находится в пределах от 150 до 300 микрон.
7. Способ по п. 1, в котором газ псевдоожижения, подаваемый в зону разделения S5 посредством декантации, по меньшей мере, частично состоит из дымов, производимых при сжигании твердой загрузки.
8. Способ по п. 7, в котором газ псевдоожижения, подаваемый в зону разделения S5 посредством декантации, полностью состоит из дымов, производимых при сжигании твердой загрузки.
9. Способ по п. 1, в котором поток, непосредственно рециркулируемый в первую реакционную зону R1, работающую в плотном кипящем слое, составляет по меньшей мере 50% потока, поступающего в зону разделения потока D7.
10. Способ по п. 9, в котором поток, непосредственно рециркулируемый в первую реакционную зону R1, работающую в плотном кипящем слое, составляет по меньшей мере 80% потока, поступающего в зону разделения потока D7.
11. Способ по п. 1, в котором концентрация летучих зол в смеси частиц, циркулирующей в зоне сжигания, составляет менее 5 мас.%.
12. Способ по п. 11, в котором концентрация летучих зол в смеси частиц, циркулирующей в зоне сжигания, составляет менее 1 мас.%.
13. Установка для сжигания твердой углеводородной загрузки в химическом контуре окисления-восстановления при помощи способа по одному из пп. 1-12, при этом упомянутая установка содержит, по меньшей мере:
- первую реакционную зону R1, содержащую вход для твердого топлива (10), вход для газа псевдоожижения (11) и вход для частиц носителя кислорода (8), поступающих из зоны окисления R0,
- вторую реакционную зону R2, в которую поступает газообразный отход сжигания, содержащий частицы, поступающие из первой реакционной зоны R1,
- зону быстрого разделения S3 твердых частиц, в которую поступает газообразный отход сжигания из второй реакционной зоны R2, содержащий золы, частицы носителя кислорода и частицы несгоревшей твердой загрузки, и которая содержит выходной трубопровод (9) для удаления большей части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0,
- зону очистки дымов от пыли S4, в которую через вход (13) поступают наиболее легкие частицы, увлекаемые газообразными продуктами сжигания, выходящими из зоны быстрого разделения S3,
- зону разделения потока D7, в которую через вход (15) поступает поток частиц, отделенных от дымов в зоне очистки S4 дымов от пыли, при этом упомянутый поток содержит золы и плотные частицы, в основном образованные частицами носителя кислорода и частицами несгоревшей твердой загрузки,
- зону разделения S5 посредством декантации, в которую через вход (17) поступает меньшая часть потока частиц, разделенного в зоне разделения потока D7, и которая содержит трубопровод (19), обеспечивающий подачу газа псевдоожижения, и трубопровод (18) удаления легких частиц, в основном содержащих летучие золы и мелкие частицы материала-носителя кислорода,
- трубопровод (16), отходящий от зоны разделения потока D7, для непосредственной рециркуляции основной части потока частиц, разделенного в зоне разделения потока D7, в первую реакционную зону R1,
- трубопровод (20), отходящий от зоны разделения S5 посредством декантации, для рециркуляции плотных частиц, отделенных посредством декантации, в первую реакционную зону R1.
- первую реакционную зону R1, содержащую вход для твердого топлива (10), вход для газа псевдоожижения (11) и вход для частиц носителя кислорода (8), поступающих из зоны окисления R0,
- вторую реакционную зону R2, в которую поступает газообразный отход сжигания, содержащий частицы, поступающие из первой реакционной зоны R1,
- зону быстрого разделения S3 твердых частиц, в которую поступает газообразный отход сжигания из второй реакционной зоны R2, содержащий золы, частицы носителя кислорода и частицы несгоревшей твердой загрузки, и которая содержит выходной трубопровод (9) для удаления большей части частиц материала-носителя кислорода в зону окисления R0,
- зону очистки дымов от пыли S4, в которую через вход (13) поступают наиболее легкие частицы, увлекаемые газообразными продуктами сжигания, выходящими из зоны быстрого разделения S3,
- зону разделения потока D7, в которую через вход (15) поступает поток частиц, отделенных от дымов в зоне очистки S4 дымов от пыли, при этом упомянутый поток содержит золы и плотные частицы, в основном образованные частицами носителя кислорода и частицами несгоревшей твердой загрузки,
- зону разделения S5 посредством декантации, в которую через вход (17) поступает меньшая часть потока частиц, разделенного в зоне разделения потока D7, и которая содержит трубопровод (19), обеспечивающий подачу газа псевдоожижения, и трубопровод (18) удаления легких частиц, в основном содержащих летучие золы и мелкие частицы материала-носителя кислорода,
- трубопровод (16), отходящий от зоны разделения потока D7, для непосредственной рециркуляции основной части потока частиц, разделенного в зоне разделения потока D7, в первую реакционную зону R1,
- трубопровод (20), отходящий от зоны разделения S5 посредством декантации, для рециркуляции плотных частиц, отделенных посредством декантации, в первую реакционную зону R1.
14. Установка по п. 13, в которой проходное сечение второй реакционной зоны R2 меньше проходного сечения первой реакционной зоны R1.
15. Установка по одному из пп. 13 или 14, содержащая зону осаждения агломерированных топочных зол, находящуюся под первой реакционной зоной R1 и содержащую:
- трубопровод подачи агломерированных зол (21),
- зону псевдоожижения S6,
- один или несколько трубопроводов (22), обеспечивающих подачу газа псевдоожижения,
- выходной трубопровод (23) удаления частиц носителя кислорода для их рециркуляции в первую реакционную зону R1,
- средства извлечения потока частиц (24), содержащего по меньшей мере 10 мас.% агломерированных топочных зол.
- трубопровод подачи агломерированных зол (21),
- зону псевдоожижения S6,
- один или несколько трубопроводов (22), обеспечивающих подачу газа псевдоожижения,
- выходной трубопровод (23) удаления частиц носителя кислорода для их рециркуляции в первую реакционную зону R1,
- средства извлечения потока частиц (24), содержащего по меньшей мере 10 мас.% агломерированных топочных зол.
16. Установка по п. 15, в которой зона псевдоожижения S6 является усеченной конусной зоной с половиной угла относительно вертикали, меньшей или равной 15°.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1102848A FR2980258B1 (fr) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | Procede de combustion en boucle chimique avec elimination des cendres et fines dans la zone de reduction et installation utilisant un tel procede |
| FR1102848 | 2011-09-20 | ||
| PCT/FR2012/000336 WO2013041779A1 (fr) | 2011-09-20 | 2012-08-09 | Procédé de combustion en boucle chimique avec elimination des cendres et fines dans la zone de reduction et installation utilisant un tel procede |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014115717A RU2014115717A (ru) | 2015-10-27 |
| RU2598503C2 true RU2598503C2 (ru) | 2016-09-27 |
Family
ID=46832461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014115717/06A RU2598503C2 (ru) | 2011-09-20 | 2012-08-09 | Способ сжигания в химическом контуре с удалением зол и мелких частиц в зоне восстановления и установка, в которой применяют такой способ |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9726369B2 (ru) |
| EP (1) | EP2758711B1 (ru) |
| JP (1) | JP2014526672A (ru) |
| KR (1) | KR20140072109A (ru) |
| CN (1) | CN103946633B (ru) |
| AU (1) | AU2012311411B2 (ru) |
| BR (1) | BR112014006453A2 (ru) |
| CA (1) | CA2846993C (ru) |
| ES (1) | ES2710890T3 (ru) |
| FR (1) | FR2980258B1 (ru) |
| PL (1) | PL2758711T4 (ru) |
| RU (1) | RU2598503C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013041779A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201401594B (ru) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3004126B1 (fr) | 2013-04-05 | 2016-01-01 | IFP Energies Nouvelles | Procede et dispositif de combustion par boucle chimique de charges hydrocarbonees liquides |
| FR3007104B1 (fr) | 2013-06-13 | 2019-01-25 | IFP Energies Nouvelles | Procede et installation de combustion par oxydo-reduction en boucle chimique d'une charge hydrocarbonee solide |
| FR3007105B1 (fr) * | 2013-06-13 | 2015-07-17 | IFP Energies Nouvelles | Procede et installation de combustion par oxydo-reduction en boucle chimique d'une charge hydrocarbonee solide avec elimination des cendres de foyer |
| JP6326982B2 (ja) * | 2013-06-21 | 2018-05-23 | 東京瓦斯株式会社 | ケミカルループ燃焼方法及び酸素キャリア |
| CN103486576A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-01-01 | 上海锅炉厂有限公司 | 一种三反应器结构的化学链燃烧装置和方法 |
| JP6214344B2 (ja) * | 2013-10-31 | 2017-10-18 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ケミカルルーピング燃焼システムおよびその運転方法 |
| JP6300646B2 (ja) * | 2014-06-03 | 2018-03-28 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ケミカルルーピング燃焼システム |
| FR3022611B1 (fr) * | 2014-06-19 | 2016-07-08 | Ifp Energies Now | Procede et installation de combustion par oxydo-reduction en boucle chimique avec un controle des echanges de chaleur |
| US9765961B2 (en) * | 2015-03-17 | 2017-09-19 | Saudi Arabian Oil Company | Chemical looping combustion process with multiple fuel reaction zones and gravity feed of oxidized particles |
| CN104930518B (zh) * | 2015-05-18 | 2017-09-29 | 华中科技大学 | 一种低碳处理固体垃圾并抑制二噁英生成的方法 |
| CN108204593B (zh) * | 2018-01-30 | 2024-05-07 | 广州环保投资集团有限公司 | 一种化学链焚烧垃圾的方法 |
| FR3089828A1 (fr) * | 2018-12-17 | 2020-06-19 | IFP Energies Nouvelles | Installation clc comportant un separateur solide/solide integrant une enceinte cyclonique |
| CN110125160A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-16 | 东南大学 | 一种贫铁矿作为载氧体的化学链燃烧处理修复植物的方法 |
| FR3105795B1 (fr) * | 2019-12-30 | 2022-08-05 | Total Raffinage Chimie | Procede integre de conversion thermique d’une charge hydrocarbonee lourde et de combustion indirecte en boucle chimique d'oxydo-reduction |
| CN116096492A (zh) * | 2020-06-29 | 2023-05-09 | 俄亥俄州立创新基金会 | 通过多反应物流量比分级进行高反应物转化的系统和方法 |
| FR3118134B1 (fr) * | 2020-12-18 | 2022-12-16 | Ifp Energies Now | Procédé et réacteur de combustion en boucle chimique comportant une fluidisation étagée |
| CN114042425A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-02-15 | 浙江义九氢能源科技股份有限公司 | 一种氢硼化物专用氢化流化床 |
| CN114574250B (zh) * | 2022-04-14 | 2023-05-02 | 河南大学 | 一种生物质化学链气化制清洁合成气的方法及装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0211483A2 (en) * | 1985-06-13 | 1987-02-25 | Aalborg Ciserv International A/S | Fluidized-bed reactor and its operational process |
| SU1746129A1 (ru) * | 1990-06-07 | 1992-07-07 | Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова | Котел с циркулирующим кип щим слоем |
| RU2006746C1 (ru) * | 1990-06-21 | 1994-01-30 | Научно-производственное предприятие "ЭНЭКО" | Способ сжигания |
| RU2119120C1 (ru) * | 1994-02-18 | 1998-09-20 | Дзе Бабкок энд Вилкокс Компани | Способ и устройство для регулирования температуры слоя в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем |
| RU43944U1 (ru) * | 2004-11-16 | 2005-02-10 | Закрытое акционерное общество "Элиттехнострой" | Система подачи уловленного уноса в топку котла с кипящим слоем |
| EP2273192A1 (en) * | 2009-06-12 | 2011-01-12 | Alstom Technology Ltd | System for converting fuel material |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2394710A (en) * | 1943-08-30 | 1946-02-12 | Universal Oil Prod Co | Contacting fluids with solids |
| US3729551A (en) * | 1971-01-07 | 1973-04-24 | Cons Coal Co | Conversion of calcium sulfate to calcium oxide and elemental sulfur |
| FR2850156B1 (fr) * | 2003-01-16 | 2005-12-30 | Alstom Switzerland Ltd | Installation de combustion avec recuperation de co2 |
| FR2883773B1 (fr) * | 2005-04-01 | 2007-05-11 | Alstom Sa | Dispositif de combustion produisant de l'hydrogene avec reutilisation de co2 capte |
| WO2007014984A1 (fr) * | 2005-08-01 | 2007-02-08 | Alstom Technology Ltd | Reacteur a lit fluidise modulaire |
| US7540893B2 (en) * | 2005-12-06 | 2009-06-02 | General Electric Company | System and method for producing synthesis gas |
| JP5550237B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2014-07-16 | アルストム テクノロジー リミテッド | 電気を発生させる設備および電気を発生させる方法 |
| US7824574B2 (en) * | 2006-09-21 | 2010-11-02 | Eltron Research & Development | Cyclic catalytic upgrading of chemical species using metal oxide materials |
| CN101113343A (zh) | 2007-06-29 | 2008-01-30 | 合肥天焱绿色能源开发有限公司 | 灰渣自凝聚生物质流化床气化炉 |
| FR2919813B1 (fr) * | 2007-08-06 | 2010-08-27 | Air Liquide | Procede de desoxygenation de fumees et installation pour sa mise en oeuvre |
| CN101261010B (zh) | 2008-04-22 | 2011-06-08 | 青岛科技大学 | 双分布板煤基串行流化床化学链燃烧装置 |
| EP2123978A1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | Alstom Technology Ltd | Process for using a facility for combusting carbonaceous materials and relating facility |
| CN101349423B (zh) | 2008-09-05 | 2010-07-21 | 西安交通大学 | 一种用于化学链燃烧的双循环流化床系统 |
| FR2936301B1 (fr) * | 2008-09-23 | 2010-09-10 | Inst Francais Du Petrole | Procede et dispositif optimises de combustion par boucle chimique sur des charges hydrocarbonees liquides |
| FR2941689B1 (fr) * | 2009-01-30 | 2011-02-18 | Inst Francais Du Petrole | Procede integre d'oxydation, reduction et gazeification pour production de gaz de synthese en boucle chimique |
| CN101672530B (zh) | 2009-08-12 | 2012-09-26 | 东南大学 | 一种基于铁或铁氧化物的化学链燃烧的方法和装置 |
| FR2960940B1 (fr) * | 2010-06-02 | 2015-08-07 | Inst Francais Du Petrole | Procede de combustion en boucle chimique avec une zone de reaction integrant une zone de separation gaz-solide et installation utilisant un tel procede |
| FR2960869B1 (fr) * | 2010-06-02 | 2014-08-08 | Inst Francais Du Petrole | Procede et installation de production d'oxygene par boucle chimique en lit fluidise |
| CN201865710U (zh) | 2010-11-26 | 2011-06-15 | 绍兴文理学院 | 煤化学链燃烧发电装置 |
| CN102183014B (zh) | 2011-03-10 | 2012-05-02 | 东南大学 | 一种煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离co2方法 |
-
2011
- 2011-09-20 FR FR1102848A patent/FR2980258B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-08-09 PL PL12758535T patent/PL2758711T4/pl unknown
- 2012-08-09 KR KR1020147010427A patent/KR20140072109A/ko not_active Withdrawn
- 2012-08-09 US US14/346,133 patent/US9726369B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-08-09 AU AU2012311411A patent/AU2012311411B2/en not_active Ceased
- 2012-08-09 JP JP2014531285A patent/JP2014526672A/ja active Pending
- 2012-08-09 CA CA2846993A patent/CA2846993C/fr not_active Expired - Fee Related
- 2012-08-09 RU RU2014115717/06A patent/RU2598503C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-08-09 CN CN201280045638.6A patent/CN103946633B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-08-09 BR BR112014006453A patent/BR112014006453A2/pt active Search and Examination
- 2012-08-09 EP EP12758535.4A patent/EP2758711B1/fr not_active Not-in-force
- 2012-08-09 WO PCT/FR2012/000336 patent/WO2013041779A1/fr not_active Ceased
- 2012-08-09 ES ES12758535T patent/ES2710890T3/es active Active
-
2014
- 2014-03-03 ZA ZA2014/01594A patent/ZA201401594B/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0211483A2 (en) * | 1985-06-13 | 1987-02-25 | Aalborg Ciserv International A/S | Fluidized-bed reactor and its operational process |
| SU1746129A1 (ru) * | 1990-06-07 | 1992-07-07 | Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова | Котел с циркулирующим кип щим слоем |
| RU2006746C1 (ru) * | 1990-06-21 | 1994-01-30 | Научно-производственное предприятие "ЭНЭКО" | Способ сжигания |
| RU2119120C1 (ru) * | 1994-02-18 | 1998-09-20 | Дзе Бабкок энд Вилкокс Компани | Способ и устройство для регулирования температуры слоя в реакторе с циркулирующим псевдоожиженным слоем |
| RU43944U1 (ru) * | 2004-11-16 | 2005-02-10 | Закрытое акционерное общество "Элиттехнострой" | Система подачи уловленного уноса в топку котла с кипящим слоем |
| EP2273192A1 (en) * | 2009-06-12 | 2011-01-12 | Alstom Technology Ltd | System for converting fuel material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL2758711T3 (pl) | 2019-07-31 |
| FR2980258B1 (fr) | 2017-12-29 |
| BR112014006453A2 (pt) | 2017-04-25 |
| FR2980258A1 (fr) | 2013-03-22 |
| AU2012311411A1 (en) | 2014-03-27 |
| RU2014115717A (ru) | 2015-10-27 |
| KR20140072109A (ko) | 2014-06-12 |
| CA2846993C (fr) | 2019-09-17 |
| US20140295359A1 (en) | 2014-10-02 |
| EP2758711A1 (fr) | 2014-07-30 |
| CA2846993A1 (fr) | 2013-03-28 |
| AU2012311411B2 (en) | 2017-05-25 |
| WO2013041779A1 (fr) | 2013-03-28 |
| ZA201401594B (en) | 2014-12-23 |
| JP2014526672A (ja) | 2014-10-06 |
| CN103946633B (zh) | 2016-09-28 |
| US9726369B2 (en) | 2017-08-08 |
| PL2758711T4 (pl) | 2019-07-31 |
| EP2758711B1 (fr) | 2018-10-24 |
| ES2710890T3 (es) | 2019-04-29 |
| CN103946633A (zh) | 2014-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2598503C2 (ru) | Способ сжигания в химическом контуре с удалением зол и мелких частиц в зоне восстановления и установка, в которой применяют такой способ | |
| US9494315B2 (en) | Chemical-looping combustion method with ashes and fines removal at the oxidation zone outlet and plant using same | |
| CA2799133C (fr) | Procede de combustion en boucle chimique avec une zone de reaction integrant une zone de separation gaz-solide et installation utilisant un tel procede | |
| US9714764B2 (en) | Chemical-looping combustion method with dilute phase removal of ashes and fines in the oxidationzone and plant using same | |
| US8499702B2 (en) | Char-handling processes in a pyrolysis system | |
| JP4138032B2 (ja) | 炭素質物質ガス化法 | |
| CN112469942A (zh) | 包括具有气-固混合物分配装置的固/固分离器的clc设施 | |
| WO2020126703A1 (fr) | Installation clc comportant un separateur solide/solide integrant une enceinte cyclonique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180810 |