专利名称：用于化学回路燃烧回路的颗粒分离装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及颗粒球体的分离，更具体地，涉及金属氧化物颗粒的分离，另一方面，涉及可能具有飞灰的未燃烧颗粒的分离，另一方面，涉及用于产生能源、合成气和/或氢气的化学回路燃烧。
背景技术：
化学回路燃烧(CLC)由如下步骤构成在封闭室中使得气体、液体和/或固体烃原料与载氧金属氧化物型固体在高温下发生接触。金属氧化物让出部分其包含的氧，所述氧参与烃的燃烧。燃烧之后，烟气主要包含氧化碳、水和可能的氢。实际上，不必将烃原料与空气发生接触，因此烟气基本上由燃烧气体和可能的用于对颗粒进行传输和流化的稀释气体或者促进固体燃料气化的气体(例如水蒸气)组成。因此，可以在浓缩之后，生产基本上不含氮的高CO2含量(通常大于90体积％，或者甚至98体积％)的烟气，从而可以考虑捕获CO2然后贮存。参与燃烧的金属氧化物再进入另一反应密封室中，其中金属氧化物与空气接触，从而被再氧化。实施化学回路燃烧方法需要大量金属氧化物从而使得所有的燃料发生燃烧。这些金属氧化物通常包含在矿石颗粒中，或者包含在工业处理得到的颗粒(来自钢铁工业或采矿工业的残留物、来自化学工业或精炼的用过的催化剂)中。也可以使用合成材料例如氧化铝或氧化硅-氧化铝载体，其上沉积有可以被氧化的金属(例如镍)。一种氧化物与另一种氧化物的实际可用的最大含氧量有明显差异，范围通常为O.1至15%，常常为O. 3至6重量％。因此，在流化床条件下实施对进行所述燃烧特别有利。实际上，如果赋予颗粒流体的性质，则细分的氧化物颗粒更容易在燃烧和氧化反应密封室中以及在这些密封室之间循环。专利申请FR-2，850，156描述了一种化学回路燃烧方法，其中在将燃料进料到以循环流化床条件下运行的还原反应器之前将燃料碾碎。固体燃料颗粒的尺寸减小实现了更完全和更快速的燃烧。首先通过旋风器提供了从循环床下游的分离，然后通过装置使得未燃烧的颗粒与金属氧化物颗粒分离。未燃烧的颗粒夹带在氧化区中，从而防止了氧化物反应器流出物中CO2的排放。用水蒸气对分离装置进行流化，使得细轻颗粒，例如含碳残留物发生分离并将它们再次进料到反应器中，而较密且较大的氧化物颗粒被输送到氧化反应器。专利申请FR-2，896，709的目的是在化学回路过程中运行的颗粒分离器。将混合有固体燃料的载氧颗粒流进料到该分离器中。在分离器中，颗粒沿曲径在密相中流动并通过挡板，所述挡板对停留时间进行控制并促进较轻颗粒(未燃烧颗粒)与较重颗粒(金属氧化物)的分离。然后，将颗粒进料到流化区，通过安装在分离器基底以及导流器壁上的装置对所述流化进行控制，使得较轻颗粒被夹带并循环到流化反应器中。但是，专利文献FR-2，896，709中所述分离器的运行导致几个至关重要的缺陷。实际上，由于气相中颗粒夹带能力的限制导致分离效率的下降。事实上，需要大量气体和空闲截面来携带大量颗粒。此外，在密相中不能对两种不同固相进行完全分离。事实上，自相矛盾的是，气泡的上升运动导致了较轻颗粒向着密相再次下降并阻碍了完全分离。此外，由于内部特别是非对称内部的存在，导致专利文件FR-2，896，709中的分离器的几何形状过于复杂。考虑到CLC过程中的温度条件(通常高于800° C)下组成分离器的材料经受的机械应力，该几何形状是有问题的。实际上，尽管外壁通常由耐火水泥进行保护并保持低温，但是经受加工条件的内壁则不是这种情况。申请人:开发了一种新型分离器，其中使得来自燃烧区的颗粒混合物与来自燃烧区和/或外部气体源的气流发生接触。然后该混合物进入分离器的稀相。在分离器中，对气流的速度进行控制从而使得较重颗粒(主要是金属氧化物颗粒)沉淀，将较轻颗粒(主要是未燃烧颗粒)携带到分离器的上部从而被循环到燃烧区。从而，本发明的分离器提升了未燃烧颗粒与金属氧化物颗粒的分离效率。此外，较为简单的分离器设计克服了与热应力相关的问题。
发明内容
因此，本发明涉及一种利用固体燃料产生未燃烧颗粒并使用载氧颗粒，例如金属氧化物的化学回路燃烧装置，该装置包含至少一个燃烧区和用于分离来自所述燃烧区的气体混合物中所含颗粒的分离器，所述分离器包含密封室，排放线以及出口线，所述密封室具有至少一条用于所述混合物的进口线，所述排放线设置在密封室的下部，所述出口线设置在装置的上部，对进口和排放/出口参数进行选择从而在密封室的下部产生密相，在密封室的上部产生稀相，其中所述进口线开口于稀相中。分离器的密封室还可以包含来自外源气体的递送线。出口线可以与气固分离器连接，用于通过线排放未燃烧颗粒中消耗的气体并通过与燃烧区连接的线使得未燃烧颗粒发生循环。进口线可以以基本轴向的方式在密封室中开口，长度范围为密封室直径的I至5倍。进口线可以在密封室的下部开口。 密封室的下部可以包含在进口线外壁和分离器壁之间的环形空间。燃烧区可以包含至少一个固体原料递送线、载氧颗粒递送线、流化气体递送线，从而形成所述气体混合物。本发明还涉及利用固体燃烧产生未燃烧颗粒和使用载氧颗粒，例如金属氧化物的化学回路燃烧法，并且包含至少一个燃烧区和用于来自燃烧区的气体混合物中所含颗粒的分离器，本发明涉及一种方法，该方法包括使得颗粒与气体的混合物进入到分离器密封室中，通过密封室上部的出口和该密封下部的抽气口提取颗粒，对所述进口和抽气口参数进行选择，从而在密封室中产生下密相和上稀相，允许所述混合物进入到稀相中。可以将来自外部源的气体进料到分离器密封室中。可以将装置的密封室的稀相中的气体的表观速度值设定在载氧颗粒的平均终端下降速度的30至300%的范围内。可以将装置的密封室的稀相中的气体的表观速度值设定在载氧颗粒的平均终端下降速度的75至125%的范围内。燃烧区上部的气体速度范围可以在3至10m/s。可以将分离器设置在燃烧区上方。可以将来自外部源的气体供给到密封室中，所述来自外部源的气体小于分离器中的总气流的20%。燃烧区可以密相流化床模式运行，将燃烧区的颗粒传输到分离器，通过L-型阀对所述传输进行控制。燃烧区可以密相流化床模式运行，通过气/固分离器将燃烧区的颗粒传输到分离器，所述气/固分离器位于颗粒流入到分离器的出口处。
具体实施例方式通过
图1至5对本发明进行描述，所述图1至5仅以非限制性例子的方式显示了各种位于CLC设备的燃烧区出口处的本发明的装置的实施和整体情况。图5显示本发明装置的一个具体几何形状。图1显示了集成在整体方案中的本发明。区(2)表示化学回路燃烧(CLC)过程中的燃烧区，所述区(2)通过线(7)进料固体原料，通过来自CLC过程的氧化区(未示出)的线(8)进料载氧颗粒，并通过线(17)递送流化气体，例如，用于促进氧化颗粒的流化的水蒸气或者C02。在燃烧区中 处理的固体原料(或燃料)通常由主要含碳、氢的固体烃源组成。所述原料优选选自:煤、焦炭、石油焦、生物质、浙青砂以及生活垃圾。可以密相流化床或者循环流化床模式或者具有由密相和传输相组成的床布局来运行该燃烧区(2)。较佳地，燃烧区上部的气体速度范围可以在3至lOm/s。在将气体流通过进口线(4)进料到分离器(I)中之前，将其从区(2)提取出来，所述气体流中具有含金属氧化物颗粒(表示为重颗粒)以及包含未燃烧颗粒和可能的飞灰的轻颗粒的颗粒流。将来自燃烧区(2)且主要由0)、0)2、!12和!120组成的全部或部分气体流，以及可以来自含例如循环的CO2和/或水蒸气的外部源的余下部分，进料到分离器(I)下部中的线(11)。优选地，对所有的气体燃烧流出物进行分离，更优选地，使用了至少80%的燃烧区流出物。在所述分离器(I)中进行重颗粒与轻颗粒之间的分离，通过排出线(5)进行提取之前重颗粒在分离器的下部中发生沉淀，在通过出口线(6)进行提取之前轻颗粒进入到上部，然后进料到气固分离器(3)，例如旋风分离器中。所述旋风分离器的目的是使得未燃烧颗粒中消耗的气体与未燃烧颗粒发生分离，所述未燃烧颗粒中消耗的气体之后通过线(10 )进行提取，并通过线(9 )对所述未燃烧颗粒和金属氧化物颗粒进行提取并循环到燃烧区(2 )。分离器下部中提取的重颗粒主要由金属氧化物组成，并且可以将它们递送到对氧载体进行进一步还原的第二燃烧区，或者递送到使得氧载体恢复其在燃烧区(2 )的进口处至少部分程度的氧化作用的氧化区，将较轻的未燃烧颗粒从气体流出物分离之后，循环到燃烧区。因此，对进口和排出/出口参数进行选择，从而在密封室的下部产生密相，在密封室的上部产生稀相，进口线(4)开口于稀相中。沉淀在分离器下部形成密相的颗粒由较重颗粒组成，其在分离器中的高度大小取决于，颗粒的密度，供给和提取流速，但是在任何情况下，所述密相的高度形成了与稀相的界面，该高度低于进入到分离器中的进口(4)并允许对从燃烧区提取出来的颗粒混合物进行递送。因此，通过使得从燃烧区提取出来的颗粒混合物在气流中稀释进料，进入到本发明的分离器的稀相中的气流中颗粒的体积分数通常低于5%，优选在I至2%，一方面可以得到沉淀在所述分离器下部或者密相中的载氧颗粒具有最佳分离效率的快速分离，另一方面，同时可以得到在所述分离器上部或稀相中流动的未燃烧颗粒以及可能的飞灰和气体的良好分离效率。所述快速分离指的是在小于I分钟，优选小于20秒内进行的分离，该时间对应于轻颗粒在分离器的稀相中的停留时间。应理解参数是所有允许对涉及流体和/或固体的循环进行控制的条件,例如速
度、流速、质量等。稀相的固体含量通常低于5体积％或者甚至低于I体积％。因此，分离效率可以由下式定义:X=气体中携带的未燃烧颗粒量/进入到分离器中的颗粒混合物中未燃烧颗粒的
总量根据本发明通常可以得到高于70%或者甚至高于80%的分离效率。该良好的分离效率允许优化CO2捕获率高于90%，后者由燃烧区中排放的CO2量与CLC回路中排放的CO2总量的比例所定义。此外，分离区中气流的表观速度应高于未燃烧燃料颗粒的终端下降速度，从而允许气体对其进行夹带。通常，将分离区稀相中的气体的表观速度值设定到载氧颗粒的终端下降速度的30至300%的范围，优选在75至125%的范围。在此速度范围内，分离器稀相中夹带的颗粒流量仍保持低于5kg/s/m2,优选低于lkg/s/m2。平均终端沉淀速度通过下式得到(*):
权利要求
1.一种化学回路燃烧装置，该装置利用固体燃料产生未燃烧颗粒并使用载氧颗粒，例如金属氧化物，该装置包含至少一个燃烧区(2)，用于来自所述燃烧区的气体混合物中所含颗粒的分离器(1)，以及气固分离器(3)，其特征在于: 一所述分离器(I)设置在燃烧区(2)上方并包含密封室，该密封室具有至少一条用于所述混合物的进口线(4)，设置在密封室下部的排放线(5)，以及设置在装置上部的出口线(6)，对进口和排出/出口参数进行选择，从而在密封室的下部产生密相，在密封室的上部产生稀相，并且所述进口线开口于稀相中， 一通过所述出口线(6)进料的气固分离器(3)，其包含用于排放在轻的、未燃烧颗粒中消耗的气体的线(10)，以及与燃烧区(2)连接的、用于将未燃烧颗粒循环到燃烧区(2)的线(9)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离器(I)的密封室还包含用于进料来自外部源的气体的递送线(11)。
3.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述进口线(4)以基本轴向的方式开口于密封室中，并且其长度范围是密封室直径的I至5倍。
4.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述进口线开口于密封室的下部中。
5.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述密封室的下部在进口线(4)的外壁和分离器壁之间包含环形空间(200)。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述燃烧区(2)包含至少一个固体原料递送线(7 )、载氧颗粒递送线(8 )、流化气体递送线(17 )，从而形成所述气体混合物。
7.一种化学回路燃烧方法，该方法利用固体燃料产生未燃烧颗粒并使用载氧颗粒，例如金属氧化物，该方法包含至少一个燃烧区(2)，颗粒分离器(I)以及气固分离器(3)，其特征在于，该方法包括以下步骤: 一使得来自所述燃烧区(2)的、包含燃烧气体和颗粒的气体混合物进入到颗粒分离器Cl)的密封室中， 一通过所述密封室的上部的出口(6)提取较轻颗粒，并通过所述密封室下部的出口(5)排出较重颗粒，对进口和提取参数进行选择从而在密封室中产生下密相和上稀相，使得所述混合物进入到稀相中， 一将通过密封室上部的出口(6)提取的主要由轻的、未燃烧颗粒组成的混合物输送到气体-颗粒分离器(3)， 一通过线(10)将在未燃烧颗粒中消耗的气体从气体-颗粒分离器(3)中排出， -通过连接线(9 )将未燃烧颗粒循环到燃烧区(2 )。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用来自外部源(11)的气体对所述分离器(I)的密封室进料。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将装置的密封室的稀相中气体的表观速度值设定在载氧颗粒的平均终端沉淀速度的30至300%的范围内。
10.如权利要求9所述的 方法，其特征在于，将装置的密封室的稀相中气体的表观速度值设定在载氧颗粒的平均终端沉淀速度的75至125%的范围内。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，燃烧区(2)的上部的气体的速度范围在3至 10m/s。
12.如权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，用来自外部源的气体对所述密封室进料小于分离器中的总气流的20%。
13.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，以密相流化床模式运行燃烧区(2)，从而将颗粒传输到分离器(1)，该传输受L-型阀的控制。
14.如权利要求7至13中任一项所述的方法，其特征在于，以密相流化床模式运行燃烧区(2)，从而通过气/固分离器(12)将颗粒传输到分离器(1)，所述气/固分离器(12)位于颗粒流入分离器(I )的出口处。
全文摘要
本发明涉及一种利用固体燃料产生未燃烧残留物颗粒并使用载氧颗粒，例如金属氧化物的化学回路燃烧装置。该装置包含至少一个燃烧区和用于分离来自所述燃烧区的气体混合物中所含颗粒的分离器。所述分离器包含至少一个密封室(1)、排放线(5)以及出口线(6)，所述密封室具有用于所述混合物的进口线(4)，所述排放线设置在密封室的下部，所述出口线设置在装置的上部，对进口和排放/出口参数进行选择从而在密封室的下部产生密相，在密封室的上部产生稀相。本发明还涉及使用本发明装置的燃烧法。
文档编号B01J8/26GK103080649SQ201180027105
公开日2013年5月1日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年6月2日
发明者A·霍特, F·格尤鲁, S·里弗拉特, T·戈捷 申请人:Ifp新能源公司, 道达尔股份有限公司