用于气化的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于对添加的碳质(carbonaceous)材料的热加工的循环流化床(CFB)反应器，并且涉及用于通过使碳质材料在一个加工步骤中经受热解并在另一加工步骤中经受氧化而从这种碳质材料制造具有4-8MJ/Nm3之间的较高热值的易燃产物气体(product gas)的方法。
【背景技术】
[0002]文献WO 99/32583公开了一种用于气化固体碳质材料的方法和装置，所述装置包括循环流化床(CFB)气化器，如该文献的图1中所描述的，所述气化器由热解反应室(1)、用于分离来自热解反应室的出口气体(32)的含炭颗粒的颗粒分离器(2)、具有至少一个用于来自颗粒分离器的颗粒的入口的炭反应室(3)、以及用于将来自炭反应室的颗粒进一步再循环至热解-反应室的设备。双室CFB气化器的操作可以以不同的方式来控制。所公开的装置和方法在相对低的低于750°C的温度下运行良好。由于在异常低且控制良好的温度下的成功，这一系统特别适用于有机生物质、废物流和能源作物，其含有相对高浓度00.2% )的如钾和磷的元素，所述元素倾向于存在于低熔点的灰分组分中或形成低熔点的灰分组分。
[0003]通过在其中炭颗粒被气化的初级炭反应室和其中添加了新的碳质燃料材料的热解反应室之间添加额外的流化床反应室，可以增大通过先前公开的装置对所添加的碳质材料的分解。这有效地增加了可用于炭处理的反应器容积，从而提高了在热解反应室中初始处理之后剩余炭的分解程度。但是，在再循环分离器与热解反应室(I)之间系列布置一个或多个流化床炭反应室可引发温度控制的问题。温度倾向于在每个后续的流化床炭反应室内增加，这是因为与在热解室内占优势的主要为吸热的热解反应不同，炭分解反应主要是放热的。在常规操作中，通常有利的是，将初级炭反应室保持在尽可能高的温度下，但仍然低于灰分结块的阈值。吸热的热解反应通常驱使热解反应室内的温度降至大约80°c至2000C的水平，这低于初级炭反应室内的温度。即使仅构成总的炭转化床区域的10%，放置在初级炭反应室(3)与热解反应室(I)之间的后续额外流化室通常也将使总的最高加工温度提高至比初级炭反应室内的温度另外高5-20°C。这是不利的，因为这或增加在额外的流化炭反应室内的床材料结块的风险，或迫使降低初级炭反应室内的操作温度。当碳质燃料材料具有高含量的碱、钾、磷和/或氯时，这种增加的结块风险尤其不利。在该情况下，即使小的温度升高也可促进灰分结块，其可导致床材料的结块，引起反应器关闭。
[0004]通过构造反应器以使得“中间”(intermediate)炭反应室内气体和颗粒的停留时间最大化，并且任选地通过在加入中间室的气化剂中使用较高的蒸汽与空气的比率，可以避免这些问题。这提供了更大程度的吸热、基于蒸汽的炭分解反应，并因此使中间室内温度升高的趋势减弱。
【附图说明】
[0005]图1显示根据本发明的CFB反应器的一个实施方式，其示出气体和颗粒流经的部件和导管的相对位置。
[0006]定义
[0007]室内的平均温度是指相当于所述室一半高度的水平处的温度。
【具体实施方式】
[0008]在一些实施方式中，本发明提供一种用于对添加的碳质材料进行热加工的循环流化床(CFB)反应器，所述反应器包括:
[0009]-第一热解反应室(I)，其中，添加的碳质材料由于与热循环颗粒接触而被热解，所述第一反应室(I)具有碳质材料的入口(Ia)、流化气体的入口(Ic)、和所述第一反应室
(I)上部的产物气体的出口(Ib)，所述产物气体携带含碳的炭颗粒和再循环的惰性颗粒，
[0010]-一个或多个分离器⑷，其具有入口(4a)和出口(4b)，通过入口(4a)接收来自所述第一反应室(I)的携带颗粒的产物气体，通过所述出口(4b)所述颗粒离开各分离器并经由一个或多个导管(14)进入初级炭气化室(5)，
[0011]-所述初级炭气化室(5)，其包括:经热解和再循环颗粒的入口(5a)、位于所述初级炭气化室(5)的下部的流化气体(6)的入口(5b)、位于所述初级炭气化室(5)的上部的产出气体(produced gas)的出口(5d)、以及位于所述初级炭气化室(5)的下部的颗粒出口(5c)，所述出口(5c)通向颗粒返回导管(7)，颗粒返回导管(7)通向中间炭气化室(9)，以及
[0012]-所述中间炭气化室(9)，其包括:来自所述初级炭气化室(5)的颗粒的入口(9a)和位于反应器(9)的下部的流化气体的入口(％)，所述流化气体例如为含02/H20的气体，并且所述中间炭气化室(9)进一步包括用于来自室(9)上部的携带颗粒的产出气体的出口(9c)，出口(9c)通向导管(8)，导管(8)具有至少一个通向所述第一反应室(I)的下部的出口并且向所述第一反应室(I)提供流化气体。
[0013]在一些实施方式中，在操作期间，颗粒的第一流化床(11)被提供在初级炭气化室
(5)内，所述第一流化床(11)的容积限定为在所述流化床的底部加入所述流化气体的水平之上并直至该流化床表面存在的容积，在第一流化床(11)容积之上的为含有气体和所夹带细颗粒的净空(freeboard)容积(13)。在一些实施方式中，在操作期间，颗粒被运送通过形成颗粒第二流化床(10)的中间炭气化室(9)，其中所述第二流化床(10)的容积限定为在所述流化床的底部加入所述流化气体的水平之上并直至所述中间炭气化室上部的产出气体和颗粒的出口(9c)中点的容积，其中在中间炭气化室(9)内的第二流化床(10)的高度(h10)大于在初级炭气化室(5)内的第一流化床(11)的高度(hn)。
[0014]可替代地，在一些实施方式中，在操作期间，颗粒被运送通过形成颗粒第二流化床
(10)的中间炭气化室(9)，其中所述第二流化床(10)的容积限定为在所述流化床的底部加入所述流化气体的水平之上并直至所述中间炭气化室上部的产出气体和颗粒的出口(9c)中点的容积，其中初级炭气化室(5)的底部与顶部之间的压力差小于中间炭气化室(9)的底部与顶部之间的压力差。
[0015]在一些实施方式中，少量的流化气体(一般为空气)，其通常少于产出气体流量的15%，通过喷嘴加入，所述喷嘴分布在热解室的底部，以保持颗粒自由地流动并混合均匀。在一些实施方式中，反应器构造成使得喷嘴位于所述热解室的底部15%内，流化气体可通过所述喷嘴引入。如本文使用的，喷嘴位于底部15%内，其中到所述热解室底表面的距离为所述热解室的底表面与顶表面之间的总距离的15 %或更小。
[0016]在一些实施方式中，所述反应器被构造成使得所述中间炭气化室的顶部位于初级炭气化室的顶部与底部水平之间的中间水平。在这一点上，所述水平在“中间”指在低于所述初级炭气化室的顶部且高于所述初级炭气化室底部的任何水平处。
[0017]在一些实施方式中，所述反应器被构造成使得中间炭气化室(9)的顶部位于高于初级炭气化室(5)的引入大部分流化气体的水平的水平处。
[0018]在一些实施方式中，所述反应器被构造成使得所述中间炭气化室的大于50%的内部容积位于低于所述初级炭气化室的引入主要部分的流化气体的水平处。
[0019]根据所述CFB反应器的一种实施方式，来自中间炭气化室(9)的流化气体和颗粒的入口(Ic)位于来自流化床炭气化室(5)的气体的入口(Id)的下方，即上游。
[0020]根据所述CFB反应器的一种实施方式，可从所述反应器(1、5、9)中的一个或几个以及从所述分离器(4)中的一个或几个提供灰分出口。
[0021]根据所述CFB反应器的一种实施方式，所述中间炭气化反应器的横截面积比初级炭气化室(5)的横截面积小至少50%、并优选至少75%。
[0022]在一些实施方式中，CFB反应器被构造成使得来自中间炭气化室(9)的流化气体的入口(Ic)位于碳质材料进入热解反应室(I)的所有入口(Ia)的下方，即上游。
[0023]根据本申请，还提供了一种从碳质材料制造具有期望热值的产物气体的方法，所述方法包括:
[0024]-第一加工步骤，其中，将所述碳质材料引入到第一热解反应室中，在所述第一热解反应室内流动着具有低O2含量的流化气体和热惰性再循环颗粒并且在所述第一热解反应室内温度!\在400°C至850°C之间，产生自所述第一加工步骤离开的携带部分转化的颗粒、即炭和再循环床颗粒的产物气体，
[0025]-第二加工步骤，其中，从所述第一步骤的产物气体中