[发明专利]模块式流化床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及用于反应固态气体并产生能量的循环流化床反应器和锅炉。

背景技术

这些反应器包括：在其内发生固态的气体反应的反应腔室；带有用于将固体再循环至反应腔室底部的装置的离心式分离器；以及，典型地，热交换器或对反应腔室内的温度进行调节的装置。

为了简化的目的，在本申请现有技术发展水平中将仅提供循环流化床燃烧器的情况。

燃烧器包括用于燃烧燃料的炉膛，带有将固体再循环至炉膛底部的装置的离心式分离器以及对反应腔室内的温度进行调节的至少一个热交换器。

对于使用矿物燃料的能量产生站而言，控制诸如例如二氧化碳这样的温室气体的排放是一个不可避免的技术约束。这种控制意味着必须以最小的成本和影响克服一些新问题，诸如捕获从这些能量输出站释放的烟尘中的二氧化碳或使用可再生的生物能量(非矿物碳)。

最后，油田的逐渐稀少使得更紧迫地需要实施注射二氧化碳的大规模回收技术，其可以加倍可获得的一定的储备。

已知的是通过热化学循环燃烧转化包含有碳材料的固体燃料以产生实质上包含CO₂和H₂O而无需氮气压载的燃烧烟尘，因此这些烟尘可被用于油料的辅助再生或能将这些烟尘限制在地下，正如在用于减少温室气体排放的技术中所提出的那样。

通过这种方法，不需要求助于需要大量消耗电能的特定空气净化单元来产生氧气。

这种转化由两个循环流化床反应器来实现：氧化反应器和转化反应器。它们连接在一起以产生固体金属氧化物的交换，其中这些氧化物用于氧气载体并且在回路中被连续还原然后氧化。

由于氮气稀释剂的分离(也被叫做“氮气压载”)和转化反应器中的CO₂/H₂O/SO₂的再循环，两个反应器的尺寸相差比例为1∶3、或甚至为1∶4，因此在两反应器结构中，上述互连是一个主要约束。实际上，各反应器包括下述三个元件以确保操作：实际的反应器或反应腔室，与虹吸管连接的旋风分离器或分离器和也叫作后仓的后部锅炉，它们必须相互结合，且氧化反应器上的外部床和从转化反应器到氧化反应器的固体返回路线中的碳分离器/剥离器(也公知为“碳剥离器”)被添加在其上。

然而，需要提出一种构思，它能被外推用于约20-400兆瓦的大尺寸，且它使两个反应器之间的固体连接外壳最小化。

最终，由于通常转化反应器在其回路(反应器、外壳、旋风分离器、虹吸管)上完全地镀覆着耐火材料或“被耐火化”，而转化反应器仅仅在其底部和在外壳、旋风分离器和虹吸管上覆盖有耐火材料，因此人们还必须强调因使用固体耐火材料而造成的约束。这些回路元件是板状金属并被400-500mm的多层耐火涂层保护。这使得具有高维护费用和操作限制，其中启动和关闭要持续较长时间以适应这些具有有限热梯度的大厚度。

考虑到上述限制，显然，设计一种可被外推以形成所要求的功能的具有集成的且紧凑结构的锅炉是待解决的真实的问题。

本申请的申请人还具有申请PCT WO2004/036118的改进。特别地，后一申请描述了一种基本模块，其包括反应腔室或反应器、分离器和后仓，其中反应腔室和分离器具有笔直的壁。

通常，反应腔室被放置在分离器的前面，而分离器本身定位于后仓的前面。这种方案实际上是最符合逻辑的，因为由反应腔室产生的烟尘通过分离器，颗粒返回向所述腔室，而烟尘的剩余部分在后仓中得到处理。分离器居中地位于反应腔室和后仓之间，因此使得这些元件之间的连接外壳最小化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种配置，其紧凑、模块化且特别适于设计具有流化床的双锅炉，这些流化床相互连接以保证携氧氧化物的交换，这些携氧氧化物在回路中被连续还原然后氧化以便捕获二氧化碳。