[发明专利]用于化学回路燃烧回路的颗粒分离装置

说明书

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。

技术背景

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0.1至15%，常常为0.3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。