[发明专利]用于固体烃进料的氧化还原化学回路燃烧的方法和设备

说明书

本发明涉及用于固体烃进料的化学回路燃烧CLC的方法和装置，其涉及注入固体烃进料从而限制进料粘着到注入装置壁上的任何可能性。将固体烃进料引入到运输区中，所述运输区在流化床中运行并且通向燃烧反应器。将流化气体注入到该运输区中，同时以如下方式控制气体流动：使得运输区中的气体的表观速度高于位于燃烧反应器中的固体烃进料颗粒的终端下落速度以及固体颗粒的终端下落速度；同时以如下方式控制流化气体温度：使得运输区中的温度小于或等于500℃。

技术领域

本发明涉及在流化床条件下，对烃进料进行氧化还原化学回路燃烧(CLC)的领域，更具体地，涉及固体烃进料的流化床化学回路燃烧。

背景技术

在下文中，所涉及的CLC(化学回路燃烧)是活性物质的氧化还原或氧化还原回路法。会注意到的是，通常来说，术语氧化和还原分别与活性物质的氧化或还原状态联用。氧化反应器(也称作空气反应器)是其中氧化还原物质发生氧化的反应器，而还原反应器(也称作燃烧反应器或者燃料反应器)是其中氧化还原物质发生还原的反应器。

CLC法能够从含烃燃料产生能源，同时有助于对燃烧期间放出的二氧化碳进行俘获。

使用活性物质(通常是金属氧化物)的氧化还原反应，将燃烧反应分解成两个连续的反应，构成了CLC法。利用空气或气体作为氧化剂，活性物质的第一氧化反应实现了对活性物质进行氧化。通过还原气体的方式，被如此氧化的活性物质的第二还原反应，使得能够获得可再利用的活性物质以及基本包含二氧化碳和水的气态混合物，或者甚至是含有氢和一氧化碳的合成气。从而，该技术能够在实际上不含氧和氮的气体混合物中隔离二氧化碳或合成气。

燃烧总体上是放热的，可以从该过程产生蒸汽或电力形式的能量，例如，将交换表面放在活性物质循环回路中或者放在燃烧或氧化反应下游的气态流出物上。

通过控制燃烧并在燃烧过程的下游进行所需的纯化，还可以考虑通过该CLC方法生产合成气或者甚至氢气。

美国专利5,447,024描述了例如一种化学回路燃烧法，其包括通过还原气体的方式对活性物质进行还原的第一反应器，以及通过湿空气进行氧化反应从而将活性物质恢复到其氧化态的第二氧化反应器。循环流化床技术用于实现活性物质从其氧化状态连续变化至其还原状态。

活性物质交替地从其氧化状态变化为还原状态，以及从还原状态变化为氧化状态，遵循氧化还原循环。它作为氧载体，在合适的操作条件下，在还原区(还原反应器)中释放其氧；然后被传递到氧化区(氧化反应器)，在其中与氧化气体(例如空气或水蒸气)接触从而被再氧化。

因此，在还原反应器中，根据如下反应(1)，首先通过烃类C_nH_m将活性物质(M_xO_y)还原到M_xO_y-2n-m/2的状态，所述烃类C_nH_m被相应地氧化成CO₂和H₂O，或者任选地氧化成混合物CO+H₂，这取决于所用的比例。

C_nH_m+M_xO_y→n CO₂+m/2H₂O+M_xO_y-2n-m/2 (1)

在氧化反应器中，在输送回到第一反应器之前，活性物质与空气接触，根据如下反应(2)恢复至其氧化状态(M_xO_y)。

M_xO_y-2n-m/2+(n+m/4)O₂→M_xO_y (2)

在上述等式中，M表示金属。