[发明专利]高温高压固体处理系统

说明书

一种流化床气化系统，包含流化床气化反应器，该反应器在其下方具有底灰排放出口，其中使用L‑阀来控制底灰排放速率。L‑阀使用位于L‑阀垂直管的远侧、在水平管的中心线上方处的充气口。还提供用于控制系统底灰排放的方法以及流化反应床高度的方法。

背景技术

处理高温高压固体流，例如从流化床煤气化器排放的底灰，通常具有挑战性，这些高温高压固体流需要冷却并减压。当前的系统通常使用机械设备例如高温和/或高压阀和螺旋状构件以及其他计量设备。然而，这些设备在高温高压的不利环境中均受到严重的磨损。这些设备也缺乏操作可靠性。例如，综合能源Synthetic Energy(SES)煤气化器常常使用螺旋冷却件，其需要同时起到热灰颗粒冷却设备以及控制固体流量的计量设备的作用。除高温高压环境造成的螺旋冷却件的快速劣化外，螺旋冷却件的冷却和计量功能常常是互斥的。

其他的例子包括机械滑阀和机械旋塞阀，其在流化的固体流上操作并通过改变流的截面积来控制流量。它们用于在850℃以下温度操作的流化床催化裂化工序，以控制在多个管道之间的流通(Gauthier,IFSA2008,Industrial Fluidization South Africa,pp.35-87.Edited by T.Hadley and P.Smit Johannesburg:South Africa Institute ofMining and Metallurgy,2008)。这些阀特别适用于Geldart分类下A组颗粒的操作(即，粒径为30-125μm，密度在约1,500kg/m3的数量级)。然而，无法将Geldart B组颗粒保持(粒径为约150-1,000μm)为流化状态而又不形成干扰颗粒流的大气泡。此外，这些阀的移动部件无法暴露于高于900℃的温度，使得它们无法适用于SES气化器的底灰排放。

非机械阀如L-阀或J-阀已知在领域内广泛使用。L-阀或J-阀由配备有水平管或角度为45-135°的出口臂的垂直管或竖管或下落管构成。如果角度为90°，则阀采用类似字母“L”的外型并从而称为L-阀。参见例如美国专利第8,771,549号(Gauthier et al.)。在L-阀中，固体通过重力作用或由于压力差而进入垂直管。如果垂直管道填充有颗粒，在接近方向改变的弯道的上游注入充气(aeration)或动力流，以促进管道中颗粒的流通。动力流入口通常位于与出口臂相对的会合处、或与临近“L”会合处的垂直腿交叉，以提供将固体携带出出口臂的能量。L-阀的控制是通过控制动力流的流量，将固体带出出口臂。固体流包括与固体一起经垂直管向下传输的流体，其中水平管中的流体提供的动力促使所有流体将固体带出L-阀的第二臂或出口。通常而言，固体流量可以通过调整在会合处引入的流体的速率来加以控制。

然而，L-阀具有由某些流动条件下的流动不稳定性引起的控制问题。因此，L-阀已知仅适用于Geldart B组颗粒，其具有足够高的最小流化速度，从而使高颗粒流量成为可能(参见Geldart,D.(1973).Types of gas Fluidization.Powder Technology 7(5):285–292)。一种使用L-阀将细灰颗粒从旋风分离器运送回循环床的循环床系统记载于Knowlton,T.M.,(2003)Standpipes and Non-mechanical Valves,Handbook ofFluidization and Fluid-Particle Systems,Wen-Ching Yang,editor,pp.571-597.Marcel Dekker,Inc.,New York。Greenwood et al的美国专利8,753,044也公开了一种设计成使用动力流传输固体的L-阀。该阀包括用于携带固体的入口管道，其中固体通过重力作用导入。固体经流体携带而传输到出口外，其中出口管道的直径比入口管道细。第二入口提供动力流源来驱使固体的传输。