[发明专利]进行放热或吸热反应的装置和方法

说明书

本发明涉及的是在腔室(下面称之为反应器)中使至少一种气体与至少一种破碎的固体物料间进行放热或吸热反应的装置，该装置至少有一输入破碎的固体物料的设备，有至少一个引入硫态化和反应气体的设备，破碎的固体物料以及流态化气体分别输入的流量应使它们能在快速循环流化床的区域内让气体和破碎的物料产生向上的流动，还有一些能将到达反应器上部的反应气体和破碎的物料的混合物输送到分离机构的设备、将反应生成的气体排放的设备以及将来自分离机构的破碎的物料再循环到反应器底部的设备。

类似的在流化床上进行化学反应的技术主要归为两类。

第一类叫做稠密流化床，其特征是根据反应腔中破碎的固体的稠密度可以有两个不同的区域，这种破碎的固体稠密度在第一区域中很高，例如对于燃烧流化床来说它为1000kg/m³，而在第一区域的上方，并由一个比较确定的面与之分开的第二区域中的稠密度则非常低，例如小于1kg/m³。气体和固体颗粒间的速度差并不大。在燃烧反应器的情况下，燃烧率不太高，例如85-95％，喷射的氧化硫与氧化氮的比值很大，这就使该技术只限于用在小功率的装置中。

在第一类技术中，英国专利申请GB-A-1412033提出用一个其下部边缘与流化床栅板分开的环形隔板把稠密流化床的燃烧反应器分成稠密床的中心燃烧区和固体颗粒向下流动的稠密床的环形区，其目的只是确保与围绕反应器的外壳进行热交换。有一部分稠密床中心区域的固体颗粒在环形隔板的上部溢出并落到稠密床环形区域中，然后再在环形隔板下部边缘的下部回到中心燃烧区。这种装置存在上述稠密流化床反应器的缺陷，主要是稠密床上方具有固体稠密度很小的反应区域。另外，用与离心式鼓风机相同的方法保证使只在稠密流化区域的上部提取的固体物料进行再循环，而鼓风机位于现在要描述的那种循环流化床的出口处。

已知的第二类技术叫作“循环”式的流化床，这种流化床在REH的文章中已作过描述，该文章发表在1971年2月出版的“化学工程进展”(Chemical Engineering Progress)杂志中。它主要应用于法国专利2323101和2353332(METALIGESELLSCHAFT)中。它与第一类的主要差别在于两个区域之间无分界面，而在整个反应器中的反应温度均匀。破碎的固体物料的稠密度在整个反器中由下至上非常显著地连续变化，气体和固体颗粒间的速度差也非常大。对于燃烧反应器来说，燃烧率较高，氧化硫和氧化氮的喷射比值也较小。这种技术可用于大功率的装置，但也有一些缺陷。

在燃烧反应的情况下我们可以看到这些缺陷，我们发现循环流化床的反应器可以描述为：

a)体积为最大、固体颗粒稠密度变化受到限制但已足够用的上部。在该上部，通常与由管子复盖的外壁进行热交换，反应器的冷却流体在这些外壁中通过。固体的稠密度(例如该上部的固体稠密度)自下而上是变化的，变化值为50kg/m³-10kg/m³，这些数值有时也可以不这么高。实际上，这些数值对应于用复盖外壁的管子进行的热交换。满负载时气体速度通常限定在4m/s-6m/s，以避免腐蚀的危险。

b)固体稠密度非常高，例如自下而上的稠度密变化由500kg/m³-50kg/m³的下部，它们的比值为10，如果反应器在半负载的情况下工作，该比值甚至可以达到20，也可以使流态化气体的速度提高不足两倍。其实该下部是一个燃烧区，有一部分通常叫作一次气体的燃烧所需的气体通过反应器下部的栅格吸入到该燃烧区。而大部分存留的叫作二次气体的可燃气体在几个高于该栅格的部位进行喷射，这些部位的使用可以随反应器的负载而改变(在局部负载的情况下某些部位可以不起作用)。

在该反应器下部中的可燃气体的速率造成二次气体的截面和二次气体分阶段的输入改变，而事实上所研究的速率是与上部速率相同的，这就是燃烧区或稠密度发生很大改变的原因，这样就会造成下面的几种缺陷：

——燃烧不完全，对于某些不易燃烧的燃料来说没有完全燃烧完的物质与氧化氮的含量在反应器出口处可能会提高；

——温度不均匀，它可能造成固体颗粒堆积并使反应器经常堵塞；

——脱硫率可能不够高，因而需要喷射大量脱硫剂；

——因为要求把气体的速度维持在最小而保持令人满意的流化状态，所以能满足反应器负载变化的灵活性就受到限制，该最小速度为3m/s的数量级。