包括具有气-固混合物分配装置的固/固分离器的CLC设施的制作方法

本发明涉及通过化学环路氧化/还原(clc)作为流化床运行进行烃原料燃烧的领域，更具体地涉及化学环路燃烧作为固体烃原料的流化床运行的领域。

背景技术：

0、背景

1、化学环路燃烧(clc)过程是包括在活性物质(通常是金属氧化物)进行氧化还原反应来将燃烧反应分割为两个连续反应的过程：活性物质与氧化气体(通常是空气)接触的第一反应；以及活性物质与需要燃烧的原料接触的第二反应。在clc过程中，氧化/还原活性物质因此用作氧载体。该固体材料以颗粒形式提供，其根据环路中不同流化床输送条件进行循环。这些颗粒在第一反应区(称为空气反应器)中与空气接触进行氧化。随后，将其输送至第二反应区(称为燃料反应器)中，在第二反应区中与需要进行燃烧的固态烃原料(例如：煤、焦炭、石油焦炭(petroleum coke)或“石油焦”(pet-coke)、生物质、油砂、家庭垃圾)、液态烃原料(例如：燃料油、沥青、柴油、汽油、页岩油等)或气态烃原料(例如：天然气、合成气、生物气、页岩气)接触。通过氧输送体材料的颗粒所输送的氧提供了原料的燃烧。这获得了通过原料燃烧所形成的气态流出物和经还原的颗粒流。使得颗粒返回空气反应器，以在其中进行再氧化，由此结束回路。

2、借助产生富含二氧化碳的烟道气，clc过程可以通过回收由燃烧反应所提供热量来产生能量(蒸汽、电力等)，同时帮助捕获在的燃烧期间所排放的二氧化碳(co2)。这是因为可以在蒸气冷凝和烟道气压缩后捕获co2，并且随后可以储存在例如深蓄水层中，或者使其提升，例如，通过使用co2以提高增强的原油回收(eor)或增强的气体回收(egr)过程中油田作业的产率。

3、通过控制燃烧并在燃烧过程的下游进行所需的净化，clc过程还可以生产合成气，甚至是氢气。

4、由该燃烧模式产生了另一优点：产生极为富含氮气的流，这是空气反应器中活性物质氧化结束后获得的损耗的空气。取决于所获得的纯度，可以在各种应用中，特别是在石油工业领域中，对该氮气流进行提升。例如，其可以在炼油厂中用作各种炼油工艺中的惰性气体，或者用于处理采出水(production water)，或者作为在eor工艺中注入地下的气体。

5、在固体烃原料(如，煤)的燃烧期间，通常形成未燃尽残余物颗粒，其随后构成不同于氧载体颗粒的颗粒群。

6、在通过循环流化床的实施方式中，这些未燃尽残余物颗粒可以从燃烧反应器夹带到用于氧载体氧化的反应器中，可以导致在氧化反应器中形成co2并因此导致出口处的co2排放，这是不希望的。由于未燃尽残渣颗粒被夹带到氧化反应器中，还可能引起其他问题，例如在贫氧空气流中存在对环境有害的化合物，例如，由于未燃尽残渣燃烧而产生的sox和nox、或者原料杂质污染了空气反应器耐火材料。在大量夹带的情况下，这些化合物的浓度太高需要安装处理过程，这会损害装置的经济优势。未燃尽残余物颗粒也可能被燃烧气体夹带出燃烧反应器，这是不期望的，因为其构成了会污染大气的元素，并且因为这会损害该过程的能量效率。

7、术语“未燃尽残余物颗粒”理解为是指未经受完全燃烧且因此仍含有烃化合物的固体烃原料(燃料)颗粒。未燃尽残余物颗粒不同于灰分，灰分本质上基本是无机的(灰分通常包含以下化合物：sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo、tio2、k2o、na2o、so3、p2o5)。

8、已知有各种系统用于防止未燃尽残余物颗粒夹带在燃烧烟道气中或进入clc的氧化反应器中。

9、申请wo11151537描述了一种用于分离未燃尽残余物颗粒与源自clc装置燃烧区的气态混合物中所含的氧载体颗粒的装置。为了区分该装置(可以称为固/固分离器)与传统的“气/固”分离器(如旋风分离器)，该装置位于燃烧区上方，并包括腔室，该腔室包括按稀相运行的上部部分和按密相运行的下部部分。包含这两种颗粒群的气体混合物通过在出现在固/固分离器腔室稀相中的入口管道进入，密度最高的颗粒(例如，氧载体颗粒)通过位于腔室下部部分的排放管道排放，而最轻的颗粒(例如，未燃尽残余物颗粒)通过位于分离器腔室上部部分的出口管道与气体一起排出。然后将氧载体颗粒送入氧化反应器，并且将未燃尽残余物颗粒送入气/固分离器(通常为旋风分离器)，从而可以使未燃尽残余物颗粒在燃烧反应器中再循环。根据wo11151537的固/固分离器优选表现出旋转对称性，该腔室是圆柱形的。

10、基于相同的原理，申请wo11151535描述了一种用于分离未燃尽残余物颗粒与源自clc装置燃烧区的气态混合物中所含的氧载体颗粒的装置。申请wo11151535具体公开了位于第二燃烧区上方的固/固分离器，其由进入分离器腔室的细长形状的反应器构成。尽管未指定分离器的形状，但某些附图暗含涉及圆柱形形状设备。根据wo11151535的固/固分离器还可以包括在进入分离器腔室的燃烧反应器出口处的扩张锥体形式的插入物，以使包含颗粒的气体混合物分布在整个区段上。这些圆柱形形状的固/固分离器并不总是适合于涉及大型设备的工业用途。这是因为在高温和低压下进行燃烧操作的大型工业装置通常构造成具有矩形截面的几何形状，例如，如蒸汽重整炉(steam reforming furnace)、蒸汽裂化炉、流化床燃烧锅炉、煤粉锅炉等那样。该构造特别有利于简化安装设置在整个内表面上的耐火材料，以保护金属腔室免受高温的影响。该构造还可以帮助装置的规模操作，因为其足以在一个维度中复制单元元件，以增加设备项目的容量。

11、发明目的和概述

12、申请人因此开发了集成到clc装置的燃烧反应器中的新型固/固分离器，其适合于clc的工业实施。根据本发明，固/固分离器的几何形状是平行六面体，就像安装在固/固分离器下方的燃烧反应器一样，并且该分离器包括至少一个入口用于由燃烧反应器(其形状也是平行六面体)产生的气/固混合物，该入口在其顶部装备有用于使所述混合物分布在腔室中的装置，所述装置在所述入口的整个长度上延伸。

13、本发明的目标具体在于提供一种固/固分离器，该固/固分离器使得可以高效分离未燃尽残余物颗粒和氧载体颗粒，同时适合于涉及大型项目设备的工业用途。

14、此外，本发明的目标在于降低制造固/固分离器的成本并简化其构造，以及提高固/固分离器的寿命。

15、因此，为了实现上述目标中的至少一个，尤其是根据第一方面，本发明提供了用于固体烃原料化学环路燃烧的装置，所述化学环路燃烧产生未燃尽残余物颗粒并采用载氧固体颗粒，所述装置包括：

16、-按流化床运行的还原反应器，以使所述固体烃原料与载氧固体颗粒接触而燃烧，所述反应器具有平行六面体形状；

17、-按流化床运行的氧化反应器，以使源自还原反应器的经还原的载氧固体颗粒与氧化气体接触；

18、-在所述还原反应器上方的固/固分离器，以分离由所述还原反应器得到的气/固混合物中所含的未燃尽残余物颗粒与载氧固体颗粒，所述固/固分离器包括平行六面体形状的腔室，其包括：

19、-按密相运行的下部部分和按稀相运行的上部部分；

20、-用于源自还原反应器的气/固混合物的至少一个平行六面体形状的入口，所述入口出现在腔室的上部部分，并且在其顶部装备有用于使所述气/固混合物分布在腔室内的装置，所述装置在所述入口的整个长度上延伸；

21、-设置在腔室下部部分的至少一个排出部；

22、-位于腔室上部部分的至少一个出口。

23、优选地，装置另外包括配置在固/固分离器腔室出口处的气/固分离器，气/固分离器包括不含未燃尽残余物轻质颗粒的气体的排放管道和与还原反应器连通以使未燃尽残余物颗粒再循环至还原反应器的输送管道。

24、有利的是，固/固分离器的腔室及其入口具有矩形平行六面体形状。

25、优选地，还原反应器具有矩形平行六面体形状。

26、固/固分离器的腔室可以包括两个排出部，所述排出部位于入口任一侧的腔室底部处。

27、优选地，入口在腔室中央。

28、根据第一实施方式，用于使气/固混合物分布在固/固分离器腔室内的装置包括向腔室顶部敞开的v形截面的梁。

29、有利的是，梁的v形截面的张开角α为10°至150°，并且优选10°至90°，并且还优选10°至40°。

30、有利的是，梁的顶部与入口顶部的距离h为0.5x l2至5x l2，优选0.5xl2至3x l2，并且还优选0.5x l2至1x l2，l2是入口内部空间的宽度。

31、有利的是，梁的顶部的宽度l1为0.1x l2至1.5x l2，优选0.2x l2至1xl2，并且还优选0.3x l2至0.7x l2，l2是入口内部空间的宽度。

32、根据第二实施方式，固/固分离器包括用于冷却入口和梁的装置。

33、优选地，冷却装置是用于热交换流体通过的金属管，所述管固定至入口形成壁的外表面和梁形成壁的内表面。

34、根据第三实施方式，用于使所述气/固混合物分布在固/固分离器腔室内的装置包括弯曲板，该弯曲板具有面向腔室底部的凹面，该弯曲板连接至形成入口的两个壁，并设置有位于所述弯曲板的中央部分的任一侧上的至少两个槽，用于气/固混合物通过及使其向腔室周边分布。

35、有利的是，该固/固分离器另外包括用于对入口和弯曲板进行冷却的装置，优选所述冷却装置是用于热交换流体通过的金属管，所述管固定至入口形成壁的外表面和梁形成壁的内表面。

36、根据另一实施方式中，用于使所述气/固混合物分布在固/固分离器腔室内的装置包括圆柱形梁。

37、通过阅读通过非限制性示例给出的本发明的特定示例性实施方式的以下描述，本发明的其他主题和优点将变得显而易见，该描述是参考下面描述的附图进行的。

技术实现思路