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CN103958967A - 带有去除离开氧化区的灰烬和细粒的化学回路燃烧方法以及使用该方法的装置 - Google Patents

带有去除离开氧化区的灰烬和细粒的化学回路燃烧方法以及使用该方法的装置 Download PDF

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CN103958967A CN201280059077.5A CN201280059077A CN103958967A CN 103958967 A CN103958967 A CN 103958967A CN 201280059077 A CN201280059077 A CN 201280059077A CN 103958967 A CN103958967 A CN 103958967A
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Abstract

本发明涉及一种用于固体碳氢化合物给料的化学回路燃烧方法，其中离开反应氧化区(R1)的灰烬和细粒被去除，使夹带相(5)起源于反应区(R1)并包括将要送到气体-固体分离区(S2)的气体和固体，并且起源于气体-固体分离区(S2)的固体流(7)将要送到致密相淘析分离区(S3)由非还原气体(8)流化，可用来从载氧材料颗粒中分离细粒和飞灰。备选地，在位于致密相淘析分离区(S3)下游的除尘区(S5)内可执行增强的分离。本发明还涉及一种可用来执行上述方法的化学回路燃烧装置。

Description

带有去除离开氧化区的灰烬和细粒的化学回路燃烧方法以及使用该方法的装置
技术领域
本发明涉及含有碳氢化合物的固体给料的化学回路氧化还原燃烧的领域，以便产生能量、合成气体和/或氢。
具体来说，本发明涉及去除化学回路燃烧装置中所产生的灰烬和细粒。
技术术语
化学回路燃烧或CLC：在下文中，所谓CLC(化学回路燃烧)是指活性质量上的回路氧化还原过程。一般地说，可以指出的是，术语“氧化和还原”是分别针对活性质量的氧化或还原状态而使用的。在化学回路燃烧装置中，氧化区是氧化还原质量被氧化的地方，而还原区则是氧化还原质量被还原的地方。
液化作用：
在热处理过程中，有机化合物失去挥发物，首先是水和二氧化碳、液体，接着是气态碳氢化合物，进而是一氧化碳并最终是氢。该过程称之为液化作用。液化作用温度和该现象的量级取决于最初的有机化合物。因此，对于等级逐渐提高的煤，液化作用在升高的温度下发生。
流化床：
在其余的描述中：
-所谓致密流化床是指这样的流化床，其中，气体分数(fraction)εg小于0.9，较佳地小于0.8，
-所谓稀疏流化床是指这样的流化床，其中，金属氧化物颗粒的体积分数小于10体积％。
上升器
在其余的描述中，所谓上升器是呈管形的垂直外壳，其中，流体经受上升运动。
背景技术
灰烬问题
化学回路燃烧是利用诸如金属氧化物之类的载氧材料进行的，载氧材料在合适的操作条件下在还原区(称作“燃料反应器”)内放出它们的氧。一旦被还原，该材料被运送到氧化区(称作“空气反应器”)，在那里它接触氧化气体(例如空气或水蒸汽)而被再氧化。
更一般地说，化学回路燃烧过程包括一个或多个反应区，其中燃料(例如含碳氢化合物的馈送物)的燃烧是通过与载氧固体接触来进行的，在送回到燃烧(或还原)区之前，该载氧固体其后通过与空气或水蒸汽接触而在至少一个氧化区内再氧化。允许进行化学回路燃烧反应的还原区通常由流化床或传输床组成。
使固体碳氢化合物给料进行化学回路燃烧(CLC)是这样一种方法，其特别地允许通过回收燃烧反应所释放的热量来产生能量(水蒸汽、电力等)，同时产生富含CO2的烟气。因此，有可能在冷凝和压缩烟气之后考虑捕获CO2。通过控制燃烧以及在燃烧区的下游进行所需要的净化，还可能产生合成气或甚至氢气。
在与还原区内的化学回路燃烧相关的反应机理中，已经确定，固体燃料经过气化阶段，由于水蒸汽或二氧化碳的存在以及温度的存在，促进了该气化阶段，然后，气化阶段产生的气体经与载氧材料相接触而被氧化。如果固体燃料含有挥发物，则挥发物经与热的载氧材料接触至少部分地液化，然后，挥发物被氧化。在载氧材料根据操作条件自然释放氧的情形中，还可能通过由燃料反应器中材料所释放的气体氧让固体燃料直接氧化。
固体给料的化学回路燃烧需要剧烈和强制的操作条件，以便能够进行燃烧反应。为了有利于燃料的气化，大致在800℃－1100℃之间的高温，较佳地是850℃－1000℃之间的高温是必要的。气化需要的时间随温度变化而减少，一般地在30秒－30分钟之间的范围变化。因此，进行部分的气化以使非气化的燃料残余物与排出物分开并再循环它，这可以是有利的。因此，在850℃－1000℃之间的温度范围内，且反应时间范围在1分钟－10分钟之间，通常为3分钟－5分钟之间，有可能达到范围在50％－80％之间的每次转换率(通过气化)。通过增加部分氧化气体(H2O、CO2)的压力可缩短气化时间。
与固体给料的化学回路燃烧相关的另一问题涉及到灰烬的形成。的确，固体燃料具有不可忽略的矿物材料含量，且一旦碳和氢的燃烧完成，便形成称作灰烬的固体残余物。表1借助于实例汇编了对两种煤A和B的分析。可以看到，煤的灰烬量根据固体给料的来源变化，但该灰烬量不可忽略。一般地是干煤质量的5至20％。诸如石油焦之类的某些固体燃料具有低得多的灰烬量。也有带较高灰烬量的固体燃料。
这些灰烬基本上由硅和铝氧化物组成，但它们也含有其它成分，举例来说，如表1所示。
表1：各种煤的分析
由煤燃烧生成的灰烬由残余细粒组成。它们的熔点根据成分变化，通常在1000℃－1500℃之间的范围。然而，在较低温度下，例如，在800℃－1000℃之间，可以观察到变得粘滞的灰颗粒凝聚现象。因此，它们可彼此凝聚在一起，或它们与带氧材料的颗粒凝聚在一起。考虑到化学回路燃烧过程的运行条件，可区分出两种类型的灰烬：
·飞灰：它们对应于燃料反应器内由燃烧气体承载的灰烬，
·凝聚灰烬：它们对应于彼此凝聚的灰烬，或与载氧材料凝聚的灰烬，它们太重而不能在燃料反应器内被燃烧气体承载。
飞灰一般地代表着所形成灰烬的50％至99％，典型地是70％至90％。它们的颗粒大小相对地细小，一般地，至少25％细粒的尺寸低于10微米，90％细粒尺寸低于100微米。代表飞灰颗粒大小的沙得(Sauter)平均直径一般地在5和30微米范围内，典型地接近于10微米。这些灰烬的颗粒密度一般地在2000和3000kg/m3范围内，一般地接近于2500kg/m3。
凝聚灰的颗粒尺寸更精细于估算，并取决于该方法实施的条件。一般地说，这些灰烬的颗粒大小被估算为大约100微米，其尺寸可达到几个毫米。
专利申请FR-2,850,156描述了一种化学回路燃烧方法，其中，燃料在馈送到循环流化床还原反应器之前先碾碎，以允许更完全地和更快地燃烧。该方法产生与循环氧化物分离的几乎100％的飞灰。循环床下游的分离首先由旋风提供，然后，由允许未燃烧颗粒与金属氧化物颗粒分离的包括由水蒸汽流化的床的装置提供。因此，避免了未燃烧颗粒夹带在氧化区内和由此氧化反应器排出物中的CO2的排放。在包括流化床分离器的第二回路中，飞灰与氧化物颗粒分离。
N.Berguerand所著的题为“10KWth的固体燃料化学回路燃烧器的设计和操作”一文(ISBN978-91-7385-329-3)，描述了一种允许使用化学回路进行煤燃烧的装置。
该装置由以下组成：使用金属颗粒的氧化反应器、允许颗粒分离和氧化后耗尽空气分离的旋风、通过布置在旋风下方的返回段供应以氧化的金属氧化物的流化床，其中，通过煤的燃烧来实施金属氧化物的还原。煤被馈送到稀释状态中的流化床的上部内。在还原反应器中，煤的燃烧逐渐地发生：煤颗粒首先下降，在稀释状态中液化，与流化气体相反向流动，其中，金属氧化物仅存在少量；然后，煤颗粒与致密状态中的流化的金属氧化物接触。长的驻留时间使煤气化和产生含有大量进入稀释状态中的一氧化碳和氢的燃烧气体。
根据该文献，还原反应器装备有集成在致密相中的颗粒分离器，其需要附加的气体用来分离。在该系统中，没有提供允许使固体给料燃烧过程中形成的灰烬分离和排放的特殊装置。
为了克服上述两个系统的缺点，本申请人已经开发出一种化学回路燃烧方法，即使是粗燃料颗粒，该方法也允许获得固体给料的完全燃烧，同时，使再循环的固体给料量减到最少，这可使该方法的能量效率达到最大。根据本发明的燃烧方法允许直接在燃烧反应器出口处捕捉烟气中由燃烧排放出的至少90％的CO2，该捕捉效率由来自燃烧反应器的烟气中排放出的CO2量对化学回路燃烧过程中排放的CO2量之比予以定义。
在燃烧过程出口处，旋风下游烟气中CO/CO2的摩尔比低于0.05，而H2/H2O之比低于0.05。这一点通过两方面来达到，一方面，通过优化载氧颗粒和固体燃料之间的初始接触，以促进煤气化反应，另一方面，通过优化气化产物和金属氧化物之间的接触，以产生已经经受过完全燃烧的排出物(烟气中，H2、CO和HC<1体积％)。
此外，未燃烧燃料颗粒与金属氧化物颗粒的分离，在还原反应器烟气稀释阶段的上游处进行，以便最佳地利用烟气最大动能来分离两种类型的颗粒。
该化学回路方法包括：
-在运行在致密流化床条件下的第一反应区中，在金属氧化物颗粒中接触固体给料颗粒，
-在第二反应区中，在金属氧化物颗粒中，燃烧来自第一反应区的气体排出物，
-在来自第二反应区的混合物内，在分离区中分离气体、未燃烧颗粒和金属氧化物颗粒，
-在将金属氧化物颗粒送回到第一反应区之前，使氧化区内的金属氧化物颗粒再氧化。
在未燃烧颗粒和金属氧化物颗粒分离区的下游，可设置例如包括一个或多个旋风级的除尘系统，用于分离沿燃料反应器的燃烧区的烟气中承载的颗粒。飞灰沿着烟气被运载到该带有未燃烧固体燃料颗粒的除尘系统。为了使装置的能量效率最大化，有必要回收未燃烧燃料颗粒的主要部分，并因此实施深度除尘。该除尘然后将允许回收未燃烧的颗粒，以及大部分飞灰，它们然后被再循环到燃料反应器。
为了去除灰烬，可将包括流化床的外壳定位在引导除尘阶段中被分离的颗粒的管线上，以通过淘析消除飞灰。然而，该装置不允许分别控制灰烬的淘析和未燃烧颗粒的淘析。事实上，在该情形中，很好地去除生成的灰烬连续地转换为大量消除未燃烧的颗粒，并因此降低能量效率或降低CO2的捕捉率。
此外，在载氧材料颗粒被运送到除尘区的情形中，有必要确定大规格流化床的尺寸，以便在流化床中允许有足够时间用于淘析分离。
为了去除还原区内产生的灰烬而不消除太多未燃烧给料颗粒，本申请人在该方法中开发了改进措施，该方法使用特殊的还原区构造，其具有在致密流化床条件下运行的第一还原区；第二反应区；快速分离区，该区用于分离未燃烧的固体给料颗粒、飞灰和来自第二反应区的混合物内载氧材料颗粒；烟气的除尘；颗粒流划分区，一部分颗粒直接再循环到第一反应区，其他部分被送到淘析分离区，以便回收灰烬和将致密颗粒再循环到第一反应区。
然而，灰烬还可被运载到氧化区。的确，在还原区内进行燃烧过程中，给料的降解产生两种类型灰烬：不是气动地随夹带的金属氧化物床被运输的凝聚底部灰，或连同固体床一起运载的飞灰。而底部灰通过简单的重力流容易在流化床底部处去除，飞灰与氧化物一起流动，在没有控制床内污染的装置情况下，飞灰积聚在其中。灰烬因此从还原区运载到氧化区，由于没有灰污染控制装置布置在还原区内，于是情形更是如此。
灰烬的积聚具有许多后果，它产生三种主要缺点：
-通过修改床的平均颗粒尺寸引起固体流的扰动，可能造成有关该固体床循环的控制问题，
-金属氧化物载氧功能的稀释，导致该方法性能的降低，
-增大灰烬之间或灰烬和金属氧化物颗粒之间凝聚的风险。
对于去除还原区内灰烬和细粒的替代或补充，对氧化区(或空气反应器)设置一种新的构造，其允许利用固体还原氧化过程中提供的空气(氧化气体)的动能，以实现载氧颗粒(金属氧化物)和待要去除的颗粒之间的分离，待要去除的颗粒是：灰烬和金属氧化物细粒，然后，实现布置在固体循环线上的外壳内的灰烬分离，但处在没有固体未燃烧颗粒的区之内，即，在R1的下游和R0的上游。
发明内容
因此提供包括以下元件的新颖氧化区构造：
-反应区(或反应上升器)R1，其中，来自化学燃烧回路的还原区R0的载氧材料颗粒发生氧化反应，
-气体-固体分离区S2，其允许使来自氧化区烟气除尘，
-致密相的淘析分离区S3，其呈致密流化床反应器外壳的形式，备选地可由再循环线补充，再循环线使来自致密相的分离区S3的载氧固体再循环到反应区R1的底部，这允许再循环氧化区内的氧化物并通过致密床的淘析来控制灰的污染。
发明概述
本发明涉及一种用于固体颗粒的碳氢化合物给料的化学回路燃烧方法，其中载氧材料采用颗粒形式循环，所述方法包括：
-在还原区R0中，使碳氢化合物给料颗粒与所述载氧材料颗粒接触，
-在反应氧化区R1中，使来自所述还原区R0的载氧材料颗粒(1)与氧化气体流(2)接触，
-将传输相(5)从包括气体和固体的反应区R1送到气体-固体分离区S2，以便分离：主要气态传输相(6)和固体流(7)，所述气态传输相(6)包括飞灰和载氧材料细粒，所述固体流(7)包括大部分的细粒、飞灰和大部分的所述载氧材料颗粒，
-将来自气体-固体分离区S2的固体流(7)送到由非还原气体(8)流化的致密相淘析分离区S3，允许所述细粒和飞灰与所述载氧材料颗粒分离，以便将包括大部分载氧颗粒的颗粒流(10)送到还原区R0，并通过排放管线排放包括大部分飞灰和载氧材料细粒的主要气态流出物(9)。
在一个优选的实施例中，所述载氧颗粒借助于管线(11)在反应区R1内的环路中循环，所述管线允许沉淀在致密流化相中的载氧颗粒从分离区S3的底部再循环到反应区R1的下部。
有利地，借助于热交换器E4在致密相淘析分离区S3的底部内形成的致密流化相中回收热量。
较佳地，致密相淘析分离区S3以0.5－1m/s的范围内的流化率进行流化。
较佳地，所述载氧材料颗粒最初包括少于10％的直径小于100微米的颗粒。
在优选实施例中：
-将来自致密相淘析分离区S3的主要气态流出物(9)送到除尘区S5，以便排出含有大部分灰烬和细粒的气体流(13)以及包括大部分载氧材料的颗粒流(14)，所述颗粒流通过传输管线被送到还原区R0。
本发明还涉及一种根据上述方法对固体碳氢化合物给料实施化学回路氧化还原燃烧的装置，所述装置至少包括：
-还原区R0，
-反应氧化区R1，其设有供应来自还原区R0的载氧颗粒(1)的馈送装置、供应氧化流化气体(2)的馈送装置，以及用于排放包括气体和固体颗粒的传输相(5)的排放管线，
-气体-固体分离区S2，其布置在反应区R1的下游，由所述排放管线供应，并包括用于排放主要气态传输相(6)的管线，以及用于排放包括大部分载氧材料的固体流(7)的排放管线，
-致密相淘析分离区S3，其布置在气体-固体分离区S2的下游，包括用于所述固体流(7)的入口、允许供应流化气体(8)的管线、用于将富含载氧颗粒的固体颗粒流(10)运载到还原区R0的管线，以及用于排放富含飞灰(9)的气体流的管线。
该装置较佳地包括热交换器E4，其处于在致密相分离区S3的底部内形成的致密流化相中。
该装置较佳地包括来自致密相分离区S3的管线，其用于将颗粒流(11)再循环到反应区R1，所述颗粒流(11)包括在致密相淘析分离区S3中分离的部分固体颗粒。
该装置还可包括除尘区S5，其布置在致密相淘析分离区S3的下游，设有用于接收来自分离区S3的主要气态流出物(9)的入口管线、允许排放含有大部分灰烬和细粒的气体流(13)的排放管线，以及用于将包括大部分载氧材料的颗粒流(14)运载到还原区R0的传输管线。
附图说明
借助于非限制性实例，图1描述本发明。
图1示出了根据本发明的位于氧化反应器下游的灰烬去除装置的总的原理。
本发明可在一般意义上描述为如图1所示的组件。
允许实施根据本发明方法的该装置明显地包括：
-反应区R1，其中，来自化学燃烧回路的还原区R0(燃料反应器)的载氧材料发生氧化反应，
-气体-固体分离区S2，其较佳地呈旋风型的气体-固体分离器形式，允许对来自反应区R1的烟气进行除尘，
-致密相分离区S3，其用于分离细粒、飞灰和载氧颗粒。
该装置备选地补充有：
-热交换器E4，其通过载热流体(12)进行热交换，
-用于再循环载氧固体(11)的管线，其将载氧固体(11)从分离区S3的致密相再循环到反应区R1的底部，
-烟气除尘区S5，其允许在致密相分离区S3的出口处实现细粒、飞灰和载氧材料颗粒的深度除尘，以便排走富含飞灰和细粒的气体流，并将载氧材料颗粒流再循环到还原区R0。
图1的描述
载氧材料(MTO)在与碳源反应之后处于部分还原状态中，所述碳源完全地或部分地促进被称之为燃料反应器R0的燃烧反应器内的氧化。在还原区R0内反应之后，呈固体颗粒流(1)形式的载氧材料被运载到本发明所述的反应区R1，例如，通过气动运输，或通过管线内的致密相运输，颗粒运输受L型阀的非机械性阀控制，以便通过氧原子内晶体结构的富集而在与空气接触上进行氧化。正是该种与空气接触之上的氧化功能能将反应区R1称之为氧化区或空气反应器。载氧材料颗粒流(1)通过管线馈送到空气反应器R1内，其中，载氧材料颗粒与空气流(2)接触而被氧化，空气流(2)通常以量级为0％－20％，较佳地为5％－15％的氧过化学计量比例提供的。反应器的几何形应是这样：在反应条件下气体态中该区内的速度范围在3－30m/s之间，较佳地在5－15m/s之间，而运输的载氧固体流一般地在25－200kg/s/m2之间，较佳地在30－100kg/s/m2之间，以促进气体和金属氧化物颗粒之间的良好接触。该速度足以确保本发明所考虑的属于Geldart分类中B组的载氧材料颗粒的气动运输。如此构造中的反应器然后可被称作反应“上升器”。固体颗粒的驻留时间有利地在1秒－1分钟之间的范围，较佳地在2秒－20秒之间。在载氧固体在化学回路中的循环过程中，可形成细粒和由此随灰烬一起部分地被萃取走。为了在单元中保持载氧材料恒定的库存量，例如，为了补偿固体通过摩擦的损耗，可使用补充的载氧材料颗粒(3)(选项的)，其通过补充管线提供到反应区R1。凝聚灰烬的主要部分被称作底部灰，如上所述，碳氢化合物给料在燃料反应器内燃烧之后便形成该底部灰，在燃料反应器内灰一形成就被移走。然而，尽管这些灰烬由于本发明的特殊构造而存在于掺和着载氧材料颗粒的流动(1)中，但它们可通过反应区R1底部中的重力流而被消除。床底灰在该方法的条件下通常不会气动地被运输走。它们可在反应区R1底部找到，并可通过管线(4)馈送萃取装置萃取走，该装置例如可以是冷却的循环螺杆。
来自反应区R1并包括流化气体和固体的混合态(5)被运送到旋风型的气体-固体分离装置S2，它在那里被分离为气体态和固体态，对于旋风来说，固体态的截断阈值通常在10－20μm之间。灰和细颗粒部分地连同气体一起运走，而包括载氧材料的固体流被送到致密相分离区S3。具体来说，两个流出物由该分离形成：
-主要气态传输相(6)有利地包括少于15％的来自气体-固体传输相(5)的灰，以及少于1％的来自气体-固体传输相(5)的金属氧化物，
-富含载氧材料的固体流(7)包括大于85％的来自气体-固体传输相(5)的灰，以及大于99％的来自气体-固体传输相(5)的金属氧化物，所述固体流馈送分离区S3。
致密相淘析分离区S3可呈致密流化床的形式，根据本发明，流化床主要目的是从载氧材料颗粒中分离出飞灰。反应器被流化气体(8)流化，该流化气体选自不大可能降低载氧材料氧化程度的气体，较佳地是蒸汽/氮气或甚至是空气，空气有可能有利于提高固体的氧化程度。较佳地避免诸如轻的碳氢化合物/一氧化碳或氢之类潜在的还原气体。借助于致密相淘析实现合适的分离：致密相分离区S3中气态速度以如下方式调整，使比灰烬颗粒大而致密的载氧材料颗粒保持在流化床内，而比载氧材料颗粒欠致密和小的飞灰通过气动运输连同气态一起运走。一般地说，气体速度范围在0.3－1.5m/s之间，较佳地在0.4－1m/s之间，于是，使夹带的颗粒流量值达到0.01－5kg/s/m2之间，较佳地在0.05－0.5kg/s/m2之间。获得两种流出物，即，气态流出物(9)和固体流动(10)，气态流出物(9)包括富含飞灰的颗粒混合物，其含有小于30重量％的载氧材料颗粒，较佳地小于15重量％的载氧材料颗粒，而固体流动(10)富含载氧材料颗粒，其包括小于5重量％的灰烬，较佳地小于1重量％的灰烬。
备选地，固体流(11)可从致密相淘析分离区S3送到反应区R1.该再循环具有如下效应：
-载氧材料在反应氧化区的回路内循环，以使其氧化程度达到最大，
-使仍保持与载氧材料混合的灰烬再次循环通过气体-固体分离区和致密相淘析分离区S3。
备选地，热交换器E4可布置在致密相内，该致密相通过载氧材料颗粒的积聚而形成在分离区S3底部内。携带热量的流体(12)在热交换器E4内循环，或者作为纯粹单相(气体或液体)流动，或者，如果会产生蒸气以及热交换要达到最大，则就呈完全的或部分的气化形式。
在致密相淘析分离区S3中，致密相流化床因此有利地具有第二个功能，例如是控制功能和/或热回收功能，控制功能控制氧携带者围绕空气反应器循环，和/或如果选择用于流化的气体是氧化的，则氧携带者完成氧化。
有利地，在致密相分离区S3内实现的分离还可通过以下方式补足，例如，在区S3下游处布置烟气除尘区，该区呈气体-固体分离器S5的形式，例如是旋风器的形式。在该实施例中，将富含灰烬(9)的气体流出物送到除尘区S5，该流出物有利地包括小于30重量％的来自致密相淘析分离区S3的载氧颗粒，且较佳地小于15重量％的载氧颗粒。因此，获得主要包括飞灰和细粒的气体运输流(13)，以及包括大部分载氧材料颗粒的固体流(14)，该载氧材料颗粒来自被送到化学回路的还原区R0的气体流出物(9)。固体流(14)可与来自致密相分离区S3的固体流(10)在还原区R0的公共递送管线内相组合。
较佳地，注入到装置内的载氧材料(在大多数情形中，是金属氧化物)最初含有小于10％的直径小于100微米的颗粒，其允许通过淘析容易地分离灰烬和金属氧化物。
实例
在使用烟气除尘区S5(这里是旋风器)的优选实施例中，实例涉及到图1，没有选项的再循环流(11)和热交换器E4。
这里我们考虑这样的化学回路，其中，载氧金属氧化物以量级在300MWth的毛热功率进行循环，即，固体循环等于1077kg/s。
我们考虑含有14％灰烬的煤的燃烧，单元以11.6kg/s的速率进行馈送。煤在燃料反应器内以一定的颗粒大小提供，颗粒大小的特征在于，小于2％的煤具有200微米以上的颗粒尺寸。
所用氧载体是钛铁矿型的固体，其密度接近5000kg/m3。
本实例涉及根据本发明在空气反应器出口处的灰烬移除，移除的方式是使移去灰烬的质量流量等于进入单元的灰烬流量(对应于在连续基础上供应的给料的灰烬)，即，要被去除的1.62kg/s的灰烬流量。根据假设，如图1所描述的，在灰烬通过旋风器S2之后，灰烬仅在致密相淘析分离区S3的高度处被去除。
灰烬和载氧材料的颗粒尺寸分布由下面的表2给出：
表2：在装置内循环的各种颗粒的颗粒大小
根据灰烬和载氧材料的颗粒的平均颗粒直径(dp，μm)，颗粒特性和热固速度(Ut，m/s)由下面的表3给出。
表3：根据灰烬和载氧材料的颗粒的平均颗粒直径(dp，μm)，颗粒特性和热固速度(Ut，m/s)。
令气体密度ρg单位为kg/m3，固体密度ρp单位为kg/m3，气体粘度μg单位为Pa.s。
来自氧化区R1的传输相在流动(5)中被送到旋风器S2。其固体回收率是：
-在固体流(7)中找到95质量％的来自流动(5)中的灰烬，
-在固体流(7)中找到99.98质量％的来自流动(5)中的金属氧化物。
以0.75m/s的载体气体(8)的速度将流动(7)送到致密流化床分离器S3。在该反应器中，夹带着50％的灰烬和20％的金属氧化物细粒分布，这导致夹带的气体流(9)，该气体流包括5.3质量％的来自固体流(7)的金属氧化物流以及47质量％的来自固体流(7)的灰烬。
然后，以一定的固体回收效率将流动(9)送到旋风器S5：
-在流动(14)中找到91质量％的来自传输相(5)中的灰烬，
-在流动(14)中找到99.8质量％的来自传输相(5)中的金属氧化物。
这导致灰烬的去除率等于最初灰烬质量流的9.1％，而金属氧化物细粒的去除率等于最初质量流的0.02％。
该种除灰能力允许限制灰质床内的比例。因此，在选定的功率上，该装置必须去除1.67kg/s的灰烬，其对应于18.3kg/s的灰流(5)中的质量流量，即，载氧材料和灰烬总流量(5)中的1.7质量％。对于载氧材料流来说，这导致去除的细粒比例为流动(11)中0.17kg/s载氧材料，合计达1.67kg/s去除的灰烬。
结论是，获得比例为90.7％的富含灰烬的流动(13)，循环床内灰烬比例保持在1.7质量％。

Claims (10)

1.一种用于固体颗粒的碳氢化合物给料的化学回路燃烧方法，其中载氧材料采用颗粒形式循环，所述方法包括：
-在还原区R0中，使碳氢化合物给料颗粒与所述载氧材料颗粒接触，
-在反应氧化区R1中，使来自所述还原区R0的载氧材料颗粒(1)与氧化气体流(2)接触，
-将传输相(5)从包括气体和固体的反应区R1送到气体-固体分离区S2，以便分离：主要气态传输相(6)和固体流(7)，所述气态传输相(6)包括飞灰和载氧材料细粒，所述固体流(7)包括大部分的细粒、飞灰和大部分的所述载氧材料颗粒，
-将来自气体-固体分离区S2的固体流(7)送到由非还原气体(8)流化的致密相淘析分离区S3，允许所述细粒和飞灰与所述载氧材料颗粒分离，以便将包括大部分载氧颗粒的颗粒流(10)送到还原区R0，并通过排放管线排放包括大部分飞灰和载氧材料细粒的主要气态流出物(9)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载氧颗粒借助于管线(11)在反应区R1内的环路中循环，所述管线允许沉淀在致密流化相中的载氧颗粒从分离区S3的底部再循环到反应区R1的下部。
3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，借助于热交换器E4在致密相淘析分离区S3的底部内形成的致密流化相中回收热量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，致密相淘析分离区S3以0.5－1m/s的范围内的流化率进行流化。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述载氧材料颗粒最初包括少于10％的直径小于100微米的颗粒。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
-将来自致密相淘析分离区S3的主要气态流出物(9)送到除尘区S5，以便排出含有大部分灰烬和细粒的气体流(13)以及包括大部分载氧材料的颗粒流(14)，所述颗粒流通过传输管线被送到还原区R0。
7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的方法对固体碳氢化合物给料实施化学回路氧化还原燃烧的装置，所述装置至少包括：
-还原区R0，
-反应氧化区R1，其设有供应来自还原区R0的载氧颗粒(1)的馈送装置、供应氧化流化气体(2)的馈送装置，以及用于排放包括气体和固体颗粒的传输相(5)的排放管线，
-气体-固体分离区S2，其布置在反应区R1的下游，由所述排放管线供应，并包括用于排放主要气态传输相(6)的管线，以及用于排放包括大部分载氧材料的固体流(7)的排放管线，
-致密相淘析分离区S3，其布置在气体-固体分离区S2的下游，包括用于所述固体流(7)的入口、允许供应流化气体(8)的管线、用于将富含载氧颗粒的固体颗粒流(10)运载到还原区R0的管线，以及用于排放富含飞灰(9)的气体流的管线。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，包括热交换器E4，其处于在致密相分离区S3的底部内形成的致密流化相中。
9.如权利要求7至8中任一项所述的装置，其特征在于，包括来自致密相分离区S3的管线，其用于将颗粒流(11)再循环到反应区R1，所述颗粒流(11)包括在致密相淘析分离区S3中分离的部分固体颗粒。
10.如权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，包括除尘区S5，其布置在致密相淘析分离区S3的下游，设有用于接收来自分离区S3的主要气态流出物(9)的入口管线、允许排放含有大部分灰烬和细粒的气体流(13)的排放管线，以及用于将包括大部分载氧材料的颗粒流(14)运载到还原区R0的传输管线。
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