[发明专利]固体循环系统与捕捉和转化反应性固体的方法

说明书

相关申请

本申请要求了2010年11月5日提交的61/410,857号美国临时专利申请的优先权，其内容作为参考被全文引入。

技术领域

本发明涉及固体循环系统，其用以捕捉和转移合成气中的炭细粉或气体流中的反应性固体以促进提高的碳或反应物的转化，该合成气或气体流从蒸汽重整器(steam reformer)/第一阶段气化器或第一反应器运输到炭转化器/碳消减室(carbon trim cell，CTC)或第二反应器。

背景技术

基于在蒸汽重整器中处理不同的原料，已知碳转化可以由重整器或第一阶段气化器运行温度来得以促进。令人遗憾的是，随着重整器运行温度的提高，对于具体的脉冲加热器能力来说，生产量会下降。该生产量的下降是加热器管和流化床（fluidized bed）之间温差降低的结果，该温差的降低随着重整器运行温度的升高而出现，以固定的脉冲加热器燃烧速率。因此，所述排热率（heat dumping rate）下降，而每单位重量的原料所要求热量增加（由于对可感知的热的需求较高）。最终结果是在较高重整器运行温度下，原料的生产能力会下降。

随着运行温度和原料污染水平（诸如硫、氯、金属等污染物的类型和量）的提高，对于脉冲加热器冶金术的要求也变得严格。所述重整器的温度通常不会上升到它的最大潜力，而是根据原料、脉冲加热器冶金术和处理应用设置在低于最大值的某个等级。如果所述原料固定的碳含量相对高和/或脱挥发分(devolatilization)作用产生的炭相对不易反应，重整器温度上的这种让步会造成碳转化达不到98%-99%的转化目标。为了在这些情况下确保高的碳转化，一个选择是包括所述蒸汽重整器第二旋风分离器(steam reformer secondary cyclone)下游的炭转化器或碳消减室(carbon trim cell)。所述转化器为被第二旋风分离器捕捉到的炭细粉(char fines)提供了额外的停留时间和反应环境。所述转化器作为消减流化床在作为流化介质的含氧气体（空气或富氧空气(enriched air)或氧气）存在下运行，以亚化学计量的模式使碳主要气化为CO。所述流化床可以是循环床类型或湍动床类型或鼓泡床类型。流化床的运行温度的选择范围，根据所述炭反应和灰软化/结块特性，可以为650℃(或1,200F)至1,200℃(或2,192℉)。必要时，加入蒸汽以促进材料的转移，调节转化器中的温度并避免灰熔。从所述转化器中出来的产物通过用于固体保持和再循环的第三阶段旋风分离器和第四阶段旋风分离器以使所述飞灰掉落；所述富含一氧化碳的气体然后和所述第二旋风分离器废气或合成气（主要包括H₂和CO）混合，并发送至热回收蒸汽发生器(HRSG)。从所述炭转化器中出来的产物气体相对高的CO含量帮助弥补所述蒸汽重整器排出气体的高的H₂含量，并产生一种H₂和CO的摩尔比例为～2的混合物，这对于生物燃料的生产是理想的。

发明内容

一方面，本发明涉及一种原料处理系统，其具有配置用于捕捉和转化反应性固体的固体循环系统。所述固体循环系统包括：第一反应器，其配置用于接收原料，并基于所述原料经由第一导管输出第一流体，第一流体包括气体和粒子物质；第二反应器，其具有稠密流化床(dense fluid bed)，并配置用于接收包括所述粒子物质第一部分的反应性固体，并接收源自所述稠密流化床的床固体；第一提升管(first riser)，其第一端连接所述第二反应器的稠密流化床，且第二端连接所述第一导管，所述第一提升管配置用于将所述床固体输送到所述第一导管；第一分离装置，连接至所述第一导管且还连接至第二导管，所述第一分离装置配置用于接收所述床固体和所述第一流体的混合物，并将所述混合物分离为被输送到所述第二反应器的稠密流化床的中间固体混合物和进入所述第二导管的第一阶段产物气流；料腿(dipleg)，其第一端连接至所述第一分离装置且第二端连接至所述第二反应器，所述料腿配置用于从所述第一分离装置将所述中间固体混合物输送到所述第二反应器的稠密流化床；以及第二分离装置，其连接第二反应器，所述第二分离装置配置用于输出形成于第二反应器中的第二阶段的产物气体，其中：所述第一提升管，所述第一分离装置，所述料腿和所述第二反应器一起形成了固体循环回路，用于捕捉和转化第一流体中的粒子物质。