[发明专利]一种流化床输运床耦合反应装置

说明书

技术领域

本发明属于能源化工过程中的双流化床装置，具体来说，涉及一种流化床输运床耦合反应装置，该反应装置可以有效控制固体物料的循环流率和在反应器内停留时间，尤其适用于CO₂脱除、化学链燃烧等能源化工过程中的双流化床系统。

背景技术

气固流态化技术由于气固接触面积大，反应温度均匀、传热传质好等优点，被广泛应用于石油、化工、能源、冶金等行业，为国民经济的发展做出了巨大的贡献。

在种类繁多的流态化反应器中，循环流化床反应器因其既具有传统流态化反应器的优点，同时又具有可以有效控制物料的停留时间、便于大规模工业化等优点，被广泛应用于煤的燃烧和气化、CO₂脱除、化学链燃烧等领域。循环流化床技术虽然应用广泛，但是对床料粒径分布的均匀性要求较高。当应用于CO₂脱除或化学链燃烧等需要将物料全部循环的技术领域时，如果入炉颗粒为宽筛分分布或发生结焦聚团，较大的颗粒往往无法被流化风带出反应器，从而降低了固体颗粒的循环流率和反应效率。为了克服上述问题，一些在高气速条件下运行的流化床反应器应运而生。

输运床是在循环流化床操作的基础上，继续提高流化风速而形成的一种新型流态化反应器。在运行时，输运床内的物料在高气速下被很快带出床层，床层底部没有颗粒聚集，从而获得了很高的循环流率。与传统的循环流化床技术相比，输运床技术的床内气固接触较好、传热/传质速率快、气固返混小，近年来被应用于煤气化和化学链燃烧等领域。例如著名的KBR煤气化炉采用的就是输运床技术。但是输运床反应器还存在一些缺点：由于操作风速较高，为了保证物料有足够的停留时间，反应器一般比较高，导致空间布置不够紧凑，初期投资较大；同时输运床在整个高度上的风速较高，风机能耗较大，降低了反应器运行的经济性。

可以看出，无论是循环流化床还是基于循环流化床演变而来的其他气固流化床，固体物料的停留时间和循环流率都是无法兼得的。具有较长停留时间的反应器往往循环流率较低，而具有较高循环流率的反应器往往颗粒的停留时间不足。基于此，许多学者提出放弃传统的单纯利用流态化原理运行的反应器而改为将流态化与机械构件相结合，以达到停留时间和循环流率兼得的目的。比较典型的有中国专利“高活性钾基吸收剂干法脱除烟气中CO₂的装置及方法”（专利号：200810122644.2），提出了使反应器在鼓泡流化床状态下运行以达到较长的停留时间，同时利用布置在流化床底部的螺旋给料机来完成两个流化床反应器间物料的循环，这样可以通过改变鼓泡流化床的流化风速和螺旋给料机的转速来调节物料在反应器内的停留时间和循环流率。这种方法的优点是可以同时灵活地控制物料的停留时间和循环流率，减少颗粒在高速运动时对反应器的磨损以及由剧烈碰撞造成的破裂和粉碎，进而提高了反应器的运行效率。但是，螺旋输送装置的存在破坏了反应器的气密性，使反应效率降低，系统结构复杂，占地面积大；同时，反应物料易堵塞输送装置，危害系统的安全运行。更重要的是，这种方法很难进行放大并应用于工业当中。迄今为止，未见到既能够控制物料在反应器内的停留时间，又能够调节反应器的循环流率，同时保证反应器高效、经济、安全运行的技术的相关报道。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种流化床输运床耦合反应装置，该反应装置可以有效控制固体物料的循环流率和物料在反应器内的停留时间。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的一种流化床输运床耦合反应装置，该反应装置包括风室、布风板、流化反应床、中心风管、气提管、过渡段、输运床、旋风分离器、立管和返料器，流化反应床的底端与风室的顶端连接，流化反应床的顶端通过过渡段与输运床连接，输运床的上部与旋风分离器的入口连通，旋风分离器的物料出口通过立管与返料器的入口连接，返料器的出口与流化反应床的下部连通；布风板连接在流化反应床和风室之间，风室的壁面设有流化风入口；中心风管穿过并固定连接于风室和布风板，中心风管的出风口位于流化反应床中，中心风管的进风口位于风室的外侧，中心风管中通入中心风；气提管位于流化反应床和过渡段中，且气提管固定连接在流化反应床的内壁上；中心风管的出风口与气提管的入口相对；气提管的出口与输运床的入口相对。

进一步，所述的流化反应床、中心风管、气提管和输运床同轴设置。

进一步，所述的流化反应床、过渡段和输运床呈整体式结构。

进一步，所述的气提管的内径大于中心风管的外径，流化反应床的管径大于输运床的管径。