[发明专利]用于将氧气引入加压流化床气化工艺的方法与设备

说明书

本发明涉及用于将氧气引入加压流化床气化工艺的方法与设备，其中加压流化床气化工艺典型地根据高温温克勒方法(HTW方法)被用在气化反应器中。

HTW方法长久以来即已是公知的并且是早经尝试和测试的技术，其中微粒和液体或糊状含碳燃料转化成合成气。使用的燃料是重燃料，具有非常高的灰分以及基于生物质的燃料和含碳废弃物。这些被引入流化床，该流化床被操作为鼓泡流化床，并且借助氧气、蒸汽和CO₂进行气化。与其他气化方法相比，HTW方法在中等温度下工作，在该温度下产生的灰不会熔化。这特别是对于腐蚀性灰的情形有操作优点。

氧气的添加必须进行非常精准的测量，因为过量将导致过度燃烧，并且因而增加合成气中的CO₂含量，而这是必须加以避免的。此外，过量还将导致在氧气入口点的周围产生灰烬颗粒的熔化，从而会发生流化床材料的结块，并且进一步将导致材料附着到氧气喷枪上。因此需要对氧气馈送的准确、快速和精细调节，因为燃料在压力下被部分地不连续地供给。这导致了氧气喷枪要特别满足严格要求，而该氧气喷枪通常被用于将所需的氧气引入流化床反应器中。

例如在作为现有技术的DE 34 39 404 C2和DE 44 07 651 C1中描述了相应的氧气喷枪。在这些现有技术中，可能结块的问题被如此解决，即在氧气的出口点，布置有添加的蒸汽，使得其形成笼罩新出氧气射流的蒸汽膜。在新出气体射流处同时产生的气流具有非常高的蒸汽含量，这防止了夹带的流化床颗粒的过热，并且因而显著降低了结块的趋向。

然而，该技术在压力为8-10bar时出现问题。在被添加到氧气喷枪之前，氧气通常已被预热。然而，出于安全目的，优选地加热不要超过180℃，因为在此情形中仪器部件特别是本领域常用的密封件将受到攻击。超过200℃，材料的使用存在法定许可限制。如果预热的氧气在180℃下被引入氧气喷枪，并且如果过热蒸汽被施加在包绕管中，冷凝物将在8-10bar的压力下在输氧管的蒸汽侧形成。这些冷凝物改变气体出口的流动状况，使得笼罩蒸汽膜不再围绕氧气喷枪形成。这导致氧气喷枪故障。

因此，本发明的目的是实现一种用于将氧气引入加压流化床气化工艺的方法与设备，其也适用于超过10bar的工作压力，并且具有高安全性和可用性。

上述目的是通过下述氧气喷枪实现的，该氧气喷枪具有彼此同轴配置的至少三个管，并且在每种情形中至少限定了环形间隙，

.最外层管被设计用于传导过热蒸汽，并且具有蒸汽馈送点，

.中间层管被设计为环形间隙，

.最内层管被设计用于传导温度最高为180℃的氧气，并且具有氧气馈送点，

.在最内层管的内部布置有温度探头，其接近到达最内层管的管口处，

.最内层管在其管口的上游以喷嘴状的方式逐渐变细，

.最内层管进入中间层管，以及

.中间层管的管口相对于最外层管的管口进一步突出。

在一个实施例中，中间层管可以被设计为在两侧均闭合的盲管，并且在此情形中前文使用的术语“管口”意在仅指最外层管的管口附近的管端部。在另一实施例中，中间层管在氧气喷枪的口侧是开口的。在另一实施例中，中间层管被设计用于传导干气，并且具有气体引入点。在此情形中，在另一实施例中，在进入中间层管的最内层管的管口上游，中间层管可以以喷嘴状的方式逐渐变细。

这里的干气与蒸汽发生技术领域相比是燃烧技术领域中常用的概念，其是指没有蒸汽组分的工业气体。作为对比，下文的湿气指的是还包含蒸汽组分的工业气体，尽管这不意味着形成了多相混合。过热蒸汽因此被认为是湿气，即使其是干的，即湿蒸气尚未产生。

上述目的还通过用于利用氧气喷枪将氧气引入流化床气化反应器的方法来实现，所述流化床气化反应器基于HTW方法操作，

.湿气在高于流化床气化反应器中压力的压力下被馈入最外层管，

.氧气在最高180℃的温度下以及在高于流化床气化反应器中压力的压力下被传导进入最内层管，

.从最外层管的管口出现的湿气作为包层流环绕中间层管的管口和新出的自由射流，新出湿气的流速被设置为高于最内层管的新出气体的流速。

在该方法的一个实施例中，干气可以以高于流化床气化反应器中压力的压力被引入中间层管，从而氧气和干气在中间层管管口的上游被混合。

在该方法的另一实施例中，湿气可以是过热蒸汽或过热蒸汽与二氧化碳的混合物。