[发明专利]一种强化双组分固体颗粒混合的快速流化反应系统

说明书

本发明属于化工过程设备技术领域，涉及一种强化双组分固体颗粒混合的快速流化反应系统，固体颗粒射流混合器与快速流化床反应器同径或异径，固体颗粒射流混合器上至少连接一组对置的射流进料管，其中一个射流进料管与循环固体载体进料器连通进循环固体载体，另一个射流进料管与固体含碳原料进料器进固体含碳原料，两股进料在流化介质的作用下进行快速碰撞、混合；固体颗粒射流混合器位于快速流化床反应器底部、顶部或中间的任意位置；旋风分离器分别与快速流化床反应器和换热装置连通；循环固体载体和固体含碳原料的高速射流碰撞，强化了固体含碳原料的破碎，加快其反应速率，两者之间的返混小，强化了固体含碳原料的定向转化，减少了二次反应。

技术领域：

本发明属于化工过程设备技术领域，涉及一种强化循环固体载体与固体含碳原料双组分固体颗粒混合的快速流化反应系统，适用于煤、煤焦、生物质和固体废弃物等固体含碳原料的热转化过程。

背景技术：

煤、煤焦、生物质和固体废弃物等固体含碳原料的转化过程中，往往会引入第二个固体组分(通称为循环固体载体)来提供热量、氧或者催化作用。例如，煤的固体热载体热解、固体热载体气化工艺中的固体热载体(包括陶瓷球、石英砂等)；煤化学链燃烧/气化(Chemical-Looping Combustion/Gasification)工艺中的载氧体(包括Fe、Ni、Cu、Mn、Co等过渡金属氧化物及其复合氧化物)或载碳体(包括CaO、MgO等)，其中固体热载体转化工艺是利用煤焦、生物质焦等含碳固体焦的燃烧加热固体热载体，然后利用固体热载体为含碳固体原料的快速热解及气化提供热量；化学链工艺是利用载氧体或载碳体将给定的化学反应分解为氧化/还原反应或者吸附/脱吸附反应，其中载氧体或载碳体可以进行在两种反应之间传递氧/二氧化碳和热量，固体热载体、载氧体或载碳体等循环固体载体的利用为煤、煤焦、生物质和固体废弃物等固体含碳原料的清洁、高效、分级转化提供了新思路。

无论固体热载体转化工艺还是化学链工艺，都涉及到循环固体载体颗粒与固体含碳原料颗粒等双组分固体颗粒的混合，双组分固体颗粒的混合效果直接影响循环固体载体的传热、传质效率以及固体含碳原料的转化效率及产品质量。然而，由于循环固体载体与固体含碳原料的粒径、密度、黏度等性质差别较大，双组分固体颗粒的混合效果较差，流态化的双组分固体颗粒更容易发生分离，影响了双组分固体颗粒的接触效果。因此，固-固颗粒混合的强化对以上工艺的实施具有重要意义。

文献中“J.Adánez et.al,Progress in Energy and Combustion Science,65(2018),6-66”公开的化学链工艺往往是循环固体载体在串行循环流化床等反应装置内反应-再生，固体含碳原料由流化床反应器的底部或顶部等位置加入，在流化床反应器内通常会产生固体含碳原料和循环固体载体颗粒混合不均匀，甚至上下分层的现象，如此，大大降低了两种固体颗粒的混合及相互作用。因此，迫切需要设计一种新型的强化双组分固体颗粒混合的快速流化反应系统。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，为固体含碳原料的转化设计提供一种强化双组分固体颗粒混合的快速流化反应系统。

为了达到上述目的，本发明所述快速反应系统包括循环固体载体进料器、固体含碳原料进料器、射流进料管、固体颗粒射流混合器、快速流化床反应器、旋风分离器和换热装置；固体颗粒射流混合器与快速流化床反应器同径或异径，固体颗粒射流混合器上至少连接一组对置的射流进料管，其中一个射流进料管与循环固体载体进料器连通进循环固体载体，另一个射流进料管与固体含碳原料进料器进固体含碳原料，两股进料在流化介质的作用下进行快速碰撞、混合；固体颗粒射流混合器位于快速流化床反应器底部、顶部或中间的任意位置；射流进料管的直径为固体颗粒射流混合器直径的0.1-1倍，射流进料管与固体颗粒射流混合器轴向方向成30-120°的角度，射流进料管的进料表观气速为0.1-10m/s，旋风分离器分别与快速流化床反应器和换热装置连通。

本发明所述循环固体载体进料器、固体含碳原料进料器的物料流量控制方式包括螺旋输送机、气体流动阀或机械阀门。