[发明专利]一种加压反应器系统及其操作方法

说明书

发明背景和摘要

本发明涉及一种加压反应器系统及其操作方法。更确切地说本发明涉及一种在加压反应器系统内进行热导出反应(例如燃烧或气化反应)时控制加压反应器系统的压力容器内部的工艺条件，和同时控制该压力容器中的工艺条件的方法和设备。

美国专利No.5,251,343公开了一种加压流化床锅炉动力装置，在将压缩空气从压缩机输送到锅炉的管道上装有一台空气冷却器。动力装置的压力容器还有一个设在压力容器内的隔热屏。将被冷却器冷却了的压缩空气送到隔热屏和压力容器内壁之间的空间，再进一步送到隔热屏和反应器之间的空间。空气最终被送到锅炉中进行燃烧。但是这种方法不能充分有效地控制压力容器内的温度；气体流动和温度总是决定于反应器的工艺要求，即燃烧过程。

在公开文本WO/91/17389和美国专利No.4,852,345中也建议在将压缩空气送入压力容器中以前使其冷却。两个文件都提出在送入压力容器，并接着送入反应室以前将压缩空气冷却。

还建议在反应室系统的壁结构中提供一股水流，将反应壁的温度维持在一定程度。但是此温度通常很高，以致水必须在很高压力下，例如高到5bar，才能避免蒸发和保持温度的可控性。这种高压结构是昂贵和笨重的，通常是不希望采用的。

先有技术系统还有一些明显缺点，特别在有效地控制压力容器的工艺条件方面。使工艺气体流经压力容器的整个气体空间来冷却压力容器所产生的控制作用是不充分的。

根据本发明的一个方面，提供一种加压反应器系统的操作方法。该反应器系统包括一个被包围在一个压力容器内带有一个反应室的工艺容器组合体，一个将加压气体送到反应器系统的第一管道，一个在压力容器内限定在压力容器内部和工艺容器组合体外部之间的内容积，以及一个将排出气从工艺容器组合体送到压力容器外部的第二管道。该方法包括以下步骤：(a)将超大气压力气体从第一管道送入工艺容器组合体；(b)在工艺容器组合体的反应室中维持热导出反应；(c)将气体从工艺容器组合体和压力容器经第二管道排出；(d)将气体从内容积的一部分循环到另一部分以控制内容积的温度。

步骤(d)最好是通过循环一种惰性气体，例如氮气或二氧化碳，或者作为一种替代办法循环空气来进行。在实行步骤(d)的过程中最好还另外有冷却或加热循环气的步骤。在实行步骤(d)的过程中最好还有控制循环气流量(如通过控制一个自动操作阀，或通过控制一台风扇或鼓风机转速)，以及提高循环气压力(例如通过将加压气体送入循环回路)的步骤。加热步骤可在开车过程中进行，其次在完成开车后还有终止循环气加热以及随后在进行步骤(d)的过程中冷却循环气的步骤。

可以通过在一个第一位置从内容积抽取气体送出压力容器；调整压力容器外的循环气温度，并将其增压；然后在一个距第一位置很远的第二位置使循环气返回内容积来实行步骤(d)。还可通过从压力容器顶部抽出循环气，而在靠近其底部返回气体(在稳定操作过程中)，或者相反(一般在开车过程中)来实行步骤(d)。按另一种方法可以基本上完全在压力容器中的内容积里进行步骤(d)，这是通过提供一个或多个和内容积成一体的通常是垂直的内部管道，在内管道中实现步骤(d)的。在进行步骤(d)时气体一般是靠自然对流在内管道中向上或向下流动的，同时在气体在内通道中循环的过程中可以调节其温度。

步骤(c)一般是通过在一台固体物流化床，包括一个循环流化床反应器的工艺容器组合体中进行燃料的燃烧或气化实现的，而步骤(a)一般是在2-100bar压力下引入气体来进行的。为应付或预期工艺容器组合体的一次停车，还可以从内部气体容积中抽出气体送入到循环流化床反应器中以终止其中的燃烧或气化反应。

一般通过步骤(d)调节循环气温度，以避免在压力容器和工艺容器系统中发生腐蚀气体冷凝，并防止温度升高到有危害的程度。

根据本发明的另一方面，提供一个包括以下组成部分的加压反应器系统：一个压力容器；一个在压力容器内部的有一个在其中发生热导出反应的反应室的工艺容器组合体；一个限定在压力容器内部和工艺容器组合体外部之间的内部气体容积；一个在压力容器外的超大气压力气体源；一个将气体从气源输送到工艺容器组合体内反应室的第一管道；一个将反应室排出的气体送到压力容器外的第二管道；以及使气体从内容积的一部分循环到另一部分以便控制内容积温度的装置。