[发明专利]流化床反应器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及流化床反应器系统及操作流化床反应器的方法。更具体而言，本发明涉及一种比之现有技术的结构和工艺具有众多优点的循环流化床反应器的可控操作。本发明比之现有技术大大简化，但仍能将反应器温度精确控制在高效状态，并能提高在不同负荷下的热交换能力，而且在其它方面也是有利的。

背景技术

循环流化床已属众所周知，如美国专利4,111,158所示。在循环流化床反应器中，燃料在固体颗粒的流化床内进行反应。其气流速度和送气速率要控制得使绝大部分固体颗粒被气流从流化床反应器的下部夹带到上部。循环流化床的操作特点是，必须尽量彻底地夹带固体材料，以致于如果这种材料不能循环回到反应器中，则循环流化床的操作将会受到负面影响。

美国专利4,111,158建议，温度和操作可以用这些办法来控制：从循环系统抽取出固体；用流化床热交换器冷却抽取出来的固体；以及然后将已冷却的固体再循环回到流化床反应器中。固体从流化床反应器的底部附近通过导管抽取出来，并送入远处的外部流化床冷却器，冷却后，其中的固体部分又返回流化床反应器。这样的布置需采用分立系统(separate system)，这样固体才能在流化床冷却器与流化床反应器之间输运。另外，例如由于输运固体的导管很长，它的控制能力低弱，长导管的热损失也很大。这样的系统制造和操作也很复杂和昂贵。

也曾有人建议将固体在置于主反应器附近的流化床中进行冷却，例如在美国机械工程师协会(ASME)流化床技术(VORTEX^TM FLUIDIZEDBED TECHNOLOGY)1993年第1卷第197-205页的一篇文章(流化床燃烧)(Fluidized Bed Combustion)中就有这样的建议。这样的布置有可能减小由长连结导管带来的热损失和控制滞后，但是，它仍需用某些设备来把固体返送回主反应器，在此需用一个单设的提升通道，它还需有额外的动力来开动。从反应器底部取出固体，而把它返送回反应器须用单设的提升室(Lifting Chamber)来实现，以防止冷却器的流化气体与提升室的输送气体相互混合。同样，这样的系统也很难控制；经常需要有足够量的固体导入提升室，否则输运就不会顺畅。

在美国专利4,893,426和4,823,740中公开了操作鼓泡式流化床(bubbling fluidized bed)反应器的不同方法。鼓泡式流化床反应器是在低速下运转的，因此它与循环流化床相反，在床内形成有明显的上部表面。在美国专利3,893,426中示出了一种利用毗连的流化床的热交换器。两床都在同一水平高度上装有分配流化气体的分布板(grid)。在美国专利4,823,740中示出了一种鼓泡式流化床反应器，其下部装有热能回收室。这些回收室基本上布置在鼓泡床同一高度上，以便能接受固体材料，固体材料是在鼓泡床顶部表面的上方靠近鼓泡床与回收室之间的隔壁处进入的。固体在鼓泡床流化分布板上方的高度上从回收室返回鼓泡床。

美国专利5,060,599示出一种循环流化床反应器，它在反应器侧壁处装有料槽，用以接受沿侧壁流下的材料。每个料槽都有向上的开口，开口位置在流化床的密度明显低于反应器底部附近的密度的地方。要让材料涌过料槽边缘而流出，或者材料从料槽底部的小门或开孔卸出，材料流的控制才能达到目的。

在美国专利4,363,292中示出了一种在流化床反应器底部分布板上安装热交换段的系统。在该系统中，在分布板上方也安装有隔壁，把反应器底部分隔成若干区。这样的布置因不能在热交换段内提供足够的热交换面积而也受到限制，特别是在低负荷条件下时更是这样。在该系统和其它已知系统以及流化床反应器的操作方法中都存在缺点，这些都在本发明中得到了解决。

EP 0 410 773和EP 0 358 874公开了数种流化床反应器，它们有与它们的炉段(furnace section)相连的外部流化床热交换器或第二床室。热的材料从炉底部通过管道放入热交换器或第二床。细的已冷却材料用流化气体从外部室循环回炉的上部。粗的材料由排放管从系统排出。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的流化床反应器系统和有效控制该系统温度的方法。该目的用可以通过以下的流化床系统和方法实现：

本发明的流化床反应器系统包括：

流化床反应室(112)，包括循环流化床(110)，其内有第一分布板(grid)(114)，用以向该循环流化床内导入流化气体；