用于將氧氣引入加壓流化床氣化工藝的方法與設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于將氧氣引入加壓流化床氣化工藝的方法與設(shè)備
[0001] 本發(fā)明涉及用于將氧氣引入加壓流化床氣化工藝的方法與設(shè)備，其中加壓流化床 氣化工藝典型地根據(jù)高壓溫克勒方法（HTW方法）被用在氣化反應(yīng)器中。
[0002] HTW方法長(zhǎng)久以來(lái)即已是公知的并且是早經(jīng)嘗試和測(cè)試的技術(shù)，其中微粒和液體 或糊狀含碳燃料轉(zhuǎn)化成合成氣。使用的燃料是重燃料，具有非常高的灰分以及基于生物質(zhì) 的燃料和含碳廢棄物。這些被引入流化床，該流化床被操作為鼓泡流化床，并且借助氧氣、 蒸汽和〇) 2進(jìn)行氣化。與其他氣化方法相比，HTW方法在中等溫度下工作，在該溫度下產(chǎn)生 的灰不會(huì)熔化。這特別是對(duì)于腐蝕性灰的情形有操作優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 氧氣的添加必須進(jìn)行非常精準(zhǔn)的測(cè)量，因?yàn)檫^(guò)量將導(dǎo)致過(guò)度燃燒，并且因而增加 合成氣中的CO 2含量，而這是必須加以避免的。此外，過(guò)量還將導(dǎo)致在氧氣入口點(diǎn)的周?chē)a(chǎn) 生灰燼顆粒的熔化，從而會(huì)發(fā)生流化床材料的結(jié)塊，并且進(jìn)一步將導(dǎo)致材料附著到氧氣噴 槍上。因此需要對(duì)氧氣饋送的準(zhǔn)確、快速和精細(xì)調(diào)節(jié)，因?yàn)槿剂显趬毫ο卤徊糠值夭贿B續(xù)地 供給。這導(dǎo)致了氧氣噴槍要特別滿(mǎn)足嚴(yán)格要求，而該氧氣噴槍通常被用于將所需的氧氣引 入流化床反應(yīng)器中。
[0004] 例如在作為現(xiàn)有技術(shù)的DE 34 39 404 C2和DE 44 07 651 Cl中描述了相應(yīng)的氧 氣噴槍。在這些現(xiàn)有技術(shù)中，可能結(jié)塊的問(wèn)題被如此解決，即在氧氣的出口點(diǎn)，布置有添加 的蒸汽，使得其形成籠罩新出氧氣射流的蒸汽膜。在新出氣體射流處同時(shí)產(chǎn)生的氣流具有 非常高的蒸汽含量，這防止了夾帶的流化床顆粒的過(guò)熱，并且因而顯著降低了結(jié)塊的趨向。
[0005] 然而，該技術(shù)在壓力為8-10bar時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。在被添加到氧氣噴槍之前，氧氣通常 已被預(yù)熱。然而，出于安全目的，優(yōu)選地加熱不要超過(guò)180°C，因?yàn)樵诖饲樾沃袃x器部件特 別是本領(lǐng)域常用的密封件將受到攻擊。超過(guò)200°C，材料的使用存在法定許可限制。如果 預(yù)熱的氧氣在180°C下被引入氧氣噴槍?zhuān)⑶胰绻^(guò)熱蒸汽被施加在包繞管中，冷凝物將在 8-lObar的壓力下在輸氧管的蒸汽側(cè)形成。這些冷凝物改變氣體出口的流動(dòng)狀況，使得籠罩 蒸汽膜不再?lài)@氧氣噴槍形成。這導(dǎo)致氧氣噴槍故障。
[0006] 因此，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種用于將氧氣引入加壓流化床氣化工藝的方法與設(shè) 備，其也適用于超過(guò)IObar的工作壓力，并且具有高安全性和可用性。
[0007] 上述目的是通過(guò)下述氧氣噴槍實(shí)現(xiàn)的，該氧氣噴槍具有彼此同軸配置的至少三個(gè) 管，并且在每種情形中至少限定了環(huán)形間隙，
[0008] .最外層管被設(shè)計(jì)用于傳導(dǎo)過(guò)熱蒸汽，并且具有蒸汽饋送點(diǎn)，
[0009] .中間層管被設(shè)計(jì)為環(huán)形間隙，
[0010].最內(nèi)層管被設(shè)計(jì)用于傳導(dǎo)溫度最高為180°C的氧氣，并且具有氧氣饋送點(diǎn)，
[0011].在最內(nèi)層管的內(nèi)部布置有溫度探頭，其接近到達(dá)最內(nèi)層管的管口處，
[0012].最內(nèi)層管在其管口的上游以噴嘴狀的方式逐漸變細(xì)，
[0013].最內(nèi)層管進(jìn)入中間層管，以及
[0014].中間層管的管口相對(duì)于最外層管的管口進(jìn)一步突出。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，中間層管可以被設(shè)計(jì)為在兩側(cè)均閉合的盲管，并且在此情形中 前文使用的術(shù)語(yǔ)"管口 "意在僅指最外層管的管口附近的管端部。在另一實(shí)施例中，中間層 管在氧氣噴槍的口側(cè)是開(kāi)口的。在另一實(shí)施例中，中間層管被設(shè)計(jì)用于傳導(dǎo)干氣，并且具有 氣體引入點(diǎn)。在此情形中，在另一實(shí)施例中，在進(jìn)入中間層管的最內(nèi)層管的管口上游，中間 層管可以以噴嘴狀的方式逐漸變細(xì)。
[0016] 這里的干氣與蒸汽發(fā)生技術(shù)領(lǐng)域相比是燃燒技術(shù)領(lǐng)域中常用的概念，其是指沒(méi)有 蒸汽組分的工業(yè)氣體。作為對(duì)比，下文的濕氣指的是還包含蒸汽組分的工業(yè)氣體，盡管這不 意味著形成了多相混合。過(guò)熱蒸汽因此被認(rèn)為是濕氣，即使其是干的，即濕蒸氣尚未產(chǎn)生。
[0017] 上述目的還通過(guò)用于利用氧氣噴槍將氧氣引入流化床氣化反應(yīng)器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)， 所述流化床氣化反應(yīng)器基于HTW方法操作，
[0018] .濕氣在高于流化床氣化反應(yīng)器中壓力的壓力下被饋入最外層管，
[0019] .氧氣在最高180°c的溫度下以及在高于流化床氣化反應(yīng)器中壓力的壓力下被傳 導(dǎo)進(jìn)入最內(nèi)層管，
[0020] .從最外層管的管口出現(xiàn)的濕氣作為包層流環(huán)繞中間層管的管口和新出的自由射 流，新出濕氣的流速被設(shè)置為高于最內(nèi)層管的新出氣體的流速。
[0021] 在該方法的一個(gè)實(shí)施例中，干氣可以以高于流化床氣化反應(yīng)器中壓力的壓力被引 入中間層管，從而氧氣和干氣在中間層管管口的上游被混合。
[0022] 在該方法的另一實(shí)施例中，濕氣可以是過(guò)熱蒸汽或過(guò)熱蒸汽與二氧化碳的混合 物。
[0023] 在該方法的另一實(shí)施例中，干氣可以是二氧化碳、氮?dú)?、或二氧化碳與空氣的混合 物、或二氧化碳與氮?dú)獾幕旌衔?。此外，在氣化工藝期望的情況下，沒(méi)有干氣的操作也是可 行的，濕氣溫度方面的有益效果得以保留。進(jìn)入中間層管的干氣的最低饋送溫度自最外層 管中使用的濕氣的露點(diǎn)起，這在純蒸汽的情形中對(duì)應(yīng)于飽和蒸汽溫度。
[0024] 很明顯本技術(shù)方案在經(jīng)濟(jì)上尤其有益，因?yàn)榭紤]到需要確保氧氣噴槍在快速關(guān)閉 期間的惰化可以使用用于二氧化碳的供應(yīng)線(xiàn)路，并且將其他管插入氧氣噴槍只需要很少支 出。選擇具有高比熱容量的干氣以及將熱濕氣與冷氧氣額外隔離防止了承載蒸汽的最外層 管中溫度的可感知降低，并且因此防止了最外層管中蒸汽的凝結(jié)。
[0025] 本發(fā)明在下文中結(jié)合兩個(gè)附圖進(jìn)行了更為詳細(xì)的說(shuō)明：
[0026] 圖1簡(jiǎn)要不出了氧氣噴槍的截面圖，該氧氣噴槍的口進(jìn)入HTW氣化反應(yīng)器（未不 出）的流化床中，以及
[0027] 圖2示出了用于氧氣、二氧化碳和蒸汽的供應(yīng)線(xiàn)路的線(xiàn)路圖。