捕捉和回收利用微粒的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于气化炉的旋风分离器系统，该气化炉具有两个或更多个串联排列的旋风分离器。该旋风分离器系统包括：第一级旋风分离器、第一料腿，第一回料阀；第二级旋风分离器、第二料腿、组合料腿，以及组合回料阀。第一回料阀与组合料腿在组合回料阀上方连接。组合回料阀与组合料腿相连接用于接收第一和第二固体颗粒组分的混合物，并且与气化炉相连接用于将第一和第二固体颗粒组分的混合物返回至气化炉。本发明专利技术还公开了一种利用旋风分离器系统捕捉和回收利用微粒的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及使用流化床反应器的煤气化。更具体地，本专利技术涉及从流化床反应器排放的合成气流中捕捉固体，随后将固体返回至流化床反应器的方法和装置。
技术介绍
煤气化是将煤转化成主要包含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气的过程。气化炉的主要类型有:移动床气化，气流床气化炉和流化床气化炉。根据原料和气化炉的类型及操作条件的不同，气化炉排放的粗合成气(crude syngas)中包含不同含量的一氧化碳,氢气，水蒸汽，固体和烃。 在流化床气化炉中，床体中容纳有一定量的小固体颗粒或称为“微粒”(fines)，微粒的数量主要取决于原料中含有的微粒数量以及气化器的操作条件，例如温度、压力、速度和气体/固体接触等。一部分微粒不可避免地被粗合成气夹带或携带出气化炉。这些微粒含有未转化的碳，并由此带来气化炉的“损失”。 大多数流化床气化炉操作在温度稍低于灰熔点(ash fus1n)温度的环境下，以避免在气化炉中形成使流化床去流化(defIuidize)的煤洛(clinker)以及导致气化炉被迫停机。相对低的操作温度及由此而来的流化床气化炉的非排洛模式(non-slagging mode)操作消除了高操作温度下熔融灰所导致的与排渣气流床气化炉相关的很多设计和操作方面的问题。然而，低操作温度也限制了流化床气化炉的碳转化率。为提高流化床气化炉的碳转化率，必须保持从气化炉损失的微粒尽可能少，因此必须捕获被粗合成气携带出的微粒并将其返回到气化炉进行更多的气化反应。 增加气体和固体在流化床气化炉中的停留时间和/或降低粗合成气离开气化炉的表观速度(superficial velocity)能减少粗合成气携带走的微粒数量。然而这些方法会显著增加气化炉的成本。一种更可行的提高流化床气化炉整体碳转化率的方法是捕捉和回收利用被带走的微粒。 旋风分离器系统已被商用来捕捉来自流化床反应器的废气所携带得固体颗粒，之后将捕捉到的固体送回反应器。然而，来自流化床气化炉的粗合成气中所携带的固体通常包含非常小(例如直径小于20微米)并且轻的固体颗粒或者微粒，这些固体颗粒或者微粒很难被常规旋风分离器捕获到。此外，这些微粒往往难以通过旋风分离器或被排放，从而导致频繁的固桥(solids bridge)或堵塞问题,并最终导致气化炉和旋风分离器系统被迫停机。不同的设备和方法，例如采用气动和/或机械输送机、阀、喷射器，或者旋转进料器，已被尝试用来解决这些流化床反应器在高温和高压下操作的问题。然而，现有的设备和方法不能为这些问题提供一个可靠的长期解决方案。 因此，本专利技术的目的在于，针对在高温高压下操作的流化床反应器或者气化炉，提供一种更可靠简单的捕获和回收利用微粒的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术基于(至少部分地基于)意外发现在两级串联的旋风分离器中，组合第一级微粒与第二级微粒能够在不需要任何回转或移动装置的情况下，提供一种简单的解决方案，以有效地捕捉被粗合成气携带出流化床气化炉的微粒，并将这些微粒回收至气化炉。 因此，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种用于气化炉的旋风分离器系统，该气化炉具有两个或更多个串联排列的旋风分离器。该旋风分离器系统包括:第一级旋风分离器、第一料腿，第一回料阀、第二级旋风分离器、第二料腿、组合料腿，以及组合回料阀。第一级旋风分离器具有第一进口和第一出口。第一进口与气化炉流体连通，并且从气化炉接收第一气-固混合物。第一料腿与第一级旋风分离器相连接用于收集从第一气-固混合物中分离出来的第一固体颗粒组分。第一回料阀与第一料腿相连接用于接收第一固体颗粒组分。第二级旋风分离器具有第二进口和第二出口。第二进口与第一出口流体连通，并且从第一级旋风分离器接收第二气-固混合物。第二料腿与第二级旋风分离器相连接用于收集从第二气-固混合物中分离出来的第二固体颗粒组分。组合料腿同时与第一回料阀和第二料腿相连接。组合回料阀与组合料腿相连接用于接收第一和第二固体颗粒组分的混合物，并且与气化炉相连接用于将第一和第二固体颗粒组分的混合物返回至气化炉。 根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种气化炉系统。该气化炉系统包括气化炉和本专利技术提供的旋风分离器系统。 气化炉可以是流化床气化炉。第一进口可以为半蜗壳(half volute)进口，第二进口为切向进口。 在一些实施例中，第一回料阀包括与第一料腿相连接的用于接收第一固体颗粒组分的第一垂直下降管、第一垂直下降管下游方向的第一下倾段、第一下倾段下游方向的第一上升管，以及第一上升管下游方向的第二下倾段。组合料腿可以在组合料腿的分支点与第二料腿和第一回料阀的第二下倾段相连接。 在一些实施例中，组合回料阀包括用于接收第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分混合物的第二垂直下降管、第二垂直下降管下游方向的第三下倾段、第三下倾段下游方向的第二上升管，以及第二上升管下游方向并且连接回气化炉的第四下倾段。 本专利技术还提供一种捕捉和回收利用微粒的方法。一种方法包括将来自气化炉的第一气-固混合物送到第一级旋风分离器的第一进口，在第一级旋风分离器中将第一气-固混合物分离为第二气-固混合物和第一固体颗粒组分，将来自第一级旋风分离器第一出口的第二气-固混合物输送至第二级旋风分离器的第二进口，并且收集依次通过与第一级旋风分离器相连接的第一料腿和与第一料腿相连接的第一回料阀的第一固体微粒组分，在第二级旋风分离器中从第二气-固混合物中分离出第二固体颗粒组分，通过与第二级旋风分离器相连接的第二料腿收集第二固体颗粒组分，收集来自第一回料阀的第一固体颗粒组合和来自第二料腿的第二固体颗粒组分的混合物，该混合物依次通过与第一回料阀和第二料腿共同连接的组合料腿和与组合料腿和气化炉共同连接的组合回料阀，以及将第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物从组合回料阀返送回气化炉。 本专利技术的另一种方法包括在气化炉中产生第一气-固混合物，将来自气化炉的第一气-固混合物输送到第一级旋风分离器的第一进口，在第一级旋风分离器中将第一气-固混合物分离为第二气-固混合物和第一固体颗粒组分，将来自第一级旋风分离器的第一出口的第二气-固混合物输送至第二级旋风分离器的第二进口，并且收集依次通过与第一级旋风分离器相连接的第一料腿和与第一料腿相连接的第一回料阀的第一固体微粒组分，在第二级旋风分离器中从第二气-固混合物中分离出第二固体颗粒组分，通过与第二级旋风分离器相连接的第二料腿收集第二固体颗粒组分，收集来自第一回料阀的第一固体颗粒组合和来自第二料腿的第二固体颗粒组分的混合物，该混合物依次通过与第一回料阀和第二料腿共同连接的组合料腿和与组合料腿和气化炉共同连接的组合回料阀，以及将第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物从组合回料阀返送回气化炉。 参见下述附图及描述，本专利技术的上述和其它优点，及其获得和使用方法将更加明显易懂。 【附图说明】 图1示出本专利技术一种实施例所提供的气化炉、旋风分离器和料腿的整体结构示意图。 【具体实施方式】 本专利技术涉及有效地捕获和回收利用被携带出反应器如气化炉或燃烧器的微粒，从而提高反应器的收集效率和系统的整体性能。特别地，这种旋风分离器和料腿的配置能够将很细的微粒回收至反应器进行利用。将旋风分离器和料腿进行组合的这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气化炉的旋风分离器系统，该气化炉具有两个或更多个串联排列的旋风分离器，其中，所述旋风分离器系统包括：具有第一进口和第一出口的第一级旋风分离器，其中，所述第一进口与气化炉流体连通，并且从所述气化炉接收第一气‑固混合物；与第一级旋风分离器相连接的第一料腿，用于收集从第一气‑固混合物中分离出的第一固体颗粒组分；与第一料腿相连接的第一回料阀，用于接收第一固体颗粒组分；第二级旋风分离器具有第二进口和第二出口，其中第二进口与第一出口流体连通，并且从第一级旋风分离器接收第二气‑固混合物；与第二级旋风分离器相连接的第二料腿，用于收集从第二气‑固混合物中分离出的第二固体颗粒组分；与第一回料阀和第二料腿共同连接的组合料腿；以及与组合料腿相连接的组合回料阀，用于接收第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物，并且组合回料阀与气化炉相连接，用于将第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物返送回气化炉。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.24 US 61/500,6301.一种用于气化炉的旋风分离器系统，该气化炉具有两个或更多个串联排列的旋风分离器，其中，所述旋风分离器系统包括: 具有第一进口和第一出口的第一级旋风分离器，其中，所述第一进口与气化炉流体连通，并且从所述气化炉接收第一气-固混合物； 与第一级旋风分离器相连接的第一料腿，用于收集从第一气-固混合物中分离出的第一固体颗粒组分； 与第一料腿相连接的第一回料阀，用于接收第一固体颗粒组分； 第二级旋风分离器具有第二进口和第二出口，其中第二进口与第一出口流体连通，并且从第一级旋风分离器接收第二气-固混合物； 与第二级旋风分离器相连接的第二料腿，用于收集从第二气-固混合物中分离出的第二固体颗粒组分； 与第一回料阀和第二料腿共同连接的组合料腿；以及 与组合料腿相连接的组合回料阀，用于接收第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物，并且组合回料阀与气化炉相连接，用于将第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物返送回气化炉。2.根据权利要求1所述的旋风分离器系统，其中，所述气化炉为流化床气化炉。3.根据权利要求1所述的旋风分离器系统，其中，所述第一进口为半蜗壳进口。4.根据权利要求1所述的旋风分离器系统，其中，所述第二进口为切向进口。5.根据权利要求1所述的旋风分离器系统，其中，所述第一回料阀包括与第一料腿相连接的用于接收第一固体颗粒组分的第一垂直下降管、第一垂直下降管下游方向的第一下倾段、第一下倾段下游方向的第一上升管，以及第一上升管下游方向的第二下倾段。6.根据权利要求5所述的旋风分离器系统，其中，所述组合料腿在组合料腿的分支点与第二料腿和第一回料阀的第二下倾段相连接。7.根据权利要求1所述的旋风分离器系统，其中，所述组合回料阀包括用于接收第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物的第二垂直下降管、第二垂直下降管下游方向的第三下倾段、第三下倾段下游方向的第二上升管，以及第二上升管下游方向并且连接回气化炉的第四下倾段。8.一种用于捕捉和回收利用微粒的方法，包括: 将来自气化炉的第一气-固混合物送至第一级旋风分离器的第一进口； 在第一级旋风分离器中将第一气-固混合物分离为第二气-固混合物和第一固体颗粒组分； 将来自第一级旋风分离器第一出口的第二气-固混合物输送至第二级旋风分离器的第二进口，并且收集依次通过与第一级旋风分离器相连接的第一料腿及与第一料腿相连接的第一回料阀的第一固体微粒组分； 在第二级旋风分离器中，从第二气-固混合物中分离出第二固体颗粒组分； 通过与第二级旋风分离器相连接的第二料腿收集第二固体颗粒组分； 收集来自第一回料阀的第一固体颗粒组分与来自第二料腿的第二固体颗粒组分的混合物，所述混合物依次通过与第一回料阀和第二料腿共同连接的组合料腿和与组合料腿和气化炉共同连接的组合回料阀；以及将第一固体颗粒组分和第二固体颗粒组分的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯·刘，宗耀·罗伯特·盛，
申请(专利权)人：综合能源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US