Способ и устройство для химического циклического сжигания (clc)хцс с получением азота высокой степени чистоты - RU2018106257A
Код документа: RU2018106257A
Формула
1. Способ сжигания углеводородного сырья окислением-восстановлением в химическом цикле, в котором циркулирует окислительно-восстановительная активная масса в форме частиц между, по меньшей мере, одной зоной восстановления и двумя зонами окисления, действующими в псевдоожиженном слое, в котором:
а) осуществляют сжигание углеводородного сырья восстановлением окислительно-восстановительной активной массы, приводимой в контакт с сырьем в по меньшей мере одной зоне восстановления;
b) осуществляют в первой зоне окисления (201, 301, 401) первую стадию окисления восстановленной окислительно-восстановительной активной массы (25), полученной в результате стадии (а) посредством приведения в контакт с первой фракцией потока воздуха, обедненного кислородом (21b), с получением потока диазота (28), содержащего количество дикислорода, меньшее или равное 100 ч/млн об., и потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26);
c)осуществляют во второй зоне окисления (200, 300, 400) вторую стадию окисления потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26), полученной в результате стадии b), путем приведения в контакт с воздухом (20) с получением потока воздуха, обедненного кислородом (21), и потока повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (24), предназначенной для использования на стадии а);
d) разделяют поток воздуха, обедненного кислородом (21), полученный в результате стадии с), с получением первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b), используемого на стадии (b) и второй дополнительной фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21а), извлекаемой из химического цикла.
2. Способ по п.1, в котором регулируют первую фракцию потока воздуха, обедненного кислородом (21b) на стадии (d), по количеству восстановленной окислительно-восстановительной активной массы 25, полученной в результате стадии (с), и направленной в первую зону окисления (201,301,401) с получением потока диазота (28), содержащего заданную долю дикислорода.
3. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором поток диазота (28) содержит количество дикислорода, меньшее или равное 10 ч/млн.об.
4. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором строгую стехиометрию по кислороду применяют во время второй стадии окисления (с) с получением потока воздуха, обедненного кислородом (21), содержащего около 2% дикислорода.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором окислительно-восстановительная активная масса содержит оксид марганца, при этом поток воздуха, обедненного кислородом (21) содержит около 2% дикислорода, а первая фракция потока воздуха, обедненного кислородом (21b) составляет менее 7,4% от потока воздуха, обедненного кислородом (21) для получения потока диазота (28), содержащего менее 10 ч/млн.об. дикислорода.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первая зона окисления (401) представляет собой реактор, содержащий камеру, снабженную средствами теплообмена, при этом средства теплообмена содержат текучую среду-теплоноситель, при этом во время первой стадии окисления (b): - создают псевдоожиженный слой частиц окислительно-восстановительной активной массы посредством подачи первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b), в камеру,
- осуществляют теплообмен между псевдоожиженным слоем частиц и текучей средой-теплоносителем;
- отводят поток диазота (28) через первый выход, расположенный в верхней части камеры, и
- отводят поток частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26) через второй выход, расположенный в нижней части камеры, чтобы направить его во вторую зону реакции (400), предпочтительно, при помощи пневматического клапана.
7. Способ по п.6, в котором эксплуатируют первую зону окисления (401) таким образом, чтобы поверхностная скорость воздуха, обедненного кислородом, в камере находилась бы в интервале от 2 до 10-тикратной конечной скорости падения частиц окислительно-восстановительной активной массы.
8. Способ по одному из пп. 1-5, в котором первую и вторую стадии окисления (b) и (с) осуществляют соответственно в первом реакторе окисления (301) и втором реакторе окисления (300), оба из которых типа лифт-реактора, и в котором:
- на стадии (b) эксплуатируют первый реактор окисления (301) таким образом, чтобы поверхностная скорость воздуха, обедненного кислородом, в указанном первом реакторе находилась в интервале от 2 до 15 м/с;
- выделяют из смеси, выходящей из верхней части первого реактора окисления (301), поток диазота (28) и поток окислительно-восстановительной активной массы (26) в сепараторе газ/твердое вещество, таком как циклон;
- направляют поток частично повторно окисленной активной массы (26) во второй реактор (300) по транспортной линии, содержащей сифон для обеспечения герметичности по газу между первым и вторым реактором (301, 300); и
- на стадии (с) эксплуатируют второй реактор окисления (300) таким образом, чтобы поверхностная скорость воздуха в указанном втором реакторе находилась в интервале от 3 до 10 м/с.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором поднимают давление первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b) перед ее вводом в первую зону окисления (301).
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором приведение в контакт частиц восстановленной окислительно-восстановительной активной массы (25) и первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b), в первой зоне окисления (201, 301, 401)и приведение в контакт потока частиц частично окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26) и воздуха (20) во второй зоне окисления (200, 300, 400) осуществляется в противотоке.
11. Установка для осуществления сжигания углеводородного сырья согласно одному из пп. 1-10, содержащая:
- по меньшей мере, одну зону восстановления для реализации стадии (а) сжигания, содержащую вход для потока окислительно-восстановительной активной массы в форме частиц, вход для углеводородного сырья, вывод для газообразного потока и восстановленной окислительно-восстановительной активной массы;
- первую зону окисления (201, 301, 401) для осуществления первой стадии окисления (b), содержащую вход, связанный с выводом восстановленной окислительно-восстановительной активной массы (25), выходящей из зоны восстановления, вход для первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b), выход для потока диазота (28) и вывод для потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26);
- вторую зону окисления (200, 300, 400) для осуществления второй стадии окисления (с), содержащую вход, связанный с выводом потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26) из первой зоны окисления (201, 301, 401), вход для потока воздуха (20), выход для потока воздуха обедненного кислородом (21), и вывод для потока повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (24), соединенный с зоной восстановления;
- средства разделения потока воздуха, обедненного кислородом (21), расположенные на выходе потока воздуха, обедненного кислородом, второй зоны окисления (200, 300, 400), содержащие первый трубопровод для подачи первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b) на вход воздуха, обедненного кислородом, первой зоны окисления (201, 301, 401) и второй трубопровод для выхода из химического цикла дополнительной второй фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21а);
- зоны восстановления и окисления, каждая, содержат средства для перевода в псевдоожиженное состояние.
12. Установка по п. 11, содержащая средства для регулировки первой фракции потока воздуха, обедненного кислородом (21b), по количеству восстановленной окислительно-восстановительной активной массы (25), вводимой в первую зону окисления (201, 301, 401) таким образом, чтобы получить поток диазота (28), содержащий заданное количество дикислорода, предпочтительно, количество дикислорода, меньшее или равное 10 ч/млн.об.
13. Установка по любому из пп.11-12, в которой:
-первая зона окисления (401) представляет собой реактор, содержащий камеру, снабженную средствами теплообмена и средствами перевода в псевдоожиженное состояние, причем средства теплообмена содержат текучую среду-теплоноситель и поверхность теплообмена в контакте с текучей средой-теплоносителем и окислительно-восстановительной активной массой, и отделяющую текучую среду-теплоноситель от окислительно-восстановительной активной массы, при этом средства перевода в псевдоожиженное состояние содержат средства для подачи воздуха, обедненного кислородом, для образования псевдоожиженного слоя частиц, при этом псевдоожиженный слой находится в контакте с поверхностью теплообмена,
- вывод для потока диазота (28) расположен в верхней части камеры, и
- выход для потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы расположен в нижней части камеры, соединенной со входом потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26) второй зоны реакции (400).
14. Установка по любому из пп. 11-12, содержащая:
- первый реактор окисления типа лифт-реактора (301) в качестве первой зоны окисления;
- второй реактор окисления типа лифт-реактора (300) в качестве второй зоны окисления;
- сепаратор газ/твердое вещество (303), такой как циклон, расположенный после первого реактора окисления (301) таким образом, чтобы принимать смесь, выходящую из верхней части первого реактора окисления (301),при этом смесь содержит поток диазота (28) и поток частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26);
- сифон, расположенный на линии транспортировки потока частично повторно окисленной окислительно-восстановительной активной массы (26) от сепаратора (303) до второго реактора окисления (300), чтобы обеспечить герметичность по газу между первым и вторым реакторами окисления (301, 300).
15. Установка по любому из пп. 11-14, содержащая устройство сжатия (202, 302), такое как компрессор или воздуходувка, расположенное на первом трубопроводе, подающем первую фракцию потока воздуха, обедненного кислородом (21b), в первую зону окисления (201, 301, 401).
