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CN1156501A - 流化床反应器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种流化床反应器系统，它包括反应室(112)和鼓泡(慢速)流化床(116)，反应室包括循环(快速)床，其中有导入流化气体的第一分布板(114)，鼓泡床内有导入流化气体的第二分布板(120)。第二分布板安装在第一分布板的下方。在循环床和鼓泡床之间设有第一连结通道(122)和第二连结通道(132)。颗粒从循环床通过第一连结通道流入鼓泡床，在第二连结通道处则流动方向相反。两连结通道的相互位置布置成使两床内部的压力和密度条件成为提供推动力的唯一机制，以控制颗粒从循环床流向鼓泡床。可在鼓泡床内设置间接式热交换器(128)，用以冷却颗粒，同时可用各种结构的隔板(130)来分隔鼓泡床并界定两连结通道。

Description

流化床反应器及其操作方法
发明背景及发明概述
本发明涉及流化床反应器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。
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(惰性的，和/或活性的，如石灰石)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(或等量的预热材料)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(包括流化床反应器、固体/气体分离器和再循环导管)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(VORTEXTM 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。料槽是靠在反应室内加隔壁来形成的。为使料槽具有足够的容积并在其中有足够的热交换，隔壁必须在反应室壁的较高处。这种沉重的壁结构很昂贵并难于安装，它会在连结处引起其它结构的应力，并引起整个结构的不利振动。如果隔壁的高度加高，则料槽仅限于在高负荷下运转，这是因为在低负荷时将不会有足够的固体材料落入料槽。
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。
根据本发明，提供了一种系统和方法，它们能使流化床反应器的温度得到有效控制，保证有足够的热交换面积来冷却固体材料。根据本发明，能在不同负荷下增大流化床反应器的热交换能力，并能在流化床反应器中使固体材料得到经济有效的处理。反应器系统冷却器的热交换能力比之现有技术增大，能在不同负荷下有效运转。按照本发明这些效果可以简单的方式达到。
本发明最基本的思路是利用两种不同的流化床技术，而且把两种不同的床互相毗连安装以使能不用泵、鼓风机或其它机械设备或气动设备即在两床之间互相交换颗粒，直接完成颗粒的交换。
本发明使用循环式(快速)流化床和鼓泡式(慢速)流化床。两床用第一和第二连结通道毗邻安装，典型地是把鼓泡床的引导流化气体的分布板安装在循环床分布板的下方。由于鼓泡床的密度基本上是整个地恒定的，并在其顶面有明显的分界线，因此就把第一连结通道置于鼓泡床顶面上万，以使两床之间的压力和密度条件能导致颗粒从循环床通过第一连结通道流入鼓泡床。虽然如此，但由于鼓泡床中的平均密度大于循环床中的密度，因此，压力和密度条件就使颗粒在鼓泡床中处理后(例如冷却后)通过第二连结通道返回到循环床。
这就是说，已惊奇地发现，可有效地利用流化床反应器系统中的不同压力条件来在两个固体流化床之间输送材料。只要适当地布置各反应室和相互间连结的开孔，就可保持和控制流化床反应器的运转，使得可安全可靠地在各种负荷条件有效地冷却固体材料。本发明把循环流化床与慢速流化床有效地连结在一起来实现这些效果。
在循环固体流化床中，流化气体通过反应室底部的分布板引入，其流速使主要体积的固体被气体从反应室中较低区段夹带流向较高区段。而循环床的特征是，平均颗粒密度从循环流化床的底部区段的起始密度向反应室的上部区段逐渐减小，床上并无明显的上部表面，更确切地说，气体/固体悬浮体向上逐步稀释。而在慢速或鼓泡式流化床中，则有明显的上部表面，该表面以下颗粒密度基本上恒定，而在该表面以上只存在有少量的固体；亦即在上部表面以上，固体密度基本为零。这是由于引入的流化气体流量较低所致。
按照本发明，慢速流化床的密度一般应调控得比循环流化床底部区段的起始密度高。两流化床所建立的压力可用下式来描述：循环流化床为ΔP1＝ρcgΔh，或压力梯度为ΔP1/Δh；而慢速或鼓泡式流化床为ΔP2＝ρ5gΔh或压力梯度为ΔP2＝Δh。在慢速流化床中，在流化床上部表面高度处的密度会自然地突然降低，因此在慢速流化床上部表面以上压力ΔP2不会加大，上部表面的高度以ho表示。相反，由于循环流化床中的平均颗粒密度向着反应室的上部区段逐渐减小，因此在循环流化床中就没有这样的突然变化。这样就导致这样的事实：在慢速流化床上部表面以下的某个垂直位置上等于或小于ho的Δh1高度上，慢速流化床的压力大于循环流化床的压力，亦即ΔP2＞ΔP1。而在慢速流化床上部表面以上的某个垂直位置上，在大于ho的高度Δhu上，循环流化床的压力大于慢速流化床的压力，亦即ΔP1＞ΔP2。
按照本发明，可利用循环流化床与慢速或鼓泡式流化床的不同压力条件来设置成一个循环机制或循环路线，使固体从循环流化床通过设有扩大的传热面积的慢速流化床而循环。只要适当地布置各反应室和相互间连结的开孔，即可保持和控制流化床反应器的运转，使得安全可靠地在各种操作负荷条件下，有效冷却固体材料，特别是在低负荷条件下也能有效冷却。
根据本发明的一个方面，提供一种流化床反应器系统，该系统包括下列部件：一个包括循环流化床的流化床反应室，循环流化床有第一分布板，用以往循环流化床中引入流化气体；一个鼓泡式流化床，其中有第二分布板，用以往鼓泡式流化床中引入流化气体，第二分布板安装在垂直低于第一分布板的地方；循环流化床与鼓泡床之间的第一连结通道，用以从循环床往鼓泡床输送固体，第一连结通道位于第一分布板上方的第一位置；以及循环流化床与鼓泡床之间的第二连结通道，用以从鼓泡床往循环床输运固体，第二连结通道位于第一连结通道的下方，但在第一分布板的高度上或高于第一分布板。循环床和鼓泡床以及它们之间的连结通道相互之间这样布置：使两床内部的压力和密度条件能建立起一种推动力，以控制颗粒从循环床通过第一连结通道流入鼓泡床，以及从鼓泡床通过第二连结通道流入循环床[在此也可以有其他的流量控制装置，优选非机械装置]。
冷却装置，例如间接式热交换器，一般安装在鼓泡床内以冷却其中的固体。同时，用隔板把鼓泡床分为第一室和第二室，第一室直接接通第一连结通道，第二室直接接通第二连结通道。隔板防止第一和第二连结通道之间发生短路，以使所有进入鼓泡床的颗粒都得到冷却。
冷却机械可以只装在第一室，也可以只装在第二室，或者在第一室和第二室内都装。第一室和第二室的尺寸可以是任何比例的，但优选第二室的第二横断面面积小于第一室的第一横断面面积的50％(更优选小于25％)。鼓泡床内的传热装置优选地至少部分延伸至低于第一分布板。
一般而言，反应室有第一侧壁，所述第一侧壁布置成与垂线有大于约10°的夹角，侧壁上开有第一开孔构成第一连结通道，并在侧壁上于第一连结通道与第一分布板之间开有第二开孔构成第二连结通道。可在第二分布板附近安装一个带阀门的抽取固体的导管，用以选择性地从鼓泡床中抽取出固体。另外，第二分布板的一部分也可安装在第一分布板之下并水平地与之重叠，以使第二连结通道位于第一分布板的间断处。隔板可以在鼓泡床内全部垂直伸展，也可以全部与垂线有大于20°夹角，或者先有夹角然后基本上垂直。
按照本发明的第二方面，提供了流化床反应器系统的操作方法，该系统包括具有第一流化床的反应室和具有第二流化床的辅助室。该方法包括下列步骤：(a)以快速循环流化床的形式操作第一流化床。(b)以慢速鼓泡式流化床的形式操作第二流化床。(c)基本上仅依靠两床之间在第一连结通道处的压力和密度差使第一股颗粒物流从第一床内的第一连结通道处流入第二床。以及(d)基本上仅依靠两床之间在第二连结通道处的压力和密度差使第二股颗粒物流在第一床内的第二连结通道处从第二床流入第一床。
优选的是，在步骤(c)和(d)之间还有在鼓泡床中冷却颗粒的步骤，这就是例如(例如用隔板)把颗粒引导流过间接式热交换器或类似的冷却机械。步骤(c)一般在循环床内的第一垂直位置上实施，而步骤(d)则在循环床内低于第一位置的第二垂直位置上实施，而鼓泡床内的平均密度比循环床内第二连结通道处的密度大。
如上文描述设备时已述及，一般而言，反应室包括有用以引导流化空气进入循环流化床的分布板，而实施步骤(d)即可由分布板水平方向的中间部分从分布板下部把固体从鼓泡床导入循环床。
按照本发明的一个优选实施方案，通过在第二连结通道的高度上使第二垂直压力梯度大于第一压力梯度，就可有利地利用因第二和第一垂直压力梯度之差和/或固体密度分布之差产生的推动力来在第二连结通道处把固体从第二流化床输运到第一床。同时，还可在第二流化床内安全有效地把固体中的热量间接地传给传热介质，优选为蒸气或水。第二流化床可使用气体(例如氮)来流化，只要该气体能建立有利于长期安全运转的条件，例如可避免由氯引起的危险条件。通过在第一连结通道处使第一垂直压力梯度大于第二压力梯度，即可有利地利用因第一和第二垂直压力梯度之差和/或固体密度分布之差产生的推动力来在第一连结通道处把固体从第一流化床输运到第二床。这样，固体就从第一流化床室流向了第二流化床室。
有利的是，可在第一流化床分布板的下方扩展第二固体流化床，以在第二固体流化床中于低于第一分布板的空间中设置扩大的传热面积，把固体的热传输给传热介质，这一点基本上只是利用两床之间不同的压力条件形成的推动力建立固体的运动或输运实现的。这样就可提供尽可能多的为工艺方法充分运行所需的传热面积(和第二流化床体积)，即使在流化程度较弱、并且只有少量固体被气体夹带流向较高处的低负荷条件下，仍可使固体材料从第一流化床引入。本发明使得可把第一连结通道设置在即使在低负荷条件下仍有足够的固体流速的一个垂直位置。另外，在把本发明的付诸实施时，也不必在第一流化床内安装什么隔壁。
本发明的主要目的是提供一种简单而有效的流化床反应器系统，它能在宽范围的各种条件有效地运转。本发明的这一目的和其它目标在阅读了本发明的详细说明和所附的权利要求后将会更加清晰。
附图简述
图1是本发明的系统的第一个示例性实施方案的侧视简图，为清楚起见，其中循环流化床反应器容器的一部分被剖去；
图2为一曲线图，示出图1系统中流化床内颗粒密度的示例性分布情况；以及
图3至图5为类似于图1的简图，示出本发明系统的不同实施方案实例。
附图详述
图1主要示出本发明的优选实施方案中容器10内的循环流化床反应器的下部。其上部的详情对本发明无关紧要，可按照现有技术的教导来设计。其上部包括：靠近容器10顶部的排气管11、颗粒分离器(如旋风分离器)12，以及用以把分离器分离出来的颗粒送回容器10下部的返回通道13。产品或排出的气体(例如由气化或燃烧生成的)从管道14中流出分离器12。
按照本发明，在容器10内部的反应室112内设置有第一固体流化床110，容器10内装有分布板114，用以向第一固体流化床110导入流化气体。第一流化床110按使之成为循环流化床的方式操作，亦即它的运转使大量的固体颗粒被反应室112中向上运动的气体所夹带，并通过管道13返回。
在图1的实施方案中，第一固体流化床110用侧壁118与第二固体流化床116分开，第二流化床内有第二分布板120，用以导入流化气体。第二固体流化床以鼓泡流化床形式运转，并通过侧壁118上的开孔122从第一流化床接受固体。侧壁118是作为容器10的壁示出的，它与垂线有大于约10°的夹角。
第一、亦即快速或循环流化床110的运转，在固体流化床110内提供预定的第一垂直压力梯度分布(ΔP1/Δh)。而第二、亦即慢速或鼓泡式流化床116的运转，提供预定的第二垂直压力梯度分布(ΔP2/Δh)。按照本发明，开孔122(开孔可有多个，此处例示一个，仅为解释明白)的设置高度使得基本仅依靠在开孔122高度处由循环流化床110内比床116内该位置处更大的压力梯度(ΔP1/Δh)形成的推动力即可把固体从第一流化床110输运到第二流化床116。
在第二流化床116中，至少有二个室(124，126)，其中进入室124用来在第二固体流化床116内将固体向下输运到它的下部，出口室126用来将固体向上输运到高于第一分布板114的高度上。开孔122设置在进入室124的上部，使进入室124与循环流化床110连结起来。在本实施方案中，传热表面128只在进入室124设置，进入室124的横断面比出口室126的横断面大得多。优选的是，出口室126流通区的横断面小于进入室124流通区的横断面的50％。出口室126的横断面流通面积最好小于第二流化床116的总横断面流通面积的30％或25％。
在第二流化床116中，为了加强第二流化床116中进入室124内固体的向下运动，同时加强出口室126内的向上运动，可安装隔壁130。隔壁130必须至少使固体在第二流化床116中进行要求的运动，这样达到要求的传热率，同时不发生大容积的固体直接从开孔122流向出口室126上开在共用壁118上的出口开孔132(亦即短路)。只要通过控制穿过分布板120的流化速率和流化体积可达到第二流化床116的正确发挥作用，隔壁130可以大大缩短，亦即不象图1中那样伸展到接近分布板120。隔壁130基本上是完全垂直的，只在与器壁118连结处有一个小弯或一小段曲线部分。
按照本发明，可使固体没着以下路径循环，它包括：循环流化床110-鼓泡式流化床116的进入室124-鼓泡式流化床的出口室126-然后返回循环流化床110，循环方式使得可有效利用第二流化床的传热表面128的全部面积，不需另外的传输器来促使固体运动。与此同时，还可在第二流化床116中备有足够的传热表面，即使在低负荷条件下，也能保持有足够的材料从循环流化床110中出来，这是靠在共用壁118上的开孔122垂直位置很低来做到的，这样即实现了固体材料的简单而经济有效的循环。
传热表面128包括冷却装置，冷却用流体(例如蒸气或水)循环通过该装置，以冷却床116内的颗粒。任何其他传统的冷却器亦可使用或替换它使用，并且所有流体都可与涡轮机、工艺蒸气发生器等有效连结起来，以利用从慢速床116的固体中回收的热能。
第一流化床110和第二流化床116的操作使两床中的固体材料在垂直方向的密度分布造成固体的运动。该分布状况如图2中的简明曲线所示。图中符号B指的是第二流化床116中的密度分布，C指的是第一床110中的密度分布。在某一高度ho以上的高度Δhu中，第一流化床110内的密度大于第二流化床116内的密度。这导致压力差ΔP1＝ρcgΔh。在循环固体流化床110中(曲线C)，从反应室112底部通过分布板114引入的流化气体的流速使得大量的固体被反应室112中从下部流向上部的气流所夹带。同时，循环流化床110内的平均颗粒密度，象图2中的曲线C所示的那样，从循环流化床110底部的起始密度开始，向着反应室112的上部逐渐减小。另外，从图2可清楚看出，在床110中没有明显的上部表面，但气体/固体悬浮体向上逐渐稀释。
另一方面，图2还示出，在慢速或鼓泡式流化床116中，有一个明显的上部表面，该表面以下Δh1的高度内，颗粒密度基本上是恒定的，而在该表面以上，只有极少量的固体；亦即在该表面以上，固体密度基本上为零，如图2中的曲线B所示。慢速流化床116中的密度控制得大于循环流化床底部区域Δh1高度处(即在分布板114处)的起始密度。两流化床所建立的压力，对循环流化床110来说，可表述为ΔP1＝ρcgΔh，或用压力梯度ΔP1/Δh来表述，而对慢速或鼓泡式流化床116来说，可表述为ΔP2＝ρBgΔh，或用压力梯度ΔP2/Δh来表述。在慢速流化床116中，在流化床116的上部表面的高度上，密度会自然地突然降低，因此在慢速流化床的上部表面以上，压力ΔP2不会增大。[该高度为ho]反之，在循环流化床110中，由于平均颗粒密度逐渐向反应室112的上部减小，因此在循环流化床110中不会突然变化。这些因素就导致这样的事实，在等于或低于慢速流化床116上部表面的垂直位置上，在等于或小于ho的高度Δh上，慢速流化床116的压力大于循环流化床110的压力，亦即ΔP2＞ΔP1。相应地，在慢速流化床116上部表面以上的垂直位置上，在高于ho的高度Δhu上，循环流化床110的压力大于慢速流化床116的压力，亦即ΔP1＞ΔP2。这就提供了本发明所要求的固体运动。
在图1中，共用壁118上的开孔122布置得使开孔122下部边缘处于ho的位置。这样就可促使固体在高于ho的区域从第一固体流化床110向第二流化床116运动，其中固体落入高度低于ho的床116中。再则，从图2可以看出，在该位置以下，第二床116的固体密度比第一流化床中的密度大得多，因此，在这个位置上的压力是ΔPa＝ρsgΔh。但是，开孔122也可设置成开孔122的下部边缘处于在ho之上的hin位置，例如就象图5所示出的那样。在此情况下，引导固体从第一流化床流出的推动力在高度ho和高度hin之间建立。在这样的情况下，当hin的高度高于ho时，总推动力这样产生：第二流化床116中固体密度、曲线B在hin高度处通过确定该高度的平均压力梯度而降低。从根本上来说，如果AB的面积大于AC的话，推动力是足够的。
如图1所示，第二流化床116伸展到比第一流化床110的第一分布板114的高度更低的垂直高度上。已经惊喜地发现通过把第二流化床116伸展到比第一流化床110的第一分布板114的高度更低的垂直高度上，就可为第二流化床116提供所需量的固体，因而也就在其中提供所需量的传热表面。循此途径，可把开孔122设置在即使是低负荷条件下也能保证运转功能的高度；亦即所设置的位置使得即使在向上夹带固体的能力较弱的低负荷条件下仍有相当可观的固体流量。同时，通过控制产生所需压差(ΔP2-ΔP1)的条件，可使固体通过以下途径运动：循环流化床110-鼓泡床116的进入区124-鼓泡床的出口区126-以及循环流化床110。这一压差可用于通过向下伸展的第二流化床116内部的途径输运固体。
图1实施方案中，不装传热表面的出口区126可以设置成一条窄缝，处于隔板130和容器129壁131之间，容器129界定第二固体流化床116。窄缝126的宽度可与壁131的宽度相等，或者也可只覆盖壁131的一部分，而隔板130的优选宽度则为与出口区126的宽度相等。也可把出口区126安排成室116内的管形或类似结构的形式，一端与第一流化床110相连结，另一端则与第二流化床116的下部区相通。
在流化床反应器运转过程中，也可能需要从系统中除去较粗的颗粒。这优选通过在第二流化床116中装设带阀门的可控制出口134来实现。这样，要除去的颗粒中的热量就可在撤出工艺过程以前被传热表面128抽取出来。
图3公开了本发明的另一个实施方案。该方案除第二固体流化床116的结构不同以外，与图1所示的方案是类似的。在该实施方案中，进口区124做成流通横断面比出口区126小。因此传热表面128装在出口区126内。有隔壁130把床116分隔成进口区和出口区124，126。在该实施方案中，隔壁130在分布板120上方，并优选与垂线有大于20°的夹角。隔壁130引导固体流动，在出口区126实现所需的对固体的冷却。
图4公开了本发明的又一个实施方案。该方案除第二固体流化床116的结构不同以外，其它都与图1和图3的实施方案类似。在该方案中，进口区124和出口区126做成基本上有相等的流通横断面积。因此在两区124、126内都装有传热表面128。隔壁130把床116分隔为进口区和出口区124、126，它起先与垂线有大于20°的夹角，而后基本上完全垂直延伸。在该实施方案中，隔壁130伸展到传热表面128以下的高度，这样使固体作正向流动(positive flow)，以使固体在124、126两室中都能实现要求的冷却。
图5公开了本发明的再一个实施方案。本方案除第二固体流化床116和分布板114构造不同外，其它都与图1所示的实施方案相似。在本实施方案中，进口区124基本上囊括了床116的全部容积，而出口区126是做在室壁131的外边。在该实施方案中，传热表面128设在进口区室124内。通道126把第二流化床116与第一流化床110连结起来，约在分布板114的高度排入床116。
虽已描述了本发明的几种不同的实施方案并对它们提出了改进建议，但必须明确，对已描述过的实施方案的结构和安排仍可进行另外的改进而不脱离本发明的范围，本发明的范围在后文的权利要求中还作了限定。例如，本发明可适用于流化床反应器的不同反应或用途。另外，本发明既可用于大气压力的系统，又可用于超大气压力的(即带压力的，如美国专利4,869,207所举出的)系统。本发明系统的紧凑性质具有巨大的节省空间的优越性，而且比之现有技术对设备的要求少。
虽然本发明结合目前认为是最实用、最优选的实施方案来加以描述，但必须明确，本发明并不限于已公开的实施方案，相反，本发明的意图涵盖所附权利要求的精神和范围之内的各种改进和等效安排。

Claims (26)

1.一种流化床反应器系统，它包括：
流化床反应室，包括循环流化床，其内有第一分布板(grid)，用以向该循环流化床内导入流化气体；
鼓泡式流化床(bubbling fluidized bed)，其内有第二分布板，用以向其内导入流化气体；
所述第二分布板安装在垂直方向上低于所述第一分布板的位置；
第一连结通道，位于循环流化床与鼓泡式流化床之间，用以从循环床向鼓泡床输运固体，该第一连结通道位于第一分布板之上的第一位置；以及
第二连结通道，位于循环流化床与鼓泡床之间，用以从鼓泡床向循环床输运固体，该第二连结通道位于所述第一连结通道之下，但在第一分布板的高度上，或高于第一分布板；
所述循环床和鼓泡床和它们之间的连结通道互相之间布置成使两床内的压力和密度条件建立推动力以控制颗粒通过所述第一连结通道从循环床流向鼓泡床，并通过第二连结通道从鼓泡床流向循环床。
2.按权利要求1的系统，另外还包括位于鼓泡床内的固体冷却装置，用以冷却其中固体。
3.按权利要求2的系统，另外还包括隔板，它把鼓泡床分隔为第一室和第二室，第一室直接与第一连结通道相通，第二室直接与第二连结通道相通，该隔板可预防颗粒在第一和第二连结通道之间短路。
4.按权利要求3的系统，其中第一室具有第一横断面，并且第二室具有第二横断面，第二横断面积比第一横断面积小50％以上。
5.按权利要求4的系统，其中只在第一室内设置冷却装置。
6.按权利要求3的系统，其中既在第一室内、又在第二室内设置冷却装置。
7.按权利要求3的系统，其中只在第二室内设置冷却装置。
8.按权利要求1的系统，其中反应室具有第一侧壁；而且其中第一连结通道包括第一侧壁上的第一开孔，并且其中第二连结通道包括第一侧壁上的第二开孔。
9.按权利要求8的系统，其中第一侧壁设置成与垂线之间有约大于10°的夹角，而且其中第二连结通道水平地布置在第一连结通道与第一分布板之间。
10.按权利要求2的系统，另外还包括一根装有阀门的抽取固体的导管，它靠近第二分布板，用以在用固体冷却装置冷却后选择性地从鼓泡床抽取出固体。
11.按权利要求4的系统，其中第二分布板的一部分位于第一分布板下方，并水平地与第一分布板重叠，所述第二横断面面积小于所述第一横断面面积的25％，并且所述第二连结通道置于第一分布板的间断处。
12.按权利要求2的系统，其中冷却装置包括间接式热交换器。
13.按权利要求3的系统，其中隔板在鼓泡床内基本上完全垂直伸展。
14.按权利要求8的系统，另外还包括把鼓泡床分隔为第一室和第二室的隔板，该第一室与第一连结通道直接相通，第二室与第二连结通道直接相通，该隔板防止颗粒在第一和第二连结通道之间短路。
15.按权利要求14的系统，其中隔板从第一侧壁伸展出来，在鼓泡床内基本上完全与垂线保持约大于20°的夹角。
16.按权利要求14的系统，其中隔板从第一侧壁伸展出来，在鼓泡床内起先与垂线保持约大于20°的夹角，然后基本上完全垂直地伸展。
17.按权利要求14的系统，其中隔板在鼓泡床内从紧靠第二开孔的上方位置由第一侧壁伸展出来，并基本上完全垂直地伸展。
18.按权利要求2的系统，其中冷却装置至少部分地位于第一分布板的高度以下。
19.操作流化床反应器系统的方法，该系统包括一个反应室和一个辅助室，反应室内有第一流化床，辅助室内有第二流化床，所述操作方法包括下列步骤：
(a)以快速、循环流化床的方式操作第一流化床；
(b)以慢速、鼓泡式流化床的方式操作第二流化床；
(c)基本上仅利用两床之间在第一连结通道处的压力和密度差使第一股颗粒物流从第一床内的第一连结通道处流入第二床；以及
(d)基本上仅利用两床之间在第二连结通道处的压力和密度差使第二股颗粒物流从第一床内的第二连结通道处从第二床流入第一床。
20.按权利要求19的方法，另外还包括在步骤(c)和(d)之间在鼓泡床中冷却颗粒的步骤。
21.按权利要求20的方法，其中步骤(c)在循环床内部的第一垂直位置实施，并且其中步骤(d)在循环床内部低于第一位置的第二垂直位置实施；并且其中所有步骤(a)-(d)的实施使得鼓泡床内的平均密度大于循环床第二连结通道处的密度。
22.按权利要求21的方法，还包括另外正向(Positively)引导颗粒从第一连结通道穿过鼓泡床向第二连结通道流动的步骤(e)，以使基本上全部颗粒都在鼓泡床时冷却。
23.按权利要求22的方法，其中步骤(e)是通过在鼓泡床内安装一块或多块隔板来实施。
24.按权利要求19的方法，其中反应室包括往循环流化床内导入流化空气的分布板；并且其中步骤(d)的实施使得在分布板水平方向的中间部分从分布板下面由鼓泡床把固体引导进入循环床内。
25.按权利要求20的方法，其中反应室包括往循环流化床内导入流化空气的分布板；并且其中步骤(d)的实施使得在分布板水平方向的中间部分从分布板下面由鼓泡床把固体引导进入循环床内。
26.按权利要求19的方法，其中步骤(c)在循环床内部第一垂直位置实施，并且其中步骤(d)在循环床内部低于第一位置的第二垂直位置实施。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20030212

Termination date: 20100816