用於從氣化系統中排除殘餘氣體的系統和方法

2023-10-05 04:22:14 1

用於從氣化系統中排除殘餘氣體的系統和方法
【專利摘要】本發明公開一種方法，所述方法包括，在氣化器停機之後，通過壓力傳感器來監測氣化系統的壓力，其中所述氣化系統包括氣體處理系統以及配置用於在氣化過程中將合成氣輸出到所述氣化處理系統的氣化器。另外，所述方法包括，在氣化器停機之後，通過打開火炬閥（flare?valve），將氣體從所述氣化器和所述氣體處理系統釋放到大氣，以此對所述氣化系統降壓。所述方法還包括，在氣化器停機之後，當所監測的壓力達到低壓閾值時，通過在所述氣化系統中建立多條惰性氣體吹掃流，將殘餘氣體從所述氣化系統中排除，以此對所述氣化系統加壓。所述多條吹掃流在不同時間上建立，並且彼此位於所述氣化系統內的不同位置。
【專利說明】用於從氣化系統中排除殘餘氣體的系統和方法
【技術領域】
[0001]本說明書公開的本發明涉及用於從氣化系統中排除殘餘氣體的系統和方法。
【背景技術】
[0002]整體氣化聯合循環(IGCC)發電設備能從如煤或天然氣的各種含碳供料中相對清潔並高效地產生能量。此類IGCC發電設備總體包括氣化系統，所述氣化系統用於通過在氣化器中與氧和蒸汽反應而來將含碳供料轉化成一氧化碳(CO)與氫(H2)的氣體混合物，即合成氣。不幸地是，現有IGCC系統無法在氣化器停機之後從氣化系統部件中有效排除殘餘氣體。例如，現有氣化系統無法足夠快地排除氣體以使汽化器能夠熱重啟。

【發明內容】

[0003]下文概述與原始所要求的發明在範圍上相當的某些實施例。這些實施例不旨在限制所要求的發明範圍，相反，這些實施例僅旨在簡要概述本發明的可能形式。實際來說，本發明會涵蓋可能與下述實施例類似或不同的各種形式。
[0004]在第一實施例中，一種方法包括在氣化器停機之後通過壓力傳感器來監測氣化系統壓力，其中所述氣化系統包括氣體處理系統以及配置用於在氣化過程中將合成氣輸出到所述氣體處理系統的氣化器。另外，所述方法包括在氣化器停機之後，通過打開火炬閥，將氣體從所述氣化器和所述氣體處理系統釋放到大氣，以此對所述氣化系統降壓。所述方法還包括了在氣化器停機之後，當所監測的壓力達到低壓閾值時，通過在所述氣化系統中建立惰性氣體多條吹掃流將殘餘氣體從所述氣化系統中排除，來對所述氣化系統加壓。所述多條吹掃流在不同時間上建立並且相對彼此位於所述氣化系統內的不同位置。
[0005]在第二實施例中，一種氣化系統包括氣化器、氣化處理系統、壓力傳感器和火炬閥。所述氣化器配置用於在氣化過程中產生合成氣。所述氣體處理系統配置用於從氣化器接收所產生的合成氣以在氣化過程中對所述合成氣進行處理。所述壓力傳感器配置用於監測所述氣化系統的壓力，且所述火炬閥配置用於在氣化器停機之後打開以將殘餘氣體從所述氣化系統釋放到大氣來對所述氣化系統降壓。所述氣化系統還包括了多條流路(flowline)，所述多條流路配置用於在氣化器停機之後隨著所述氣化系統降壓並且隨後加壓而來促使所述殘餘氣體的流通過所述氣化系統。在氣化器停機之後，至少部分基於所監測的壓力，氣流通過所述流路中的每一條相對彼此在不同時間上建立。
[0006]在第三實施例中，一種有形非暫時性計算機可讀媒介包括機器可讀指令以從氣化系統中的壓力傳感器獲得有關所述氣化系統的壓力的數據。所述有形非暫時性計算機可讀媒介還包括了機器可讀指令以控制火炬閥的操作，從而在打開時使所述氣化系統的所述壓力減小並且在氣化器停機之後允許殘餘氣體流出所述氣化系統。另外，所述有形非暫時性計算機可讀媒介包括機器可讀指令以控制兩個或更多個閥的操作，從而在氣化器停機之後將惰性氣體的分離的提供到所述氣化系統，以在所述氣化系統的所述壓力達到低壓閾值時使所述氣化系統的所述壓力增加。 所述分離的是相對彼此在不同時間上建立。【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]當參照附圖閱讀以下詳細描述時，將更好地理解本發明的這些和其它特徵、方面及優點，在附圖中，相似符號表示相似零件，其中:
[0008]圖1是併入多條吹掃流路以從氣化器中排除殘餘氣體的無整體氣化聯合循環發電設備的實施例的框圖；
[0009]圖2是用於在氣化器停機之後將殘餘氣體從氣化系統中排除的方法的實施例的流程圖；
[0010]圖3是具有旁路線路以對氣化系統加速降壓的氣化系統的實施例的框圖；
[0011]圖4是用於對圖3的氣化系統降壓的方法的實施例的流程圖；
[0012]圖5是具有用於對氣化系統加壓的惰性吹掃氣體的多個流的氣化系統的實施例的框圖；
[0013]圖6是用於對圖5的氣化系統加壓的方法的實施例的流程圖；
[0014]圖7是使用來自氣化系統的部件的蒸汽加熱惰性吹掃氣體的氣化系統的實施例的框圖；
[0015]圖8是使用氣化系統的部件產生的電力加熱惰性吹掃氣體的氣化系統的實施例的框圖；以及
[0016]圖9是對 圖5的氣化系統在所述氣化系統加壓過程中的壓力相對於時間的實施例建模的繪圖。
【具體實施方式】
[0017]下文將對本發明的一個或多個特有實施例進行描述。為了提供針對這些實施例的簡要描述，可能不會在本說明書中描述實際實現方案中的所有特徵。應當了解，在任何工程或設計項目中開發任何此類實際實現方案時，必須做出與實現方案特定相關的各種決策，以便實現開發人員指定目標，如遵守系統相關和業務相關約束，這些約束可能會因實現方案不同而有所不同。另外，應當了解，此類開發工作可能複雜而且耗時，但對所屬領域中受益於本發明的普通技術人員而言，這將仍是設計、製造以及生產中的常規任務。
[0018]在介紹本發明的各實施例中的元件時，冠詞「一」、「一個」、「該」以及「所述」旨在表示有一個或多個這種元件。術語「包括」、「包括」以及「具有」旨在表示包括性的含義並且表示除了所列元件之外可能還有另外元件。
[0019]當前實施例是涉及一種用於在氣化器停機之後通過氣化系統的降壓和加壓序列從氣化系統中排除殘餘氣體(例如，合成氣、酸性氣體、氧等等)的系統和方法。氣化系統可配備有多條流路和特徵以允許在氣化器停機之後實現更快降壓/加壓循環。降壓通過打開火炬閥而發生，這將汙染物的濃縮物以及可燃氣體從氣化系統中排出。系統可以包括旁路流路，所述旁路流路可以在降壓過程中打開(例如，旁通某些氣體處理設備)，從而允許氣體以更高流率流出所述系統並且因此更快速地降壓。另外，氣化系統可以包括多條流路以將惰性吹掃氣體(例如，氮)引入系統來對系統加壓。多條流路各自會將惰性氣體引入氣化系統中的不同位置並且相對彼此在不同時間上引入。這會允許系統在氣化器停機之後，在加壓過程中維持殘餘氣體的前進流通過氣化系統。由於使用多條吹掃流，因此比起可能使用單條吹掃流的情況，系統加壓更快。另外，氣化系統可以在降壓和/或加壓過程中將惰性氣體(例如，氮)的加熱吹掃細流提供到氣化器上，以便在氣化停機之後維持氣化器的升高溫度。系統可以包括控制器(例如，配備存儲器和一個或多個處理器的工業控制器)以至少部分基於來自監測氣化系統壓力的壓力傳感器的反饋對不同閥(例如，火炬閥、用於打開流路的閥、旁路線路閥等等)的操作進行控制。
[0020]現在轉至附圖，圖1是整體氣化聯合循環系統100的實施例的圖，所述IGCC系統可以產生並且燃燒合成氣體、即合成氣。如在下文詳細討論，IGCC系統100可以包括多條線路，所述多條線路用於排放氣體(在降壓過程中)和/或引入惰性氣體的吹掃流(在加壓過程中)，以便從系統中排除殘餘氣體。IGCC系統100中的元件可以包括燃料來源102、如固體供料，所述燃料來源可以用作IGCC能量來源。燃料來源102可以包括煤、石油焦炭、生物質、木基材料、農業廢料、焦油、焦爐煤氣以及浙青，或者其他含碳物品。
[0021]燃料來源102中的固體燃料可傳遞到供料準備單元104。例如，通過粉碎、研磨、切碎、磨碎、壓制或粒化燃料來源102來產生供料，供料準備單元104即可對燃料來源102重新調整大小或重新定形。另外，可將水或其他合適液體添加到供料準備單元104中的燃料來源102，以便形成漿液供料。在其他實施例中，不將任何液體添加到燃料來源上，從而產生乾燥供料。
[0022]可將供料從供料準備單元104傳遞到氣化器106。氣化器106可將供料轉化成合成氣，例如，一氧化碳和氫的組合物。這種轉化可以根據所用氣化器106的類型以使供料在升高的壓力(如，約20巴至85巴)和溫度(如約700° F至1600° F)下經受受控量的蒸汽和氧實現。氣化過程可以包括使得供料進行熱解過程，由此加熱供料。在熱解過程中，氣化器106內溫度可以在約150°C至700°C範圍內，這取決於產生供料所用燃料來源102。在熱解過程中，加熱供料可以產生固體(例如，焦炭)並且產生殘餘氣體(例如，一氧化碳、氫和氮)。通過熱解過程從供料中餘留下的焦炭可能僅僅重達原始供料重量的約30%。
`[0023]隨後，可在氣化器106中發生燃燒過程。燃燒可以包括將氧引入焦炭和殘餘氣體中。焦炭和殘餘氣體會與氧反應，以便建立二氧化碳以及一氧化碳來為後續氣化反應提供熱量。在燃燒過程中，溫度可以在約700°C至1600°C範圍內。接著，在氣化步驟過程中，可將蒸汽引入氣化器106中。焦炭可以與二氧化碳和蒸汽反應，以便在約800°C至1100°C範圍內的溫度下產生一氧化碳和氫。基本來說，氣化器106是使用蒸汽和氧來使一些供料「燃燒」產生一氧化碳並且釋放能量，這會驅使第二反應進行，所述第二反應將供料進一步地轉化成氫和附加的二氧化碳。
[0024]通過這種方式，所得氣體可以由氣化器106製造。這種所得氣體可以包括約85%的比例相等的一氧化碳和氫，並且包括CH4、HCl、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基於供料的硫含量)。這種所得氣體可用術語「髒合成氣」表示，因為它包含了例如H2S或者其他酸性氣體。氣化器106還可以產生廢料，如可為溼灰材料的渣108。這種渣108可以從氣化器106中排除，並且例如，棄置作為路基或者另一建築材料。為了清潔髒合成氣，可使用氣體淨化器110。在一個實施例中，氣體淨化器110可以是水氣變換反應器。氣體處理單元110可以洗滌髒合成氣，以便從所述髒合成氣中排除HC1、HF、COS、HCN和H2S,其中可以包括例如通過在硫處理器112中進行酸性氣體排除過程使硫111在硫處理器112中分離。另外，氣體處理單元110可以通過給水處理單元114來從髒合成氣中分離鹽類113，所述給水處理單元會使用水淨化技術從髒合成氣中產生有用鹽類113。隨後，來自氣體淨化器110的氣體可以包括乾淨的合成氣(例如，硫111已經從合成氣中排除)，其中合成氣中有痕量的其他化學物質，例如，NH3 (氨)和CH4 (甲烷)。
[0025]在一些實施例中，可以使用氣體處理器來從乾淨的合成氣中排除另外殘餘氣體組分，如氨和甲烷以及甲醇或任何殘餘化學物質。然而，從乾淨的合成氣中排除殘餘氣體組分是可選的，因為乾淨的合成氣即使在包含所述殘餘氣體組分(例如，尾氣)情況下也可用作燃料。隨後，可將已經排除其含硫組分的乾淨的合成氣傳遞到燃氣渦輪發動機118的燃燒器120、例如燃燒室作為可燃燃料。
[0026]IGCC系統100可以進一步地包括空氣分離單元(ASU) 122。例如，ASU122使用蒸餾技術可操作地將空氣分離成組分氣體。ASU122可以將氧與從補充空氣壓縮機123供應到其上的空氣分離，並且所述ASU122會將分離的氧輸送到氣化器106。另外，ASU122可以將分離的氮傳送到稀釋氮(DGAN)壓縮機124。
[0027]DGAN壓縮機124可將接收自ASU122的氮至少壓縮至與燃燒器120中的壓力級別相等的壓力級別，以便不會干擾合成氣的合適燃燒。因此，當DGAN壓縮機124已經將氮壓縮至適當級別時，所述DGAN壓縮機124可將壓縮的氮傳遞到燃氣渦輪發動機118的燃燒器120。例如，氮可用作稀釋劑來促使對排放物進行控制。
[0028]如前所述，壓縮的氮可以從DGAN壓縮機124輸送到燃氣渦輪發動機118的燃燒器120。燃氣渦輪發動機118可包括渦輪機130、驅動軸131和壓縮機132及燃燒器120。燃燒器120會接收燃料、如合成氣，所述燃料會在壓力下從燃料噴嘴注入。這種燃料可與壓縮空氣以及來自DGAN壓縮機124的壓縮的氮混合併在燃燒器120內燃燒。這種燃燒可以建立熱的加壓排氣。 [0029]燃燒器120可以朝著渦輪機130的排氣出口引導排氣。在來自燃燒器120的排氣傳遞通過渦輪機130時，所述排氣可以推動渦輪機130的渦輪葉片，以便使驅動軸131沿著燃氣渦輪發動機118的軸線轉動。如圖所示，驅動軸131連接到燃氣渦輪發動機118的各個部件，其中包括壓縮機132。
[0030]驅動軸131可以將渦輪機130連接到壓縮機132上，以便建立轉子。壓縮機132可以包括連接到驅動軸131的葉片。因此，渦輪機130中的渦輪葉片的轉動可以使驅動軸131將渦輪機130連接到壓縮機132，以使壓縮機132內的葉片轉動。壓縮機132中的葉片的轉動導致壓縮機132壓縮通過壓縮機132的空氣入口所接收的空氣。隨後，壓縮空氣可供給到燃燒器120上並且與燃料和壓縮的氮混合，以便允許實現更高效地燃燒。驅動軸131還被連接到第一負載134，所述第一負載可為固定負載，如用於在發電設備中發電的發電機。實際來說，負載134可以是燃氣渦輪發動機118的轉動輸出驅動的任何合適裝置。
[0031]IGCC系統100還會包括蒸汽渦輪發動機136和熱回收蒸汽發生器(HRSG)系統138。蒸汽渦輪發動機136可驅動第二負載140。第二負載140也可以是用於發電的發電機。然而，第一負載134和第二負載140都可為能夠通過燃氣渦輪發動機118和蒸汽渦輪發動機136驅動的其他類型負載。另外，儘管如所示實施例示出，燃氣渦輪發動機118和蒸汽渦輪發動機136可驅動單獨負載134、140，但燃氣渦輪發動機118和蒸汽渦輪發動機136也可串聯用來通過單軸驅動單個負載。蒸汽渦輪發動機136及燃氣渦輪發動機118的指定配置可以專門實施，並且可以包括任何區段組合。[0032]系統100還可包括HRSG138。來自燃氣渦輪發動機118的加熱排氣可引導到HRSG138，並且用來對水進行加熱並產生用於為蒸汽渦輪發動機136提供動力的蒸汽。例如，來自蒸汽渦輪發動機136的低壓部分的排氣可引導到冷凝器142中。冷凝器142可使用冷卻塔128來將加熱的水交換成冷水。冷卻塔128是用於將冷卻水提供到冷凝器142，以便幫助冷凝從蒸汽渦輪發動機136傳送到所述冷凝器142上的蒸汽。反過來，可以將來自冷凝器142的冷凝物引導到HRSG138上，同樣，也可以將來自燃氣渦輪發動機118的排氣引導到HRSG138上，以便加熱來自冷凝器142的水並產生蒸汽。
[0033]在如IGCC系統100的聯合循環系統中，熱的排氣可以從燃氣渦輪發動機118流出並且傳到HRSG138，在HRSG中，可以使用熱的排氣產生高壓高溫蒸汽。隨後，由HRSG138產生的蒸汽可以傳遞通過蒸汽渦輪發動機136以進行發電。另外，還可以將所產生的蒸汽供應到其中可能使用蒸汽的任何其他過程，如供應到氣化器106上。一些實施例中，例如，蒸汽可以供應到熱交換器上，以便加熱供應到IGCC系統100的惰性吹掃氣體的流。燃氣渦輪發動機118發電循環通常是稱作「至頂循環」，然而，蒸汽渦輪發動機136發電循環通常是稱作「至底循環」。通過組合如圖1所示的這兩種循環，可使IGCC系統100在兩種循環中實現更高效率。具體來說，至頂循環中的廢熱可被捕獲並用於產生蒸汽以供用於至底循環。
[0034]在整個IGCC系統100操作中的某些時間上，可以使氣化器106暫時停機。例如，氣化器106可停機以便允許操作人員對氣化器106內的部件(例如，燃燒器)或其他IGCC系統設備進行維護或者替換。在以下討論中，任何所提及的「使氣化器停機」或「氣化器停機」僅僅是指使氣化器106中的反應停止，例如，通過終止使供料、氧和/或蒸汽流入氣化器106中，而來停止進行反應。在這種氣化器停機之後，可對IGCC系統(或者氣化系統)100的一部分清除殘餘氣體，以便排除任何剩餘汙染物(例如，硫)。這總體上涉及氣化系統100降壓和氣化系統100加壓的一個或多個循環。降壓涉及從氣化系統100中排出氣體，並且加壓涉及將惰性或不可燃的氣體(例如，氮)提供到氣化系統100。在當前實施例中，整個氣化系統100存在多條流路，以將惰性氣體供應到氣化系統100中的不同部分上，由此來對系統加壓。例如，在所示實施例中，可以使用流路144和146分別將氮從ASU122運輸到氣化器106和氣體淨化器110，以便在氣化器停機之後針對氣化系統100提供多級吹掃。通過使用多條流路來使殘餘氣體流出氣化系統100，能夠以比其他可能情況短的時間量排除殘餘氣體。
[0035]氣化系統100的當前實施例還可包括控制器148，其配置用於基於傳感器的反饋，對閥和氣化系統100內的其他系統部件的操作進行控制。控制器148可以包括存儲器150和處理器152。存儲器150配置用於存儲機器可讀指令，所述機器可讀指令可由處理器152執行。這些指令可以包括在控制器148與氣化系統100間執行的各種監測和控制功能。例如，在圖示實施例中，控制器148配置用於監測和/或控制氣化器106和氣體淨化器110的部件。
[0036]圖2是一種用於在氣化器停機之後將殘餘氣體從氣化系統100中排除的方法180的實施例的流程圖。應當注意，方法180可以實現作為計算機或軟體程序(例如，代碼或者指令)，所述程序可以由處理器152執行以便執行方法180中的一個或多個步驟。另外，程序(例如，代碼或者指令)可以 存儲在任何合適製造製品中，其包括至少共同存儲這些指令或例程的至少一個有形非暫時性計算機可讀媒介、如存儲器150或控制器148的另一存儲部件。術語非暫時性表明該媒介不是信號。[0037]所示實施例中，方法180包括使氣化器停機(塊182)。如在前文提及,這會停止供料、氧或蒸汽中的一者或多個流到氣化器106上，從而使氣化器106中的反應停止。也就是說，在氣化系統100的降壓發生之前，氣化器停機使氣化反應停止。方法180中的其他塊可形成用於在氣化器停止之後對氣化系統100進行操作的過程。這個過程可以將殘餘氣體從氣化系統100的部件中快速排除。
[0038]方法180還包括了在氣化器停機之後監測(塊184)氣化系統100壓力(例如，通過壓力傳感器來監測)。另外，方法180包括在氣化器停機之後使得氣化系統100降壓(塊186)。這可通過打開閥以將氣體從氣化器106和氣體淨化器110釋放到大氣、儲罐或另一位置實現。通過使得殘餘氣體(例如，在氣化過程中留下的汙染物和可燃濃縮物)穿過氣體淨化器110並從下遊火炬閥(flare)退出，可使得所述殘餘氣體離開氣化系統100。氣體可以傳遞通過氣體淨化器110的氣體處理系統，以在排除到環境大氣中之前進行清潔。在降壓過程中，可以打開旁路線路以將殘餘氣體的至少一部分從氣化器106運輸到氣體淨化器110的下遊部分上。這使殘餘氣體能夠離開氣化系統100而不通過氣體淨化器110的每個部件，從而加速氣化系統100降壓。
[0039]方法180可以包括在氣化器停機之後將惰性氣體(例如，氮)吹掃細流提供(塊188)到氣化系統100。吹掃細流在氣化器106上遊處或在所述氣化器處建立(例如，通過燃料噴射器或單獨吹掃埠)，以便提供惰性氣體的穩定流使其從氣化器106通過氣化系統100並且朝著該打開的火炬閥。吹掃細流可以減少經汙染的氣體回流到氣化系統100中的位於氣化器106上遊的部件上。一些實施例中，吹掃細流可以加熱，以便在氣化器停機之後，使得氣化器106的冷卻更慢進行。換句話說，加熱吹掃細流可以具有適於在至少一段持續時間內維持氣化器的溫度高於閾值溫度的溫度和流率，從而在完成維修、檢查或修理之後能夠實現氣化系統100的熱重啟。應當注意，可在氣化器停機之後的過程中的任何點上將吹掃細流提供到氣化系統100，例如，在氣化系統100降壓前、降壓期間或降壓後提供所述吹掃細流。
[0040]另外，方法180包括確定所監測的氣化系統100壓力是否小於或者等於低壓閾值，如塊190指示。這個低壓閾 值可以基於系統完全加壓時所需排除的硫的量進行預定。任何剩餘的硫可以通過對氣化系統100加壓來排除。另外，壓力閾值可以進行預定，以便使其接近(但卻高於)能夠通過氣體淨化器110來發送氣體時所述的最低壓力。根據具體系統和所需的硫排除操作，低壓閾值可為約150kPa、300kPa、350kPa、400kPa、700kPa或任何其他預定的量。只要所監測的壓力保持高於低壓閾值，就繼續氣化系統100降壓。當所監測的壓力達到低壓閾值時，方法180包括在氣化器停機之後加壓(塊192)氣化系統100。如在下文詳細討論，這種加壓可以涉及在氣化系統100中建立多條吹掃流以便從中排除殘餘氣體。通過這種方式，氣化系統100完成降壓/加壓循環。儘管所示方法180僅僅包括一個此類循環，但其他實施例可以包括使得氣化系統100多次循環通過這些步驟。
[0041]圖3是具有旁路線路200以對氣化系統100降壓的氣化系統100的實施例的框圖。如圖所示，氣化系統100可以還會包括氣化器106、合成氣冷卻器202 (例如，輻射合成氣冷卻器(RSC)或急冷器)、合成氣洗滌器204、低溫氣體冷卻(LTGC)區段206、C0S (硫化羰)反應器與預熱器208以及氣體處理系統210。另外，氣化系統100可以包括火炬閥212以從氣化系統100中釋放氣體。一個或多個此類火炬閥212可以定位在整個氣化系統100中。[0042]如在前文討論，氣化器106使供料準備單元104提供的供料與氧214 (例如，來自ASU122)和蒸汽216 (例如，來自HRSG138)反應。供料、氧214和蒸汽216通過燃料噴射器218來引入氣化器106中。這些部件中的每者到氣化器106的流由控制器148控制。例如，控制器148可基於指示氣化器停機的信號將供應這些不同流的閥關閉。在氣化器停機之後，燃料噴射器218 (或單獨埠)可將惰性氣體(例如，來自ASU122的氮220)吹掃細流引入氣化器106中，以將殘餘氣體(例如，合成氣)從氣化器106的反應室中吹掃出。
[0043]圖3中所不合成氣冷卻器202可以表不氣化系統100中的福射合成氣冷卻器、急冷器或並非是LTGC206的任何其他類型合成氣冷卻器。出於討論目的，下文將冷卻器202描述作為RSC。RSC202冷卻氣化過程中產生的化學物質，以將髒合成氣與其他副產物(例如，渣)分離。RSC202可以包括環帶222，在環帶中，吹掃氣體可以引入氣化系統100，如在下文詳細描述。
[0044]合成氣洗滌器204、LTGC206、C0S反應器與預熱器208以及氣體處理單元210可以共同建立圖1中介紹的氣體淨化器110。合成氣洗滌器204洗滌髒合成氣，以從合成氣中排除剩餘夾帶固體和氨。LTGC206可以包括多個熱交換器和分離容器以為流動通過氣化系統100的合成氣提供另外冷卻。COS反應器與預熱器208包括用於排除COS的水解反應器以及用於移除汞的碳床。儘管示出的是單獨部件，但某些實施例可以將COS反應器與預熱器208包括為LTGC206的一部分。氣體處理系統210表示氣體淨化器110中配置用於接收並處理氣化器106產生的合成氣的任何相對下遊部件。例如，氣體處理單元210可以包括圖1的硫處理器112，所述硫處理器使用酸性氣體排除(AGR)單元從合成氣吸收酸性氣體(例如，硫)。氣體處理單元210還可包括碳捕獲系統以排除、淨化並且存儲含碳氣體，如碳氧化物(C02)。所示實施例中，氣體處理系統210包括火炬閥212以在氣化器停機之後將殘餘氣體釋放到大氣。這使氣體處理系統210能夠在通過火炬閥212釋放氣體之前適當處理殘餘氣體。
[0045]為對氣化系統100降壓，則打開火炬閥212，以在氣化器停機之後從氣化系統100中釋放經處理的殘餘氣體。氣化系統100 (較高壓力)與大氣(較低壓力)之間的壓差促使殘餘氣體從氣化器106流動通過氣化系統100中的其他部件並通過火炬閥212流出。氣化系統100的當前實施例包括多條流路`，所述多條流路便於在降壓過程中並在隨後加壓過程中使殘餘氣體流動通過系統。例如，在降壓過程中，旁路線路200可將殘餘氣體的一部分從氣化器106運輸到氣體處理系統210，而不使殘餘氣體傳遞通過定位在氣體處理系統210上遊的洗滌器204、LTGC206和/或COS反應器與預熱器208。
[0046]在所示實施例中，氣化系統100包括用於監測整個氣化系統100中氣流的各種參數(例如，溫度、壓力、流率、氣體成分或者濃度等等)的多個傳感器224。如圖所示，傳感器224可以定位在氣體處理系統210、COS反應器與預熱器208、LTGC206、合成氣洗滌器204、RSC202或氣化器106中。在一些實施例中，傳感器224可定位在兩個區段之間的一條或多條流路中。控制器148可處理從傳感器224接收的傳感器反饋並且基於所述傳感器反饋來將控制信號發送到氣化系統100的各個閥226(或致動器)。鑑於閥226的位置，控制器148即能控制氣化系統100中的每個部分之間的流。通過這種方式，控制器148就可以在氣化器操作和氣化器停機之後執行的降壓/加壓序列過程中管理氣化系統100操作。
[0047]傳感器224中的至少一個是設計用於監測氣化系統100壓力的壓力傳感器。控制器148能基於所監測的壓力控制火炬閥212和其他閥226的操作，從而打開整個氣化系統100中的不同流路。這些多條流路同樣促使殘餘氣體(例如，合成氣)在氣化器停機之後流動通過氣化系統100。一條此類流路包括旁路線路200。控制器148能打開旁路線路200的旁路閥228，以便允許殘餘氣體流出氣化系統100。也就是說，存儲器150可包括機器可讀指令，所述機器可讀指令在由處理器152執行時控制旁路閥228的操作以便在降壓過程中打開旁路線路200。通過這種方式，殘餘氣體不必傳遞通過所有區段(例如，合成氣洗滌器204、LTGC206、COS反應器與預熱器208)。
[0048]旁路線路200和旁路閥228可以定位在氣化系統100內的其他位置處。例如，旁路線路200可以從氣化系統100中的任何相對下遊部分(例如，合成氣冷卻器204與LTGC206之間的位置)延伸到氣體處理系統210。旁路閥228和旁路線路200位置越為上遊，在降壓過程中就可圍繞越多區段輸送來自氣化器106的殘餘氣體。這使降壓過程加速，因為，不必再使氣體流動通過氣化系統100中的每個區段。旁路線路200可以基於殘餘氣體所需流率有適當大小。例如，可能需要使氣體流速相對低，以便在降壓過程中使流動通過旁路線路200的殘餘氣體的量僅僅構成到達氣體處理系統210的殘餘氣體中的一定量。通過這種方式，通過旁路線路200的氣流(並未傳遞通過LTGC206)中所維持的任何熱量不會損壞氣體處理系統210的下遊部件。
[0049]圖4是一種用於對圖3的氣化系統100降壓的方法250的實施例的流程圖。方法250表示圖2所示方法180的塊186 (即對氣化系統100降壓)的可能分解。方法250可以通過執行所存儲在任何合適機器可讀媒介上的指令執行，如在上文參照圖2所述。
[0050]方法250包括打開(塊252)火炬閥212對氣化系統100降壓。此火炬閥212形成壓差，從而促使殘餘的硫和其他汙染物流向氣體處理單元210以便進行清潔，並且最終通過火炬閥212而流出氣化系統100。同時，氣化系統100壓力降低，接近外部大體壓力。方法250還包括了打開(塊254)圍繞LTGC206的旁路線路200以加速氣化系統100降壓。旁路線路200是用於輸送殘餘氣`體通過氣化系統100的至少兩條可能輸送路徑中的一條。這就增加殘餘氣體離開氣化系統100的總流速,從而加速降壓過程。方法250進一步地包括在降壓過程中繼續(塊256)監測壓力(通過壓力傳感器來監測)。當所監測的氣化系統100壓力達到低壓閾值時，降壓結束。
[0051]圖5是具有另外流路的氣化系統100的實施例的框圖，所述另外流路用於促使殘餘氣體的流在加壓過程中通過氣化系統100。為了增加氣化系統100壓力，多條流路(例如，260、262、264和266)將惰性吹掃氣體268 (例如，氮)的流運輸到氣化系統100。這些吹掃氣流可以將汙染物(例如，硫)運載到氣體處理系統210上並通過火炬閥212離開，同時驅動氣化系統100中的壓力上升。通過使用多條吹掃流，就可驅動壓力上升並且比使用單條吹掃流的可能情況更快速地從氣化系統100中排除殘餘氣體。
[0052]在加壓過程中，可以將火炬閥212維持處於打開位置，或者可以部分或完全地關閉火炬閥以使系統內能夠加壓，這取決於所引入的吹掃氣流壓力。例如，在以相對低的壓力引入吹掃氣流的系統中，可能需要關閉火炬閥212並允許系統在打開火炬閥212以再次對系統降壓之前進行加壓。通過這些流路260、262、264和266運輸的惰性吹掃氣體268可以是氮(例如，來自ASU122)或者任何合適可燃氣體(例如，不包括氧、可燃燃料等等)。如圖所示，可能需要通過流路260、262、264和266中的每一條將相同惰性吹掃氣體268提供到氣化系統100。
[0053]多條流路260、262、264和266中的每一條使得惰性吹掃氣體268相對彼此引入氣化系統100中的不同位置。所示實施例中，惰性吹掃氣體268供應到氣化系統100上通過第一流路260進入氣化器106中，通過第二流路262進入RSC202的環帶222中，通過第三流路264進入RSC202，並且通過第四流路266進入LTGC206。然而，這種布置是示例性的，並且多條流路可定位在氣化系統100中任何數量的位置處，以便建立並且保持殘餘氣體的流通過氣化系統100。
[0054]另外，多條流路260、262、264和266中的每一條相對彼此在不同時間上建立。更確切地，通過相對上遊流路(例如，260)的吹掃流可以先於通過相對下遊流路(例如，266)的吹掃流建立建立。因此，引入上遊部件中的前部氣流可以減少隨後引入下遊部件中的氣體回流的量。由於回流減少並且鼓勵前進的流並使殘餘氣體排除，此種多級吹掃序列可以減少氣化系統100加壓的時間量。
[0055]所示實施例中，第一流路260可以將惰性氣體268吹掃細流提供到氣化器106中。這個吹掃細流可以在氣化器停機之後提供正好足夠的正壓力來使氣體保持向上遊行進到氣化器106中。同樣，吹掃細流實際可以在降壓過程中引入並且通過對氣化系統100的加壓進行維持。第二流路262可以將相對低壓吹掃流引入RSC202的環帶222中，以在第三流路264引入加壓惰性氣流時提供正壓力，以便保持氣體到達環帶222中。第三流路264可以建立建立通向RSC202惰性氣體268的第一加壓流。在此上下文中，術語「加壓流」指示吹掃氣體以相對高於之前建立通過流路260和262的流的壓力建立。加壓流可以是以高於大氣壓力、例如高於約7000kPa的壓力引入的惰性吹掃氣體268。此加壓流通過氣化系統100從氣化器106移動殘餘氣體並且通過火炬閥212來移出。在整個系統100中可能定位有另外火炬閥(例如，270)，用於在加壓和/或降低過程中排出某些氣體。所示實施例中，第四流路266通過LTG C206將惰性吹掃氣體268的第二加壓流引入氣化系統100。其他實施例中，流路266可在RSC202下遊和氣化處理系統210上遊的任何位位置引入吹掃氣體，只要它在第一加壓流之後建立即可。同樣，通過氣化系統100的惰性氣體的第一前部流減少惰性氣體的第二流回流的量，同時增加氣化系統100中的壓力的量。
[0056]流路260、262、264和266可以組合圖3的旁路線路200呈現在氣化系統100中。這個氣化系統100使得氣流(例如，吹掃氣體和/或殘餘氣體氣流)能夠在氣化器停機之後至少部分基於所監測的壓力通過流路260、262、264、266和200中的每一條相對彼此在不同時間上建立。也就是說，通過旁路線路200的殘餘氣體的氣流在通過流路260、262、264和266的吹掃氣流之前建立，其在氣化系統100壓力達到低壓閾值之後在加壓過程中建立。
[0057]在通過燃料噴射器218將吹掃細流提供到氣化器106之前，惰性吹掃氣體268可以使用吹掃氣體加熱系統272加熱。吹掃氣體加熱系統272可以包括一個或多個熱交換器274，以便在將惰性吹掃氣體發送到氣化器106之前對惰性吹掃氣體268進行另外加熱。實際來說，加熱吹掃流可幫助維持氣化器106的升高溫度，這就使得氣化器106在氣化器停機之後要花費較長時間進行冷卻。這會增加氣化系統100執行氣化器106的熱重啟機會，這意味著氣化反應可以使用氣化器中的殘餘熱量來點燃燃料來源而在停機、降壓和加壓之後重啟。熱交換器274可以將惰性吹掃氣體268加熱至約為100°C至500°C，125°C至400°C、140°C至300°C或150°C至250°C的溫度範圍。熱交換器274可以使用IGCC系統100所提供的一個或多個不同熱源，如鍋爐供水(BFW276)、蒸汽278、廢熱280、排氣或任何其他熱源。熱源也可通過IGCC系統100中任何數量的不同部件產生，包括鍋爐、HRSG138、渦輪機130、發電機等等。所示實施例中，一個或多個熱交換器274可以從一個或多個這些不同熱源接收熱量。惰性吹掃氣體268的其他流(例如，通過流路262、264和/或266引入)可以通過類似方式加熱。
[0058]控制器148可響應於傳感器反饋來分別控制不同流路260、262、264和266的多個閥282、284、286和288的操作。在所監測的氣化系統100壓力達到低壓閾值時，控制器148控制閥282、284、286和288的操作以相對彼此在不同時間上建立多條吹掃流。更確切地，控制器148打開吹掃細流閥282以提供惰性氣體吹掃細流使其通過氣化系統100。另外，控制器通過打開閥284來控制吹掃流進入環帶222中。控制器148可控制第一流量閥286的操作以便在RSC202中建立惰性氣體的第一加壓流。控制器148還可控制第二流量閥288的操作以便一定時延之後在LTGC206中建立惰性氣體的第二加壓流。時延長度可為預定量的時間或者基於在氣化系統100中所監測的壓力增加。另外，控制器148可以通過調整閥290而通過一個或多個熱交換器274來控制吹掃細流的加熱。
[0059]圖6是一種用於對圖5的氣化系統100加壓的方法300的實施例的流程圖。方法300表示圖2所示方法180的塊192 (即對氣化系統100加壓)的可能分解。方法250可以通過執行所存儲在任何合適機器可讀媒介上的指令執行，如在上文參照圖2所述。
[0060]方法300包括通過熱交換器274將熱量從接收自氣化系統100的另一部件的加熱媒介傳遞到惰性吹掃氣體268而來加熱(塊302)惰性吹掃氣體268吹掃細流。方法300還包括了提供(塊304)加熱惰性氣體268吹掃細流(例如，通過流路260)使其通過氣化系統100，並且在合成氣冷卻器(例如，RSC202)中建立(塊306)惰性吹掃氣體268的第一流(例如，通過流路264)。隨後，在氣化系統100中的預定壓力增加後(塊308)或者在經過預定量的時間後(塊310)，方法300包括建立(塊312)惰性吹掃氣體268的第二流。此第二流引入合成氣冷卻器(例如，RSC202)與氣體處理系統210之間。
[0061]圖7和8是IGCC系統100中允`許加熱惰性吹掃氣體268的流的某些部件的實施例的框圖。所示實施例中，惰性吹掃氣體268作為吹掃細流通過流路260輸入到氣化器106，如在上文詳細描述。在圖7中，來自HRSG138的蒸汽278輸入到熱交換器274上，從而促使將熱量從蒸汽278傳遞到惰性吹掃氣體268上。在圖8中，從發電機322所輸出的電力320被用來為加熱惰性吹掃氣體268提供能量。發電機322可以是燃氣渦輪發動機118和蒸汽渦輪發動機136上的負載134和140中的一者或多者。
[0062]圖9是對氣化系統100在所述氣化系統100加壓過程中的壓力相對於時間的實施例建模的繪圖340。繪圖340示出在氣化器停機之後在氣化系統100加壓過程中氣化系統壓力(縱坐標342)相對時間(橫坐標344)的情況。痕跡346指示如由氣化系統100中的壓力傳感器所監測，壓力從低壓閾值348增加到高壓閾值350。這些壓力閾值348和350可以基於在加壓過程中從氣化系統100中所需排除殘餘氣體的量確定。痕跡346示出通過引入兩個加壓惰性吹掃氣流對氣化系統100進行的多級加壓，如上所述。當壓力處於低壓閾值348時，將第一流引入。痕跡346在時間Tl處之前具有相對均勻斜度351。這個時間Tl是將惰性氣體的第二流引入氣化系統100時的時間。Tl可以是用於具體系統的預定的時間量，例如，編程到控制器148中的預定的時間量。一些實施例中，Tl可以是第一流建立之後所監測的氣化系統100壓力達到預定閾值(例如，352)時的時間。痕跡346示出壓力從Tl到T2小幅上升。這種情況可能部分因惰性吹掃氣體268的第一流推動第二流的初始回流而造成。從T2到T3，壓力增加再次穩定，如痕跡346的相對恆定斜度354所示。所述恆定斜度351和354指示吹掃流以恆定流率在氣化系統100中建立。然而，其他實施例中，流率可能會是非線性的，如上升曲線所指示。從T2到T3的斜度354可以大於從Tl到T2的斜度351，這是因為在引入第二流之後，通過氣化系統100的吹掃氣體的流增加。這就允許系統壓力在比僅僅使第一吹掃流建立時的可能情況更少的時間(即，T3)中達到高壓閾值350。
[0063]本發明的技術效果尤其包括這種能力:在氣化器停機之後，以減少量的時間來從氣化系統中排除殘餘氣體。旁路線路可以允許系統更快速地降壓，因為殘餘氣體的一部分不必行進通過所有中間設備(例如，合成氣洗滌器、LTGC、C0S反應器與預熱器)。由於吹掃氣體通過系統時的流率增加，因此，彼此在不同時間上引入吹掃氣體所使用的多條流路允許系統更快速地加壓。在引入上遊吹掃氣流後引入下遊吹掃氣流減少了下遊吹掃氣流回流，從而減少使得系統達到所需高壓閾值花費的時間量。通過以此方式減小氣化系統降壓和加壓時的時間線，就可以將殘餘氣體更快速地吹掃出系統中。這減少了在氣化器停機之後氣化器中冷卻的量。另外，提供到氣化器上的加熱吹掃細流可以在整個殘餘氣體排除過程中保持氣化器的溫度升高。這最終會允許系統在將汙染物完全吹掃出氣化系統之後執行氣化器的熱重啟。
[0064]本說明書使用實例來公開本發明、包括最佳模式，同時也使所屬領域中的任何技術人員都能夠實踐本發明、包括製造並使用任何裝置或系統並且執行所涵蓋的任何方法。本發明的專利保護範圍由權利要求書界定，並且可以包括所屬領域中的技術人員所想出的其他實例。如果此類其他實例具有的結構元素與權利要求書的字面意義相同，或者如果此類其他實例包括的等效結構元素與權利要求書的字面意義並無實質差別，那麼此類其他實例也在權利要求書 的範圍內。
【權利要求】
1.一種方法，所述方法包括: 在氣化器停機之後，通過壓力傳感器監測氣化系統的壓力，其中所述氣化系統包括氣體處理系統以及配置用於在氣化過程中將合成氣輸出到所述氣體處理系統的氣化器； 在氣化器停機之後，通過打開火炬閥將氣體從所述氣化器和所述氣體處理系統釋放到大氣，以對所述氣化系統降壓；以及 在氣化器停機之後，當所監測的壓力達到低壓閾值時，通過建立惰性氣體的多條吹掃流到所述氣化系統中建立將殘餘氣體從所述氣化系統中排除，來對所述氣化系統加壓； 其中所述多條吹掃流在不同時間建立，並且相對彼此位於所述氣化系統內的不同位置。
2.如權利要求1所述的方法，包括在對所述氣化系統降壓之前，使所述氣化器停機以便停止氣化。
3.如權利要求1所述的方法，其中對所述氣化系統降壓包括打開旁路線路，所述旁路線路配置用於將所述氣體的至少一部分從所述氣化器輸送到所述氣體處理系統，而不將所述殘餘氣體的所述一部分路由通過定位在所述氣體處理系統下遊的低溫氣體冷卻區段。
4.如權利要求1所述的方法，包括在氣化器停機之後，將惰性氣體吹掃細流提供到所述氣化系統，其中所述吹掃細流建立於所述氣化器的上遊或所述氣化器上。
5.如權利要求4所述的方法，包括在將所述吹掃細流引入所述氣化系統之前，通過熱交換器對所述惰性氣體加熱。
6.如權利要求5所述的`方法，包括通過所述熱交換器將從所述氣化系統的另一部件收到的加熱媒介的熱量傳遞到所述惰性氣體上。
7.根據權利要求1所述的方法，其中建立多條吹掃流包括: 在所述氣化系統中的合成氣冷卻器處建立所述惰性氣體的第一流；以及 在所述合成氣冷卻器與所述氣化處理系統之間的位置處建立所述惰性氣體的第二流。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述第二流於所述第一流建立之後的預定時間量建立。
9.根據權利要求7所述的方法，其中所述第二流建立於所述第一流建立之後所監測的壓力達到預定閾值之時。
10.一種氣化系統，所述氣化系統包括: 氣化器，所述氣化器配置用於在氣化過程中產生合成氣； 氣體處理系統，所述氣體處理系統配置用於從氣化器接收所產生的合成氣以在氣化過程中對所述合成氣進行處理； 配置用於對所述氣化系統的壓力進行監測的壓力傳感器； 火炬閥，所述火炬閥配置用於在其打開時將殘餘氣體從所述氣化系統釋放到大氣，以在氣化器停機之後對所述氣化系統降壓；以及 多條流路，所述多條流路配置用於在氣化器停機之後當所述氣化系統降壓並且隨後加壓時促使所述殘餘氣體的流通過所述氣化系統。 其中在氣化器停機之後，至少部分基於所監測的壓力，氣流通過所述多條流路中的每一條相對於彼此在不同時間上建立。
11.如權利要求10所述的氣化系統，包括:控制器，所述控制器配置用於從所述壓力傳感器接收信號並且基於所監測的壓力控制所述火炬閥以及閥的操作；所述閥配置用於打開所述多條流路以便促進所述殘餘氣體的所述流通過所述氣化系統。
12.如權利要求10所述的氣化系統，其中所述多條流路中的一條包括旁路線路，所述旁路線路配置用於在降壓過程中將所述殘餘氣體的一部分從所述氣化器輸送到所述氣體處理系統，而不傳送所述殘餘氣體的所述一部分通過定位在所述氣體處理系統下遊的低溫氣體冷卻區段。
13.如權利要求10所述的氣化系統，其中所述多條流路中的一條包括吹掃細流線路，所述吹掃細流線路配置用於將惰性氣體吹掃細流引導到所述氣化器上。
14.如權利要求13所述的氣化系統，包括熱交換器，所述熱交換器配置用於將熱量從所述氣化系統的另一部件供應的加熱媒介傳遞到所述惰性氣體吹掃細流上。
15.如權利要求10所述的氣化系統，其中所述多條流路包括: 第一流路，所述第一流路配置用於在氣化器停機之後將惰性氣體的第一流提供到所述氣化器上，以對所述氣化系統加壓；以及 第二流路，所述第二流路配置用於在所述第一流建立之後的時間上，在所述氣化器下遊以及所述氣化處理系統上遊的位置處，將惰性氣體的另一流提供到所述氣化系統。
16.一種有形非暫時性計算機可讀媒介，所述有形非暫時性計算機可讀媒介包括機器可讀指令以實現以下操作: 從氣化系統的壓力傳感器獲得有關所述氣化系統的壓力的數據； 控制火炬閥的操作，從而在所述火炬閥打開時使所述氣化系統的所述壓力減小並且在氣化器停機之後允許殘餘氣體流出所述氣化系；以及 控制兩個或更多個閥的操作，從而在氣化器停機之後將惰性氣體的分離的流提供到所述氣化系統，以在所述氣化系統的所述壓力達到低壓閾值後使所述氣化系統的所述壓力增加，這樣，所述分離的流相對彼此就建立於不同的時間。
17.如權利要求16所述的有形非暫時性計算機可讀媒介，其包括機器可讀指令以實現以下操作: 控制吹掃細流閥的操作，從而在氣化器停機之後提供惰性氣體吹掃細流通過所述氣化系統；以及 在將所述惰性氣體吹掃細流引入所述氣化系統之前，通過熱交換器控制對所述惰性氣體吹掃細流的加熱。
18.如權利要求16所述的有形非暫時性計算機可讀媒介，其包括機器可讀指令以實現以下操作: 控制旁路線路閥的操作，從而在所述氣化系統降壓過程中打開所述氣化系統的上遊部分與氣體處理系統間的旁路線路，以便輸送所述殘餘氣體的一部分流出所述氣化系統而不流動通過所述氣化系統的每個部件。
19.如權利要求16所述的有形非暫時性計算機可讀媒介，其包括機器可讀指令以實現以下操作: 控制第一流量閥的操作，以在所述氣化系統的合成氣冷卻器中建立惰性氣體的第一流；以及 控制第二流量閥的操作，以在惰性氣體的所述第一流建立後的時延，建立惰性氣體的第二流到介於所述合成氣冷卻器與氣體處理系統之間的在所述氣化系統的部分上。
20.如權利要求19所述的有形非暫時性計算機可讀媒介，其包括機器可讀指令以實現以下操作: 在建立惰性氣體的所述第一流之後，控制所述第二流量閥的操作，以在所述氣化系統的所述壓力達到所需壓力閾值時`建立惰性氣體的所述第二流。
【文檔編號】C10J3/00GK103820168SQ201310573281
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2012年11月15日
【發明者】M.A.普拉默, A.馬宗達 申請人:通用電氣公司