燃料漿液加熱系統和方法

2023-07-10 04:06:31 1

燃料漿液加熱系統和方法
【專利摘要】本發明實施例公開一種燃料漿液加熱系統，所述系統包括燃料漿液製備系統，所述燃料漿液製備系統具有漿液罐，所述漿液罐配置用於容納燃料漿液，所述燃料漿液具有固體燃料和液體。所述燃料漿液製備系統還包括熱源和控制器，所述控制器配置用於控制所述熱源對所述燃料漿液進行加熱，以將所述漿液的粘度降低到閾值粘度以下以使得漿液可泵送，並且燃料漿料包括固體和液體。同時公開了使用所述加熱系統的對應的方法，該方法增加所述漿液的固體濃度的同時保持所述漿液的粘度在閾值粘度以下。
【專利說明】燃料漿液加熱系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及製備用於氣化工藝中的燃料漿液，確切地說，涉及提高燃料漿液中的固體濃度。
【背景技術】
[0002]合成氣體或「合成氣」是一氧化碳(CO)和氫氣(H2)以及諸如二氧化碳(CO2)等以較少含量存在的其他組分的混合物，其擁有多種用途，例如發電、蒸汽發生、熱發生、代用天然氣(SNG)以及化學合成。合成氣可以使用氣化工藝生產，所述氣化工藝使用諸如煤、焦炭、石油和/或生物質等固體、液體和/或氣態含碳燃料源與氧氣(O2)反應，以在氣化器內產生合成氣。儘管特定液體和氣態含碳燃料可以直接提供到氣化器，固體含碳燃料源通常作為燃料漿液提供到氣化器，其中固體燃料散布在諸如水等液體內。所述液體用於促進固體燃料流動到氣化器內，並且促進固體燃料散布到氣化器內，例如提高氣化效率。遺憾的是，相對於其他更濃縮的燃料源，例如液體或氣態進料而言，漿液內存在液體會減少每單位重量進料所產生的合成氣的含能量。

【發明內容】

[0003]在範圍上與最初提出權利要求的發明匹配的特定實施例總結如下。這些實施例並不用於限定本發明的範 圍，相反，這些實施例僅用於簡述本發明的可能形式。實際上，本發明可以包括各種形式，這些形式可能與下文提出的實施例類似或不同。
[0004]在弟一實施例中，提供一種系統，所述系統包括燃料眾液製備系統，所述燃料眾液製備系統具有漿液罐，所述漿液罐配置用於容納燃料漿液，所述燃料漿液具有固體燃料和液體。所述燃料漿液製備系統還包括熱源和控制器，所述控制器配置用於控制所述熱源加熱所述燃料漿液，以將所述漿液的粘度降低到閾值粘度以下。
[0005]在第二實施例中，提供一種系統，所述系統包括控制器，所述控制器配置用於控制熱源加熱燃料漿液，所述燃料漿液具有固體燃料和液體。加熱所述燃料漿液，以允許漿液罐產生固體濃度大於未加熱燃料漿液的燃料漿液。
[0006]在第三實施例中，提供一種方法，所述方法包括使用控制器監控燃料漿液的一個或多個參數，其中一個或多個參數包括所述漿液的粘度、所述漿液的固體濃度、所述漿液的溫度或者其任何組合，並且所述燃料漿液具有固體燃料和液體。所述方法還包括通過加熱所述燃料漿液將所述燃料漿液維持在粘度閾值以下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在參考附圖閱讀以下詳細說明後，將更好地理解本發明的這些和其他特徵、方面和優點，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0008]圖1是工藝流程圖，其示出了通過加熱漿液來提高所述漿液的固體濃度的方法實施例；[0009]圖2是工藝流程圖，其示出了通過加熱漿液來從不可泵送漿液產生可泵送漿液的方法實施例；
[0010]圖3是工藝流程圖，其示出了通過加熱漿液來提高所述漿液的固體濃度並且從所述漿液去除一部分液體的方法實施例；
[0011]圖4是工藝流程圖，其示出了執行圖3所示液體去除步驟的方法實施例；
[0012]圖5是示出一種漿液製備系統的實施例的方框圖； [0013]圖6是示出了圖5所示楽:液製備系統的一個實施例的示意圖,所述楽:液製備系統包括熱源，所述熱源配置用於允許蒸汽將漿液噴射到漿液製備罐中；
[0014]圖7是示出了圖5所示楽:液製備系統的另一個實施例的示意圖,所述楽:液製備系統包括設置在漿液製備罐中的熱交換器，用於加熱所述漿液；
[0015]圖8是示出了圖5所示楽:液製備系統的另一個實施例的示意圖,所述楽:液製備系統包括設置在漿液製備罐周圍的蒸汽套管，用於加熱所述漿液；以及
[0016]圖9是圖5所示楽:液製備系統的另一個實施例的示意圖,所述楽:液製備系統包括設置在所述漿液製備罐下遊的脫水功能部件，用於提高受熱漿液的固體濃度。
【具體實施方式】
[0017]下文將介紹本發明的一項或多項具體實施例。為了簡要描述這些實施例，可能不會在說明書中描述實際實施方案的所有特徵。應了解，在任意工程或設計項目中開發任意此類實際實施方案時，均應當做出與實施方案特定相關的各種決定，以實現開發人員的特定目標，例如，是否要遵守與系統相關以及與業務相關的限制，這些限制可能會因實施方案的不同而有所不同。此外，應了解，此類開發可能非常複雜耗時，但無論如何對受益於本公開案的一般技術人員而言，此類開發仍是設計、建造和製造的例行工作。
[0018]在介紹本發明各實施例的元件時，冠詞「一個」、「一種」、「該」和「所述」旨在表示有一個或多個該元件。術語「包含」、「包括」以及「具有」旨在表示包括性含義，且表示除了所列元件外，可能還有其他元件。
[0019]如上所述，一些氣化系統使用固體燃料和液體(例如，水)的漿液來將固體燃料輸送到氣化器，以產生合成氣。所述燃料漿液中的液體有助於固體燃料流動到氣化器中，並且還有助於將固體燃料散布在氣化器內，從而提高氣化效率。但是，與其他變量一起，所產生的合成氣量可以取決於反應器內的固體燃料量，因此典型的氣化系統受限於能夠以所需流動速率產生和泵送的燃料漿液的固體濃度。此外，漿液在此類環境條件下的粘度可能會對產生燃料漿液的設備以及推動燃料漿液從漿液製備罐流動到氣化器中的設備產生不利影響。例如，由於相對於其他流體而言，漿液的粘度級別相對較高，因此漿液罐內的諸如葉輪等攪拌器、諸如管路等導管以及各種泵、進料噴射器等可能會遭受腐蝕。
[0020]儘管可以使用諸如助溶劑(fluxant)、表面活化劑等特定添加劑來提高漿液的固體濃度，但是此類方法無法緩和高粘度漿液的不良影響。此外，使用此類添加劑提高固體濃度通常是邊際的，並且可能增加氣化工藝的成本。因此，本發明提供一種燃料漿液製備系統，所述燃料漿液製備系統配置用於使用氣化系統內或氣化設備的其他地方內產生的蒸汽或另一受熱流體來加熱燃料漿液。在一個實施例中，熱源可以置於漿液製備罐中。所述熱源可以從設備內的另一工序接收廢蒸汽或其他受熱流體，例如高溫合成氣或熱水，從而有利於加熱所述燃料漿液。所述加熱可以提高燃料漿液內固體的濃度，同時維持以所需速率泵送燃料漿液的能力。此外，在一些實施例中，加熱流體(例如，蒸汽)還可以用作在漿液罐內攪拌燃料漿液的功能部件，以減少漿液製備罐內的攪拌功能部件的電力需求。實際上，此類粘度減小還可以延長燃料漿液製備和推動設備的壽命。此外，將受熱燃料漿液輸送到氣化器可以減少氣化反應中所用的O2和固體燃料的特定燃料消耗(單位電量燃料)。
[0021]本說明書中所述的實施例可以使用諸如漿液製備系統等系統來實施，所述系統可以是獨立系統，也可以結合到氣化/發電設施中。例如，本說明書中所述的漿液製備系統可以與氣化工藝、甲烷化工藝或者其他發電或化學生產工藝結合，以產生用於提高燃料漿液溫度的一定量蒸汽。此外，本說明書中所述用於控制漿液加熱功能部件的特定方法可以使用控制器實施，所述控制器可以是專用或通用計算機，其中配備存儲器、處理器、數據訪問驅動器等。所述控制器可以配置用於執行特定例程，例如在訪問諸如光碟、固態存儲器等機器可讀非瞬時介質上的例程之後。替代地或附加地，所述控制器可以連接到分布式控制系統和/或網絡，並且可以從遠程存儲位置訪問所述例程。所述控制器此後可以執行例程，以有助於執行本說明書中所述的加熱和漿液濃縮工藝。下文將參照圖1到圖4來描述此類控制工藝的非限定性示例實施例。
[0022]請注意，參照圖1和圖4所述的方法可以使用上述任意經過適當配置的控制器實施，圖1是工藝流程圖，其示出了用於加熱燃料漿液的常規方法10的實施例。執行方法10可以提高燃料漿液的固體濃度，同時將燃料漿液的粘度維持在預定粘度以下。在一些實施例中，所述預定粘度可以是閾值粘度，在所述閾值粘度下，燃料漿液的粘度從能夠通過適當配置的燃料漿液泵以所需流動速率泵送轉變為無法通過適當配置的燃料漿液泵以所需流動速率泵送。
[0023]方法10首先製備燃料漿液。具體來說，將固體燃料與液體混合以產生燃料漿液(塊12)。所述固體燃料可以包括煤、石油焦炭、生物質或其他含碳固體物質。所述液體可以包括在本說明書中所述的漿液製備工藝中基本上維持在液相的任意材料。所述液體可以包括有機液體、水成液或者其組合。例如，所述液體可以包括一種或多種有機溶劑、水溶液、包含一種或多種表面活化劑的水溶液或者這些項的組合。在一個實施例中，所述液體可以是水。可以在任意適當配置的容器內混合固體燃料和液體，例如攪拌機、配備攪拌功能部件的容器等，如下文參照圖4到圖6進一步詳述。
[0024]形成燃料漿液之後，監控所述漿液的多個參數(塊14)。此外，儘管監控各個參數的步驟被描述為在產生燃料漿液之後以及方法10中的其他步驟之前進行，但是應了解，可以在方法10的任意階段大體連續監控這些參數，以使所述控制器可以在適當情況下做出調整以及其他任何決定。要監控的參數可以包括燃料漿液的溫度、壓力、粘度、固體濃度或者它們的組合。再者，如下所述，控制器監控此類參數的方法可以是大體上連續或間歇地監控從設置在漿液製備系統內的傳感器接收的一個或多個控制信號。
[0025] 最初監控漿液的參數之後，加熱所述燃料漿液(塊16)。通常，通過將燃料漿液加熱到所需溫度，燃料漿液的粘度使得能夠使用燃料漿液泵來泵送燃料漿液，同時最大限度地提高燃料漿液的固體濃度。燃料漿液的固體濃度是固體燃料量佔總燃料漿液量的比例，其可以用重量百分比、體積百分比、摩爾或者任意類似的度量來表示。燃料漿液的目標加熱溫度可以取決於多個因素，例如所需固體濃度、燃料漿液的加熱條件(例如，戶外或者在導管中)等。通常，燃料漿液加熱到約40°C以上的溫度，例如40°C與400°C之間。在燃料漿液在開啟式容器中加熱的實施例中，燃料漿液可以加熱到接近液體沸騰溫度的溫度，例如，液體沸騰溫度的50%與100%之間(例如，液體沸點的約50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%或100%)。因此，在所述液體為水的實施例中，所述燃料漿液可以加熱到約40°C與100°C之間，例如約50°C與90°C之間，或者60°C與80°C之間。因此，燃料漿液可以加熱到約45°C、50°C、55°C、60°C、65°C、70°C、75°C、80°C、85°C、90°C、95°C 或 99°C。此外，應了解，如果燃料漿液包含能夠提聞水的沸點的材料，燃料漿液可以加熱到等於或者略聞於(例如，達到約15°C以上)100。。。
[0026]在漿液在封閉系統中加熱的實施例中，例如在導管或其他封閉流體傳功能部件中，液體可以加熱到約40°C以上或者加熱到低於閾值溫度的溫度，在閾值溫度下，燃料漿液可以開始焦化(例如，焦化溫度)。實際上，在一些實施例中，漿液可以加熱到焦化溫度的約10%與99%之間，或者20%與90%之間，或者30%與80%之間，或者40%與60%之間，例如，焦化溫度的約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或99%。在燃料漿液在封閉系統中加熱並且液體為水的實施例中，燃料漿液可以加熱到約40°C與300°C之間，或者50°C與250°C之間，或者60°C與240°C之間，或者70°C與230°C之間，或者80°C與220°C之間，或者90。。與 200°C之間，例如 50°C、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C、125°C、15(rC、175°C、20(rC、225°C、250°C或 260°C ο [0027]如上所述，燃料漿液加熱到所需溫度，以將燃料漿液的粘度減小到燃料漿液的閾值粘度以下。此外，所述閾值粘度可以定義為燃料漿液從能夠在指定條件組下泵送轉變為無法在指定條件組下泵送的粘度。所述指定條件組可以包括能夠通過各種類型特定規格的泵以指定速率泵送，並且所述泵配置用於通過漿液導管推動(例如，泵送)所述燃料漿液。在一些實施例中，閾值粘度可以取決於這些和其他因素，這些因素可以通過實驗確定和/或基於指定燃料眾液和泵的規格確定。例如，閾值粘度可以在約I.kg.m-1.s_1 (I帕秒(Pas))與 2k.kg.m-1.s_1 之間,例如 1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.75、2kg.m-1.s_1 或以上,具體取決於至少一個上述因素。實際上，可以加熱所述燃料漿液以獲得特定濃度，以使燃料漿液的粘度介於閾值粘度的約10%與99%之間，或者20%與90%之間，或者30%與80%之間，或者40%與60%之間。相對於不加熱燃料漿液的配置而言，此類較高濃度可以增加單位時間的合成氣輸出、減少液態廢料、提高設備效率等。
[0028]因此，加熱燃料漿液之後，基於上述考慮因素，所述控制器可以基於受監控參數確定是否能夠泵送漿液(查詢18)。在查詢18中確定無法泵送漿液(例如，不低於閾值粘度)的實施例中，方法10可以循環回到加熱漿液的步驟，直到達到所需泵送能力。通過這種方式降低燃料漿液的粘度可以減少設備部件的磨損、可以減小泵送燃料漿液所需的電力、可以減小泵送設備的大小，並且可以提高指定燃料漿液的最大固體濃度。在查詢18中確定能夠泵送燃料漿液的實施例中，方法10可以繼續將燃料漿液泵送到氣化器(塊20)。將漿液提供給氣化器之後，使得至少漿液內的固體燃料氣化以產生合成氣(塊22)。如上所述，通過加熱燃料漿液，可以提高氣化系統生成合成氣操作的效率。例如，發明人經過計算得出，相對於氣化未經加熱的燃料漿液進料而言，氣化經加熱的燃料漿液進料可以產生更大量的合成氣。
[0029]除了上述常規方法之外，本實施例還提供了用於從不可泵送漿液產生可泵送漿液的方法，如圖2中的工藝流程圖所示。具體來說，圖2中的工藝流程圖示出了方法30的實施例，所述方法用於通過加熱不可泵送漿液來從所述不可泵送漿液產生可泵送漿液。
[0030]如上參照上述常規方法10所述，燃料漿液可以加熱到能夠將燃料漿液的粘度減小到燃料漿液的閾值粘度以下的溫度。因此，在本實施例的上下文中，方法30能夠將燃料漿液的粘度從閾值粘度以上的值降低到閾值粘度以下的值。根據特定實施例，燃料漿液的粘度取決於漿液的固體濃度以及燃料漿液的液體粘度。減小燃料漿液中液體的粘度可以減小燃料漿液的粘度。實際上，可以通過向漿液添加更多固體燃料來提高燃料漿液的固體濃度，同時通過加熱漿液來減小液體的粘度。通過這種方式,可以通過加熱以減小液體粘度來提高燃料漿液的固體濃度，同時將燃料漿液的粘度維持在所需水平。因此，通過加熱燃料漿液，固體濃度可以高於未加熱燃料漿液時所得的固體濃度。
[0031]鑑於上述粘度關係，方法30首先產生不可泵送的漿液(塊32)。產生不可泵送漿液的方法是以使得燃料漿液在環境溫度(例如，達到約40°C )下的粘度高於閾值粘度的比例將固體燃料與液體混合。例如，在液體為水的實施例中，固體燃料和液體以特定比例提供，以產生固體濃度至少為60重量百分比(wt.%)的燃料漿液，其中固體燃料的重量佔漿液總重量的約60%。實際上，在特定實施例中，不可泵送漿液的固體濃度可以在約60wt%與70wt%之間，或者61wt%與69wt%之間，或者62wt%與68wt%之間，或者63wt%與67wt%之間，或者 64wt% 與 66wt% 之間，例如約 60wt%、61wt%、62wt%、63wt%、64wt%、65wt%、66wt%、67wt%、68wt%、69wt%、70wt% 或以上。
[0032]產生不可泵送漿液之後，方法30將執行上文參照圖1的塊14到塊22所述的操作。通常，方法30繼續監控燃料漿液的參數(塊14)，例如粘度、溫度、固體濃度等。隨後加熱燃料漿液以減小其粘度(塊16)，例如將粘度降低到所需閾值粘度以下。方法30繼續確定漿液是否能夠泵送(查詢18)。例如，控制器或類似功能部件可以確定燃料漿液的粘度是否不高於閾值粘度的約99%，例如在閾值粘度的約10%與95%之間，或者20%與90%之間，或者30%與80%之間，或者40%與70%之間，或者50%與60%之間。在查詢18中確定能夠泵送漿液的實施例中，所述方法可以繼續將燃料漿液泵送到氣化器(塊20)。然後使得燃料漿液氣化(塊22)。但是，在查詢18中確定無法泵送燃料漿液(例如，等於或高於閾值粘度的100%)的實施例中，所述方法可以返回到塊16表示的操作。
[0033]通過使用上述特定方法，相對於首先產生不可泵送漿液，然後再加熱所述漿液以使漿液可泵送而言，通過從漿液脫水來提高燃料漿液的固體濃度更理想。例如，在難以產生、監控和/或處理不可泵送漿液的情況下，可能需要使用此類方法。圖3示出了方法40的實施例的工藝流程圖，所述方法用於通過脫水來提高燃料漿液的固體濃度。
[0034]方法40通過將固體燃料與液體混合來產生可泵送漿液(塊42)。所述燃料漿液可以通過將固體燃料與液體以使得燃料漿液的粘度低於閾值粘度的比例混合來產生。例如，在液體為水的實施例中，燃料漿液的初始固體濃度可以等於或低於約60wt%，例如在約lwt%與60wt%之間，或者10wt%與50wt%之間，或者20wt%與40wt%之間。具有此類初始濃度的燃料漿液可以視作第一燃料漿液。
[0035]如上文參照圖1所述監控第一漿液的參數(塊14)，然後將第一漿液加熱到所需溫度(塊44)。所需溫度可以是至少基於燃料漿液的初始固體濃度、所需最終固體濃度和所需最終粘度的建模溫度。此外，如上所述，在燃料漿液在開啟式系統中加熱的實施例中，所需溫度可以在約40°C與100°C之間，例如在約50V與90°C之間，或者60V與80°C之間。在燃料漿液在封閉系統中加熱的實施例中，所需溫度可以在約40°C與300°C之間，或者50V與250°C之間，或者60°C與240°C之間，或者70°C與230°C之間，或者80°C與220°C之間，或者90°C與 200°C之間。
[0036]將燃料漿液加熱到所需溫度之後，可以從燃料漿液脫除一部分液體和/或將額外量的固體燃料添加到燃料漿液中，以獲得所需固體濃度和粘度的燃料漿液(塊46)，其可以稱為第二燃料漿液。例如，可以脫除約1%與50%之間的總液體，例如可以脫除總液體的約1%與50%之間，或者2%與50%之間，或者3%與40%之間，或者4%與30%之間，或者5%與20%之間。在將額外固體燃料添加到燃料漿液的實施例中，可以再添加介於1%與50%之間的固體燃料，例如再添加介於約1%與30%之間、5%與25%之間，或者10%與20%之間的固體燃料。下文將參照圖4詳細描述用於執行塊46所表示的液體脫除操作的方法的實施例。在提供額外燃料漿液(作為對液體脫除的附加或替代)的實施例中，可以基於粘度測量值、溫度測量值、固體濃度測量值或者這些參數的組合來添加額外量的固體燃料。產生第二燃料漿液之後，將第二燃料漿液泵送到氣化器(塊20)，其中至少氣化固體燃料以產生合成氣(塊 22)。
[0037]圖4示出了方法46的實施例的工藝流程圖，所述方法用於在需要從燃料漿液脫除液體以得到特定固體濃度時產生第二燃料漿液。方法46首先從第一燃料漿液脫除一部分液體(塊48)。從第一燃料漿液脫除的液體的量可以至少部分取決於燃料漿液的初始固體濃度和所需最終固體濃度、初始燃料漿液的溫度以及閾值粘度。要脫除液體，可以進行液體蒸發，例如產生蒸汽，或者基於大小、密度或其他性質將一部分液體與固體燃料隔離。例如，可以使用過濾器和閥門、旋風分離器、隔膜、吸收劑或者此類功能部件或類似功能部件的組合將液體與固體燃料分離。
[0038]脫除一部分液體之後，控制器可以確定燃料漿液的固體濃度是否高於所需的最低固體濃度(查詢50)。在燃料漿液的固體濃度不足的實施例中，方法46可以循環回到塊48所表示的操作，並且可以脫除另一部分液體。在燃料漿液的固體濃度高於所需最小值的實施例中，方法46繼續確定燃料漿液的粘度是否低於閾值粘度(查詢52)。在燃料漿液的粘度高於閾值粘度(例如，如果塊48中脫除的液體量多於所需量)的實施例中，方法46隨後繼續確定燃料漿液是否已達到溫度閾值(查詢54)，所述溫度閾值可以至少部分取決於上文參照圖1所述的考慮因素。在燃料漿液低於溫度閾值的實施例中，加熱所述燃料漿液(塊56)。所述方法隨後返回到查詢52。在漿液等於或高於溫度閾值的實施例中，將額外液體添加到燃料漿液(塊58)。所述方法隨後返回到查詢50。返回到查詢52之後，在燃料漿液的粘度低於閾值粘度的實施例中，方法46繼續執行圖3中的塊20所表示的操作(塊60)。
[0039]如上所述，上述方法可以通過適當配置的控制器來實施，所述控制器操作性地連接到各種漿液製備功能部件。所述漿液製備功能部件可以是氣化系統的一部分、與氣化系統一體成形，或者可以是獨立於氣化系統的單獨部分。圖5示出了系統70的實施例的方框圖，所述系統使用漿液加熱功能部件和/或固體燃料添加功能部件來有利於提高燃料漿液的固體濃度。系統70 包括原料製備單元72，所述原料製備單元接收固體燃料74並且製備用於與液體76混合的固體燃料74。例如，原料製備單元72可以包括能夠從固體燃料74中的大顆粒產生較小顆粒的研磨機、碾磨機或者任意類型容器。如圖所示，液體76被引入原料製備單元72下遊的固體燃料74中。但是，在其他實施例中，液體76可以直接引入原料製備單元72中。
[0040]漿液製備單元78配置用於接收固體燃料74並且液體76設置在原料製備單元72下遊。漿液製備單元78可以是具有一個或多個諸如研磨機、葉輪、超聲處理單元等攪拌功能部件的容器。從一般意義上來說，漿液製備單元78將固體燃料74與液體76混合以產生燃料漿液。根據所公開的實施例，漿液製備單元78連接到或者以其他方式設置在漿液加熱單元80和燃料添加單元83的上遊。漿液加熱單元80配置用於向燃料漿液提供熱源(例如，蒸汽或其他受熱流體)，以提高燃料漿液的溫度，從而提高燃料漿液的固體濃度。在將熱水或蒸汽用作熱源的實施例中，漿液加熱單元80可以提供重新循環或補充蒸汽流81 (例如，水和/或蒸汽)作為液體源76。流81還可以用於在漿液製備單元76上遊預加熱液體76。在特定實施例中，漿液加熱單元80可以部分或者完整包含在漿液製備單元78內。
[0041]通過漿液製備單元78和漿液加熱單元80製備包含固體燃料74和液體76的燃料漿液流82之後，向燃料漿液流82中添加額外的固體燃料74。在圖示的實施例中，系統70還包括燃料添加單元83，所述燃料添加單元配置用於向流82添加額外的固體燃料74，作為對液體脫除的附加或替代，以提高流82的固體濃度。如上文參照圖3所述，可以基於粘度、泵送能力、流動速度、濃度或者類似測量值而添加額外的燃料。將流82調整為所需濃度範圍之後，系統將流82輸送到氣化器84。氣化器84配置用於將燃料漿液流82置於氣化條件下。在這些條件下，燃料漿液流82內的固體燃料與氧氣(02)和水(H20)反應以產生合成氣86。從一般意義來說，除了其他因素之外，所產生的合成氣86的量受限於氣化器84的大小以及進入氣化器84的固體燃料74的量。 [0042]如上所述，由於固體燃料74作為燃料漿液流82的一部分提供到氣化器84，因此需要最大限度地增加包含在燃料漿液流82內的固體燃料74的量。包含在燃料漿液流82內的固體燃料74的量可以視作燃料漿液82的固體濃度。此外，可以有利地通過使用漿液加熱單元80加熱固體燃料74和液體76來提高燃料漿液82的固體濃度。漿液製備和加熱系統90的一個實施例如圖6所示。系統90包括碾磨機92,所述碾磨機具有用於接收固體燃料74的入口 93，並且製備製漿所需的固體燃料74。例如，碾磨機92可以是球磨機、研磨機或者任何類型的功能部件或者功能部件組合，用於減小固體燃料74的顆粒大小。在一些實施例中，通過減小顆粒大小，固體燃料74可以更易於散布在液體76內，在圖示的實施例中，液體76是水。除了接收固體燃料74之外，碾磨機92還可以配置用於接收其他添加劑94，例如助溶劑(fluxants)、催化劑等。供水系統96通過導管98將水供應到碾磨機92內。碾磨機92進一步包括出口 100，用於將固體燃料74、液體76和添加劑94的混合物排放到碾磨機排放罐102內。
[0043]系統90還包括控制器104，控制器104以通信方式連接到第一傳感器106，所述第一傳感器配置用於產生指示碾磨機92內的固體量、碾磨機92內的固體溫度等參數的信號。控制器104還以通信方式連接到第二傳感器108，所述第二傳感器108配置用於產生指示排出碾磨機92的固體量、排出碾磨機92內的材料溫度、排出碾磨機92的材料粘度等參數的信號。控制器104還操作性地連接到沿導管98設置的流量控制閥112的致動器110。控制器104配置用於通過使用致動器110調整流量控制閥112的位置來調整流過導管98的水的流動速率。控制器104響應於從第一傳感器106和/或第二傳感器108接收的信號而將發送信號到致動器110以執行此類調整，所述信號指示所需範圍之外的測量參數。
[0044]除了上述用於研磨以及在一定程度上將固體燃料74與其他漿液組分混合的功能部件之外，系統90還包括用於漿化固體燃料74以及加熱所得燃料漿液的功能部件。系統90包括輸送泵114，用於將固體燃料74與其他漿液組分的預混合物推動到混合容器116中(例如，漿液罐)。混合容器116包括一個或多個功能部件，所述功能部件配置用於攪拌固體燃料74並使其懸停在水內，以產生燃料漿液。在圖示的實施例中，混合容器116包括葉輪118，所述葉輪具有用於在水內混合和攪拌固體燃料74的葉片。
[0045]混合容器116還包括熱源，所述熱源配置用於在燃料漿液位於容器116內時加熱燃料漿液。具體來說，在圖示實施例中，熱源是多孔供料器120 (例如，歧管、柵格或管路)，所述多孔供料器具有多個孔，用於允許受熱流體(例如，蒸汽)122逸出多孔供料器120以加熱燃料漿液，如圖中的箭頭所示。有利地，隨著蒸汽122逸出多孔供料器120以直接加熱燃料漿液，蒸汽122通過噴射來提供額外的攪拌給燃料漿液。多孔供料器120通過導管126從蒸汽源124接收蒸汽122。
[0046]控制器104連接到設置在混合容器116和導管126之上和/或之內的多個功能部件，以便將燃料漿液加熱到所需溫度。例如，控制器104可以配置用於通過多孔供料器120(或其他熱源)調整對燃料漿液的傳熱，從而將燃料漿液的固體濃度和粘度調整在上閾值與下閾值之間。控制器104連接到設置在混合容器116之上和/或之內的第三傳感器128，所述第三傳感器使得能夠在混合容器116內產生和加熱燃料漿液的同時監控所述燃料漿液的溫度、固體濃度和/或粘度。此外，控制器104連接到第四傳感器130，所述第四傳感器使得控制器104能夠在蒸汽122流過導管126的同時監控所述蒸汽的溫度。控制器104操作性地連接到沿導 管126設置的流量控制閥134的致動器132，以使得控制器104能夠調整流過導管126的蒸汽122的流動速率。調整蒸汽122的流動速率可以調整逸出多孔供料器120的蒸汽122的量，因此能夠調整加熱燃料漿液的速率。因此，控制器104能夠響應於混合容器116內的燃料漿液的受監控溫度和/或固體濃度而向燃料漿液提供更多或更少熱量。
[0047]如上所述製備和加熱燃料漿液之後，將燃料漿液的至少一部分排放到漿液泵136中。漿液泵136配置用於以所需流動速率推動所產生的燃料漿液。實際上，如上所述，燃料漿液的所需固體濃度可以至少取決於漿液泵136的規格以及漿液泵136以所需流動速率推動燃料漿液的能力。因此，控制器104連接到第五傳感器138，所述第五傳感器138可以產生並發送指示燃料漿液140的流動速率和/或粘度的信號到氣化器。因此，發送到氣化器的燃料漿液140的受監控參數還可以是用於確定燃料漿液的所需溫度和/或固體濃度的因素。
[0048]儘管圖6所示的實施例示出了包括多孔供料器120的系統90，所述多孔供料器用於提供蒸汽122與燃料漿液之間的直接接觸以加熱燃料漿液，但是作為附加或替代，也可以使用向燃料漿液提供間接加熱的功能部件。因此，圖7是系統150的圖示，所述系統具有設置在混合容器116內的熱交換器152。熱交換器152可以包括適用於通過導管126接收蒸汽進料的任意形狀、大小或其他構造。在特定實施例中，熱交換器152可以配置用於最大限度地增加熱交換器152中暴露於蒸汽和燃料漿液的表面區域。例如，熱交換器152可以是設置在葉輪118附近的線圈，用於向燃料漿液提供間隔加熱源。熱交換器152內的蒸汽開始冷卻之後，或者以大體上連續的方式，冷卻的蒸汽(和/或冷凝水河以提供到泵154或另一類似功能部件，以將再循環蒸汽156提供到供水系統96 (例如，水罐或其他鍋爐給水源)。
[0049]在其他實施例中，需要在燃料漿液處於混合容器116內時加熱燃料漿液，而不幹擾(或延伸到通道中)使用葉輪118混合燃料漿液。例如，需要使用此類功能部件來避免腐蝕導管(例如，管道)、熱交換器、管路等。因此，圖8是具有包套混合容器162的系統160的圖示。包套混合容器162包括產生和攪拌燃料漿液的內部164，以及界定加熱夾套166的外部，所述外部是圍繞產生燃料漿液的內部164的環形結構。
[0050]加熱夾套166通常配置用於從蒸汽供應系統124接收蒸汽122，並且使得內部166的內表面168能夠加熱混合容器162內的燃料漿液。蒸汽122在入口區域170處進入加熱夾套166，並且可以流動到套管166的其他區域172。在傳熱到表面168之後，蒸汽122可以冷凝並通過導管178排出。冷凝物流180隨後輸送到冷凝物泵182，所述冷凝物泵將流180作為再循環流184推動(例如，泵送)到供水系統96。
[0051]如上文參照圖3所示方法40所述，需要首先產生可泵送漿液(B卩，在加熱之前產生)，並且在加熱期間和/或之後脫除燃料漿液的液體或者向燃料漿液添加額外燃料。圖9示出了系統190的實施例，所述系統包括常規加熱單元192，所述常規加熱單元可以包括上文參照圖6到圖8所述熱源實施例中的任一實施例或實施例組合，並且包括熱交換器/液體脫除單元194，用於提高所產生燃料漿液的固體濃度。在使用加熱單元192加熱混合容器116內的漿液的實施例中，通過導管193提供蒸汽或其他受熱流體(例如，油、高溫合成氣)。流動到加熱單元192的蒸汽的流動速率受控於控制器104，所述控制器將向流量控制閥197的致動器195發送控制信號，以調整閥門197的位置。
[0052]最初形成燃料漿液之後，並且在一些實施例中，在燃料漿液在混合容器116內加熱之後，通過導管196使用漿液泵136泵送所產生的漿液。如上所述，控制器104可以使用第五傳感器138監控所產生燃料漿液的一個或多個參數。實際上，導管196內的所產生燃料漿液的固體濃度可能小於所需值。因此，將所產生燃料漿液提供到熱交換器/液體脫除單元194，其中進一步加熱燃料漿液並且脫除燃料漿液中的一部分水。在脫除一部分水時，燃料漿液的固體濃度提高。
[0053] 控制器104隨後可以使用第六傳感器198監控熱交換器/液體脫除單元194處的燃料漿液的多個參數。例如，第六傳感器198可以產生指示燃料漿液的粘度、燃料漿液的固體濃度、燃料漿液的溫度、燃料漿液的流動速率或者這些參數的任意組合的信號。實際上，第六傳感器198可以產生指示任意測量值的信號，所述信號可以直接或間接指示燃料漿液的固體濃度和/或泵送能力。響應於接收到這些信號，控制器104可以調整提供到熱交換器/液體脫除單元194的蒸汽量(或者諸如油或合成氣等其他受熱流體量)。此外，熱交換器/液體脫除單元194可以包括能夠脫水的多個功能部件，例如蒸發室、從氣流中脫水的氣液接口區域等，這些功能部件通過熱交換器/液體脫除單元194的熱交換器部分來加熱。在脫除一部分水的實施例中，水與任意蒸汽冷凝物一起沿導管200輸送到供水系統96再循環。在特定實施例中，如上文參照圖3和圖5所述，需要在加熱之後將額外的固體燃料74提供到漿液。實際上，作為對從燃料漿液脫水以提高其固體濃度的補充或替代，控制器可以指示燃料供應單元201在系統190中位於混合容器116下遊的區域處將額外的固體燃料74提供到燃料漿液。燃料供應單元201可以是進料鬥或者能夠將固體進料提供到燃料漿液的任意此類功能部件。此外，可以基於燃料漿液的粘度、泵送能力、流動速度、濃度或者類型測量值而添加額外的固體燃料74。例如，可以通過第六傳感器198來進行這些或類似測量，並且將指示這些測量值的信號提供到控制器104，所述控制器能夠直接或間接確定燃料漿液的固體濃度和/或泵送能力。控制器104根據這些測定將控制信號發送到燃料供應單元201，以將特定量的額外固體燃料74提供到燃料漿液。 [0054]在特定實施例中，熱交換器/液體脫除單元194可以允許用於加熱的蒸汽同時用作燃料漿液的補充液體。例如，在需要將液體添加回燃料漿液的情況下，例如當燃料漿液的粘度高於閾值時，熱交換器/液體脫除單元194可以將至少一部分的蒸汽再循環回到燃料漿液中。在燃料漿液不以大體上連續的方式流過熱交換器/流體脫除單元194的實施例中，熱交換器/流體脫除單元194還可以包括泵送功能部件。在燃料漿液具有所需規格(例如，固體濃度、溫度)之後，將其作為燃料漿液進料202提供到氣化器。
[0055]本說明書使用了各種實例來公開本發明，包括最佳模式，同時也讓所屬領域的任何技術人員能夠實踐本發明，包括製造並使用任何裝置或系統，以及實施所涵蓋的任何方法。本發明的保護範圍由權利要求書界定，並可包含所屬領域的技術人員想出的其他實例。如果其他此類實例的結構要素與權利要求書的字面意義相同，或如果此類實例包含的等效結構要素與權利要求書的字面意義無實質差別，則此類實例也應在權利要求書的範圍內。
【權利要求】
1.一種系統，其包括: 燃料漿液製備系統，所述燃料漿液製備系統包括: 容器，所述容器配置用於容納包括固體燃料和液體的燃料漿液； 熱源；以及 控制器，所述控制器配置用於控制所述熱源對所述燃料漿液進行加熱，以將所述漿液的粘度降低到閾值粘度以下。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述熱源沿所述容器外部的輸出流動通道設置。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述熱源配置用於對所述容器中的所述燃料漿液進行加熱。
4.根據權利要求3所述的系統，其中所述熱源包括蒸汽噴射器，所述蒸汽噴射器配置用於將蒸汽流輸出到所述容器內，以與所述容器中的所述燃料漿液直接接觸。
5.根據權利要求3所述的系統，其中所述熱源包括設置在所述容器中的熱交換器。
6.根據權利要求3所述的系統，其中所述熱源包括加熱夾套，所述加熱夾套配置用於至少部分圍繞所述容器。
7.根據權利要求1所述的系統，包括漿液泵，所述漿液泵配置用於從所述容器接收所述燃料漿液，並且所述 閾值粘度是所述燃料漿液通過所述漿液泵可泵送的粘度與不可泵送的粘度之間的過渡。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器配置用於控制所述熱源調整向所述燃料漿液的傳熱，以將所述燃料漿液的固體濃度和粘度調整在上閾值與下閾值之間。
9.根據權利要求8所述的系統，包括液體脫除單元，所述液體脫除單元設置在所述容器的下遊並且配置用於從所述燃料漿液脫除一定液體量，以調整所述燃料漿液的粘度或固體濃度中的至少一者，其中所述控制器配置用於控制通過所述液體脫除單元脫除的所述液體量。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述控制器配置用於監控所述燃料漿液的所述粘度或固體濃度，並且響應於所述粘度或者所述固體濃度中的至少一者的改變而調整所述熱源、所述液體脫除單元或者組合。
11.根據權利要求10所述的系統，包括燃料供應單元，所述燃料供應單元配置用於在所述容器的下遊將額外量的固體燃料提供到所述燃料漿液，以調整所述燃料漿液的粘度或固體濃度中的至少一者，其中所述控制器配置用於響應於所述燃料漿液的受監控粘度或固體濃度而控制通過所述燃料供應單元提供到所述燃料漿液的固體燃料所述額外量。
12.—種系統,包括: 控制器，所述控制器配置用於控制熱源調整向燃料漿液的傳熱，所述燃料漿液包括固體燃料和液體，其中所述控制器配置用於調整所述傳熱以將粘度降低到上粘度閾值以下或者將固體濃度提高到下濃度閾值以上。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述控制器配置用於調整所述傳熱以將所述粘度調整在所述上粘度閾值與下粘度閾值之間。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述控制器配置用於調整所述傳熱以將所述固體濃度調整在所述下濃度閾值與上濃度閾值之間。
15.根據權利要求12所述的系統，其中所述控制器配置用於監控所述燃料漿液的所述粘度或所述固體濃度，並且所述控制器配置用於響應於所述粘度或所述固體濃度的改變而通過所述熱源調整向所述燃料漿液的傳熱。
16.根據權利要求12所述的系統，其中所述系統包括所述熱源，所述熱源包括蒸汽流動通道，並且所述控制器配置用於控制流過所述蒸汽流動通道的蒸汽流，以控制向所述燃料漿液的所述傳熱。
17.根據權利要求12所述的系統，其中所述系統包括氣化器，所述氣化器配置用於接收所述粘度低於所述上粘度閾值並且所述固體濃度高於所述下濃度閾值的所述燃料漿液。
18.一種方法，其包括: 使用控制器監控燃料漿液的一個或多個參數，其中所述一個或多個參數包括所述燃料漿液的粘度、所述燃料漿液的固體濃度、所述燃料漿液的溫度或者這些參數的任意組合，並且所述燃料漿液包括固體燃料和液體；以及 通過加熱所述燃料漿液將所述燃料漿液維持在上粘度閾值以下，其中所述上粘度閾值是所述燃料漿液通過漿液泵可泵送的粘度與不可泵送的粘度之間的過渡，所述漿液泵配置用於泵送所述燃料漿液。
19.根據權利要求18所述的方法，包括在加熱所述燃料漿液之後從所述燃料漿液脫除所述液體的一部分，以提高所述燃料漿液的所述固體濃度。
20.根據權利要求18所述的方法，包括在加熱所述燃料漿液之後向所述燃料漿液添加額外的燃料，以提高所述 燃料漿液的所述固體濃度。
【文檔編號】C10L1/32GK103946347SQ201180072920
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2011年8月19日 優先權日:2011年8月19日
【發明者】R.D.斯蒂爾, S.坎尼亞潘, R.E.阿亞拉, Z.楊, D.王, Y.周, K.西瓦古魯納桑, M.斯 申請人:通用電氣公司