用於對氣化進料進行幹混合的系統和方法

2023-05-05 22:05:36 2

專利名稱：用於對氣化進料進行幹混合的系統和方法
技術領域：
本文公開的主題涉及用於對氣化系統提供經良好混合的幹燃料進料的系統和方法。
背景技術：
合成氣體或合成氣是可從含碳燃料中產生的氫(H2)和一氧化碳(CO)的混合物。合成氣可直接用作(例如，在燃氣渦輪中)能源，或者可用作用於生產其它有用的化學品(例如，甲醇、甲醛、乙酸)的原材料源。合成氣由氣化系統大規模地生產，氣化系統包括使含碳燃料(諸如煤)和其它反應劑經受某些條件以產生未處理的或原始的合成氣的氣化反應器或氣化器。為了提高氣化反應的效率，氣化器內的煤與水的化學計量比典型地保持在期望範圍內。可能會從多種源收集煤，這可產生不同級別、質量的煤。一般而言，低級煤將具有較高的水含量，而高級煤則具有較低的水含量。不幸的是，一種級別的煤與另一種級別的煤在水含量上的差異可降低對所有類型的煤使用單組條件來產生合成氣的能力。例如，在其中使用低級煤的狀況下，對煤的水含量的估計可能不準確，這可導致在低級煤的氣化期間效率低。也就是說，提供給氣化器的用於驅動低級煤內含碳燃料的氣化的熱的一部分可改為用來從煤的水中產生蒸汽。另外，這些煤可具有不一致的能量含量，其中，煤可包括具有大量水分和低的燃料含量的區域，以及具有較少量水分和較集中的燃料含量的其它區域。這些不一致性可降低氣化器的效率，降低氣化器和相關聯的裝備的壽命，以及降低合成氣(例如，合成氣的能量含量)的可預測性。

發明內容
在一個實施例中 ，提供一種系統。該系統包括氣化進料容器。氣化進料容器包括構造成將固體燃料接收到氣化進料容器中的固體燃料入口，以及構造成對進料容器的固體燃料進行幹混合的幹混合器。幹混合器包括構造成將氣體流輸送到氣化進料容器或機械攪拌器或它們的組合中的氣體入口。氣化進料容器還包括構造成將固體燃料的進料輸送到氣化系統的固體燃料出口，以及聯接到固體燃料出口上的計量裝置。計量裝置構造成控制輸送到氣化系統的固體燃料的進料的量。氣化進料容器構造成隨著時間的推移在期望的能量濃度範圍內將固體燃料的進料提供給氣化系統。在另一個實施例中，提供一種系統。該系統包括氣化進料鬥，所述氣化進料鬥具有構造成將固體燃料接收到氣化進料鬥中的固體燃料入口，以及構造成對氣化進料鬥內的固體燃料進行幹混合的幹混合器。幹混合器包括構造成將氣體流輸送到氣化進料鬥或機械攪拌器或它們的組合中的氣體入口。氣化進料鬥還包括構造成將固體燃料的進料輸送到氣化系統的固體燃料出口。幹混合器構造成減小提供給氣化系統的固體燃料的進料中的能量濃度的變化。在又一個實施例中，提供一種方法。該方法包括將固體燃料接收在氣化進料容器內，使用機械攪拌器或對氣化進料容器的內部提供的氣體流或它們的組合來對氣化進料容器內的固體燃料進行幹混合，以及隨著時間的推移在期望的能量濃度範圍內，將固體燃料的進料輸送到氣化系統。


當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特徵、方面與優點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中:
圖1是示出了根據本發明實施例的、具有給料製備系統的合成氣生產系統的實施例的框圖，給料製備系統具有乾式回混進料鬥；
圖2是圖1的給料製備系統的實施例的示意圖，該給料製備系統具有帶有機械攪拌器和氣體入口的氣化進料容器，以及構造成響應於接收自一系列傳感器的反饋來控制機械攪拌器的運行和通過氣體入口的氣體流的控制器；
圖3是圖1給料製備系統的實施例的示意圖，該給料製備系統具有氣化進料容器，氣化進料容器具有構造成接收來自圖1的合成氣生產系統的空氣分離單元的氮的氣體入口；
圖4是圖1的給料製備系統的實施例的示意圖，該給料製備系統具有氣化進料容器，氣化進料容器具有構造成接收來自圖1的合成氣生產系統的AGR和碳捕捉系統的二氧化碳的氣體入口 ；以及
圖5是圖1的給料製備系統的實施例的示意圖，該給料製備系統具有氣化進料容器，氣化進料容器具有構造成對氣化進料容器內的固體燃料進行幹混合的螺旋傳送器。部件列表 10處理系統
12給料製備系統 14進料鬥 16幹混合器 18含碳燃料源 20固體燃料 22氣化器 24 N2 28空氣 32脫水系統 34氧 26 ASU
35未處理合成氣 38粗渣料 41粗渣料移除系統 36經洗滌合成氣 42LTGC單元 44碳捕捉系統 46經處理合成氣48尾氣處理系統50提供酸性氣體52其可分離硫54C02 流56加壓CO258外部應用60外部合成氣應用70氣化進料容器72機械攪拌器74固體燃料76氣體入口78氣體
80固體燃料入口82固體燃料出口84固體燃料86第一乾燥單元88第二乾燥單元90內部92控制器94傳感器96計量裝置98流量控制閥100混合氣體源102促動器104第二傳感器106熱交換器108第三傳感器110第四傳感器 112固體燃料114箭頭120螺旋傳送器122中心軸 124螺旋卷繞部126螺旋部分128外部套管130馬達140移動床142固體入口144方向146固體出口 148方向。
具體實施例方式下面將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力於提供對這些實施例的簡明描述，在說明書中可能不會對實際實現的所有特徵進行描述。應當意識到的是，在任何這種實際實現的開發中，如在任何工程或設計項目中那樣，必須作出許多特定於實現的決策來達到開發者的具體目的，諸如服從系統相關的約束及商業相關的約束，該具體目的可隨不同的實現而改變。此外，應當意識到的是，這種開發工作可能是複雜和耗時的，但對受益於本公開的普通技術人員來說，這種開發工作將不過是設計、生產和製造的例行任務。當介紹本發明的多種實施例的要素時，冠詞「一」、「一種」、「該」和「所述」意於表示存在一個或多個該要素的意思。術語「包括」、「包含」和「具有」意於為包括性的，並且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。如所提到的那樣，在其中用於合成氣生產的固體燃料包括低級煤的實施例中，固體燃料(即，煤)可具有無法預測的量的水分，並且可具有非均質濃度的含碳燃料。這可導致需要穩定可靠的過程控制系統的氣化器和相關聯的裝備內有大的溫度差異或其它差異。為了減小諸如這些的差異，本發明實施例大體涉及構造成輸送經良好混合的、一致的固體燃料進料(諸如煤)的幹混合式氣化進料容器，諸如氣化進料鬥。在某些實施例中，氣化進料容器可包括構造成通過對容器內的固體燃料進行幹混合來減小固體燃料的差異的幹混合器。如本文所限定的那樣，幹混合包括其中在不添加大量水分的情況下攪拌諸如固體燃料(例如，煤)的固體的過程。例如，可在不使固體燃料與水或另一種液體變成漿料的情況下執行根據本發明實施例的幹混合。如下面進一步詳細論述的那樣，可使用基本不含水分的氣體流，或者使用機械攪拌裝置(諸如螺旋傳送器)來實現幹混合。如本文所限定的那樣，基本不含水分表示包含大 約5%或更少的水或水蒸氣的混合物，諸如氣態混合物。作為示例，用氣體進行的幹混合可包括使用空氣、氮、二氧化碳、氦(He)、氬(Ar)、氖(Ne)或它們的任何組合來進行幹混合。可基於裝置可獲量、與氣態源的距離等來確定用於本文描述的幹混合實施例的特定的氣體或氣體混合物。在氣化進料容器內進行幹混合之後，固體燃料可以可靠的方式輸送到下遊系統，諸如氣化系統。實際上，通過對固體燃料進行幹混合，氣化進料容器可相當於具有均質(例如經良好混合的)固體燃料混合物的持續攪拌罐反應器，而非具有不定量的固體燃料的塞流反應器。因而，根據本發明實施例的經良好混合的固體燃料進料可包括具有較一致的量的固體燃料的進料，這可通過進料的能量濃度來測量，如下面詳細地描述的那樣。圖1示出了根據公開的實施例的具有給料製備系統12的氣化和處理系統10的框圖，給料製備系統12包括幹混合式氣化進料容器或進料鬥14。根據下面進一步詳細論述的本發明實施例的某些方面，進料鬥14包括用於在進料鬥14內產生基本均質的固體燃料混合物的幹混合器16，諸如機械攪拌器或氣體入口。除了給料製備系統12，在其它特徵以外，系統10包括用於產生合成氣以及為了多種最終用途而處理合成氣的區域。系統10的元件可包括含碳燃料源18，諸如固體煤進料，可含碳燃料源18用作能量源，以及/或者用於生產合成氣或代替天然氣(SNG)。燃料源18可包括煤、石油焦、生物量、木基物質、農業廢料、焦油、焦爐煤氣和浙青或其它含碳物。燃料源18的固體燃料可傳送到給料製備系統12。給料製備系統12可包括若干個子系統。例如，製備系統12可包括(作為示例)研磨機、切碎機、碾磨機、破碎機、粉碎機或其它裝置，用於通過對燃料源18進行切碎、碾磨、破碎、粉碎、壓塊或制粒來重新確定燃料源18的大小或形狀。根據本發明實施例，未對給料製備系統12中的燃料源18添加液體(例如，水)，從而產生幹給料。如上面提到的那樣，燃料源可在給料製備系統12的進料鬥14內進行幹混合，以在進料鬥14內產生基本均質的固體燃料混合物。進料鬥12構造成將固體燃料20的進料輸送到設置在給料製備系統12下遊的氣化器22。固體燃料20的進料可包括固體燃料和其它成分，諸如運載氣體(例如，氮(N2)或二氧化碳(CO2)、助熔劑、添加劑、催化劑)。另外，因為燃料源18在進料鬥14內進行幹混合，所以固體燃料20的進料可具有在期望的濃度範圍內的能量濃度(即，來自固體燃料20的進料的燃料的存儲能量)。例如，進料鬥14可構造成以基本恆定的和/或均勻的能量濃度輸送固體燃料20的進料。如本文所限定的那樣，基本恆定的能量濃度表示保持在大約50千焦(kj)每千克(kg)或者大約115英國熱量單位(BTU)每磅(Ib)的期望能量濃度內的存儲能量的濃度，該濃度是以能量單位/固體進料質量測得的。因此，根據本發明實施例，進料鬥14可構造成以保持在大約50 kj/kg(為固體燃料20的進料的期望能量濃度)以下的能量濃度輸送固體燃料20的進料，期望能量濃度諸如介於大約50 kj/kg和O kj/kg之間，介於40 kj/kg和10 kj/kg之間，或者介於30kj/kg 和 20 kj/kg 之間。如上面提到的那樣，幹混合器16可包括機械攪拌器(諸如螺旋傳送器)，或者可包括構造成將氣體引入到進料鬥14中的氣體入口。在一些實施例中，幹混合器16可包括機械攪拌器和氣體入口兩者。氣體可流過氣體入口，並且可攪拌進料鬥內的固體燃料，以使進料鬥14流化。因而，在一些實施例中，固體燃料20的進料可為包含運載氣體的流化顆粒流。如本文論述的那樣，流化顆粒流意圖表示包含攜帶在氣態流內的顆粒(例如，固體燃料的顆粒)且基本不含液體(例如，水)的流。換`句話說，根據本發明實施例的流化顆粒流表示包含懸浮在運載氣體(例如，C02、N2)而非液體內的固體燃料的流。另外，使用能夠阻止固體燃料的點燃/燃燒的氣體(諸如隊和/或CO2)可為合乎需要的。因而，根據某些實施例，幹混合器16可接收來自構造成從空氣28中分離出N2的空氣分離單元(ASU) 26的N2流24。另外或備選地，幹混合器16可接收來自CO2壓縮和脫水系統32的壓縮CO2流30，如下面論述的那樣。關於圖2-5來進一步詳細地論述與幹混合器16及其與進料鬥14的結合有關的實施例。如所提到的那樣，將固體燃料流20提供給氣化器22，諸如具有急冷器或輻射式合成氣冷卻器的氣化器,其中，氣化器22可將固體燃料轉化成CO和H2的組合，即，合成氣。可通過使固體燃料在升高的壓力(例如，大約20巴至大約85巴)和溫度(例如大約700°C至1600°C的)下經受受控制的量的蒸汽和氧來實現這個轉化，溫度和壓力取決於所利用的氣化器的類型。氣化過程也可包括經歷熱解過程的固體燃料，藉此加熱給料。氣化器22的內部的溫度的範圍在熱解過程期間可為大約150°C至700°C，這取決於用來產生固體燃料流20的燃料源18。在熱解過程期間加熱給料可產生固體(例如炭)和殘餘氣體，例如，C0、H2和N2。
然後可在氣化器22中進行燃燒過程。為了協助這個燃燒過程，可從ASU 26將氧流34供應給氣化器22。如上面大體提到的那樣，ASU 26可操作來通過例如蒸餾技術將空氣28分離成成分氣體，蒸餾技術可為低溫的，或者可利用壓力擺動吸附(PSA)。因此，氣化器22接收來自ASU 26的氧34，以實現燃燒目的。燃燒可包括對炭和殘餘氣體引入氧34，使得炭和殘餘氣體可與氧34反應而形成CO2和CO，從而對後續的氣化反應提供熱。在燃燒過程期間的溫度的範圍可為大約700°C至1600°C。接下來，在氣化步驟期間，蒸汽可以受控制的量引入到氣化器22中。炭可在範圍為大約800°C至1100°C的溫度下與CO2和蒸汽反應，以產生CO和H2。本質上，氣化器22利用蒸汽和氧，以允許一些給料燃燒而產生CO2和能量，從而驅動將另外的給料轉化成H2和額外的CO的主反應。在其中不均勻能量濃度的固體燃料被氣化器22接收的實施例中，氣化步驟可在氣化器22內造成非常高的溫度，這可使氣化器22被多種過程控制裝置關閉。這種關閉可引起降低的生產量和總能量生產或SNG生產的損失。因此，根據本發明實施例所產生的固體燃料流20可使得氣化器22能夠基本持續地運行，以及通過減小固體燃料20的總能量濃度的變化來降低氣化器關閉的可能性。因而，本發明實施例可提供使氣化器22較穩定地生產合成氣的優點。 在氣化器22內產生的合成氣可包括大約85%的CO和H2 (合成氣替代物)^CO2XH4和其它酸性和/或含硫氣體。在某些實施例中，這個合成氣混合物可稱為原始的或未處理合成氣35。氣化器22也可產生廢料，諸如粗渣料38，在一些實施例中，廢料可為溼灰物質。可通過粗渣料移除系統41來從氣化器22中移除渣料38。粗渣料38處理為例如路基，或者作為另一種建築材料。另外，洗滌子系統40可通過從未處理合成氣35中移除任何顆粒物質(諸如溼灰)來清潔未處理合成氣35，以產生經洗滌合成氣36。然後可將經洗滌合成氣36可發送給多種處理系統，諸如低溫氣體冷卻(LTGC)單元42，其中，經洗滌合成氣36的溫度降低。在一些實施例中，經洗滌合成氣36冷卻，使得下遊酸性氣體移除(AGR)和碳捕捉系統44可較高效地處理經洗滌合成氣36。例如，在其中經洗滌合成氣36被冷卻的實施例中，諸如H2S和CO2的氣體可在用來使它們從其它合成氣成分(即，CO和H2)中移除的溶劑(一種或多種)中具有較高的可溶性。在某些實施例中，溶解的CO2的至少一部分最終可用於在進料鬥14內進行幹混合。LTGC單元42可在多種過程(包 括熱交換、氣體膨脹等)中冷卻經洗滌合成氣36。在冷卻之後，冷卻的經洗滌合成氣流36發送到AGR和碳捕捉系統44。AGR和碳捕捉系統44的AGR部分可洗滌冷卻的經洗滌合成氣36，以移除多種氣體和/或成分。例如，可從冷卻的經洗滌合成氣36中移除諸如HCl、HF、COS、HCN和H2S的酸性氣體，以產生經處理合成氣流46 (例如，基本無硫的合成氣)。另外，AGR單元44可將冷卻的經洗滌合成氣36的移除的氣體和/或成分(例如，HC1、HF、COS、HCN和H2S)傳輸到硫回收和尾氣處理系統48。在示出的實施例中，AGR單元44可對SRU 48提供酸性氣體50，SRU 48可使用例如克勞斯(Claus)反應器來分離硫52。如上面提到的那樣，AGR和碳捕捉系統44的碳捕捉部分可溶解和移除包含在冷卻的經洗滌合成氣36內的CO2的大部分，以產生CO2流54。將CO2流54提供給CO2壓縮和脫水系統32，該系統32大體構造成從CO2流54中移除水分，以及產生加壓CO2 56。根據某些當前公開的實施例，加壓C0256可作為CO2流30發送到進料鬥14以用於幹混合，以及/或者可發送到另一個內部或外部應用58。將經處理合成氣46提供給內部或外部合成氣應用60，諸如一個或多個燃氣渦輪、用以產生SNG的甲烷化系統、外部化工裝置等。如上面提到的那樣，系統10所產生的合成氣的量和質量可至少部分地取決於給料製備系統12可靠地將固體燃料饋送給氣化器22的能力。再次，本發明實施例提供氣化進料容器(諸如進料鬥14)，氣化進料容器具有用於產生具有均勻、基本恆定的能量含量的固體燃料的進料的幹混合器16。在圖2中示出了給料製備系統12的實施例。特別地，除了其它特徵以外，圖2的給料製備系統12包括氣化進料容器70，氣化進料容器70具有構造成對固體燃料74(例如，含碳燃料源18的微粒)進行幹混合的機械攪拌器72和構造成接收用於對固體燃料74 (例如，顆粒燃料)進行幹混合(例如，流化)的氣體流78的氣體入口76。氣化進料容器70也包括構造成將固體燃料74接收到氣化進料容器70中的固體燃料入口 80，以及構造成從氣化進料容器70輸送固體燃料84的進料(例如，流化顆粒燃料流)的固體燃料出口 82。再次，結合氣體流78和機械攪拌器72的氣化進料容器70構造成通過幹混合、攪拌、流化、計量或其任何組合的組合，以基本恆定的(例如均勻)能量含量來輸送固體燃料84的進料。固體燃料74可從構造成使固體燃料74乾燥的第一乾燥單元86接收到氣化進料容器70中。例如，第一乾燥單元86可執行加熱、氣提或本領域已知的用於從固體中移除水分的任何其它這種技術。使固體燃料74在提供給氣化進料容器70之前乾燥可為合乎需要的，以便有利於通過機械攪拌器72和/或氣體流78來進行幹混合。另外或備選地，可提供第二乾燥單元88，以使用與第一乾燥單元86相同或不同的乾燥技術來使固體燃料84的進料乾燥。對於減小例如由於在氣化進料容器70內進行幹混合期間剛剛暴露於固體燃料74中的水分穴(pocket)而導致固體燃料84的進料的水分含量的不一致，使進料固體燃料84在提供給氣化器22之前乾燥可為合乎需要的。如所示出的那樣，機械攪拌器72定位在氣化進料容器70的內部90內，以對氣化進料容器70內的固體燃料74進行幹混合。機械攪拌器72可包括如圖5中示出的那樣的一個或多個螺旋傳送器，或者可為軌道型傳送器，一系列扇狀或葉片狀旋轉部件、幹摻合器(例如，用以搖動和摻合固 體燃料74和任何其它固體)，或者類似的攪拌裝置。如所示出的那樣，機械攪拌器72操作性地聯接到控制器92上，控制器92可構造成控制機械攪拌器72的速度(例如，通過馬達)、機械攪拌器72的旋轉方向或類似的運行參數。控制器92可響應於指示氣化器22所產生的未處理合成氣35的反饋，對機械攪拌器72執行這樣的調節，而且在合適的情況下，對氣體流78執行調節。例如，如所示出的那樣，控制器92可通信聯接到構造成對未處理合成氣35執行測量的第一換能器或傳感器94上。測量結果可包括未處理合成氣35的溫度、隨著時間的推移而產生的未處理合成氣35的量、未處理合成氣35的壓力、形成或收集到的渣料的量、未處理合成氣35的組成、感測到的參數的變化(諸如溫度和/或壓力突然升高)或氣化器22所執行的氣化反應的效率的任何指示。因而，系統10可包括沿著管道設置在氣化器22內、在氣化器22上，或在對於測量氣化器22內的氣化反應的效率、產生的合成氣的質量或類似的度量可為合乎需要的任何地方的任何數量的傳感器。因而，根據本發明實施例的控制器92可響應於任何這樣的測量或反饋來對幹混合器16執行調節，如下面進一步詳細論述的那樣。換句話說，如下面進一步論述的那樣，控制器92可響應於指示固體燃料84的進料的不均勻的能量濃度的反饋來調節幹混合器16。第一傳感器94可將指示測量結果的一個或多個信號發送給控制器92。因而，控制器92可包括能夠執行診斷和運算控制的任何基於處理的機器，諸如分布式控制系統、機載控制器、工作站計算機，或者具有能夠執行本文描述的操作的一個或多個處理器的任何這種機器。例如，控制器92可包括構造成存儲和/或訪問用於執行關於機械攪拌器72、氣體流78的控制操作和其它操作(諸如計量裝置96的控制)的一個或多個例程的一個或多個數據存儲器和/或訪問裝置，如下面論述的那樣。如所提到的那樣，控制器92構造成通過控制例如攪拌器72的馬達來調節機械攪拌器72。為了控制氣體流78，控制器92可操作性地連接到設置在氣化進料容器70和氣體流78的源之間的流量控制閥98上，氣體流78的源是混合氣體源100。根據某些實施例，混合氣體源可包括系統10的ASU 26或CO2脫水和壓縮區段32 (圖1)。雖然本文描述的某些實施例在包括ASU 26和/或AGR/碳捕捉系統44的語境中介紹混合氣體源100，但目前構想到能夠在攪拌或以別的方式混合固體燃料74的同時防止意外燃燒的任何氣體。例如，氣體流78可包括任何惰性氣體或非氧化氣體，諸如稀有氣體或其它氣態混合物。因而，混合氣體源100可為任何氣體源，諸如能夠保持氣體流78和/或將氣體流78輸送通過流量控制閥98的任何加壓容器。在一個非限制性示例中，控制器92可調節流量控制閥98的促動器102的位置，以調節氣體流78的流率。控制器92可響應於接收自第一換能器或傳感器94的反饋，或者響應於接收自第二傳感器104的反饋來執行這樣的調節。例如，作為一個或多個信號而接收自第二換能器或傳感器104的反饋可包括(但不限於)指示在混合氣體源100的下遊不遠處或更下遊(諸如正好在遇到氣體入口 76之前)的氣體流78的壓力或流率的信號。另外或備選地，控制器92可操作性地聯接到構造成將熱能傳遞給氣體流78的熱交換器106上。作為非限制性示例，熱交換器106可將來自蒸汽、經加熱合成氣、經加熱代用天然氣、燃燒排氣或另一個熱源的熱傳遞給氣體流78。可為合乎需要的是，加熱氣體流78，以對氣化進料容器70內的固體燃料74提供增強的幹混合和乾燥。控制器92可通過響應於接收自第三傳感器108和第四傳感器110中的任一個或兩者的反饋而調節熱交換器106的一個或多個運行參數(例如熱傳遞速率、暴露時間)來執行加熱調節。接收自第三 傳感器108和第四傳感器110的反饋可包括(但不限於)溫度、流量或與壓力有關的信息或其任何組合。作為非限制性示例，控制器92可計算第三傳感器108和第四傳感器110之間的壓力或溫度梯度，以及如合適的那樣對熱交換器106作出調節。將氣體流78的溫度保持在某個範圍內(諸如介於大約20°C和140°C之間)可為合乎需要的。作為非限制性示例，為了混合固體燃料74，氣體78的溫度可保持在大約20°C至60°C內，或者為了混合固體燃料74以及使其乾燥，氣體78的溫度可保持在大約40°C至140°C內。因而，氣體流78的溫度可保持在大約20°C和140°C之間、30°C和130°C之間、40°C和120°C之間、50°C和110°C之間、60°C和100°C之間或70°C和90°C之間。如所示出的那樣，在運行期間，氣體流78 (其可包括N2XO2、它們的組合，或者能夠阻止固體燃料74在幹混合期間燃燒的任何氣體或氣體混合物)可進入氣化進料容器70的內部90 (例如，在加熱之後)。氣體流78然後可在固體燃料床112內流動，如箭頭114所示出的那樣。在某些實施例中，氣體流78可以固體燃料74(例如顆粒燃料)在氣化進料容器70內流化的方式對固體燃料74進行幹混合。也就是說，固體燃料74 (例如顆粒燃料)能夠以流體狀方式(例如，在運載氣體中的多相燃料微粒流)流出氣化進料容器70的固體燃料出口 82。因而，在某些實施例中，氣體流78可用來攪拌和弄鬆固體燃料74。例如，弄鬆固體燃料74可包括(但不限於)使氣體流78透入固體燃料74的孔。氣體流78可透入固體燃料74，以及攜帶可包含在固體燃料74內的水分的至少一部分。因此，氣體流78可用作用以從固體燃料74中移除水分的解吸氣。另外，固體燃料74被氣體流78透入可協助使固體燃料74流化，研磨或打碎固體燃料74，以及對固體燃料74進行幹混合。氣體流78也可使固體燃料74膨脹(例如，通過擴大孔徑)，以有利於進一步的乾燥，並且也可使固體燃料74膨脹到固體燃料74分裂成更細小的碎片的程度。因此，氣體流78可打碎和混合固體燃料74，以減少固體燃料74的高能量含量的穴，這可提高提供給氣化器22的固體燃料84的進料的能量含量的均勻性。本發明實施例還提供計量裝置96，其聯接到氣化進料容器70上(例如，聯接到固體燃料出口 82上)，並且構造成控制離開氣化進料容器70的固體燃料74的量。大體上，計量裝置96構造成控制將固體燃料84的進料提供給下遊系統(諸如氣化器22)的速率。在一個非限制性示例中，如上面提到的那樣，用氣體流78對固體燃料74進行幹混合可使固體燃料74流化。另外，機械攪拌器72可控制能夠到達固體燃料出口 82的固體燃料74的量，這可使固體燃料74均勻地流出固體燃料出口 82以及流到計量裝置96。換句話說，氣體流78和/或機械攪拌器72可使得固體燃料74能夠一致地流到計量裝置96。進而，可操作性地聯接到控制器92上的計量裝置96可控制提供給氣化器的固體燃料84的進料的量。照這樣，與幹混合機械攪拌器72和/或氣體流78聯接的計量裝置96可以保持在期望範圍內的能量濃度對氣化器22提供固體燃料84的進料。作為非限制性示例，響應於接收自傳感器94、104、108、110中的任一個的反饋，控制器92可調節計量裝置96被動地或主動地允許固體燃料74輸送到氣化器22的速率。因而，計量裝置96可包括能夠控制固體流(例如，全固體流或具有在運載氣體中的顆粒的流化流)的任何裝置，諸如一個或多個閥(例如旋轉`閥)或固體泵。在一個實施例中，計量裝置96可包括或可為紐約斯克內克塔迪的通用電氣公司製造的正計量(Posimetric) 泵。用語「正計量」可定義為能夠計量(例如，測量量)和正移置(例如，以捕捉和強迫的方式移置)固體燃料74 (和其它固體)。正計量泵能夠計量和正移置限定體積的固體燃料74。正計量泵路徑可具有橢圓形(例如，圓形或彎曲形)。在一些實施例中，計量裝置96可包括正計量移置裝置中的任何一個或它們的組合。在圖3中示出了給料製備系統12的另一個實施例，圖3描繪了具有用於對固體燃料74進行幹混合的氣體入口 76的氣化進料容器70的實施例。如所示出的那樣，氣化進料容器70通過一個或多個管道聯接到空氣分離單元26上。因此，在圖2中描繪的氣體流78包括具有已經被ASU 26從空氣28的其它氣態成分(諸如氧和水蒸氣)中分離出的氮24。根據本發明實施例，氣化進料容器70利用氣體流78來以基本恆定的能量濃度(S卩，固體燃料84的進料具有基本均勻的能量含量)輸送固體燃料84的進料。如上面關於圖2所論述的那樣，氣體流78 (其在圖3的實施例中包括氮24)可在熱交換器106處被加熱。再次，氮24被加熱到的溫度可取決於傳感器94、104、108、110中的任何一個或它們的組合收集到的以及控制器92監測到的測量結果。控制器92可響應於系統10的監測到的參數(例如，來自傳感器94、104、108、110的反饋)來對氮24的流率、氮24的溫度、氮24的壓力或其任何組合作出調節。如上面大體提到的那樣，可加熱氮24，以有利於攪拌和弄鬆氣化進料容器70內的固體燃料74。氮24也可用作用於進料84中的固體燃料74的阻燃抑燃運載氣體。因此，固體燃料84的進料可為基本均質且流化的流，其包括固體燃料74、除了固體燃料74以外可添加到氣化進料容器70的任何添加劑，以及氮24。當與固體燃料74混合時，氮24從而可用來以基本恆定的流率、基本恆定的能量濃度、保持在期望範圍內的能量濃度或其任何組合，對氣化器22或另一個下遊系統或工藝提供固體燃料84的進料。因而，控制器92可對氣體流78執行調節，以保持氣化進料容器70 (即，固體燃料74)處於流化狀態。備選地或另外，氣體流78可包括在AGR和碳捕捉系統44處從經洗滌合成氣36中移除的C0230。但是，在某些實施例中，氣體流78可包括在不同的裝置區域內從氣化系統內的另一個源或者從構造成存儲和運送CO2的容納CO2的容器獲得的C02。實際上，目前構想到任何CO2源。在圖4中示出了其中氣化進料容器70聯接到AGR和碳捕捉系統44上的給料製備系統12的實施例。如所示出的那樣，氣化進料容器70通過一個或多個管道聯接到AGR和碳捕捉系統44上。如上面關於圖2所論述的那樣，氣體流78 (其在圖4的實施例中包括C0230)可在熱交換器106處被加熱。再次，C0230被加熱到的溫度可取決於傳感器94、104、108、110中的任何一個或它們的組合收集到的和控制器92監測到的測量結果。控制器92可響應於系統10的監測到的參數(例如，來自傳感器94、104、108、110的反饋)來對C0230的流率、C0230的溫度、C0230的壓力或其任何組合作出調節。如上面大體提到的那樣，可加熱C0230，以有利於攪拌和弄鬆氣化進料容器70內的固體燃料74。再次，由於這種幹混合的原因，固體燃料84的進料可具有均勻的能量含量和基本恆定的能量濃度。如同圖3中的氮24 一樣，C0230也可用作用於進料84中的固體燃料74的運載氣體。因此，固體燃料84的進料可為基本均質且流化的流，其包括固體燃料74、除了固體燃料74之外可添加到氣化進料容器70的任何添加劑，以及C0230。當與固體燃料74混合時，C0230從而可以基本恆定的流率、基本恆定的能量濃度、保持在期望範圍內的能量濃度或其任何組合，對氣化器22或另一個下遊系統或工藝提供固體燃料84的進料。在某些實施例中，使用C0230可為合乎需要的，因為CO2是在氣化器22內執行的氣化過程的副產氣體，並且可在AGR和碳捕捉系統44處被回收。此外，與其它氣體相比，CO2典型地具有增強的阻燃或抑燃品質，這可協助防止在氣化進料容器70內發生燃燒。實際上，在一些實施例中，圖2的氣體流78可包括氮24、C0230和適於根據本方法來使用的任何其它氣體的組合。例如，在某些實施例中，可包括可協助燃燒的氣體，作為氣體流78的小部分。這樣的助燃氣體可以抑燃氣體(例如，CO2, N2, Ar、Ne等)在氣化進料容器70內阻止燃燒所處的分壓包括在氣體流78中。因此，氣體流78可包括與抑燃氣體結合的大氣空氣或氧。如上面提到的那樣，除了使用流氣體來增強和/或促進幹混合和規則流動或者作為其替代，本發明實施例提供用於對氣化進料容器70內的固體燃料74進行幹混合的機械攪拌器72。圖5示出了給料製備系統12的實施例，其中，氣化進料容器70包括螺旋傳送器120，螺旋傳送器120有利於幹混合和攪拌，使得固體燃料84的進料以基本恆定的能量濃度提供給氣化器。螺旋傳送器120包括中心軸122和螺旋卷繞部124，螺旋卷繞部124設置在中心軸122的周邊上而形成螺旋傳送器120的螺旋部分126。螺旋部分126定位在構造成容納被螺旋部分126傳送的固體燃料74的外部套管128內。螺旋部分126被馬達130驅動，馬達130控制螺旋部分126能夠轉動且因而傳送固體燃料74的速度和扭矩。如上面關於圖2的機械攪拌器72所大體提到的那樣，控制器92與馬達130操作性連接，並且控制器92可響應於接收自傳感器94、104、108、110中的任何一個或組合的反饋來控制馬達130的速度。作為非限制性示例，未處理合成氣35的溫度高於最優值的指示可使控制器92提高馬達130的速度，使得螺旋傳送器120更劇烈地對固體燃料74進行幹混合。照這樣，可減小固體燃料84的進料的能量濃度有不一致或大的變化的可能性。如所示出的那樣，馬達130操作性地聯接到中心軸122上，以旋轉用於對固體燃料74進行幹混合的螺旋部分126。如所示出的那樣，固體燃料74在螺旋傳送器120的外部套管128內，並且在外部套管128的外部在移動床140中。如所提到的那樣，移動床140在其中氣化進料容器70包括氣體入口 76的實施例可被流化。螺旋傳送器120包括構造成將固體燃料74接收到螺旋傳送器120中(例如，外部套管128內)的固體入口 142。螺旋傳送器120可沿期望的方向轉動，以便沿方向144朝螺旋傳送器120的固體出口 146提升和混合固體燃料74。固體燃料74然後可離開螺旋傳送器120，並且沿方向148落向氣化進料容器70的固體燃料出口 82。移動固體燃料74、在螺旋傳送器120中傳送固體燃料74以及使固體燃料74保持在氣化進料容器70內運動或其任何組合的動作可使得能夠減小氣化進料容器70所輸送的固體燃料74的能量濃度的變化。另外，應當注意，螺旋傳送器120可與惰性氣體/阻燃氣體(諸如隊、抱、0)2等)結合起來使用，以降低氣化進料容器70內有燃燒或點燃的可能性。實際上，如上面關於圖2所提到的那樣，在某些實施例中，螺旋傳送器可與氣體入口 76和CO230,N2 24或在系統10內產生或以別的方式存在於系統10內的任何惰性氣體或阻燃氣體結合起來使用。雖然示出的實施例描繪了螺旋傳送器120沿方向144傳送固體燃料74，但在其它實施例中，螺旋傳送器120可沿相反的方向(即，從氣化進料容器70的固體入口 80到固體燃料出口 82的方向148)傳送固體燃料74。在這樣的實施例中，螺旋傳送器120的固體入口 142將設置在氣化進料容 器70的固體燃料入口 80側，而固體出口 146則將設置成緊鄰固體燃料出口 82。照這樣，螺旋傳送器120可控制固體燃料74輸送到計量裝置96的速率，從而提高過程控制的水平。另外，在這樣的實施例中，移動床140可設置成較接近氣化進料容器70的固體燃料入口 80，使得螺旋傳送器120的固體入口 142防止固體燃料74在外部套管128的外部到達計量裝置96。本書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域任何技術人員能夠實踐本發明，包括製造和使用任何裝置或系統，以及實行任何結合的方法。本發明的可取得專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異於權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意於處在權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種系統，包括: 氣化進料容器，其包括:構造成將固體燃料接收到所述氣化進料容器中的固體燃料入口；構造成對所述進料容器內的固體燃料進行幹混合的幹混合器，其中，所述幹混合器包括構造成將氣體流輸送到所述氣化進料容器或機械攪拌器或它們的組合中的氣體入Π ；構造成將所述固體燃料的進料輸送到氣化系統的固體燃料出口；以及聯接到所述固體燃料出口上的計量裝置，其中，所述計量裝置構造成控制輸送到所述氣化系統的固體燃料的進料的量； 其中，所述氣化進料容器構造成隨著時間的推移在期望的能量濃度範圍內將所述固體燃料的進料提供給所述氣化系統。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統包括操作性地連接到所述計量裝置上的控制器，其中，所述控制器構造成響應於接收自所述氣化系統的反饋來調節所述固體燃料的進料的量。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述幹混合器包括所述氣體入口，並且所述氣體入口構造成通過管道接收來自氣體源的氣體流，並且所述控制器構造成調節沿著所述管道設置的流量控制裝置，以控制通過所述管道的氣體流的流量，以控制所述固體燃料在所述氣化進料容器內的幹混合。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述氣體源包括空氣分離單元(ASU)，並且所述氣體流包括在所述ASU處從空氣中分離出的氮(N2)。
5.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述氣體源包括構造成從所述氣化系統產生的合成氣中捕捉二氧化碳(CO2)的碳捕捉系統，並且所述氣體流包括所述碳捕捉系統捕捉到的CO2。
6.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述幹混合器包括所述機械攪拌器，並且所述機械攪拌器包括由馬達驅動的攪拌器，所述控制器操作性地連接到所述馬達上，並且所述控制器構造成調節所述馬達的速度，以控制所述固體燃料在所述氣化進料容器內的幹混合。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述攪拌器包括由所述馬達驅動的螺旋傳送器。
8.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述系統包括所述氣化系統，所述氣化系統具有構造成氣化所述固體燃料以產生未處理合成氣的氣化器，其中，接收自所述氣化系統的反饋包括所述氣化器內的溫度、所述未處理合成氣的溫度、隨著時間的推移而產生的未處理合成氣的量或它們的任何組合。
9.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成在所述固體燃料在所述氣化進料容器內進行幹混合之前使所述固體燃料乾燥的乾燥單元。
10.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統包括構造成接收來自所述氣化進料容器的固體燃料的進料的乾燥單元，以在所述固體燃料的進料提供給所述氣化系統之前，使所述固體燃料乾燥。
11.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統包括熱交換器，所述熱交換器構造成在所述氣體流輸送到所述氣化進料容器之前，加熱所述流氣體，以使所述氣化進料容器內的固體燃料乾燥和膨脹。
12.一種系統,包括: 氣化進料鬥，其包括:構造成將固體燃料接收到所述氣化進料鬥中的固體燃料入口 ；構造成對所述氣化進料鬥內的固體燃料進行幹混合的幹混合器，其中，所述幹混合器包括構造成將氣體流輸送到所述氣化進料鬥或機械攪拌器或它們的組合中的氣體入口 ；以及構造成將所述固體燃料的進料輸送到氣化系統的固體燃料出口 ； 其中，所述幹混合器構造成減小提供給所述氣化系統的固體燃料的進料中的能量濃度的變化。
13.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述氣化進料鬥構造成隨著時間的推移以基本恆定的能量濃度將所述固體燃料的進料提供給所述氣化系統。
14.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述氣化進料鬥包括計量裝置，所述計量裝置聯接到所述固體燃料出口上，並且構造成控制由所述氣化進料鬥輸送的固體燃料的進料的量，並且所述氣化系統包括氣化器，所述氣化器構造成接收所述固體燃料的進料，並且氣化所述固體燃料，以產生未處理合成氣。
15.根據權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述系統包括控制器，所述控制器操作性地連接到所述計量裝置上，並且構造成響應於反饋來調節所述固體燃料的進料的量，所述反饋指示所述氣化器內的 溫度、所述未處理合成氣的溫度、隨著時間的推移而產生的未處理合成氣的量或它們的任何組合。
16.根據權利要求15所述的系統，其特徵在於，所述幹混合器包括所述機械攪拌器，並且所述機械攪拌器包括由馬達驅動的攪拌器，所述控制器操作性地連接到所述馬達上，並且所述控制器構造成調節所述馬達的速度，以控制所述固體燃料在所述氣化進料鬥內的幹混合。
17.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述氣化進料鬥包括正計量泵，所述正計量泵聯接到所述固體燃料出口上，並且構造成控制由所述氣化進料鬥輸送的固體燃料的進料的量。
18.一種方法，包括: 將固體燃料接收到氣化進料容器內； 使用機械攪拌器或對所述氣化進料容器的內部提供的氣體流或它們的組合來對所述氣化進料容器內的固體燃料進行幹混合；以及 隨著時間的推移在期望的能量濃度範圍內將所述固體燃料的進料輸送到氣化系統。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述方法包括響應於接收自所述氣化系統的、指示所述固體燃料的進料的異質能量濃度的反饋，來調節所述機械攪拌器的速度或所述氣體流的流率或它們的組合。
20.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述方法包括調節所述氣體流的流率，以使所述固體燃料在所述氣化進料容器內保持為流化狀態。
全文摘要
本發明涉及用於對氣化進料進行幹混合的系統和方法。本發明實施例包括用於減小提供給氣化器的固體進料的變化的系統和方法。例如，在實施例中，氣化進料容器包括構造成將固體燃料接收到氣化進料容器內的固體燃料入口；構造成對進料容器內的固體燃料進行幹混合的幹混合器；構造成將固體燃料的進料輸送到氣化系統的固體燃料出口；以及聯接到固體燃料出口上的計量裝置。計量裝置構造成控制輸送到氣化系統的固體燃料的進料的量。氣化進料容器構造成隨著時間的推移在期望的能量濃度範圍內將固體燃料的進料提供給氣化系統。
文檔編號C10J3/30GK103087775SQ20121041594
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月28日
發明者G.D.米勒 申請人:通用電氣公司