用於加壓對於固定床反應器的進料的系統的製作方法

2023-10-27 10:35:42

專利名稱：用於加壓對於固定床反應器的進料的系統的製作方法
技術領域：
本文所公開的主題涉及一種用於加壓和輸送固體進料(例如，生物質)至固定床反應器的系統。
背景技術：
典型的小規模(例如，10至30MW)固定床反應器(例如，固定床氣化器)能夠由各種固體進料(例如，生物質)產生能量。固定床反應器可通過與氧化劑(空氣、富集空氣或氧)、蒸汽或其組合的反應來將固體進料轉變成可燃氣體(即，合成氣)。這種可燃氣體可用於各種應用，如用於化學製品生產或在燃燒發動機中用於發電。作為備選，固定床反應器可使用固體進料來產生以便在蒸汽輪機中使用的蒸汽，以便用來發電。然而，將生物質用作進料限制了這些固定床反應器的規模。此外，固定床反應器在接近大氣壓力下操作，限制了反應器的生產能力。

發明內容
在範圍上與初始要求得到專利保護的本發明相當的一些實施例在下文中進行了概述。這些實施例並非意圖限制要求得到專利保護的本發明的範圍，而是這些實施例僅意圖提供對本發明可能形式的簡要概括。實際上，本發明可包含與下文闡述的實施例相似或不同的多種形式。根據第一實施例，一種系統包括波斯美崔克(posimetric)泵，其構造成用以提高進料的壓力來提供加壓進料。該系統還包括構造成用以氣化加壓進料的固定床氣化器，其中，固定床氣化器包括封殼(enclosure)；構造成用以接收加壓進料的進料入口 ；構造成用以接收至少一種氣化試劑的至少一個試劑入口 ；構造成用以輸出合成氣的合成氣出口 ；構造成用以輸出灰分(ash)的灰分出口 ；以及構造成用以支承加壓進料同時容許至少一種氣化試劑流經加壓進料的固定床。根據第二實施例，一種系統包括構造成用以升高進料壓力的波斯美崔克泵，以及構造成用以計量來自于波斯美崔克泵的進料的進給器。該系統還包括構造成用以使至少一種試劑與來自於進給器的進料在由波斯美崔克泵所提供的升高壓力下反應的固定床反應器。固定床反應器包括構造成用以支承進料同時容許至少一種試劑流經進料的固定床。根據第三實施例，一種系統包括構造成用以提高進料壓力的波斯美崔克泵，以及構造成用以加熱進料來控制進料水分含量的加熱器。該系統還包括構造成用以使至少一種試劑與進料在由波斯美崔克泵所提供的升高壓力下反應的固定床反應器。固定床反應器包括構造成用以支承進料同時容許至少一種試劑流經進料的固定床。


當參照附圖閱讀如下詳細描述時，本發明的這些及其它特徵、方面和優點將變得更容易理解，所有附圖中的相似標號表示相似的零件，在附圖中
圖1為用於使固定床反應器的燃料進料加壓的系統的實施例的簡圖；圖2為用於加壓和加熱固定床反應器的燃料進料的系統的實施例的簡圖；圖3為用於加壓固定床反應器的多種燃料進料的系統的實施例的簡圖；圖4為用於加壓和加熱用於固定床反應器的多種燃料進料的系統的實施例的簡圖；圖5為用於加壓固定床氣化器的燃料進料且在化學製品和功率的生產中使用氣化產物的系統的實施例的簡圖；圖6為用於加壓固定床氣化器的混合燃料進料且在燃燒發動機中使用氣化產物來產生電功率的系統的實施例的簡圖；圖7為用於加壓固定床鍋爐(boiler)的燃料進料且在蒸汽輪機中使用蒸汽產物來產生電功率的系統的實施例的簡圖；圖8為並流固定床反應器的實施例的截面簡圖；以及圖9為逆流固定床反應器的實施例的截面簡圖。零件清單10 系統12 進料14固定床反應器16傳送機18波斯美崔克泵20加熱器22進給器24控制器26用戶輸入28 反饋30第一進料32第一傳送機34第一波斯美崔克泵36第一進給器38第二進料40第二傳送機42第二波斯美崔克泵44第二進給器46進料混合器48熱交換器50外部熱源52固定床氣化器54氣體處理系統55 試劑56 蒸汽
58氧化劑
60焦化物
62化學製品生產
64功率生產
66燃燒發動機
68發電機
70固定床鍋爐
72蒸汽輪機
74排氣
76蒸汽
78並流固定床反應器
80封殼
81上圓頂(dome)
82進料入口
84試劑入口
86出口
88灰分出口
90固定床
92蒸汽入口
94氧化劑入口
96格柵(grate)
98開口100 灰分102 格柵104 開口106合成氣108逆流固定床反應器110階梯結構112 開口
具體實施例方式下文將描述本發明的一個或多個特定實施例。為了提供對這些實施例的簡要描述，在說明書中可不描述實際實現方式的所有特徵。應當認識到，在任何這種實際實現方式的開發中，如任何工程或設計項目中一樣，必須作出許多特殊實現方式的決定，以實現開發者的特定目標，如遵循關於系統和關於商業的約束，這可從一個實施方式到另一個實施方式而變化。此外，應當認識到，這些開發工作可能很複雜和耗時，但對於受益於本公開內容的普通技術人員來說，仍為設計、製作和生產的常規事項。在介紹本發明各種實施例的元件時，用詞〃 一個〃、『『一種〃、『『該〃和〃所述〃 意在表示存在一個或多個元件。用語"包括"、「包含"和"具有"旨在為包括性的，以
5及表示可存在除所列元件之外的附加元件。本公開內容涉及一種用於加壓固定床反應器(例如，固定床氣化器)的進料來改善反應器生產能力的系統。固定床反應器操作成用以將諸如生物質的固體進料轉變成可燃氣體(例如，合成氣)。生物質可包括木屑、稻殼、玉米秸稈、城市固體廢物、工業廢物，以及其它類型的廢物。當將生物質用作進料時，由於將生物質供給至反應器場所的限制，固定床反應器以較小規模(例如，10-30MW)操作。另外，固定床反應器在接近大氣壓力下操作，限制了由生物質產生合成氣的能力。本公開內容的實施例提供了一種波斯美崔克泵，其用以加壓進料和提高固定床反應器的生產能力。例如，波斯美崔克泵增大提供給固定床反應器(例如，固定床氣化器)的進料的壓力，從而增加了反應器容積中的壓力和由該容積產生的合成氣。在一些實施例中， 可直接地計量從波斯美崔克泵到固定床反應器的加壓進料。在其它實施例中，可通過在波斯美崔克泵與固定床反應器之間提供的進給器來計量通向固定床反應器的加壓進料。固定床反應器中的性能控制還可通過控制提供給固定床反應器的加壓進料的含量而發生。在一些實施例中，多個波斯美崔克泵可用於將多種進料同時地提供給固定床反應器。在其它實施例中，單個波斯美崔克泵可用於提供多種進料的混合物。用作進料的生物質將附加變量引入到固定床反應器性能中。例如，生物質在水分含量方面變化。因此，各種實施例可提供成控制生物質的水分含量。例如，一些實施例可包括用以控制進料水分含量的加熱器或熱交換器。在一些實施例中，控制器可提供成用以控制系統的各種方面，例如多種進料的傳送、加熱器或熱交換器，以便控制氣化器的性能。圖1為用於加壓固定床反應器14 (例如，固定床氣化器)的燃料進料12以增加固定床反應器14的產量的系統10的實施例的簡圖。所示的系統10包括進料12、傳送機16、 波斯美崔克泵18，以及固定床反應器14。進料12可包括生物質。生物質為源於存活的或最近存活的有機體的生物材料。例如，生物質進料12可包括木屑、稻殼、玉米秸稈或其它農業廢物。另外，生物質進料12可包括來自於城市固體廢物或工業廢物的生物可降解廢物。進料12放置在傳送機16上，且傳輸至波斯美崔克泵18。在波斯美崔克泵18之前，進料12可傳遞至進料製備單元以便預處理。進料製備單元可通過例如切屑、碾磨、粉碎、粉化、壓塊或粒化進料12來使進料12改變大小或改變形狀。波斯美崔克泵18構造成用以加壓所接收的進料12。在一些實施例中，波斯美崔克泵18還計量進料12。因此，用語" 波斯美崔克(perimetric)「可限定為能夠計量(例如，測量物質的量)和正移置(例如，截留和強制移置)由泵18所輸送的物質。當進料12在大氣壓或低壓下饋送經過入口的開口時，波斯美崔克泵18沿轉子或捲軸的旋轉方向將切向力或推力給予進料12。進料12的流動方向是從入口到出口。當進料12旋轉經過波斯美崔克泵18中的彎曲通道時，進料12碰撞設置成鄰近延伸越過彎曲通道的出口的鄰接件(abutment)。進料12在較高壓力下通過鄰接件轉移經過出口的開口。在彎曲通道內，進料12變為鎖定的，從而形成鎖定區，且以恆定的速率流出該出口的排放口。因此，波斯美崔克泵18設計成用以將限定體積的物質從低壓區移置至高壓區，同時加壓進料12。例如，波斯美崔克泵18構造成用以增大生物質的壓力。此外，鎖定區可阻擋氣體從反應器14沿上遊方向流經波斯美崔克泵18。加壓進料12可從波斯美崔克泵18直接傳輸至固定床反應器14。在一些實施例中，如下文所述，加壓進料可經由進給器傳輸至固定床反應器14。在其它實施例中，加壓進料12可經由氣體氣動地傳送至固定床反應器14。固定床反應器14可包括固定床燃燒器、 固定床氣化器、固定床鍋爐、或用以從加壓進料12接收和導出能量的任何其它類型的固定床結構。如下文更為詳細描述的那樣，固定床反應器14構造成用以使至少一種試劑(例如， 空氣、氧或蒸汽)與加壓進料14 (例如，生物質)反應。另外，固定床反應器14包括構造成用以支承進料14同時還容許至少一種試劑流動的固定床。在所公開的實施例中，波斯美崔克泵18構造成用以加壓進料12來升高固定床反應器14的操作壓力，而非在大氣或接近大氣的狀態下操作。例如，反應器14可在大約150psia而非大約15psia(即，接近大氣壓) 下操作，以便提供在反應器14生產能力方面的顯著提高(例如，10倍)。在一些實施例中， 加壓系統的生產能力可增加到非加壓進料12和反應器14的大約2至5倍、2至10倍或2 至20倍。用於加壓進料12的系統10的實施例可包括用以控制進料12的狀態和固定床反應器14的操作的附加特徵。例如，圖2為用於加壓和加熱固定床反應器14的燃料進料12 的系統10的實施例的簡圖。所示的系統10包括進料12、傳送機16、波斯美崔克泵18、進給器22、加熱器20，以及固定床反應器14。系統10如上文所述那樣操作，只是進給器22將加壓進料12傳輸至固定床反應器14。代替計量通向固定床反應器14的加壓進料12的波斯美崔克泵18，進給器22構造成用以計量通向固定床反應器14的進料12 (例如，生物質)。 進給器22可包括螺旋進給器、旋轉進給器、它們的組合，或能夠計量從波斯美崔克泵18至固定床反應器14的進料12的任何其它類型的進給器22。如上述波斯美崔克泵18那樣，進給器22將加壓進料12提供給固定床反應器14，以容許固定床反應器14在升高的壓力下操作，用以增加由進料12產生的能量。進給器22還可結合氣體來氣動地傳送進料12。螺旋進給器可使用具有攪拌葉片的旋轉螺圈式螺杆以受控的速率來使進料12向前移動而精確地排放進料12。螺旋進給器可為體積式或重量式。旋轉進給器包括具有導葉的轉子軸，導葉附接到轉子上以使進料12向前移動。旋轉進給器可振動以容許體積分配。除進給器22之外，系統還包括加熱器20用以控制進料12的水分含量。進料12， 尤其是生物質，其水分含量影響進料12用作固定床反應器14中燃料的能力。各種類型的生物質均具有其自身的特殊性質，例如水分含量，該特殊性質確定其作為燃料的性能。例如， 生物質的水分含量越高，則生物質的熱值便越低。在所示的實施例中，加熱器20將熱施加到進給器22上，以便減少加壓進料12的水分含量。在一些實施例中，加熱器20可在波斯美崔克泵18上遊將熱施加至進料12以降低水分含量。在加熱進料12或加壓進料12之後所產生的水汽可在進料12的氣化之前去除。加熱器20聯接到控制器M上。控制器對構造成用以調整加熱器20的熱輸出，以便調整進料12的水分含量。控制器M響應於關於由加熱器20所施加的熱輸出量的用戶輸入26。控制器M還響應於與進料12的水分含量相關的來自系統10的反饋觀。例如，反饋觀可來自於定位在系統10各處例如傳送機16、波斯美崔克泵18或固定床反應器14的變換器(transducer)。反饋觀還可與進料12的水分含量間接地相關。例如，變換器可定位在固定床反應器14處，以提供關於反應器14性能或進料12熱值的反饋觀，這可為進料12水分含量的間接指示。反饋觀可包括進料12或固定床反應器14中的實際水分測量結果。另外，反饋觀可包括與水分間接地相關的其它參數的測量結果，如溫度、壓力及其它參數。類似於對進料12加壓，控制進料12的水分含量也增加固定床反應器14的生產能力。
可傳輸多種進料12來控制固定床反應器14的性能，以及由進料12產生的能含量。圖3為用於加壓固定床反應器14的多種燃料進料12的系統10的實施例的簡圖。所示的系統10包括第一進料30、第一傳送機32、第一波斯美崔克泵34、第一進給器36，以及固定床反應器14。該系統10還包括第二進料38、第二傳送機40、第二波斯美崔克泵42，以及第二進給器44。進料12、傳送機16、波斯美崔克泵18和進給器22如上文所述那樣。第一波斯美崔克泵；34構造成用以增大第一進料30的壓力和將第一加壓進料30經由第一進給器36提供給固定床反應器14。第二波斯美崔克泵42構造成用以增大第二進料38的壓力和將第二加壓進料38經由第二進給器44提供給固定床反應器14。在一些實施例中，波斯美崔克泵18可直接地計量和傳輸加壓進料12至固定床反應器14。儘管所示的實施例示出了並行操作的波斯美崔克泵18，但在一些實施例中，波斯美崔克泵18可串聯地操作。如上文所述，各類生物質均具有其自身的特殊性質。通過提供用於將進料12提供給固定床反應器14的兩個單獨路徑，可控制進料12的性能以及固定床反應器14。例如，第一進料30可包括一類生物質，而第二進料38可包括另一類生物質。各類生物質均可具有顯著不同的性質(例如，水分含量或熱值)。系統10可控制提供給固定床反應器14的第一加壓進料30相對於第二加壓進料38的比例，以影響提供給固定床反應器14的加壓進料 12的總體性質，例如總體水分含量或熱值。取決於第一進料30和第二進料38的特性，系統 10可提供對傳送機32和40、波斯美崔克泵34和42以及進給器36和44的相似或不同的控制。例如，第一波斯美崔克泵34可構造成用以提供第一進料30的第一壓力，而第二波斯美崔克泵42可構造成用以提供第二進料38的第二壓力。第一壓力和第二壓力可相等，或可相對於彼此改變大約5%至100%或更大。系統10還使各進料30和38的泵送和加壓能夠獨立控制，以便解決各進料內的變化。此外，提供不同類型的進料12改變了由固定床反應器14所產生的任何產物(例如，合成氣)。再次的是，波斯美崔克泵18提供加壓進料12 至固定床反應器14以容許固定床反應器14在升高的壓力下操作，從而增加由進料12所產生的能量。在一些實施例中，附加的機構可提供成用以控制和改變提供給固定床反應器14 的進料12的含量。例如，圖4為用於加壓和加熱固定床反應器14的多種燃料進料12的系統10的另一實施例的簡圖。系統10包括第一進料30和第二進料38、第一傳送機32和第二傳送機40、進料混合器46、波斯美崔克泵18、進給器22，以及固定床反應器14。第一傳送機32和第二傳送機40構造成用以將第一進料30和第二進料38輸送至進料混合器46。 在一些實施例中，第一傳送機32和第二傳送機40構造成用以將第一進料30和第二進料38 直接地輸送至波斯美崔克泵18。然而，所示的實施例包括混合器46，以便提供第一進料30 和第二進料38的更為均勻的混合物。混合器46可包括具有始自傳送機32和40的入口的殼體，以及用以攪拌、攪動或將進料30和38大致混合在一起的混合機構。系統10包括用以改變第一進料30相對於第二進料38的比例的控制器M，該第一進料30和第二進料38 提供給進料混合器46且隨後提供給波斯美崔克泵18。控制器M可通過改變第一傳送機 32和第二傳送機40輸送第一進料30和第二進料38的速率來改變比例。該比例確定第一進料30和第二進料38的混合物的熱值和水分含量。在一些實施例中，第一進料30相對於第二進料38的比例可人工地控制和/或改變。進料混合物傳輸至波斯美崔克泵18以便加壓。加壓進料混合物然後提供給進給器22。進給器22提供加壓進料12至固定床反應器14，以便容許固定床反應器14在升高的壓力下操作來增加由進料12所產生的能量。系統10還包括熱交換器48以控制進料12的水分含量。熱交換器48可將熱傳遞至進料混合器46、波斯美崔克泵18、進給器22，或它們的任何組合，以便降低進料12的水分含量。在加熱進料12或加壓進料12之後所產生的水汽可在進料12氣化之前去除。熱經由反應器14和/或外部熱源50提供給熱交換器48。熱交換器48聯接到控制器M上。 熱源50可包括蒸汽、燃燒排氣(例如，來自於燃氣輪機、鍋爐或熔爐)、加熱過程水，或廢熱。 例如，廢熱可從多種設備構件獲得，如氣體處理單元、壓縮機、發動機，或整體氣化聯合循環 (IGCC)系統的構件。熱交換器48可將來自於反應器14和/或外部熱源50的熱與進料混合器46、泵18或進給器22直接地交換，或利用熱交換介質間接地交換。例如，熱交換器48 可將熱傳遞至混合器46殼體、泵18或進給器22，或熱交換器48可使加熱氣體流動經過內部。控制器M構造成用以調整熱交換器48的熱輸出，以便調整進料12的水分含量。 控制器M響應於關於由熱交換器48所施加的熱輸出量的用戶輸入26。控制器M還響應於與進料12的水分含量直接或間接地相關的來自於系統10的反饋觀。例如，反饋觀可來自於定位在系統10各處如進料混合器46、波斯美崔克泵18、進給器22或固定床反應器14 的變換器。例如，反饋觀可與反應器14的性能或進料12的熱值相關，該進料12的熱值可為進料12水分含量的間接指示。另外，反饋觀可包括與水分間接地相關的其它參數如溫度、壓力和其它參數的測量結果。反饋觀可包括進料12的混合物或固定床反應器14中的水分的實際測量結果。用戶輸入26和反饋觀容許控制器M調整進料12混合物的水分含量和熱值。控制器M可改變系統各種位置處的熱輸出。此外，如上文所述，控制器M容許調整第一進料和第二進料38的比例。如上文所述，在一些實施例中，該比例可人工地調整。 調整進料12混合物的水分含量和熱值會改變由固定床反應器14所產生的能量的總量和含量。如上文所述，提供加壓進料12升高了固定床反應器14的操作壓力，從而增加了反應器 14的產量。圖5至圖7描述了用於在固定床反應器14中產生的加壓進料12的產物的各種應用的實施例。例如，圖5為用於加壓固定床氣化器52的燃料進料12和在化學製品和功率生產中使用氣化產物的系統10的實施例的簡圖。系統10包括進料12 (例如，生物質)、傳送機16、波斯美崔克泵18、固定床氣化器52，以及氣體處理系統M。如上文所述，波斯美崔克泵18構造成用以計量和增大進料12的壓力，以便將加壓進料12提供給固定床氣化器52。固定床氣化器52構造成用以氣化加壓進料12。固定床氣化器52可將進料12轉變成合成氣，例如，一氧化碳和氫的組合。這種轉變可通過使加壓進料12在升高的壓力和溫度下經受受控量的諸如蒸汽56和/或氧化劑58(空氣、富集空氣、純氧)的至少一種試劑55 (例如，氣化試劑55)來實現。氣化過程可包括加壓進料12經歷熱解過程，由此加熱加壓進料12。固定床氣化器52內的溫度可取決於進料12的類型而在熱解過程期間變化。熱解過程期間對加壓進料 12的加熱可產生固體(例如，焦化物60)和殘餘氣體(例如，一氧化碳、氫和氮)。熱解過程中由進料12殘留的焦化物60其重量僅可達到初始進料12重量的大約30%。焦化物60 可在波斯美崔克泵18上遊加入進料12中以便再使用。部分氧化過程也可發生在固定床氣化器52中。燃燒可包括將氧化劑58 (例如，空氣、富集空氣或氧)引入焦化物60和殘餘氣體中。焦化物60和殘餘氣體可與氧化劑58中的氧反應而形成二氧化碳和一氧化碳，這向氣化反應提供熱。蒸汽56可在氣化期間引入固定床氣化器52中。焦化物60可與二氧化碳和蒸汽56反應以產生一氧化碳和氫。基本上， 氣化器使用蒸汽和來自於氧化劑58的氧以容許一部分的加壓進料"燃燒"而產生一氧化碳和釋放能量，該能量促動將進料12進一步轉變成氫和附加二氧化碳的第二反應。這樣，由固定床氣化器52產生最終得到的氣體。這種最終得到的氣體可包括比例相等的大約50%的一氧化碳和氫，以及C02、CH4, HCL、HF、COS、NH3> HCN和H2S (基於進料 12的硫、氯、氟和氮的含量)。最終得到的氣體內成分的總體比例和類型由進料12的類型確定。這種最終得到的氣體可稱為未處理的粗合成氣或酸合成氣，因為其例如包含&S。固定床氣化器52也可產生廢物，該廢物可為溼灰分材料。這種灰分可從固定床氣化器52除去，且處理為例如路基或其它建築材料。在一些實施例中，固定床氣化器52還可產生可移除的幹灰分材料。氣體處理系統M可用於清潔粗合成氣。氣體處理系統M可洗滌粗合成氣以從粗合成氣中除去HCl、HF、COS、HCN和&S，這可包括在硫處理器中例如通過硫處理器中的酸性氣體去除過程來分離硫。此外，氣體處理系統M可通過水處理單元將鹽與粗合成氣分離，其中，水處理單元可利用水淨化技術來由粗合成氣產生可用的鹽。隨後，來自於氣體處理系統M的氣體可包括處理的、脫硫的和/或淨化的合成氣(例如，已從合成氣中除去硫)，以及痕量的其它化學製品，例如NH3(氨)和CH4(甲烷)。在一些實施例中，氣體處理系統M可包括氣體處理器以從處理的合成氣中除去殘餘的氣體組分，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何殘餘的化學製品。然而，從處理的合成氣中除去殘餘氣體組分是可選的，因為處理的合成氣即使在包含殘餘氣體組分例如尾氣時也可用作燃料。這裡，處理的合成氣可包括大約25%的CO、大約25%的H2、大約40 %的N2，以及大約10%的CO2,並且大致脫除了 H2S。以此方式，氣體處理系統M和/或處理的合成氣可用於化學製品生產62。例如，氣體處理系統M和/或處理的合成氣可用於產生甲醇、氫或其它化學製品。處理的合成氣還可用於功率生產64。例如，合成氣可用於產生熱、機械動力，以及電功率。具體而言，燃氣輪機可使用合成氣來驅動發電機。在上文所述的實施例中，波斯美崔克泵18可構造成用以提高生物質的壓力來將加壓生物質提供給固定床氣化器52，以及固定床氣化器52構造成用以氣化加壓生物質。波斯美崔克泵18加壓生物質且隨後增大固定床氣化器52的操作壓力以增加由相同生物質反應器體積所產生的合成氣量，因此提高了固定床氣化器52的能力。在一些實施例中，接收加壓生物質的固定床氣化器52的操作壓力可從大約30psia至210psia的範圍變化。例如， 接收加壓生物質的固定床氣化器52的操作壓力可為大約30、40、50、70、90、110、130、150、 170、190或210psia，或其間的任何壓力。因此，固定床氣化器52並非在接近大氣狀態下操作。圖6示出了使用氣化產物的另一實施例。圖6為用於加壓固定床氣化器52的混合燃料進料12的系統10的實施例的簡圖，其中，固定床氣化器52使用燃燒發動機66 (例如，燃氣渦輪發動機)中的氣化產物來產生電功率。系統10包括第一進料30和第二進料 38、第一傳送機32和第二傳送機40、進料混合器46、波斯美崔克泵18、進給器22、固定床氣化器52，以及氣體處理系統M。傳送機將進料12輸送至混合器46。混合器46將進料混合物傳輸至波斯美崔克泵18，其中波斯美崔克泵18對進料12加壓。在一些實施例中，波斯美崔克泵18可構造成用以計量通向進給器22的混合物，該進給器22將混合物傳輸至固定床氣化器52。在一些實施例中，進給器22可構造成用以計量從波斯美崔克泵18至固定床氣化器52的加壓進料12。再次的是，波斯美崔克泵18通過提供加壓進料12來升高固定床氣化器52的壓力，從而提高固定床氣化器52的生產能力。如上文所述，系統10包括用以調整第一進料30相對於第二進料38的比例的控制器M。系統10還包括加熱器20用以控制固定床氣化器52上遊的加壓進料12的水分含量。通過進一步舉例，加熱器20可將熱傳遞至進給器22，使得加熱器20可控制固定床氣化器52上遊的進料12的水分含量。例如，加熱器20可將熱傳遞至混合器46。加熱器20也聯接到控制器M上。控制器M構造成用以調整加熱器20的熱輸出，以便調整進料12的水分含量。如上文所述，控制器M響應於用戶輸入沈和反饋28，以調整進料混合物的熱值和水分含量。如上文所述，例如，變換器可定位在固定床氣化器52、氣體處理系統M和/ 或燃燒發動機66中，以便提供直接或間接地關於水分含量的信息。此外，變換器可提供關於進料12作為燃料源的性能的信息。如上文所述，固定床氣化器52構造成用以通過在升高的壓力和溫度下使加壓進料12經受受控量的至少一種氣化試劑如蒸汽或氧化劑來氣化加壓進料12。在氣化之後， 粗合成氣由氣體處理系統M處理以產生處理的合成氣。處理的合成氣然後可由燃燒發動機66使用以驅動發電機68來發電。例如，發動機66和發電機68可設置在動力設備例如整體氣化聯合循環(IGCC)動力設備中。在一些實施例中，燃燒發動機66可包括內燃機或壓燃式發動機或燃氣渦輪發動機。因此，燃燒發動機66可為往復式發動機或旋轉發動機。加壓進料12可用於除固定床氣化器52之外的多種固定床反應器14中。例如，圖 7為用於加壓固定床鍋爐70的燃料進料12的系統10的實施例的簡圖，其中，固定床鍋爐 70產生蒸汽以驅動蒸汽輪機72來產生電功率。系統10包括進料12、傳送機16、波斯美崔克泵18、進給器22，以及固定床鍋爐70。進料12、傳送機16、波斯美崔克泵18和進給器22 如上文所述那樣。在所示的實施例中，計量通向固定床鍋爐70的加壓進料12(例如，生物質)。加壓進料12升高固定床鍋爐70的操作壓力。加壓進料12用作燃料，且與至少一種試劑(例如，空氣、富集空氣或純氧)反應。熱加壓排氣74在燃燒加壓進料12時產生。來自於排氣74的熱產生蒸汽76。蒸汽76可用於驅動連接到發電機68上的蒸汽輪機72以產生電功率。結合加壓進料12使用的固定床反應器14可在設計上有所變化。圖8和圖9示出了固定床反應器14的實施例。例如，圖8為並流固定床反應器78的實施例的截面簡圖。 在一些實施例中，並流固定床反應器78可為並流固定床氣化器78。固定床反應器78包括封殼80、進料入口 82、試劑入口 84、出口 86、灰分出口 88，以及固定床90。封殼80可具有帶上圓頂81的中空環形形狀(例如，圓柱形壁)。進料入口 82構造成用以在封殼80的上圓頂81處或附近接收加壓進料12。至少一個試劑入口 84構造成用以接收至少一種試劑 55 (例如，氣化試劑55)。例如，至少一種試劑入口 84可包括用於蒸汽56的蒸汽入口 92。 另外，至少一個試劑入口 84可包括用於氧化劑58(例如，空氣、富集空氣或氧)的氧化劑入口 94。如圖所示，試劑入口 84定位在封殼80的上圓頂81處。在其它實施例中，試劑入口 84可定位在固定床90上方的封殼80側部上。固定床90構造成用以支承加壓進料12，同時容許試劑或氣化試劑55 (例如，蒸汽
1156、空氣或氧)中的至少一種向下流經加壓進料12。固定床90可包括具有開口 98的格柵 96。加壓進料12的氣化如上文所述那樣發生。在開始氣化時，蒸汽56和/或氧化劑58流經擱置在固定床90上的加壓進料12。灰分100由氣化反應產生。灰分100經由格柵96的開口 98向下落至灰分出口 88。灰分出口 88構造成用以輸出灰分100。灰分出口 88可包括另一格柵102，該格柵102包括開口 104，開口 104容許灰分100經由格柵102中的開口 104落下。出口 86可為合成氣出口 86。合成氣出口 86構造成用以輸出合成氣106。在氣化加壓進料12之後，合成氣106流經格柵98的開口並經由合成氣出口 86流出。因此，在並流固定床氣化器78中，加壓進料12和合成氣106沿相同的總體方向(例如，在此情況下為向下)流動。作為備選，圖9為逆流固定床反應器108的實施例的截面簡圖。在一些實施例中， 逆流固定床反應器108可為逆流固定床氣化器108。固定床反應器108包括封殼80、進料入口 82、試劑入口 84、出口 86、灰分出口 88，以及固定床90。封殼80可具有帶上圓頂81的中空環形形狀(例如，圓柱形壁)。進料入口 82構造成用以在封殼80的上圓頂81處或附近接收加壓進料12。至少一個試劑入口 84構造成用以接收至少一種試劑55 (例如，氣化試劑55)。例如，至少一個試劑入口 84可包括用於蒸汽56的蒸汽入口 92。另外，至少一個試劑入口 84可包括用於氧化劑58(空氣、富集空氣或氧)的氧化劑入口 94。如圖所示，試劑入口 84定位在封殼80的底部。固定床90構造成用以支承加壓進料12，同時容許試劑或氣化試劑55 (例如，蒸汽 56、空氣或氧)中的至少一種向上流經加壓進料12。固定床90可包括具有開口 112的階梯結構110。加壓進料12的氣化如上文所述那樣發生。在開始氣化時，蒸汽56或氧化劑58 向上流動穿過擱置在固定床90上的加壓進料12。灰分100由氣化反應產生。灰分100向下沿階梯結構110移動至灰分出口 88。灰分出口 88構造成用以輸出灰分100。出口 86為構造成用以輸出合成氣106的合成氣出口 86。如圖所示，合成氣出口 86定位在固定床90 上方的封殼80的一側上。在一些實施例中，合成氣出口 86可定位在封殼80的上圓頂81 處或附近。在氣化加壓進料12之後，合成氣106大致向上流動且經由合成氣出口 86流出。 因此，在逆流固定床氣化器108中，加壓進料12和合成氣106沿大致相反的方向(例如，進料12向下流動，而試劑55和合成氣106向上流動)流動。在固定床反應器78和108的兩個實施例中，來自于波斯美崔克泵的加壓進料12升高固定床反應器78和108的壓力以提高固定床反應器78和108的生產能力，而非在接近大氣狀態下操作。所公開的實施例的技術效果包括提供波斯美崔克泵18來加壓和計量通向固定床反應器14的加壓進料12 (例如，生物質)，以便升高反應器14中的壓力來提高一般小規模固定床反應器14的生產能力。加熱器20或熱交換器48還能夠控制進料12的水分含量， 以便改善進料12作為燃料的性能。多種進料12可以受控的方式傳輸至具有器件如多個傳送機16、多個波斯美崔克泵18和/或混合器46的固定床反應器14，以便調整受控制的進料12混合物的熱值和水分含量。此外，控制器M可用於接收反饋觀和控制進料12的加熱和/或混合。總之，這些器件改善了固定床反應器14的生產能力。本書面說明使用了包括最佳模式的實例來公開本發明，且還使得本領域的普通技術人員能夠實施本發明，包括製作和使用任何裝置或系統以及執行任何所結合的方法。本發明可取得專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域的普通技術人員所構思出的其它實例。如果這些其它實例具有與權利要求的字面語言並無不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言無實質差異的同等結構元件，則認為這些實例處在權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種系統(10)，包括構造成用以提高進料(12)的壓力來提供加壓進料(12)的波斯美崔克泵(18)；以及構造成用以氣化所述加壓進料(1 的固定床氣化器(52)，其中，所述固定床氣化器 (52)包括封殼(80)、構造成用以接收所述加壓進料(1 的進料入口(8 、構造成用以接收至少一種氣化試劑(55)的至少一個試劑入口(84)、構造成用以輸出合成氣(106)的合成氣出口(86)、構造成用以輸出灰分(100)的灰分出口(88)，以及構造成用以支承所述加壓進料(1 同時容許所述至少一種氣化試劑(5 流經所述加壓進料(1 的固定床(90)。
2.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述波斯美崔克泵(18)構造成用以提高生物質的壓力來提供加壓生物質，以及所述固定床氣化器(5 構造成用以氣化所述加壓生物質。
3.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述波斯美崔克泵(18)構造成用以計量通向所述固定床氣化器(5 的所述加壓進料(12)。
4.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述系統(10)包括構造成用以計量從所述波斯美崔克泵(18)通向所述固定床氣化器(5 的所述加壓進料(1 的進給器 (22)。
5.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述系統(10)包括構造成用以在所述固定床氣化器(5 上遊加熱所述進料(1 或所述加壓進料(1 的加熱器00)。
6.根據權利要求5所述的系統(10)，其特徵在於，所述系統(10)包括聯接到所述加熱器00)上的控制器(M)，其中，所述控制器04)構造成用以調整所述加熱器00)的熱輸出來調整所述進料(1 或所述加壓進料(1 的水分含量。
7.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述波斯美崔克泵(18)為構造成用以提高第一進料(30)的壓力來將第一加壓進料(30)提供給所述固定床氣化器(52)的第一波斯美崔克泵(34)，所述系統(10)包括構造成用以提高第二進料(38)的壓力來將第二加壓進料(38)提供給所述固定床氣化器(5 的第二波斯美崔克泵(42)，以及所述系統 (10)包括構造成用以改變進入所述固定床氣化器(5 的所述第一加壓進料(30)相對於所述第二加壓進料(38)的比例的控制器04)。
8.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述系統(10)包括構造成用以將第一進料(30)和第二進料(38)作為所述進料(1 輸送至所述波斯美崔克泵(18)的第一進料傳送機(3 和第二進料傳送機(40)，以及構造成用以改變進入所述波斯美崔克泵(18) 的所述第一進料(30)相對於所述第二進料(38)的比例的控制器04)。
9.根據權利要求1所述的系統(10)，其特徵在於，所述至少一個試劑入口(84)包括氧化劑入口(94)。
10.根據權利要求9所述的系統(10)，其特徵在於，所述至少一個試劑入口(84)包括蒸汽入口(92)。
全文摘要
本發明涉及用於加壓對於固定床反應器的進料的系統。根據一個實施例，系統(10)包括構造成用以提高進料(12)的壓力來提供加壓進料(12)的波斯美崔克泵(18)。系統(10)還包括構造成用以氣化加壓進料(12)的固定床氣化器(52)，其中固定床氣化器(52)包括封殼(80)、構造成用以接收加壓進料(12)的進料入口(82)、構造成用以接收至少一種氣化試劑(55)的至少一個試劑入口(84)、構造成用以輸出合成氣(106)的合成氣出口(86)、構造成用以輸出灰分(100)的灰分出口(88)以及構造成用以支承加壓進料(12)同時容許至少一種氣化試劑(55)流經加壓進料(12)的固定床(90)。
文檔編號C10J3/30GK102443442SQ20111028345
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者D·L·阿爾德裡德, R·A·德皮 申請人:通用電氣公司