专利名称：用于对气化进料进行干混合的系统和方法
技术领域：
本文公开的主题涉及用于对气化系统提供经良好混合的干燃料进料的系统和方法。
背景技术：
合成气体或合成气是可从含碳燃料中产生的氢(H2)和一氧化碳(CO)的混合物。合成气可直接用作(例如，在燃气涡轮中)能源，或者可用作用于生产其它有用的化学品(例如，甲醇、甲醛、乙酸)的原材料源。合成气由气化系统大规模地生产，气化系统包括使含碳燃料(诸如煤)和其它反应剂经受某些条件以产生未处理的或原始的合成气的气化反应器或气化器。为了提高气化反应的效率，气化器内的煤与水的化学计量比典型地保持在期望范围内。可能会从多种源收集煤，这可产生不同级别、质量的煤。一般而言，低级煤将具有较高的水含量，而高级煤则具有较低的水含量。不幸的是，一种级别的煤与另一种级别的煤在水含量上的差异可降低对所有类型的煤使用单组条件来产生合成气的能力。例如，在其中使用低级煤的状况下，对煤的水含量的估计可能不准确，这可导致在低级煤的气化期间效率低。也就是说，提供给气化器的用于驱动低级煤内含碳燃料的气化的热的一部分可改为用来从煤的水中产生蒸汽。另外，这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区域，以及具有较少量水分和较集中的燃料含量的其它区域。这些不一致性可降低气化器的效率，降低气化器和相关联的装备的寿命，以及降低合成气(例如，合成气的能量含量)的可预测性。
发明内容
在一个实施例中 ，提供一种系统。该系统包括气化进料容器。气化进料容器包括构造成将固体燃料接收到气化进料容器中的固体燃料入口，以及构造成对进料容器的固体燃料进行干混合的干混合器。干混合器包括构造成将气体流输送到气化进料容器或机械搅拌器或它们的组合中的气体入口。气化进料容器还包括构造成将固体燃料的进料输送到气化系统的固体燃料出口，以及联接到固体燃料出口上的计量装置。计量装置构造成控制输送到气化系统的固体燃料的进料的量。气化进料容器构造成随着时间的推移在期望的能量浓度范围内将固体燃料的进料提供给气化系统。在另一个实施例中，提供一种系统。该系统包括气化进料斗，所述气化进料斗具有构造成将固体燃料接收到气化进料斗中的固体燃料入口，以及构造成对气化进料斗内的固体燃料进行干混合的干混合器。干混合器包括构造成将气体流输送到气化进料斗或机械搅拌器或它们的组合中的气体入口。气化进料斗还包括构造成将固体燃料的进料输送到气化系统的固体燃料出口。干混合器构造成减小提供给气化系统的固体燃料的进料中的能量浓度的变化。在又一个实施例中，提供一种方法。该方法包括将固体燃料接收在气化进料容器内，使用机械搅拌器或对气化进料容器的内部提供的气体流或它们的组合来对气化进料容器内的固体燃料进行干混合，以及随着时间的推移在期望的能量浓度范围内，将固体燃料的进料输送到气化系统。
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中:
图1是示出了根据本发明实施例的、具有给料制备系统的合成气生产系统的实施例的框图，给料制备系统具有干式回混进料斗；
图2是图1的给料制备系统的实施例的示意图，该给料制备系统具有带有机械搅拌器和气体入口的气化进料容器，以及构造成响应于接收自一系列传感器的反馈来控制机械搅拌器的运行和通过气体入口的气体流的控制器；
图3是图1给料制备系统的实施例的示意图，该给料制备系统具有气化进料容器，气化进料容器具有构造成接收来自图1的合成气生产系统的空气分离单元的氮的气体入口；
图4是图1的给料制备系统的实施例的示意图，该给料制备系统具有气化进料容器，气化进料容器具有构造成接收来自图1的合成气生产系统的AGR和碳捕捉系统的二氧化碳的气体入口 ；以及
图5是图1的给料制备系统的实施例的示意图，该给料制备系统具有气化进料容器，气化进料容器具有构造成对气化进料容器内的固体燃料进行干混合的螺旋传送器。部件列表 10处理系统
12给料制备系统 14进料斗 16干混合器 18含碳燃料源 20固体燃料 22气化器 24 N2 28空气 32脱水系统 34氧 26 ASU
35未处理合成气 38粗渣料 41粗渣料移除系统 36经洗涤合成气 42LTGC单元 44碳捕捉系统 46经处理合成气48尾气处理系统50提供酸性气体52其可分离硫54C02 流56加压CO258外部应用60外部合成气应用70气化进料容器72机械搅拌器74固体燃料76气体入口78气体
80固体燃料入口82固体燃料出口84固体燃料86第一干燥单元88第二干燥单元90内部92控制器94传感器96计量装置98流量控制阀100混合气体源102促动器104第二传感器106热交换器108第三传感器110第四传感器 112固体燃料114箭头120螺旋传送器122中心轴 124螺旋卷绕部126螺旋部分128外部套管130马达140移动床142固体入口144方向146固体出口 148方向。
具体实施例方式下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，在说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当意识到的是，在任何这种实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多特定于实现的决策来达到开发者的具体目的，诸如服从系统相关的约束及商业相关的约束，该具体目的可随不同的实现而改变。此外，应当意识到的是，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。当介绍本发明的多种实施例的要素时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。如所提到的那样，在其中用于合成气生产的固体燃料包括低级煤的实施例中，固体燃料(即，煤)可具有无法预测的量的水分，并且可具有非均质浓度的含碳燃料。这可导致需要稳定可靠的过程控制系统的气化器和相关联的装备内有大的温度差异或其它差异。为了减小诸如这些的差异，本发明实施例大体涉及构造成输送经良好混合的、一致的固体燃料进料(诸如煤)的干混合式气化进料容器，诸如气化进料斗。在某些实施例中，气化进料容器可包括构造成通过对容器内的固体燃料进行干混合来减小固体燃料的差异的干混合器。如本文所限定的那样，干混合包括其中在不添加大量水分的情况下搅拌诸如固体燃料(例如，煤)的固体的过程。例如，可在不使固体燃料与水或另一种液体变成浆料的情况下执行根据本发明实施例的干混合。如下面进一步详细论述的那样，可使用基本不含水分的气体流，或者使用机械搅拌装置(诸如螺旋传送器)来实现干混合。如本文所限定的那样，基本不含水分表示包含大 约5%或更少的水或水蒸气的混合物，诸如气态混合物。作为示例，用气体进行的干混合可包括使用空气、氮、二氧化碳、氦(He)、氩(Ar)、氖(Ne)或它们的任何组合来进行干混合。可基于装置可获量、与气态源的距离等来确定用于本文描述的干混合实施例的特定的气体或气体混合物。在气化进料容器内进行干混合之后，固体燃料可以可靠的方式输送到下游系统，诸如气化系统。实际上，通过对固体燃料进行干混合，气化进料容器可相当于具有均质(例如经良好混合的)固体燃料混合物的持续搅拌罐反应器，而非具有不定量的固体燃料的塞流反应器。因而，根据本发明实施例的经良好混合的固体燃料进料可包括具有较一致的量的固体燃料的进料，这可通过进料的能量浓度来测量，如下面详细地描述的那样。图1示出了根据公开的实施例的具有给料制备系统12的气化和处理系统10的框图，给料制备系统12包括干混合式气化进料容器或进料斗14。根据下面进一步详细论述的本发明实施例的某些方面，进料斗14包括用于在进料斗14内产生基本均质的固体燃料混合物的干混合器16，诸如机械搅拌器或气体入口。除了给料制备系统12，在其它特征以外，系统10包括用于产生合成气以及为了多种最终用途而处理合成气的区域。系统10的元件可包括含碳燃料源18，诸如固体煤进料，可含碳燃料源18用作能量源，以及/或者用于生产合成气或代替天然气(SNG)。燃料源18可包括煤、石油焦、生物量、木基物质、农业废料、焦油、焦炉煤气和浙青或其它含碳物。燃料源18的固体燃料可传送到给料制备系统12。给料制备系统12可包括若干个子系统。例如，制备系统12可包括(作为示例)研磨机、切碎机、碾磨机、破碎机、粉碎机或其它装置，用于通过对燃料源18进行切碎、碾磨、破碎、粉碎、压块或制粒来重新确定燃料源18的大小或形状。根据本发明实施例，未对给料制备系统12中的燃料源18添加液体(例如，水)，从而产生干给料。如上面提到的那样，燃料源可在给料制备系统12的进料斗14内进行干混合，以在进料斗14内产生基本均质的固体燃料混合物。进料斗12构造成将固体燃料20的进料输送到设置在给料制备系统12下游的气化器22。固体燃料20的进料可包括固体燃料和其它成分，诸如运载气体(例如，氮(N2)或二氧化碳(CO2)、助熔剂、添加剂、催化剂)。另外，因为燃料源18在进料斗14内进行干混合，所以固体燃料20的进料可具有在期望的浓度范围内的能量浓度(即，来自固体燃料20的进料的燃料的存储能量)。例如，进料斗14可构造成以基本恒定的和/或均匀的能量浓度输送固体燃料20的进料。如本文所限定的那样，基本恒定的能量浓度表示保持在大约50千焦(kj)每千克(kg)或者大约115英国热量单位(BTU)每磅(Ib)的期望能量浓度内的存储能量的浓度，该浓度是以能量单位/固体进料质量测得的。因此，根据本发明实施例，进料斗14可构造成以保持在大约50 kj/kg(为固体燃料20的进料的期望能量浓度)以下的能量浓度输送固体燃料20的进料，期望能量浓度诸如介于大约50 kj/kg和O kj/kg之间，介于40 kj/kg和10 kj/kg之间，或者介于30kj/kg 和 20 kj/kg 之间。如上面提到的那样，干混合器16可包括机械搅拌器(诸如螺旋传送器)，或者可包括构造成将气体引入到进料斗14中的气体入口。在一些实施例中，干混合器16可包括机械搅拌器和气体入口两者。气体可流过气体入口，并且可搅拌进料斗内的固体燃料，以使进料斗14流化。因而，在一些实施例中，固体燃料20的进料可为包含运载气体的流化颗粒流。如本文论述的那样，流化颗粒流意图表示包含携带在气态流内的颗粒(例如，固体燃料的颗粒)且基本不含液体(例如，水)的流。换`句话说，根据本发明实施例的流化颗粒流表示包含悬浮在运载气体(例如，C02、N2)而非液体内的固体燃料的流。另外，使用能够阻止固体燃料的点燃/燃烧的气体(诸如队和/或CO2)可为合乎需要的。因而，根据某些实施例，干混合器16可接收来自构造成从空气28中分离出N2的空气分离单元(ASU) 26的N2流24。另外或备选地，干混合器16可接收来自CO2压缩和脱水系统32的压缩CO2流30，如下面论述的那样。关于图2-5来进一步详细地论述与干混合器16及其与进料斗14的结合有关的实施例。如所提到的那样，将固体燃料流20提供给气化器22，诸如具有急冷器或辐射式合成气冷却器的气化器,其中，气化器22可将固体燃料转化成CO和H2的组合，即，合成气。可通过使固体燃料在升高的压力(例如，大约20巴至大约85巴)和温度(例如大约700°C至1600°C的)下经受受控制的量的蒸汽和氧来实现这个转化，温度和压力取决于所利用的气化器的类型。气化过程也可包括经历热解过程的固体燃料，借此加热给料。气化器22的内部的温度的范围在热解过程期间可为大约150°C至700°C，这取决于用来产生固体燃料流20的燃料源18。在热解过程期间加热给料可产生固体(例如炭)和残余气体，例如，C0、H2和N2。
然后可在气化器22中进行燃烧过程。为了协助这个燃烧过程，可从ASU 26将氧流34供应给气化器22。如上面大体提到的那样，ASU 26可操作来通过例如蒸馏技术将空气28分离成成分气体，蒸馏技术可为低温的，或者可利用压力摆动吸附(PSA)。因此，气化器22接收来自ASU 26的氧34，以实现燃烧目的。燃烧可包括对炭和残余气体引入氧34，使得炭和残余气体可与氧34反应而形成CO2和CO，从而对后续的气化反应提供热。在燃烧过程期间的温度的范围可为大约700°C至1600°C。接下来，在气化步骤期间，蒸汽可以受控制的量引入到气化器22中。炭可在范围为大约800°C至1100°C的温度下与CO2和蒸汽反应，以产生CO和H2。本质上，气化器22利用蒸汽和氧，以允许一些给料燃烧而产生CO2和能量，从而驱动将另外的给料转化成H2和额外的CO的主反应。在其中不均匀能量浓度的固体燃料被气化器22接收的实施例中，气化步骤可在气化器22内造成非常高的温度，这可使气化器22被多种过程控制装置关闭。这种关闭可引起降低的生产量和总能量生产或SNG生产的损失。因此，根据本发明实施例所产生的固体燃料流20可使得气化器22能够基本持续地运行，以及通过减小固体燃料20的总能量浓度的变化来降低气化器关闭的可能性。因而，本发明实施例可提供使气化器22较稳定地生产合成气的优点。 在气化器22内产生的合成气可包括大约85%的CO和H2 (合成气替代物)^CO2XH4和其它酸性和/或含硫气体。在某些实施例中，这个合成气混合物可称为原始的或未处理合成气35。气化器22也可产生废料，诸如粗渣料38，在一些实施例中，废料可为湿灰物质。可通过粗渣料移除系统41来从气化器22中移除渣料38。粗渣料38处理为例如路基，或者作为另一种建筑材料。另外，洗涤子系统40可通过从未处理合成气35中移除任何颗粒物质(诸如湿灰)来清洁未处理合成气35，以产生经洗涤合成气36。然后可将经洗涤合成气36可发送给多种处理系统，诸如低温气体冷却(LTGC)单元42，其中，经洗涤合成气36的温度降低。在一些实施例中，经洗涤合成气36冷却，使得下游酸性气体移除(AGR)和碳捕捉系统44可较高效地处理经洗涤合成气36。例如，在其中经洗涤合成气36被冷却的实施例中，诸如H2S和CO2的气体可在用来使它们从其它合成气成分(即，CO和H2)中移除的溶剂(一种或多种)中具有较高的可溶性。在某些实施例中，溶解的CO2的至少一部分最终可用于在进料斗14内进行干混合。LTGC单元42可在多种过程(包 括热交换、气体膨胀等)中冷却经洗涤合成气36。在冷却之后，冷却的经洗涤合成气流36发送到AGR和碳捕捉系统44。AGR和碳捕捉系统44的AGR部分可洗涤冷却的经洗涤合成气36，以移除多种气体和/或成分。例如，可从冷却的经洗涤合成气36中移除诸如HCl、HF、COS、HCN和H2S的酸性气体，以产生经处理合成气流46 (例如，基本无硫的合成气)。另外，AGR单元44可将冷却的经洗涤合成气36的移除的气体和/或成分(例如，HC1、HF、COS、HCN和H2S)传输到硫回收和尾气处理系统48。在示出的实施例中，AGR单元44可对SRU 48提供酸性气体50，SRU 48可使用例如克劳斯(Claus)反应器来分离硫52。如上面提到的那样，AGR和碳捕捉系统44的碳捕捉部分可溶解和移除包含在冷却的经洗涤合成气36内的CO2的大部分，以产生CO2流54。将CO2流54提供给CO2压缩和脱水系统32，该系统32大体构造成从CO2流54中移除水分，以及产生加压CO2 56。根据某些当前公开的实施例，加压C0256可作为CO2流30发送到进料斗14以用于干混合，以及/或者可发送到另一个内部或外部应用58。将经处理合成气46提供给内部或外部合成气应用60，诸如一个或多个燃气涡轮、用以产生SNG的甲烷化系统、外部化工装置等。如上面提到的那样，系统10所产生的合成气的量和质量可至少部分地取决于给料制备系统12可靠地将固体燃料馈送给气化器22的能力。再次，本发明实施例提供气化进料容器(诸如进料斗14)，气化进料容器具有用于产生具有均匀、基本恒定的能量含量的固体燃料的进料的干混合器16。在图2中示出了给料制备系统12的实施例。特别地，除了其它特征以外，图2的给料制备系统12包括气化进料容器70，气化进料容器70具有构造成对固体燃料74(例如，含碳燃料源18的微粒)进行干混合的机械搅拌器72和构造成接收用于对固体燃料74 (例如，颗粒燃料)进行干混合(例如，流化)的气体流78的气体入口76。气化进料容器70也包括构造成将固体燃料74接收到气化进料容器70中的固体燃料入口 80，以及构造成从气化进料容器70输送固体燃料84的进料(例如，流化颗粒燃料流)的固体燃料出口 82。再次，结合气体流78和机械搅拌器72的气化进料容器70构造成通过干混合、搅拌、流化、计量或其任何组合的组合，以基本恒定的(例如均匀)能量含量来输送固体燃料84的进料。固体燃料74可从构造成使固体燃料74干燥的第一干燥单元86接收到气化进料容器70中。例如，第一干燥单元86可执行加热、气提或本领域已知的用于从固体中移除水分的任何其它这种技术。使固体燃料74在提供给气化进料容器70之前干燥可为合乎需要的，以便有利于通过机械搅拌器72和/或气体流78来进行干混合。另外或备选地，可提供第二干燥单元88，以使用与第一干燥单元86相同或不同的干燥技术来使固体燃料84的进料干燥。对于减小例如由于在气化进料容器70内进行干混合期间刚刚暴露于固体燃料74中的水分穴(pocket)而导致固体燃料84的进料的水分含量的不一致，使进料固体燃料84在提供给气化器22之前干燥可为合乎需要的。如所示出的那样，机械搅拌器72定位在气化进料容器70的内部90内，以对气化进料容器70内的固体燃料74进行干混合。机械搅拌器72可包括如图5中示出的那样的一个或多个螺旋传送器，或者可为轨道型传送器，一系列扇状或叶片状旋转部件、干掺合器(例如，用以摇动和掺合固 体燃料74和任何其它固体)，或者类似的搅拌装置。如所示出的那样，机械搅拌器72操作性地联接到控制器92上，控制器92可构造成控制机械搅拌器72的速度(例如，通过马达)、机械搅拌器72的旋转方向或类似的运行参数。控制器92可响应于指示气化器22所产生的未处理合成气35的反馈，对机械搅拌器72执行这样的调节，而且在合适的情况下，对气体流78执行调节。例如，如所示出的那样，控制器92可通信联接到构造成对未处理合成气35执行测量的第一换能器或传感器94上。测量结果可包括未处理合成气35的温度、随着时间的推移而产生的未处理合成气35的量、未处理合成气35的压力、形成或收集到的渣料的量、未处理合成气35的组成、感测到的参数的变化(诸如温度和/或压力突然升高)或气化器22所执行的气化反应的效率的任何指示。因而，系统10可包括沿着管道设置在气化器22内、在气化器22上，或在对于测量气化器22内的气化反应的效率、产生的合成气的质量或类似的度量可为合乎需要的任何地方的任何数量的传感器。因而，根据本发明实施例的控制器92可响应于任何这样的测量或反馈来对干混合器16执行调节，如下面进一步详细论述的那样。换句话说，如下面进一步论述的那样，控制器92可响应于指示固体燃料84的进料的不均匀的能量浓度的反馈来调节干混合器16。第一传感器94可将指示测量结果的一个或多个信号发送给控制器92。因而，控制器92可包括能够执行诊断和运算控制的任何基于处理的机器，诸如分布式控制系统、机载控制器、工作站计算机，或者具有能够执行本文描述的操作的一个或多个处理器的任何这种机器。例如，控制器92可包括构造成存储和/或访问用于执行关于机械搅拌器72、气体流78的控制操作和其它操作(诸如计量装置96的控制)的一个或多个例程的一个或多个数据存储器和/或访问装置，如下面论述的那样。如所提到的那样，控制器92构造成通过控制例如搅拌器72的马达来调节机械搅拌器72。为了控制气体流78，控制器92可操作性地连接到设置在气化进料容器70和气体流78的源之间的流量控制阀98上，气体流78的源是混合气体源100。根据某些实施例，混合气体源可包括系统10的ASU 26或CO2脱水和压缩区段32 (图1)。虽然本文描述的某些实施例在包括ASU 26和/或AGR/碳捕捉系统44的语境中介绍混合气体源100，但目前构想到能够在搅拌或以别的方式混合固体燃料74的同时防止意外燃烧的任何气体。例如，气体流78可包括任何惰性气体或非氧化气体，诸如稀有气体或其它气态混合物。因而，混合气体源100可为任何气体源，诸如能够保持气体流78和/或将气体流78输送通过流量控制阀98的任何加压容器。在一个非限制性示例中，控制器92可调节流量控制阀98的促动器102的位置，以调节气体流78的流率。控制器92可响应于接收自第一换能器或传感器94的反馈，或者响应于接收自第二传感器104的反馈来执行这样的调节。例如，作为一个或多个信号而接收自第二换能器或传感器104的反馈可包括(但不限于)指示在混合气体源100的下游不远处或更下游(诸如正好在遇到气体入口 76之前)的气体流78的压力或流率的信号。另外或备选地，控制器92可操作性地联接到构造成将热能传递给气体流78的热交换器106上。作为非限制性示例，热交换器106可将来自蒸汽、经加热合成气、经加热代用天然气、燃烧排气或另一个热源的热传递给气体流78。可为合乎需要的是，加热气体流78，以对气化进料容器70内的固体燃料74提供增强的干混合和干燥。控制器92可通过响应于接收自第三传感器108和第四传感器110中的任一个或两者的反馈而调节热交换器106的一个或多个运行参数(例如热传递速率、暴露时间)来执行加热调节。接收自第三 传感器108和第四传感器110的反馈可包括(但不限于)温度、流量或与压力有关的信息或其任何组合。作为非限制性示例，控制器92可计算第三传感器108和第四传感器110之间的压力或温度梯度，以及如合适的那样对热交换器106作出调节。将气体流78的温度保持在某个范围内(诸如介于大约20°C和140°C之间)可为合乎需要的。作为非限制性示例，为了混合固体燃料74，气体78的温度可保持在大约20°C至60°C内，或者为了混合固体燃料74以及使其干燥，气体78的温度可保持在大约40°C至140°C内。因而，气体流78的温度可保持在大约20°C和140°C之间、30°C和130°C之间、40°C和120°C之间、50°C和110°C之间、60°C和100°C之间或70°C和90°C之间。如所示出的那样，在运行期间，气体流78 (其可包括N2XO2、它们的组合，或者能够阻止固体燃料74在干混合期间燃烧的任何气体或气体混合物)可进入气化进料容器70的内部90 (例如，在加热之后)。气体流78然后可在固体燃料床112内流动，如箭头114所示出的那样。在某些实施例中，气体流78可以固体燃料74(例如颗粒燃料)在气化进料容器70内流化的方式对固体燃料74进行干混合。也就是说，固体燃料74 (例如颗粒燃料)能够以流体状方式(例如，在运载气体中的多相燃料微粒流)流出气化进料容器70的固体燃料出口 82。因而，在某些实施例中，气体流78可用来搅拌和弄松固体燃料74。例如，弄松固体燃料74可包括(但不限于)使气体流78透入固体燃料74的孔。气体流78可透入固体燃料74，以及携带可包含在固体燃料74内的水分的至少一部分。因此，气体流78可用作用以从固体燃料74中移除水分的解吸气。另外，固体燃料74被气体流78透入可协助使固体燃料74流化，研磨或打碎固体燃料74，以及对固体燃料74进行干混合。气体流78也可使固体燃料74膨胀(例如，通过扩大孔径)，以有利于进一步的干燥，并且也可使固体燃料74膨胀到固体燃料74分裂成更细小的碎片的程度。因此，气体流78可打碎和混合固体燃料74，以减少固体燃料74的高能量含量的穴，这可提高提供给气化器22的固体燃料84的进料的能量含量的均匀性。本发明实施例还提供计量装置96，其联接到气化进料容器70上(例如，联接到固体燃料出口 82上)，并且构造成控制离开气化进料容器70的固体燃料74的量。大体上，计量装置96构造成控制将固体燃料84的进料提供给下游系统(诸如气化器22)的速率。在一个非限制性示例中，如上面提到的那样，用气体流78对固体燃料74进行干混合可使固体燃料74流化。另外，机械搅拌器72可控制能够到达固体燃料出口 82的固体燃料74的量，这可使固体燃料74均匀地流出固体燃料出口 82以及流到计量装置96。换句话说，气体流78和/或机械搅拌器72可使得固体燃料74能够一致地流到计量装置96。进而，可操作性地联接到控制器92上的计量装置96可控制提供给气化器的固体燃料84的进料的量。照这样，与干混合机械搅拌器72和/或气体流78联接的计量装置96可以保持在期望范围内的能量浓度对气化器22提供固体燃料84的进料。作为非限制性示例，响应于接收自传感器94、104、108、110中的任一个的反馈，控制器92可调节计量装置96被动地或主动地允许固体燃料74输送到气化器22的速率。因而，计量装置96可包括能够控制固体流(例如，全固体流或具有在运载气体中的颗粒的流化流)的任何装置，诸如一个或多个阀(例如旋转`阀)或固体泵。在一个实施例中，计量装置96可包括或可为纽约斯克内克塔迪的通用电气公司制造的正计量(Posimetric) 泵。用语“正计量”可定义为能够计量(例如，测量量)和正移置(例如，以捕捉和强迫的方式移置)固体燃料74 (和其它固体)。正计量泵能够计量和正移置限定体积的固体燃料74。正计量泵路径可具有椭圆形(例如，圆形或弯曲形)。在一些实施例中，计量装置96可包括正计量移置装置中的任何一个或它们的组合。在图3中示出了给料制备系统12的另一个实施例，图3描绘了具有用于对固体燃料74进行干混合的气体入口 76的气化进料容器70的实施例。如所示出的那样，气化进料容器70通过一个或多个管道联接到空气分离单元26上。因此，在图2中描绘的气体流78包括具有已经被ASU 26从空气28的其它气态成分(诸如氧和水蒸气)中分离出的氮24。根据本发明实施例，气化进料容器70利用气体流78来以基本恒定的能量浓度(S卩，固体燃料84的进料具有基本均匀的能量含量)输送固体燃料84的进料。如上面关于图2所论述的那样，气体流78 (其在图3的实施例中包括氮24)可在热交换器106处被加热。再次，氮24被加热到的温度可取决于传感器94、104、108、110中的任何一个或它们的组合收集到的以及控制器92监测到的测量结果。控制器92可响应于系统10的监测到的参数(例如，来自传感器94、104、108、110的反馈)来对氮24的流率、氮24的温度、氮24的压力或其任何组合作出调节。如上面大体提到的那样，可加热氮24，以有利于搅拌和弄松气化进料容器70内的固体燃料74。氮24也可用作用于进料84中的固体燃料74的阻燃抑燃运载气体。因此，固体燃料84的进料可为基本均质且流化的流，其包括固体燃料74、除了固体燃料74以外可添加到气化进料容器70的任何添加剂，以及氮24。当与固体燃料74混合时，氮24从而可用来以基本恒定的流率、基本恒定的能量浓度、保持在期望范围内的能量浓度或其任何组合，对气化器22或另一个下游系统或工艺提供固体燃料84的进料。因而，控制器92可对气体流78执行调节，以保持气化进料容器70 (即，固体燃料74)处于流化状态。备选地或另外，气体流78可包括在AGR和碳捕捉系统44处从经洗涤合成气36中移除的C0230。但是，在某些实施例中，气体流78可包括在不同的装置区域内从气化系统内的另一个源或者从构造成存储和运送CO2的容纳CO2的容器获得的C02。实际上，目前构想到任何CO2源。在图4中示出了其中气化进料容器70联接到AGR和碳捕捉系统44上的给料制备系统12的实施例。如所示出的那样，气化进料容器70通过一个或多个管道联接到AGR和碳捕捉系统44上。如上面关于图2所论述的那样，气体流78 (其在图4的实施例中包括C0230)可在热交换器106处被加热。再次，C0230被加热到的温度可取决于传感器94、104、108、110中的任何一个或它们的组合收集到的和控制器92监测到的测量结果。控制器92可响应于系统10的监测到的参数(例如，来自传感器94、104、108、110的反馈)来对C0230的流率、C0230的温度、C0230的压力或其任何组合作出调节。如上面大体提到的那样，可加热C0230，以有利于搅拌和弄松气化进料容器70内的固体燃料74。再次，由于这种干混合的原因，固体燃料84的进料可具有均匀的能量含量和基本恒定的能量浓度。如同图3中的氮24 一样，C0230也可用作用于进料84中的固体燃料74的运载气体。因此，固体燃料84的进料可为基本均质且流化的流，其包括固体燃料74、除了固体燃料74之外可添加到气化进料容器70的任何添加剂，以及C0230。当与固体燃料74混合时，C0230从而可以基本恒定的流率、基本恒定的能量浓度、保持在期望范围内的能量浓度或其任何组合，对气化器22或另一个下游系统或工艺提供固体燃料84的进料。在某些实施例中，使用C0230可为合乎需要的，因为CO2是在气化器22内执行的气化过程的副产气体，并且可在AGR和碳捕捉系统44处被回收。此外，与其它气体相比，CO2典型地具有增强的阻燃或抑燃品质，这可协助防止在气化进料容器70内发生燃烧。实际上，在一些实施例中，图2的气体流78可包括氮24、C0230和适于根据本方法来使用的任何其它气体的组合。例如，在某些实施例中，可包括可协助燃烧的气体，作为气体流78的小部分。这样的助燃气体可以抑燃气体(例如，CO2, N2, Ar、Ne等)在气化进料容器70内阻止燃烧所处的分压包括在气体流78中。因此，气体流78可包括与抑燃气体结合的大气空气或氧。如上面提到的那样，除了使用流气体来增强和/或促进干混合和规则流动或者作为其替代，本发明实施例提供用于对气化进料容器70内的固体燃料74进行干混合的机械搅拌器72。图5示出了给料制备系统12的实施例，其中，气化进料容器70包括螺旋传送器120，螺旋传送器120有利于干混合和搅拌，使得固体燃料84的进料以基本恒定的能量浓度提供给气化器。螺旋传送器120包括中心轴122和螺旋卷绕部124，螺旋卷绕部124设置在中心轴122的周边上而形成螺旋传送器120的螺旋部分126。螺旋部分126定位在构造成容纳被螺旋部分126传送的固体燃料74的外部套管128内。螺旋部分126被马达130驱动，马达130控制螺旋部分126能够转动且因而传送固体燃料74的速度和扭矩。如上面关于图2的机械搅拌器72所大体提到的那样，控制器92与马达130操作性连接，并且控制器92可响应于接收自传感器94、104、108、110中的任何一个或组合的反馈来控制马达130的速度。作为非限制性示例，未处理合成气35的温度高于最优值的指示可使控制器92提高马达130的速度，使得螺旋传送器120更剧烈地对固体燃料74进行干混合。照这样，可减小固体燃料84的进料的能量浓度有不一致或大的变化的可能性。如所示出的那样，马达130操作性地联接到中心轴122上，以旋转用于对固体燃料74进行干混合的螺旋部分126。如所示出的那样，固体燃料74在螺旋传送器120的外部套管128内，并且在外部套管128的外部在移动床140中。如所提到的那样，移动床140在其中气化进料容器70包括气体入口 76的实施例可被流化。螺旋传送器120包括构造成将固体燃料74接收到螺旋传送器120中(例如，外部套管128内)的固体入口 142。螺旋传送器120可沿期望的方向转动，以便沿方向144朝螺旋传送器120的固体出口 146提升和混合固体燃料74。固体燃料74然后可离开螺旋传送器120，并且沿方向148落向气化进料容器70的固体燃料出口 82。移动固体燃料74、在螺旋传送器120中传送固体燃料74以及使固体燃料74保持在气化进料容器70内运动或其任何组合的动作可使得能够减小气化进料容器70所输送的固体燃料74的能量浓度的变化。另外，应当注意，螺旋传送器120可与惰性气体/阻燃气体(诸如队、抱、0)2等)结合起来使用，以降低气化进料容器70内有燃烧或点燃的可能性。实际上，如上面关于图2所提到的那样，在某些实施例中，螺旋传送器可与气体入口 76和CO230,N2 24或在系统10内产生或以别的方式存在于系统10内的任何惰性气体或阻燃气体结合起来使用。虽然示出的实施例描绘了螺旋传送器120沿方向144传送固体燃料74，但在其它实施例中，螺旋传送器120可沿相反的方向(即，从气化进料容器70的固体入口 80到固体燃料出口 82的方向148)传送固体燃料74。在这样的实施例中，螺旋传送器120的固体入口 142将设置在气化进料容 器70的固体燃料入口 80侧，而固体出口 146则将设置成紧邻固体燃料出口 82。照这样，螺旋传送器120可控制固体燃料74输送到计量装置96的速率，从而提高过程控制的水平。另外，在这样的实施例中，移动床140可设置成较接近气化进料容器70的固体燃料入口 80，使得螺旋传送器120的固体入口 142防止固体燃料74在外部套管128的外部到达计量装置96。本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种系统，包括: 气化进料容器，其包括:构造成将固体燃料接收到所述气化进料容器中的固体燃料入口；构造成对所述进料容器内的固体燃料进行干混合的干混合器，其中，所述干混合器包括构造成将气体流输送到所述气化进料容器或机械搅拌器或它们的组合中的气体入Π ；构造成将所述固体燃料的进料输送到气化系统的固体燃料出口；以及联接到所述固体燃料出口上的计量装置，其中，所述计量装置构造成控制输送到所述气化系统的固体燃料的进料的量； 其中，所述气化进料容器构造成随着时间的推移在期望的能量浓度范围内将所述固体燃料的进料提供给所述气化系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括操作性地连接到所述计量装置上的控制器，其中，所述控制器构造成响应于接收自所述气化系统的反馈来调节所述固体燃料的进料的量。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述干混合器包括所述气体入口，并且所述气体入口构造成通过管道接收来自气体源的气体流，并且所述控制器构造成调节沿着所述管道设置的流量控制装置，以控制通过所述管道的气体流的流量，以控制所述固体燃料在所述气化进料容器内的干混合。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气体源包括空气分离单元(ASU)，并且所述气体流包括在所述ASU处从空气中分离出的氮(N2)。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气体源包括构造成从所述气化系统产生的合成气中捕捉二氧化碳(CO2)的碳捕捉系统，并且所述气体流包括所述碳捕捉系统捕捉到的CO2。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述干混合器包括所述机械搅拌器，并且所述机械搅拌器包括由马达驱动的搅拌器，所述控制器操作性地连接到所述马达上，并且所述控制器构造成调节所述马达的速度，以控制所述固体燃料在所述气化进料容器内的干混合。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述搅拌器包括由所述马达驱动的螺旋传送器。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述气化系统，所述气化系统具有构造成气化所述固体燃料以产生未处理合成气的气化器，其中，接收自所述气化系统的反馈包括所述气化器内的温度、所述未处理合成气的温度、随着时间的推移而产生的未处理合成气的量或它们的任何组合。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成在所述固体燃料在所述气化进料容器内进行干混合之前使所述固体燃料干燥的干燥单元。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括构造成接收来自所述气化进料容器的固体燃料的进料的干燥单元，以在所述固体燃料的进料提供给所述气化系统之前，使所述固体燃料干燥。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括热交换器，所述热交换器构造成在所述气体流输送到所述气化进料容器之前，加热所述流气体，以使所述气化进料容器内的固体燃料干燥和膨胀。
12.一种系统,包括: 气化进料斗，其包括:构造成将固体燃料接收到所述气化进料斗中的固体燃料入口 ；构造成对所述气化进料斗内的固体燃料进行干混合的干混合器，其中，所述干混合器包括构造成将气体流输送到所述气化进料斗或机械搅拌器或它们的组合中的气体入口 ；以及构造成将所述固体燃料的进料输送到气化系统的固体燃料出口 ； 其中，所述干混合器构造成减小提供给所述气化系统的固体燃料的进料中的能量浓度的变化。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述气化进料斗构造成随着时间的推移以基本恒定的能量浓度将所述固体燃料的进料提供给所述气化系统。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述气化进料斗包括计量装置，所述计量装置联接到所述固体燃料出口上，并且构造成控制由所述气化进料斗输送的固体燃料的进料的量，并且所述气化系统包括气化器，所述气化器构造成接收所述固体燃料的进料，并且气化所述固体燃料，以产生未处理合成气。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述系统包括控制器，所述控制器操作性地连接到所述计量装置上，并且构造成响应于反馈来调节所述固体燃料的进料的量，所述反馈指示所述气化器内的 温度、所述未处理合成气的温度、随着时间的推移而产生的未处理合成气的量或它们的任何组合。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述干混合器包括所述机械搅拌器，并且所述机械搅拌器包括由马达驱动的搅拌器，所述控制器操作性地连接到所述马达上，并且所述控制器构造成调节所述马达的速度，以控制所述固体燃料在所述气化进料斗内的干混合。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述气化进料斗包括正计量泵，所述正计量泵联接到所述固体燃料出口上，并且构造成控制由所述气化进料斗输送的固体燃料的进料的量。
18.一种方法，包括: 将固体燃料接收到气化进料容器内； 使用机械搅拌器或对所述气化进料容器的内部提供的气体流或它们的组合来对所述气化进料容器内的固体燃料进行干混合；以及 随着时间的推移在期望的能量浓度范围内将所述固体燃料的进料输送到气化系统。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括响应于接收自所述气化系统的、指示所述固体燃料的进料的异质能量浓度的反馈，来调节所述机械搅拌器的速度或所述气体流的流率或它们的组合。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括调节所述气体流的流率，以使所述固体燃料在所述气化进料容器内保持为流化状态。
全文摘要
本发明涉及用于对气化进料进行干混合的系统和方法。本发明实施例包括用于减小提供给气化器的固体进料的变化的系统和方法。例如，在实施例中，气化进料容器包括构造成将固体燃料接收到气化进料容器内的固体燃料入口；构造成对进料容器内的固体燃料进行干混合的干混合器；构造成将固体燃料的进料输送到气化系统的固体燃料出口；以及联接到固体燃料出口上的计量装置。计量装置构造成控制输送到气化系统的固体燃料的进料的量。气化进料容器构造成随着时间的推移在期望的能量浓度范围内将固体燃料的进料提供给气化系统。
文档编号C10J3/30GK103087775SQ20121041594
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年10月28日
发明者G.D.米勒 申请人:通用电气公司