用于掺合无水浆料的混合物和设备的制造方法
【专利说明】用于掺合无水浆料的混合物和设备
[0001] 发明背景 本文公开的主题涉及浆料的气化。更具体地，本发明公开的实施方案涉及制备进料浆 料并将进料浆料递送至气化器。
[0002] 可将化石燃料（例如煤或石油）气化用于生产电、化学品、合成燃料或用于多种其 它的应用。气化涉及在高温和压力下使含碳燃料与亚化学计量的量的氧反应，以产生合成 气，所述合成气是一种主要含有一氧化碳和氢气的气体燃料，其比它的初始状态的燃料更 有效地燃烧并且更为清洁。
[0003] 已知气化过程通过以下方法攻克了将固体含碳燃料（例如煤）进料至高压汽化器 的挑战：通过将煤碾磨为细粉并将该粉末与水混合以形成含水煤浆，所述含水煤浆可使用 常规加工设备（例如变容真空栗）运送至汽化器。一般使用该方法进料至汽化器的浆料必 须满足至少两个条件。首先，燃料本身必须具有相对高的总热值。其次，含水浆料的固体含 量必须使得固体燃料的能含量（如同它以前的能含量）没有通过过量水的存在而被稀释。
[0004] 总热值是当燃料通过燃烧反应与氧气完全反应时将释放的热能的量的度量。它包 括当燃烧产物中所有的水从蒸汽冷凝为液体时所释放的能量。使用具有相对高的总热值的 燃料对于有效且经济的气化过程而言是重要的。当含碳燃料（例如煤）与氧气在气化器中 反应时，一些煤通过燃烧反应完全氧化为二氧化碳和水，且一些煤通过数个气化反应（例 如11 20和032与固体碳的反应）部分氧化为一氧化碳和氢气。所述燃烧反应为放热的，这表 示它释放热能。所述气化反应为吸热的，这表示它们需要热能输入来进行反应。因此，在操 作的气化器中，含碳燃料同时燃烧并气化。燃烧的燃料的一部分供给驱动气化反应的热能， 以及将反应物（燃料、氧化剂和水）从环境温度加热至高温（在该温度下在气化器内部进 行反应）的能量。如果燃料的热值过低，更大部分的燃料必须通过燃烧反应反应，以供给充 分的热能来加热反应物和驱动气化反应。但这通过将更多的气体移至二氧化碳和水，并远 离更期望的一氧化碳和氢气产物，而使产物合成气组合物降解。同样，如果浆料含有过多的 水，更多的燃料必须通过燃烧反应反应，以提供额外的能量来加热过量的水。
[0005] 石油焦炭、无烟煤和烟煤是可有效气化的具有高总热值的燃料的实例。也可将它 们制成具有相对高的固体含量的含水浆料，因此它们代表高品质的气化燃料。相反，褐煤和 一些次烟煤具有较低的总热值。此外，它们中的许多可具有高的内部水分含量，因此它们产 生具有较低固体含量的含水浆料。两方面的这些因素使得褐煤和次烟煤为气化器的较不理 想的进料。类似次烟煤和褐煤，大多数生物质具有相对低的总热值并产生具有低固体含量 的含水浆料。然而，生物质为碳中性的、可再生的原料，并且低阶煤（例如褐煤和次烟煤） 比高阶煤（例如无烟煤和烟煤）更为低廉。因此，理想的是开发用于气化低总热值燃料和 高水分含量燃料（包括生物质和低阶煤）的混合物、系统和方法。
[0006] 发明简述 以下概述了与最初要求保护的发明的范围相当的某些实施方案。这些实施方案不旨在 限制请求保护的发明的范围，而是这些实施方案仅旨在提供本发明的可能形式的简述。实 际上，本发明可包括可类似或不同于下述实施方案的多种形式。
[0007] 在第一个实施方案中，气化原料包括具有小于约20兆焦耳/千克（MJ/kg)总热值 的固体和具有大于约14MJ/kg热值的无水液体（以湿基表示）的混合物。
[0008] 在第二个实施方案中，系统包括固体进料供给和液体进料供给，所述固体进料供 给经配置以供给具有低总热值的固体，所述液体进料供给经配置以供给具有高总热值的液 体。所述系统进一步包括与固体进料供给和液体进料供给连接的原料混合槽，其中所述原 料混合槽经配置以混合固体和液体来提供气化原料。
[0009] 在第三个实施方案中，系统包括原料混合控制器，所述原料混合控制器经配置以 调节液体原料和固体原料的比例来获得气化原料，其中固体原料包含以湿基表示的至少小 于约20兆焦耳/千克（MJ/kg)的第一总热值，且气化原料具有以湿基表示的至少大于16 MJ/kg的第三总热值。
[0010] 附图简述 当参考附图阅读以下详述时，将更好地理解本发明的这些和其它特点、方面和优点，其 中在全部附图中相同的字符表示相同的部分，其中： 图1说明依照本发明技术的实施方案的综合气化组合循环（IGCC)发电厂的实施方案 的框图。
[0011] 图2说明图1中描绘的依照本发明技术的实施方案的固-液混合系统； 图3描绘依照本发明技术的实施方案，用于混合无水浆料的工序的流程图。
[0012] 图4描绘图3中依照本发明技术的实施方案的工序的流程图续篇。
[0013] 发明详述 以下将描述一个或多个本发明的具体实施方案。企图提供对这些实施方案的简明描 述，实际实践的所有特点不可能全都描述于该说明书。应理解，在任何这类实际实践的研发 中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须作出许多实践-特定的决定，以实现研发者的 特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，所述约束可随一个到另一个实践而变化。 此外，应理解，尽管这类研发计划可为复杂且费时的，但无论如何，对于从本公开内容获得 益处的普通技术人员而言，其为设计、建造和制造的常规工作。
[0014] 当引入本发明的多个实施方案的要素时，冠词"8"、"811"、"也6"和"所述"意指存 在一个或多个所述要素。术语"包含"、"包括"和"具有"意指包含在内，并表示除列出的要 素之外还可存在另外的要素。
[0015] 本公开实施方案包括用于通过加入高总热值无水液体（例如，植物油、热解油、奥 里油（orimulsion)、生物柴油、液体化石燃料、石油衍生液体等），将例如低总热值的固体 和高水分含量的固体（例如生物质和高水分煤）用作气化器原料的混合物、系统和方法。所 述燃料的水分含量是指燃料中存在的水，且通常作为水的重量％来计量。所述燃料的总热 量是所述燃料能含量的度量，并通常以兆焦耳/千克（MJ/kg)计量。低阶煤，例如包括具有 低总热值（例如以湿基表示的小于约20MJ/kg)的煤。实施例包括煤，例如褐煤和一些次烟 煤。一些低阶煤还可含有高水分含量，在一些情况下为约20重量％-40重量％或更多。表1 示出延燃石油焦碳、烟煤（Illinois#_6)、两种次烟煤（Wyodak和MontanaRosebud)和褐煤 的典型组成和总热值数据。表中所述燃料的水分含量从左至右上升，如期望地，总热值通常 随水分含量的升高而下降。表中底下四行显示可较容易通过市售可得的栗传送至气化器的 典型的含水浆料浓度的范围，和在所述范围的最小值与最大值处的所述浆料的总热值。对 于延燃焦煤和Illin〇is#_6煤，可使用浆料浓度范围的中间到上部分的含水浆料浓度实现 经济的气化器操作。然而，对于经济的气化器操作而言，次烟煤和褐煤浆料的总热值在含水 浆料浓度范围内（换言之，约16MJ/kg和更低的含水浆料总热值）的任一点上可能太低。
[0016] 表 1。
[0017] 生物质燃料可包括各类燃料，例如玉米壳、稻谷壳、柳枝稷、芒草、甘蔗渣、高粱渣、 木材和木制品、藻类、粪肥、其它农产品和城市固体废物。如同低阶煤，一些生物质可含有相 当多的水分含量，其范围为约5-30重量％，或甚至在一些情况下高达90重量％。表2示出 5种典型生物质燃料的典型组成和总热值数据。如同表1中的煤，水分含量从左至右提升， 随着水分含量升高，燃料的能含量降低。在稻谷废料的情况中，高灰分含量补偿下降的水分 含量，在该意义上来说，类似水分的灰分稀释了有机物质的能含量。同样如表1，表2的底下 4行显示，可较可靠地产生并通过市售可得的栗运送至气化器的典型的含水浆料浓度范围， 以及在那些范围的最小值和最大值处的浆料总热值。由于所有生物质燃料的低浆料浓度， 对于经济的气化器操作而言，所有生物质浆料的总热值可能太低。
[0018] 表 2。
[0019] 如示于表1和表2,次烟煤、褐煤和生物质浆料具有比石油焦炭和烟煤浆料更低的 总热值和更高的含水量。如以上解释，气化具有低总热值和高含水量的原料可产生气化器 低效和不经济的操作。一种除去水分的方法是在用水混浆高水分的、低能量的材料之前将 它们干燥。然而，通过干燥除去水可需要高量的能量，这可负面影响气化装置的总能效。然 而，可通过将浆料介质从水（具有约为0的能含量）改变为无水液体（可向无水浆料贡献 能含量），生产更为期望的气化进料。（注意到，以下论述的无水液体被称为具有高总热值， 即便在一些情况中，它们可具有比浆料的固体燃料组分更低的总热值。对此的理由是，无水 液体的总热值是与水相比，而非与固体燃料相比。水具有为0的能含量，并因此不能向含水 浆料贡献任何能含量。然而，根据具有至少一些可测量的总热值，相较于水，无水液体为高 总热值液体）。
[0020] 通过审慎地选择需要的