用于气化的系统和方法
【技术领域】
[0001]在本文公开的主题涉及气化系统，并且更具体地涉及整体式反应器合成气冷却器，其可与气化器一起使用来改善气化系统的效率并调节最终产品气的组成。
【背景技术】
[0002]气化器将含碳材料转化成主要由一氧化碳和氢气构成的气态混合物，其被称为合成气体或者合成气。例如，气化系统可以包括一个或更多个气化器，其在高温下使原料与氧气和水或蒸汽反应生成合成气。合成气可被用于发电，化工生产，或者任何其它合适的应用。在使用之前，合成气可在合成气冷却器中冷却，并在气体处理系统中进行处理。
【发明内容】
[0003]与本发明最初要求保护的范围相应的某些实施例在下文进行概括。这些实施例并不意图限定本发明所要求保护的范围，相反地，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可以涵盖与在下文陈述的实施例类似或不同的各种形式。
[0004]在第一实施例中，系统包括可气化原料的整体式反应器-合成气冷却器。整体式反应器-合成气冷却器包括反应区域，其可接收第一合成气和原料，并可气化原料以生成第二合成气。第二合成气具有与第一合成气不同的组成。系统还包括一个或更多个进料喷射器，其设置在整体式反应器-合成气冷却器中，并可将原料供给至反应区域和冷却区域，冷却区域设置在反应区域的下游，并包括一个或更多个冷却管。冷却区域可接收并冷却第二合成Ho
[0005]在第二个实施例中，方法包括在气化器中气化第一原料以生成第一合成气，将第一合成气引导至流体地联接至气化器的整体式反应器-合成气冷却器，以及将第二原料供给至整体式反应器-合成气冷却器。整体式反应器-合成气冷却器包括反应区域，其可通过与第一合成气反应来气化第二原料以生成第二合成气。方法还包括调节供给至整体式反应器-合成气冷却器的反应区域的第二原料的量以调节第二合成气的组成。
[0006]在第三实施例中，系统包括控制器，其包括一个或更多个有形的、非暂时性的、机器可读的媒介，它们共同存储一套或更多套指令；以及一个或更多个处理设备，其可执行一套或更多套指令以监控或者控制系统的运行。控制器还包括一套或更多套指令，其可将第一原料供给至气化器，并将第二原料供给至设置在气化器下游的整体式反应器-合成气冷却器的反应区域。气化器流体地联接至整体式反应器-合成气冷却器的反应区域，并可气化第一原料以生成第一合成气。控制器还包括一套或更多套指令，其构造成在整体式反应器_合成气冷却器的反应区域中气化第二原料以生成第二合成气。整体式反应器-合成气冷却器的反应区域利用来自第一合成气的热量来气化第二原料。一套或更多套指令还调节在整体式反应器-合成气冷却器的反应区域中的第二原料的量以使第二合成气富含甲烷或氢气，并调节第二合成气的温度。
[0007]本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括:整体式反应器-合成气冷却器，其构造成气化原料，其中整体式反应器-合成气冷却器包括:反应区域，其构造成接收第一合成气和原料，并气化原料以生成第二合成气，其中第二合成气具有与第一合成气不同的组成;一个或更多个进料喷射器，其设置在整体式反应器-合成气冷却器中，并构造成将原料供给至反应区域；以及冷却区域，其设置在反应区域的下游，并包括一个或更多个冷却管，其中冷却区域构造成接收并冷却第二合成气。
[0008]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，包括流体地联接至整体式反应器_合成气冷却器的气化器，其中气化器构造成生成第一合成气。
[0009]本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，第二合成气为在从整体式反应器-合成气冷却器排出之前，分别在冷却区域中通过与骤冷剂或者局部骤冷剂的组合而骤冷或者局部地骤冷中的至少一者。
[0010]本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，骤冷或者局部骤冷发生在冷却区域的下游部分。
[0011]本发明的第五技术方案是在第三技术方案中，骤冷剂由液态水和溶剂中的至少一者组成，并且局部骤冷剂由氮气、回收合成气、二氧化碳和过热蒸汽中的至少一者组成。
[0012]本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，冷却管与整体式反应器-合成气冷却器的中心线对齐，使得冷却管轴向和周向地布置在冷却区的至少一部分上。
[0013]本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，冷却管在整体式反应器-合成气冷却器周围周向地盘旋以在整体式反应器-合成气冷却器的至少一部分上形成螺旋形构造。
[0014]本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，整体式反应器-合成气冷却器的反应区域的至少一部分包括防护屏障。
[0015]本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，包括流体地联接至反应区域的颗粒分离系统，其中颗粒分离系统构造成从设置在反应区域上游的气化器接收第一合成气，以在将第一合成气引导至反应区域之前，实现熔渣或颗粒中的至少一者从第一合成气的分离。
[0016]本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，包括控制器，其构造成控制供给至反应器的原料、或者缓和剂、或者反应气、或其组合中的至少一者的量，以使第二合成气富含甲烧或氢气。
[0017]本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，一个或更多个进料喷射器周向地分布在整体式反应器-合成气冷却器中，并且其中一个或更多个进料喷射器构造成在整体式反应器-合成气冷却器内轴向地、周向地或者朝向整体式反应器-合成气冷却器中心线轴线引导原料。
[0018]本发明的第十二技术方案提供了一种方法，包括:在气化器中气化第一原料以生成第一合成气;将第一合成气引导至流体地联接至气化器的整体式反应器-合成气冷却器；将第二原料供给至整体式反应器-合成气冷却器，其中整体式反应器-合成气冷却器包括反应区域，其构造成通过与第一合成气反应来气化第二原料以生成第二合成气；以及调节供给至整体式反应器-合成气冷却器的反应区域的第二原料的量以调节第二合成气的组成。
[0019]本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，包括调节供给至反应区域的缓和剂和反应气中的至少一者的量以调节第二合成气的组成。
[0020]本发明的第十四技术方案是在第十二技术方案中，第一原料和第二原料为相同的。
[0021]本发明的第十五技术方案是在第十二技术方案中，第一原料和第二原料为不同的。
[0022]本发明的第十六技术方案是在第十二技术方案中，包括在将第一合成气引导进入整体式反应器-合成气冷却器的反应区域之前，从第一合成气分离熔渣和颗粒中的至少一者。
[0023]本发明的第十七技术方案是在第十二技术方案中，包括在整体式反应器-合成气冷却器的冷却区域中冷却第二合成气。
[0024]本发明的第十八技术方案是在第十二技术方案中，第二合成气为富含甲烷或氢气的。
[0025]本发明的第十九技术方案提供了一种系统，包括:控制器，包括:一个或更多个有形的、非暂时性的、机器可读的媒介，其共同存储一套或更多套指令；以及一个或更多个处理设备，其构造成执行一套或更多套指令以监控或者控制系统的运行，其中一套或更多套指令构造成:将第一原料供给至气化器，并将第二原料供给至设置在气化器下游的整体式反应器-合成气冷却器的反应区域，其中气化器流体地联接至整体式反应器-合成气冷却器的反应区域，并构造成气化第一原料以生成第一合成气;在整体式反应器-合成气冷却器的反应区域中气化第二原料以生成第二合成气，其中整体式反应器-合成气冷却器的反应区域利用来自第一合成气的热量来气化第二原料；以及调节在整体式反应器-合成气冷却器的反应区域中的第二原料的量以使第二合成气富含甲烷或氢气，并调节第二合成气的温度。
[0026]本发明的第二十技术方案是在第二十技术方案中，控制器调节整体式反应器-合成气冷却器的反应区域中的缓和剂或反应气的量以修改第二合成气的组成。
【附图说明】
[0027]当参考附图来阅读下文的详细说明时，将能够更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点，贯穿附图，相同的附图标记表示相同的部分，其中:
[0028]图1为包括构造以产生第一合成气的气化器和构造以产生第二合成气的整体式反应器-合成气冷却器的气化系统的实施例的块状图；
[0029]图2为可与图1的气化系统一起使用的整体式反应器-合成气冷却器的实施例的横截面视图；
[0030]图3为具有在合成气冷却器上部区域中轴向地分布的进料喷射器喷嘴的图2的整体式反应器-合成气冷却器的实施例；
[0031]图4为具有在合成气冷却器上部区域上径向地分布的进料喷射器喷嘴的图2的整体式反应器-合成气冷却器的实施例；
[0032]图5为具有螺旋冷却管的图2的整体式反应器-合成气冷却器的实施例；
[0033]图6为图2的整体式反应器-合成气冷却器的实施例的横截面视图，其中第二合成气在排出整体式反应器-合成气冷却器之前被骤冷。
[0034]图7为图2的整体式反应器-合成气冷却器的实施例的横截面视图，其中第二合成气在排出整体式反应器-合成气冷却器之前被局部骤冷。
[0035]图8为具有在气化器和整体式反应器-合成气冷却器之间插入颗粒去除步骤的图1的气化系统的一部分的实施例的横截面视图；以及
[0036]图9为示出按照某些实施例的用于产生富含甲烷(CH4)或氢气(H2)的合成气的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0037]本发明的一种或更多种特定的实施例将在下文描述。在试图提供这些实施例的简要说明时，实际实施方式的所有技术特征并未在本说明书中进行描述。应当认识的是，对任何这样的实际实施方式所做的改进，如在任何工程或设计项目中所做的改进，大量实施方式特定的决策必须被做出以实现开发者特定的目标，例如与系统相关和商业相关的限制相一致，其在不同的方案中可能会是不同的。此外，应当认识的是，这样的改进尝试可能是复杂的和耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员来说，其将会是常规的设计、制造和生产任务。
[0038]当引入本发明的各种实施例的元素时，词语“一”、“一个”、“该”和“所述的”意图是指存在一个或更多个元素。用语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括的并且指代除了所列出的元素，还可以存在其它的元素。
[0039]如在下文详细讨论的，所公开的实施例包括多级(例如两级)气化系统，该气化系统包括气化器(例如反应器)和整体式反应器-合成气冷却器反应器(例如反应器)，该反应器设计成调节在气化器中产生的合成气的组成。通常地，在气化过程中，原料(例如燃料)在气化器中经历部分氧化以产生合成气。所获得的合成气流至整体式反应器-合成气冷却器反应器中，并通过一个或更多个进料喷射器与供给至整体式反应器-合成气冷却器反应器的另外的原料混合。另外的原料吸收源自合成气的热量，同时冷却并提高合成气的甲烷含量，后者会在更低的温度下促使发生。据此，气化系统可以帮助合成天然气(SNG)的生产，此外，通过控制供给至整体式反应器-合成气冷却器反应器的另外的原料和水、蒸汽或其它化学物质的量，就可以调节合成气的组成。例如，可以调节合成气中甲烷(CH4)的量或者一氧化碳(CO)和氢气(H2)的比例以在电力、煤制油(CTL)和化学装置应用中使用，并提高气化效率。据此，在本文中提供的为整体式反应器-合成气冷却器反应器，其构造成调节在气化器的上游产生的合成气的组成，以产生富含CH4(例如合成天然气)或出的合成气。
[0040]图1示出了气化系统10的实施例，包括生成第一合成气14的气化器12和整体式反应器-合成气冷却器16(例如在单个壳体中带有反应器或反应区域以及冷却器或冷却区域的合成气冷却器)，该整体式反应器-合成气冷却器16包括构造成生成用于在一个或更多个下游应用中使用的第二合成气20(例如C0、H2、甲烷、合成天然气(SNG))的整体式反应器-合成气冷却器反应器18和构