用于氣化的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領域】
[0001]在本文公開的主題涉及氣化系統(tǒng)，并且更具體地涉及整體式反應器合成氣冷卻器，其可與氣化器一起使用來改善氣化系統(tǒng)的效率并調(diào)節(jié)最終產(chǎn)品氣的組成。
【背景技術(shù)】
[0002]氣化器將含碳材料轉(zhuǎn)化成主要由一氧化碳和氫氣構(gòu)成的氣態(tài)混合物，其被稱為合成氣體或者合成氣。例如，氣化系統(tǒng)可以包括一個或更多個氣化器，其在高溫下使原料與氧氣和水或蒸汽反應生成合成氣。合成氣可被用于發(fā)電，化工生產(chǎn)，或者任何其它合適的應用。在使用之前，合成氣可在合成氣冷卻器中冷卻，并在氣體處理系統(tǒng)中進行處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]與本發(fā)明最初要求保護的范圍相應的某些實施例在下文進行概括。這些實施例并不意圖限定本發(fā)明所要求保護的范圍，相反地，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概括。實際上，本發(fā)明可以涵蓋與在下文陳述的實施例類似或不同的各種形式。
[0004]在第一實施例中，系統(tǒng)包括可氣化原料的整體式反應器-合成氣冷卻器。整體式反應器-合成氣冷卻器包括反應區(qū)域，其可接收第一合成氣和原料，并可氣化原料以生成第二合成氣。第二合成氣具有與第一合成氣不同的組成。系統(tǒng)還包括一個或更多個進料噴射器，其設置在整體式反應器-合成氣冷卻器中，并可將原料供給至反應區(qū)域和冷卻區(qū)域，冷卻區(qū)域設置在反應區(qū)域的下游，并包括一個或更多個冷卻管。冷卻區(qū)域可接收并冷卻第二合成Ho
[0005]在第二個實施例中，方法包括在氣化器中氣化第一原料以生成第一合成氣，將第一合成氣引導至流體地聯(lián)接至氣化器的整體式反應器-合成氣冷卻器，以及將第二原料供給至整體式反應器-合成氣冷卻器。整體式反應器-合成氣冷卻器包括反應區(qū)域，其可通過與第一合成氣反應來氣化第二原料以生成第二合成氣。方法還包括調(diào)節(jié)供給至整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域的第二原料的量以調(diào)節(jié)第二合成氣的組成。
[0006]在第三實施例中，系統(tǒng)包括控制器，其包括一個或更多個有形的、非暫時性的、機器可讀的媒介，它們共同存儲一套或更多套指令；以及一個或更多個處理設備，其可執(zhí)行一套或更多套指令以監(jiān)控或者控制系統(tǒng)的運行?？刂破鬟€包括一套或更多套指令，其可將第一原料供給至氣化器，并將第二原料供給至設置在氣化器下游的整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域。氣化器流體地聯(lián)接至整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域，并可氣化第一原料以生成第一合成氣?？刂破鬟€包括一套或更多套指令，其構(gòu)造成在整體式反應器_合成氣冷卻器的反應區(qū)域中氣化第二原料以生成第二合成氣。整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域利用來自第一合成氣的熱量來氣化第二原料。一套或更多套指令還調(diào)節(jié)在整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域中的第二原料的量以使第二合成氣富含甲烷或氫氣，并調(diào)節(jié)第二合成氣的溫度。
[0007]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括:整體式反應器-合成氣冷卻器，其構(gòu)造成氣化原料，其中整體式反應器-合成氣冷卻器包括:反應區(qū)域，其構(gòu)造成接收第一合成氣和原料，并氣化原料以生成第二合成氣，其中第二合成氣具有與第一合成氣不同的組成;一個或更多個進料噴射器，其設置在整體式反應器-合成氣冷卻器中，并構(gòu)造成將原料供給至反應區(qū)域；以及冷卻區(qū)域，其設置在反應區(qū)域的下游，并包括一個或更多個冷卻管，其中冷卻區(qū)域構(gòu)造成接收并冷卻第二合成氣。
[0008]本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，包括流體地聯(lián)接至整體式反應器_合成氣冷卻器的氣化器，其中氣化器構(gòu)造成生成第一合成氣。
[0009]本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，第二合成氣為在從整體式反應器-合成氣冷卻器排出之前，分別在冷卻區(qū)域中通過與驟冷劑或者局部驟冷劑的組合而驟冷或者局部地驟冷中的至少一者。
[0010]本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，驟冷或者局部驟冷發(fā)生在冷卻區(qū)域的下游部分。
[0011]本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，驟冷劑由液態(tài)水和溶劑中的至少一者組成，并且局部驟冷劑由氮氣、回收合成氣、二氧化碳和過熱蒸汽中的至少一者組成。
[0012]本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，冷卻管與整體式反應器-合成氣冷卻器的中心線對齊，使得冷卻管軸向和周向地布置在冷卻區(qū)的至少一部分上。
[0013]本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，冷卻管在整體式反應器-合成氣冷卻器周圍周向地盤旋以在整體式反應器-合成氣冷卻器的至少一部分上形成螺旋形構(gòu)造。
[0014]本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域的至少一部分包括防護屏障。
[0015]本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，包括流體地聯(lián)接至反應區(qū)域的顆粒分離系統(tǒng)，其中顆粒分離系統(tǒng)構(gòu)造成從設置在反應區(qū)域上游的氣化器接收第一合成氣，以在將第一合成氣引導至反應區(qū)域之前，實現(xiàn)熔渣或顆粒中的至少一者從第一合成氣的分離。
[0016]本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，包括控制器，其構(gòu)造成控制供給至反應器的原料、或者緩和劑、或者反應氣、或其組合中的至少一者的量，以使第二合成氣富含甲燒或氫氣。
[0017]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，一個或更多個進料噴射器周向地分布在整體式反應器-合成氣冷卻器中，并且其中一個或更多個進料噴射器構(gòu)造成在整體式反應器-合成氣冷卻器內(nèi)軸向地、周向地或者朝向整體式反應器-合成氣冷卻器中心線軸線引導原料。
[0018]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案提供了一種方法，包括:在氣化器中氣化第一原料以生成第一合成氣;將第一合成氣引導至流體地聯(lián)接至氣化器的整體式反應器-合成氣冷卻器；將第二原料供給至整體式反應器-合成氣冷卻器，其中整體式反應器-合成氣冷卻器包括反應區(qū)域，其構(gòu)造成通過與第一合成氣反應來氣化第二原料以生成第二合成氣；以及調(diào)節(jié)供給至整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域的第二原料的量以調(diào)節(jié)第二合成氣的組成。
[0019]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，包括調(diào)節(jié)供給至反應區(qū)域的緩和劑和反應氣中的至少一者的量以調(diào)節(jié)第二合成氣的組成。
[0020]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，第一原料和第二原料為相同的。
[0021]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，第一原料和第二原料為不同的。
[0022]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，包括在將第一合成氣引導進入整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域之前，從第一合成氣分離熔渣和顆粒中的至少一者。
[0023]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，包括在整體式反應器-合成氣冷卻器的冷卻區(qū)域中冷卻第二合成氣。
[0024]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十二技術(shù)方案中，第二合成氣為富含甲烷或氫氣的。
[0025]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包括:控制器，包括:一個或更多個有形的、非暫時性的、機器可讀的媒介，其共同存儲一套或更多套指令；以及一個或更多個處理設備，其構(gòu)造成執(zhí)行一套或更多套指令以監(jiān)控或者控制系統(tǒng)的運行，其中一套或更多套指令構(gòu)造成:將第一原料供給至氣化器，并將第二原料供給至設置在氣化器下游的整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域，其中氣化器流體地聯(lián)接至整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域，并構(gòu)造成氣化第一原料以生成第一合成氣;在整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域中氣化第二原料以生成第二合成氣，其中整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域利用來自第一合成氣的熱量來氣化第二原料；以及調(diào)節(jié)在整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域中的第二原料的量以使第二合成氣富含甲烷或氫氣，并調(diào)節(jié)第二合成氣的溫度。
[0026]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第二十技術(shù)方案中，控制器調(diào)節(jié)整體式反應器-合成氣冷卻器的反應區(qū)域中的緩和劑或反應氣的量以修改第二合成氣的組成。
【附圖說明】
[0027]當參考附圖來閱讀下文的詳細說明時，將能夠更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點，貫穿附圖，相同的附圖標記表示相同的部分，其中:
[0028]圖1為包括構(gòu)造以產(chǎn)生第一合成氣的氣化器和構(gòu)造以產(chǎn)生第二合成氣的整體式反應器-合成氣冷卻器的氣化系統(tǒng)的實施例的塊狀圖；
[0029]圖2為可與圖1的氣化系統(tǒng)一起使用的整體式反應器-合成氣冷卻器的實施例的橫截面視圖；
[0030]圖3為具有在合成氣冷卻器上部區(qū)域中軸向地分布的進料噴射器噴嘴的圖2的整體式反應器-合成氣冷卻器的實施例；
[0031]圖4為具有在合成氣冷卻器上部區(qū)域上徑向地分布的進料噴射器噴嘴的圖2的整體式反應器-合成氣冷卻器的實施例；
[0032]圖5為具有螺旋冷卻管的圖2的整體式反應器-合成氣冷卻器的實施例；
[0033]圖6為圖2的整體式反應器-合成氣冷卻器的實施例的橫截面視圖，其中第二合成氣在排出整體式反應器-合成氣冷卻器之前被驟冷。
[0034]圖7為圖2的整體式反應器-合成氣冷卻器的實施例的橫截面視圖，其中第二合成氣在排出整體式反應器-合成氣冷卻器之前被局部驟冷。
[0035]圖8為具有在氣化器和整體式反應器-合成氣冷卻器之間插入顆粒去除步驟的圖1的氣化系統(tǒng)的一部分的實施例的橫截面視圖；以及
[0036]圖9為示出按照某些實施例的用于產(chǎn)生富含甲烷(CH4)或氫氣(H2)的合成氣的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明的一種或更多種特定的實施例將在下文描述。在試圖提供這些實施例的簡要說明時，實際實施方式的所有技術(shù)特征并未在本說明書中進行描述。應當認識的是，對任何這樣的實際實施方式所做的改進，如在任何工程或設計項目中所做的改進，大量實施方式特定的決策必須被做出以實現(xiàn)開發(fā)者特定的目標，例如與系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制相一致，其在不同的方案中可能會是不同的。此外，應當認識的是，這樣的改進嘗試可能是復雜的和耗時的，但是對于受益于本公開的本領域技術(shù)人員來說，其將會是常規(guī)的設計、制造和生產(chǎn)任務。
[0038]當引入本發(fā)明的各種實施例的元素時，詞語“一”、“一個”、“該”和“所述的”意圖是指存在一個或更多個元素。用語“包含”、“包括”和“具有”意圖是包括的并且指代除了所列出的元素，還可以存在其它的元素。
[0039]如在下文詳細討論的，所公開的實施例包括多級(例如兩級)氣化系統(tǒng)，該氣化系統(tǒng)包括氣化器(例如反應器)和整體式反應器-合成氣冷卻器反應器(例如反應器)，該反應器設計成調(diào)節(jié)在氣化器中產(chǎn)生的合成氣的組成。通常地，在氣化過程中，原料(例如燃料)在氣化器中經(jīng)歷部分氧化以產(chǎn)生合成氣。所獲得的合成氣流至整體式反應器-合成氣冷卻器反應器中，并通過一個或更多個進料噴射器與供給至整體式反應器-合成氣冷卻器反應器的另外的原料混合。另外的原料吸收源自合成氣的熱量，同時冷卻并提高合成氣的甲烷含量，后者會在更低的溫度下促使發(fā)生。據(jù)此，氣化系統(tǒng)可以幫助合成天然氣(SNG)的生產(chǎn)，此外，通過控制供給至整體式反應器-合成氣冷卻器反應器的另外的原料和水、蒸汽或其它化學物質(zhì)的量，就可以調(diào)節(jié)合成氣的組成。例如，可以調(diào)節(jié)合成氣中甲烷(CH4)的量或者一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的比例以在電力、煤制油(CTL)和化學裝置應用中使用，并提高氣化效率。據(jù)此，在本文中提供的為整體式反應器-合成氣冷卻器反應器，其構(gòu)造成調(diào)節(jié)在氣化器的上游產(chǎn)生的合成氣的組成，以產(chǎn)生富含CH4(例如合成天然氣)或出的合成氣。
[0040]圖1示出了氣化系統(tǒng)10的實施例，包括生成第一合成氣14的氣化器12和整體式反應器-合成氣冷卻器16(例如在單個殼體中帶有反應器或反應區(qū)域以及冷卻器或冷卻區(qū)域的合成氣冷卻器)，該整體式反應器-合成氣冷卻器16包括構(gòu)造成生成用于在一個或更多個下游應用中使用的第二合成氣20(例如C0、H2、甲烷、合成天然氣(SNG))的整體式反應器-合成氣冷卻器反應器18和構(gòu)