專利名稱：氣化器注射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進的氣化器供料和氧化劑注射系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明提供了用于控制多燃燒器氣化器中固體顆粒流動的改進裝置和操作方案。所述系統(tǒng)還提供了用于異常操作條件或工藝燃燒器(process burner)意外回流(backflow)的情況下的一體化流動控制和緊急停車。這種改進的設(shè)計簡化了大型多燃燒器氣化器所需的機械系統(tǒng)，從而提供了更為可靠且緊湊的氣化器供料系統(tǒng)。在優(yōu)選的實施方式中，氣化器的烴供料基本為固體顆粒狀，并且優(yōu)選由煤炭、石化焦炭和/或固體生物質(zhì)組成。
背景技術(shù)：
隨著石油供給的應(yīng)用逐漸增加以及供應(yīng)量的逐漸減少，目前，經(jīng)濟型固體烴源，例如但不限于煤炭、石化焦炭和/或固體生物質(zhì)，的氣化技術(shù)作為生產(chǎn)電力、氫和其他高質(zhì)量運輸燃料，并將這些固體轉(zhuǎn)化成高價值化學(xué)品以滿足特定市場需要的通用且清潔的方式， 在技術(shù)上和經(jīng)濟上變得更有吸引力。目前，全世界有大量的煤炭供給，并且在美國市場上有大量石化焦炭的市場供給。這些供給中的絕大部分在美國的燃煤發(fā)電廠中作為燃料使用， 或者輸送到國外，作為外國發(fā)電的低價燃料。然而，使用現(xiàn)有的氣化技術(shù)，可通過將這些固體烴燃料在氣化器中部分氧化以生產(chǎn)合成氣產(chǎn)品，從而使用這些固體烴燃料源生產(chǎn)明顯更具吸引力的液體燃料產(chǎn)品，例如汽油和柴油。這些固體烴供料，例如煤炭、石化焦炭和/或固體生物質(zhì)，包含氫和碳，并且能夠在存在氧化氣體或蒸氣，例如空氣、氧氣和/或蒸汽存在下，在升高的溫度下部分氧化以生產(chǎn)“合成氣”產(chǎn)品。用于從烴源生產(chǎn)合成氣的化學(xué)品在工業(yè)中是已知的，并且可選擇適合的供料和操作條件以優(yōu)化合成氣生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)。所生產(chǎn)的合成氣優(yōu)選由氫(H2)和一氧化碳(CO)組成。隨后，可通過多種催化重組過程將此合成氣轉(zhuǎn)化成有價值的液體運輸燃料，例如汽油和柴油。在這些過程中，最為常見和熟知的是由德國研究者在1920年代研發(fā)的Fisher-Tropsch法。在Fisher-Tropsch法中，在存在通常由鐵和/或鈷組成的催化劑的條件下重整合成氣，其中將合成氣轉(zhuǎn)化成鏈狀烴分子。下式說明了 Fisher-Tropsch反應(yīng)中涉及的基本化學(xué)過程(2n+l)H2+nC0 ^ CnH(2n+2)+nH20 [1]在生產(chǎn)運輸燃料的轉(zhuǎn)化過程中，通常優(yōu)化條件以使反應(yīng)產(chǎn)物向具有約8至約20個原子的碳含量的較高分子量烴化合物的轉(zhuǎn)化最大化。在上述合成氣生產(chǎn)過程，用于將合成氣轉(zhuǎn)化成液體烴運輸燃料的各種化學(xué)方法在本領(lǐng)域是公知的。其他方法包括將固體烴供料，例如煤炭、石化焦炭和/或固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成合成氣(主要為氫和一氧化碳)以作為電力生產(chǎn)中的“清潔燃料”使用。與由其生產(chǎn)合成氣的固體烴供料相比，由此過程生產(chǎn)的合成氣保留了相對較高的BTU值。清潔燃料生產(chǎn)中的特別成問題的是基于化石燃料(例如煤炭和石化焦炭)的固體烴供料，因為這些供料可能包含大量的污染物，例如硫和/或氮。這些污染物會破壞發(fā)電設(shè)備，并且產(chǎn)生影響商業(yè)過程的環(huán)境排放。通過首先氣化固體烴燃料，這些污染物會被氣化且更易于在作為電力生產(chǎn)的氣體燃料使用前將其除去。隨后，可將這些“清潔”燃料用作高速燃?xì)廨啓C的燃料，或用于生產(chǎn)電力工業(yè)生產(chǎn)中蒸汽驅(qū)動輪機所用的蒸汽。使用這些固體烴燃料源的優(yōu)點在于與液體或氣體烴燃料相比，它們是經(jīng)濟型的燃料。這部分是由于其用作運輸燃料或家用加熱燃料的銷路不暢。這也部分是由于不易于從固體燃料源中除去的通常大量的污染物(例如硫和氮)，常將其用于能夠作為一體化工業(yè)過程中的一部分除去這些污染物的商業(yè)操作。然而，在傳統(tǒng)氣化器系統(tǒng)中使用這些燃料的許多難點是存在與固體燃料進入氣化器系統(tǒng)的“流動”相關(guān)的問題。隨著氣化技術(shù)的改進，關(guān)鍵是這些氣化器的尺寸和容量變大，并且更加有效，并且生產(chǎn)出改進的合成氣產(chǎn)品組合物。然而，氣化系統(tǒng)尺寸的增加常導(dǎo)致每單位中燃燒器數(shù)量的相應(yīng)增加，與供料系統(tǒng)不充分以及無法適當(dāng)控制固體供料在多個燃燒器之間分布相關(guān)的問題也成指數(shù)級增加。這些氣化系統(tǒng)在非常高的溫度下操作，常在約2000° F至約5500° F的范圍。即便是燃燒器供料速率的小變化也會由于加熱不均勻而產(chǎn)生不合格的合成氣產(chǎn)品以及對設(shè)備的破壞。相連燃燒器之間固體供料的不均勻供料速率還會導(dǎo)致危險的回流條件。中間供料還會導(dǎo)致孤立的過燃燒(或局部爆炸)，這也會導(dǎo)致相當(dāng)大的設(shè)備損壞，或氣化過程停止。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過一種使用“通氣”或“流化”氣體使固體供料床流化的方式解決與固體供料系統(tǒng)相關(guān)的問題。美國專禾IJ No. 4，338，187 ；No. 4，830，545和No. 5，106，240 描述了這一技術(shù)的實例。這些設(shè)備的問題在于使用大量流化氣體以實現(xiàn)顆粒床的流化。這些方法中存在的重要問題是必須通過氣化器的燃燒器和反應(yīng)室排出所使用的大量流化氣體。由于大量流化氣體移動通過所述系統(tǒng)，這些大體積的流化氣體降低了氣化單元的可用容量。此外，由于出于安全性的原因常需要這些運輸氣體為非氧化性氣體，這些氣體不能用于合成氣生產(chǎn)中的反應(yīng)過程，因此基本成為過程中的“污染物”。這還要求必須從合成氣終產(chǎn)品除去流化氣體污染物后，才能使用所述合成氣終產(chǎn)品。與流化氣體應(yīng)用相關(guān)的另一個問題是，為了適當(dāng)?shù)夭僮鳉饣飨到y(tǒng)，必須加熱流化氣體，因此需要在合成氣生產(chǎn)過程中消耗大量能量。這些能量必須在過程中溫度相對較低的后續(xù)階段從這些流化氣體中除去。這導(dǎo)致氣化過程中顯著的總能量損失。所提出的其它氣化器供料系統(tǒng)，例如美國專利公開No. 2006/0242907A1中描述的系統(tǒng)，整合了精細(xì)的供料分離系統(tǒng)，例如該專利申請中顯示的兩段供料分離系統(tǒng)。這些系統(tǒng)需要非常精細(xì)的構(gòu)建和加工，并且難以維護。此外，必須保持供入系統(tǒng)中的燃料具有高可接受空隙度(voidage)，從而使供料均勻地流過不同的噴嘴和階段，并防止明顯的分配器/噴嘴堵塞。大體上，為了使這些系統(tǒng)正常工作，供入分離器的供料必須有效“流化”以防止明顯的流偏差(flow deviation)和/或系統(tǒng)堵塞。凈結(jié)果是此系統(tǒng)導(dǎo)致需要正確地操作“流化”氣體，并且伴有如此前系統(tǒng)中描述的相應(yīng)缺點。工業(yè)上所需要的是不需要“流化”固體燃料并簡化整體系統(tǒng)的構(gòu)建，同時保持可靠性并改進整體性能和燃料容量的簡化固體烴燃料傳輸系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式是用于氣化器單元的改進固體燃料傳輸系統(tǒng)。此系統(tǒng)能夠利用低空隙度(ε )的固體供料床(即優(yōu)選低于0. 65的空隙度)，將固體燃料可靠且準(zhǔn)確地利用床壓力差供料系統(tǒng)控制傳輸?shù)蕉鄠€燃燒器。本文所用術(shù)語“空隙度”定義為固體燃料顆粒之間的空間(即非固體)的單位容積比率。在優(yōu)選的實施方式中，還在每個燃燒管中使用最少量的加速氣體(acceleration gas)。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，使用自動定心(selfcentering)，面積可變的“擋板”閥(“iris”valve)精細(xì)調(diào)節(jié)通向氣化燃燒器的固體燃料流。在更優(yōu)選的實施方式中， 還將此擋板閥設(shè)計為用于積極緊急停車(positive emergency shutoff)，并整合到氣化緊急停車控制系統(tǒng)中。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式是將固體烴燃料注射到氣化器單元中的方法，其包括a)將固體烴燃料供入氣化器單元的供料室，從而在所述供料室中生成所述固體烴燃料的致密固體床；和b)使用加壓氣體對所述致密固體床之上的所述供料室空間施壓，從而使所述固體烴燃料流過位于所述致密固體床和所述氣化器單元中多個燃燒管之間的擋板閥，從而改變所述供料室中所述加壓氣體的壓力以控制所述固體烴燃料至所述多個燃燒管的入口的流速。在本發(fā)明更優(yōu)選的實施方式中，所述致密固體床具有小于0. 65的空隙度。在另一個更優(yōu)選的實施方式中，所述固體烴燃料由選自煤炭、石化焦炭和固體生物質(zhì)的含烴材料組成。在另一個更優(yōu)選的實施方式中，上述方法還包括-將加速流體注入所述燃燒管，從而由所述燃燒管中流速的增大而導(dǎo)致所述多個燃燒管入口處的壓力下降。 更優(yōu)選地，所述加速流體由空氣、氧氣、二氧化碳、蒸汽或氮氣組成。本發(fā)明的另一個實施方式是用于將固體烴燃料和氧化氣體轉(zhuǎn)化成由分子氫和一氧化碳組成的合成氣的裝置，其包括可將所述固體烴燃料受控制地供入供料室的手段；用于控制所述固體烴燃料的致密固體床在所述供料室中水平面的手段，其中所述用于控制所述致密床水平面的手段由與所述供料室相連的水平面指示器和與所述供料室流體相連的水平面控制閥組成；用于控制加壓氣體在所述供料室中壓力的手段，其中所述用于控制所述加壓氣體壓力的手段由在所述致密床頂部以上的點與所述供料室相連且在所述致密床頂部以下的點與所述供料室相連的壓差指示計和與所述供料室流體相連的加壓氣體控制閥組成；和擋板閥，所述擋板閥的一側(cè)與所述致密固體床流體接觸，且所述擋板閥的對側(cè)與通向多個燃燒管的入口流體接觸。


圖1 加入本發(fā)明組件的氣化器單元的正視橫截面說明圖。圖2 用于本發(fā)明的“擋板閥”的一個實施方式的平面圖，其中所述擋板閥處于完全開放的位置。圖3 圖2所示“擋板閥”的正視橫截面視圖。圖4 圖2所示“擋板閥”的平面圖，其中所述擋板閥處于部分關(guān)閉的位置。
具體實施例方式如本申請背景部分所述，本領(lǐng)域現(xiàn)有的氣化器固體燃料供料系統(tǒng)集中于“流化”固體床，從而改進通入氣化燃燒器的固體燃料的流動性質(zhì)。盡管這樣基本能夠通過將燃料系統(tǒng)的空隙度提高至約0. 65以上并由此產(chǎn)生“流化固體”，從而改進固體的流動性質(zhì)，但是所得到的此過程中所用的大量污染物流化氣體具有非常明顯的過程化學(xué)，能量消耗，以及如上文所述的設(shè)備尺寸的缺陷。此外，隨著這些氣化器單元尺寸和效率的增加，需要系統(tǒng)帶有更多數(shù)量的單個燃燒器以保持所述過程的整體效率。因此，為了改進整體進程，必須用于均勻固體烴供料傳輸?shù)母倪M系統(tǒng)。本文所用的同義術(shù)語“固體烴供料”或“固體烴燃料”是指在常溫常壓下基本為固體的任何含烴供料。還應(yīng)注意，本文所述“固體烴供料”或“固體烴燃料”由顆粒組成，優(yōu)選平均Sauter平均直徑(Sauter mean diameter)為約32微米至約 16微米的顆粒，更優(yōu)選平均Sauter平均直徑為約28微米至約20微米的顆粒。圖1中說明了本發(fā)明的總的簡化氣化器供料系統(tǒng)。在本文中，氣化器單元(1)具有用于將固體烴燃料傳輸?shù)焦┝鲜?10)的固體供料管線(或類似的固體分配設(shè)備)(5)。 出于簡明考慮，僅顯示了單條固體供料管線，但也可在整個單元中加入多條固體供料管線 (或類似的固體分配設(shè)備)?？墒褂枚鄺l供料管線(或類似的固體分配設(shè)備)來控制材料在床中的分配，這有助于提供均勻的流，或者具有不同的固體燃料供料組成，以調(diào)整供料室 (10)中的整體固體供料組成。優(yōu)選固體供料控制閥(15)位于固體供料管線上，并且優(yōu)選通過來自位于供料室(10)上的水平面控制器00)的信號進行操作，并且優(yōu)選來自水平面控制器00)的信號首先通過操作控制系統(tǒng)(“0CS”)(40)發(fā)送。在優(yōu)選的實施方式中，固體供料控制閥(1 接收來自一體化緊急停車系統(tǒng)(“ESS”)(50)的信號，從而在發(fā)生緊急狀態(tài)時關(guān)閉固體供料控制閥(15)。在一個實施方式中，固體供料管線(5)延伸進入供料室 (10)內(nèi)的終端在固體供料床(35)的上水平面以下的料腿(dipleg) (30)中。在優(yōu)選的實施方式(未顯示)中，固體供料管線( 延伸進入供料室(10)內(nèi)、終端在固體供料床(35)的上水平面以上但低于加壓氣體0 的入口的料腿(30)中。在另一個優(yōu)選實施方式中，水平面控制器00)利用選自雷達波、超聲波和激光束的信號來檢測氣化器供料室(10)中固體供料床(35)的水平面。本發(fā)明控制系統(tǒng)和控制器之間的控制線路如圖1中的虛線所示。本文所用術(shù)語“操作控制系統(tǒng)(或“0CS”)”的定義為接收來自多個指示器的狀態(tài)信號，處理來自狀態(tài)信號的信息，并且為多個控制裝置提供控制信號，從而控制氣化單元正常操作的一體化控制系統(tǒng)。操作控制系統(tǒng)可以由諸如分布控制系統(tǒng)和可編程邏輯控制器的設(shè)備組成，但不限于此。本文所用術(shù)語“緊急停車系統(tǒng)(或“ESS”)”的定義為接收來自多個指示器的狀態(tài)信號，處理來自狀態(tài)信號的信息，并且為多個控制裝置提供控制信號，從而在來自設(shè)備的信號指示發(fā)生異?；蚧蚓o急狀態(tài)的情況下，將緊急停車設(shè)備和/或控制器調(diào)到安全模式或系統(tǒng)停車模式的一體化控制系統(tǒng)。緊急停車系統(tǒng)可以由諸如分布控制系統(tǒng)和可編程邏輯控制器的設(shè)備組成，但不限于此。緊急停車系統(tǒng)可以是操作控制系統(tǒng)的一體化子系統(tǒng)，或者也可以是與操作控制系統(tǒng)分離的系統(tǒng)。出于安全性的目的，優(yōu)選后者。將加壓氣體0 供入供料室(10)的上部。優(yōu)選基于來自整體氣化過程的多個輸入值(45)，包括產(chǎn)品組成和生產(chǎn)速率，通過遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)(“0CS”)(40)控制供入供料室(10)的加壓氣體(25)，進而向加壓氣體控制閥(5 輸送正確的控制輸入值。在本發(fā)明中，固體供料系統(tǒng)主要通過控制供料室(10)中加壓氣體的壓力來控制通過燃燒器的整體固體供料速率。與本領(lǐng)域現(xiàn)有的流化床不同，使用致密固體床(3 系統(tǒng)，其相應(yīng)的床空隙度(ε)小于約0.65。在更優(yōu)選的實施方式中，致密固體床(35)的空隙度小于約0. 55，且還更優(yōu)選致密固體床(35)的空隙度小于約0.45。還可將所述多個輸入值G5)送至緊急停車系統(tǒng)(“ESS”)(50)以指示異常或緊急狀態(tài)，從而向緊急停車系統(tǒng)發(fā)出信號，以啟動必要的控制，將氣化器單元調(diào)至安全模式或停車位置。繼續(xù)看圖1，本發(fā)明的固體床不是流化床，但是固體以“活塞流”的模式運動。所述活塞流允許非常少量的加壓氣體(10)注入床并進入燃燒器系統(tǒng)，從而使進入反應(yīng)產(chǎn)物中的總污染物比現(xiàn)有技術(shù)顯著下降。優(yōu)選提供固體床壓差控制器(60)，其檢測固體床底部附近與固體床上部以上的供料室(10)部分的壓力差。優(yōu)選將來自所述固體床壓差控制器 (60)的信號送往提供輸出信號給減壓控制閥(6 的OCS系統(tǒng)(40)，從而通過釋放供料室 (10)中的部分加壓氣體降低供料室(10)中的壓力，由此控制通入氣化器單元燃燒管的固體供料流動速率。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，通過“擋板”閥(7 將固體供料從固體供料床(35) 傳輸?shù)礁魅紵?70)。所述擋板閥由兩片相接觸的機械加工板(78A)和(78B)組成(參見圖幻，其具有與各燃燒管(70)成同心排列的同心孔。在控制所述擋板閥時，這些板以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而在擋板閥在開放和關(guān)閉位置之間運動時，使通過兩片板的口(80) (參見圖2和圖3)保持與燃燒管基本同心。圖2顯示了用于本發(fā)明的擋板閥的平面圖，其中所述擋板閥處于完全開放的位置。所述擋板閥具有居中的軸或樞軸(85)，并且可通過線性致動器(90A)和(90B)操作圖3中顯示的反向接觸的機械加工板(78A)和(78B)。然而， 可也利用本領(lǐng)域中已知的其它閥操作器，例如轉(zhuǎn)軸驅(qū)動器或齒條和齒輪驅(qū)動器來操作所述擋板閥。圖3是圖2所示擋板閥的正視橫截面視圖。在圖3中，可以看到通過擋板閥的機械加工板(78A)和(78B)的剖視圖。還顯示了用于旋轉(zhuǎn)各個板的線性致動器(90A)和(90B)。 由此圖還可見，致動器(90A)和(90B)分別與擋板閥的上側(cè)板和下側(cè)板相連。還可見用于旋轉(zhuǎn)擋板閥的居中的軸或樞軸(85)，以及顯示位于擋板閥完全開放位置的閥口(80)。同樣，重要的是上側(cè)板和下側(cè)板以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)運動(與保持一個板固定而僅旋轉(zhuǎn)一個板不同)，從而保持固體供料流與流動管(70)基本同心。在圖2和圖3中可見，擋板閥口 (80)優(yōu)選具有圓形的橫截面。然而，顯然也可使用其他橫截面形狀的口以更改通過擋板閥的流動特征。圖4顯示了與圖2類似的擋板閥(75)的平面圖，但圖4所示為處于部分關(guān)閉位置的擋板閥。由圖4可見，閥口開口(80)保持開放，但凈孔空間縮小。然而，需要再次重申， 盡管圖4中沒有清楚地說明，但擋板閥的機械加工板(78A)和(78B)以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)運動，從而保持圖4所示的閥口開口(80)與各氣化器燃燒管(70)的入口保持基本同心。還有與使用本發(fā)明的擋板閥結(jié)構(gòu)相關(guān)的其他優(yōu)點。一個優(yōu)點在于擋板閥允許通過調(diào)整閥的開放橫截面積控制固體通過燃燒器的流動速率。這一特征允許均勻地下調(diào)氣化燃燒器容量，而不影響固體燃料供料的密度。在優(yōu)選的實施方式中，致動器(90A)和(90B)與操作控制系統(tǒng)GO)結(jié)合，并從操作控制系統(tǒng)GO)接受位置信號，以進行高級自動化控制。如上所述，第二個優(yōu)點在于本發(fā)明的擋板閥經(jīng)過設(shè)計，其中閥板的反向旋轉(zhuǎn)保持口開口與燃燒管基本同心。這在高溫氣化中非常重要，這樣，燃料供應(yīng)以受控的模式通過燃燒管，從而使混合和燃燒的效率最大化。第三個優(yōu)點在于，所述閥對于固體燃料沉積是“自清潔”的，如果固體在閥口附近累積，閥會受到?jīng)_擊或“碰撞”，這有助于除去任何臨時性的固體累積或壅塞(bridging)。第四，在優(yōu)選的實施方式中，擋板閥(75)是阻燃的緊急停車閥。在此實施方式中，在緊急狀態(tài)的情況下，閥致動器接收來自緊急停車系統(tǒng)(50)的信號， 將擋板閥移動到關(guān)閉位置，從而消除可燃物向供料室(10)的逆吹(blowback)，這種逆吹會導(dǎo)致氣化器系統(tǒng)的嚴(yán)重故障和/或?qū)Σ僮魅藛T傷害。繼續(xù)看圖1中的氣化器實施方式，固體供料通過擋板閥(75)的口并進入燃燒管 (70)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，將加速氣體口(100)結(jié)合入燃燒管(70)。這些加速氣體口通過加速氣體集氣管(10 供入加速氣體。優(yōu)選加速氣體口形成角度，從而隨著固體在燃燒管中的流動，將加速氣體以相同的流向注射到燃燒管。所述加速氣體在燃燒管入口與燃燒管(70)中的點之間產(chǎn)生壓降，其中加速氣體通過提高燃燒管(70)中的整體速度而注入。這可用于改進流動管入口附近的固體供料流動特征，從而通過本發(fā)明改進氣化器供料操作中獲得的整體可靠性和流動精度。應(yīng)注意，本發(fā)明中固體供料床(3 并非如現(xiàn)有技術(shù)中被流化，因此在本發(fā)明中使用的加速氣體的氣體量顯著少于現(xiàn)有技術(shù)中用作流化氣體的量。在燃燒管中使用加速氣體的另一個優(yōu)點是，盡管可使用非氧化性氣體作為加速氣體，但在本發(fā)明的所述實施方式中，加速氣體的注射點位于可進行緊急停車操作的擋板閥以下。因此，加速氣體可部分由含氧材料組成，甚至全部由含氧材料組成，只要所提供的加速氣體中的含氧量不支持在燃燒管(70)內(nèi)發(fā)生燃燒。可用于本發(fā)明的一種優(yōu)選的此類加速氣體是蒸汽。利用蒸汽的優(yōu)點在于，其可通過不允許固體烴燃燒/蒸汽混合支持燃燒管中發(fā)生燃燒的方式注射。另一個優(yōu)點是蒸汽能夠為氣化反應(yīng)提供額外的熱。第三且最為重要的是，由于氫和氧都是合成氣產(chǎn)品的基本成分，因此蒸汽不向合成氣過程中引入任何“污染物”材料。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述加速流體由空氣、氧氣、二氧化碳或蒸汽組成。在另一個更優(yōu)選的實施方式中，所述加速氣體由蒸汽組成。在另一個更優(yōu)選的實施方式中，所述加速氣體由空氣或氧氣組成，其中燃燒管中氧氣與烴的比例低于支持燃燒所必須的量。還應(yīng)注意，也可使用惰性氣體例如氮氣作為加速氣體，盡管在氣化反應(yīng)中這些氣體可能不具有與上述含氧加速氣體所述相同的組成上的優(yōu)點。繼續(xù)看圖1，將氧化氣體供入氧化劑供料集氣管(110)。氧化劑供料集氣管通過氧化劑供料噴嘴(11 將氧化氣體分配到燃燒管(70)的尖端，氧化氣體和固體供料材料在此燃燒，從而在氣化室(12 產(chǎn)生火焰鋒(120)。在氣化室(125)，固體烴燃料和氧化氣體被轉(zhuǎn)化成由氫(H2)和一氧化碳(CO)組成的合成氣產(chǎn)品(130)。應(yīng)注意，應(yīng)在每個燃燒管(70) 尖端的周邊至少使用兩個氧化劑供料噴嘴(115)，并且在周邊區(qū)域均勻定向，從而使來自每個燃燒器的火焰前緣基本居中且收窄，以使反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率最大化。這樣，可在燃燒管(70) 的尖端周圍形成噴嘴“環(huán)”，而不是利用單個的氧化劑供料噴嘴(115)，可通過所述噴嘴環(huán)基本360°的加速氣體環(huán)可圍繞每個燃燒管(70)的尖端流動，從而在氣化室(125)中提供優(yōu)化的火焰前緣模式。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，進一步使用至少部分合成氣產(chǎn)品(130)來生產(chǎn)液體運輸燃料。在優(yōu)選的實施方式中，液體運輸燃料由汽油和柴油組成。汽油在本發(fā)明中被定義為烴燃料，其中至少90體積％的烴燃料在常壓下的沸點在80° F和450° F之間。汽油在本發(fā)明中被定義為烴燃料，其中至少90體積％的烴燃料在常壓下的沸點在350° F和 600° F之間。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，將本發(fā)明生產(chǎn)的合成氣產(chǎn)品(130)作為燃?xì)廨啓C的燃料使用。在另一個更優(yōu)選的實施方式中，所述燃?xì)廨啓C用于發(fā)電。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，將本發(fā)明生產(chǎn)的合成氣產(chǎn)品(130)作為燃燒器燃料以生產(chǎn)高壓蒸汽。 高壓蒸汽在本發(fā)明中被定義為壓力至少為500psig的蒸汽。在優(yōu)選的實施方式中，所述蒸汽是過熱的。在另一個更優(yōu)選的實施方式中，所述蒸汽用于驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電。盡管已通過具體實施方式
描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。在具體條件下對操作進行適當(dāng)?shù)淖兓透倪M對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，所附權(quán)利要求書應(yīng)當(dāng)解釋為涵蓋落入本發(fā)明實質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有此類變化和改進。
權(quán)利要求
1.一種將固體烴燃料注射到氣化單元的方法，其包括a)將固體烴燃料供入氣化器單元的供料室，從而在所述供料室中生成所述固體烴燃料的致密固體床；和b)使用加壓氣體對所述致密固體床之上的所述供料室空間施壓，從而使所述固體烴燃料流過位于所述致密固體床和所述氣化器單元中多個燃燒管之間的擋板閥，從而改變所述供料室中所述加壓氣體的壓力以控制所述固體烴燃料進入所述多個燃燒管入口的流速。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過從操作控制系統(tǒng)送到控制加壓氣體控制閥的輸入值控制所述供料室中所述加壓氣體的壓力，以響應(yīng)所述固體烴燃料流動速率的提高或降低，其中所述加壓氣體控制閥位于將所述加壓氣體通入所述供料室的供料管線上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述操作控制系統(tǒng)向所述加壓氣體控制閥傳遞信號以響應(yīng)合成氣生產(chǎn)速率的變化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過從操作控制系統(tǒng)送到固體供料控制閥的輸入值控制所述供料室中所述致密固體床的水平面，以響應(yīng)所述致密固體床水平面的變化，其中所述固體供料控制閥位于將所述固體烴燃料通入所述供料室的供料管線上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述操作控制系統(tǒng)從致密固體床水平面指示器接受致密固體床水平面變化的信號。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用所述擋板閥控制所述固體烴燃料向所述多個燃燒管的入口的流動速率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述擋板閥由兩片以相反方向彼此相對旋轉(zhuǎn)的機械加工片組成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中通過從操作控制系統(tǒng)送到與所述擋板閥機械接觸的至少一個致動器的輸入控制所述擋板閥的板的旋轉(zhuǎn)位置，以響應(yīng)所述固體烴燃料流動速率的提高或降低。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述擋板閥為響應(yīng)來自緊急停車系統(tǒng)的信號而移動到關(guān)閉位置的緊急隔離裝置。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述擋板閥為響應(yīng)來自緊急停車系統(tǒng)的信號而移動到關(guān)閉位置的緊急隔離裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括-將加速流體注入所述燃燒管，從而由所述燃燒管中流速的增大而導(dǎo)致所述多個燃燒管入口處的壓力下降。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述加速流體由空氣、氧氣、二氧化碳、蒸汽或氮氣組成。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述加速流體由蒸汽組成。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述加速氣體由氧氣組成，其中燃燒管中氧氣與烴的比例低于支持燃燒所必須的量。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括-將氧化氣體注射到所述燃燒管出口附近，其中所述固體烴燃料和氧化氣體在約2000 至約5500° F的溫度下燃燒，從而產(chǎn)生由分子氫和一氧化碳組成的合成氣產(chǎn)品。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少部分所述合成氣產(chǎn)品在燃?xì)廨啓C中進一步燃燒。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少部分所述合成氣產(chǎn)品在鍋爐中進一步燃燒以產(chǎn)生高壓蒸汽。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中至少部分所述高壓蒸汽用于驅(qū)動蒸汽輪機。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中至少部分所述合成氣產(chǎn)品在催化劑的存在下進一步重整成碳含量為約8至約20個原子的液態(tài)烴燃料化合物。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述致密固體床具有小于0.65的空隙度(O。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述固體烴燃料由選自煤炭、石化焦炭和固體生物質(zhì)的含烴材料組成。
22.用于將固體烴燃料和氧化氣體轉(zhuǎn)化成由分子氫和一氧化碳組成的合成氣的設(shè)備， 其包括可控制地將所述固體烴燃料供入供料室的控制閥；用于控制所述固體烴燃料的致密固體床在所述供料室中水平面的手段，其中所述用于控制所述致密床水平面的手段由與所述供料室相連的水平面指示器和與所述供料室流體相連的水平面控制閥組成；用于控制加壓氣體在所述供料室中壓力的手段，其中所述用于控制所述加壓氣體壓力的手段由在所述致密床頂部以上的點與所述供料室相連并 且在所述致密床頂部以下的點與所述供料室相連的壓差指示計和與所述供料室流體相連的加壓氣體控制閥組成；和擋板閥，所述擋板閥的一側(cè)與所述致密固體床流體接觸，且所述擋板閥的對側(cè)與通向多個燃燒管的入口流體接觸。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述致密固體床具有小于0.65的空隙度(O。
24.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述擋板閥包括通過所述擋板閥的多個口，其中每個口與對應(yīng)的燃燒管基本同心，并且其中至少一個致動器與所述擋板閥相連，在操作所述致動器時導(dǎo)致所述擋板閥上側(cè)板和下側(cè)板的反向旋轉(zhuǎn)，并且所述擋板閥每個口的開放部分與相應(yīng)的所述燃燒管的入口保持基本同心。
25.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述擋板閥包含至少一個致動器，其接收來自緊急停車系統(tǒng)的信號以關(guān)閉所述擋板閥。
26.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其還包括與所述燃燒管流體相連的加速流體集氣管，其用于向所述燃燒管供入加速流體；其中所述加速流體在所述燃燒管中的速度在所述燃燒管的入口產(chǎn)生壓降。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進的氣化器注射系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明提供了用于改進對多燃燒器氣化器中固體顆粒的流動控制的改進裝置和操作方案。所述系統(tǒng)還提供了用于在異常操作條件或加工燃燒器的意外回流的情況下進行綜合流動控制和緊急停車。這種改進的設(shè)計簡化了大型多燃燒器氣化器所需的機械系統(tǒng)，從而提供了更為可靠且緊湊的氣化器供料系統(tǒng)。在優(yōu)選的實施方式中，所述氣化器的烴供料基本為固體顆粒狀，并且優(yōu)選由煤炭、石化焦炭和/或固體生物質(zhì)組成。
文檔編號C10J3/50GK102216182SQ200980145010
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者M·F·雷特曼 申請人:?？松梨谘芯抗こ坦?br>