用直接冷卻進(jìn)行持續(xù)渣處理的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用直接冷卻進(jìn)行持續(xù)渣處理的系統(tǒng)和方法
[0001]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研宄和開(kāi)發(fā)的聲明
本發(fā)明是根據(jù)美國(guó)能源部授予的合同DE-FE0007859在政府的支持下進(jìn)行的。政府對(duì)本發(fā)明具有某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本文公開(kāi)的主題涉及渣處理系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及持續(xù)渣處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]工業(yè)過(guò)程可使用漿或懸浮在液體(例如，水)中的固體顆粒的流體混合物來(lái)將固體顆粒傳送通過(guò)相應(yīng)的過(guò)程。例如，部分氧化系統(tǒng)可在含氧環(huán)境中部分地氧化含碳成分，以產(chǎn)生多種產(chǎn)物和副產(chǎn)物。例如，氣化器可將含碳材料轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫的有用的混合物，該混合物稱(chēng)為合成氣體或合成氣。在含灰的含碳材料的情況下，得到的合成氣還可包括不那么合乎需要的成分，諸如重灰或熔渣，它們可從氣化器與產(chǎn)生的有用的合成氣一起移除。因此，氣化器反應(yīng)中產(chǎn)生的熔渣副產(chǎn)物可被引導(dǎo)到氣化器驟冷液體中，以固化熔渣和產(chǎn)生漿。大體上，這個(gè)漿從氣化器在升高的溫度和壓力下排出。從氣化器排出的漿被降壓，以使得能夠處置漿，或進(jìn)一步處理漿。可惜的是，在漿從氣化器排出之后降低漿的溫度的熱交換器可具有復(fù)雜的流路徑，可具有較大的占地面積和/或可易于由于渣積聚而腐蝕或阻塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在下面概述在范圍上與原本要求保護(hù)的本發(fā)明相當(dāng)?shù)哪承?shí)施例。這些實(shí)施例不意圖限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可行形式的簡(jiǎn)要概述。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可類(lèi)似于或不同于下面闡述的實(shí)施例的多種形式。
[0005]在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括構(gòu)造成持續(xù)地接收氣體和渣的混合物的驟冷室，以及聯(lián)接到驟冷室上的下游端部分。驟冷室包括驟冷槽，其構(gòu)造成通過(guò)驟冷液體持續(xù)地分離混合物中的氣體與渣。下游端部分構(gòu)造成持續(xù)地將渣漿傳輸?shù)浇祲合到y(tǒng)。下游端部分包括冷卻系統(tǒng)，其構(gòu)造成利用冷卻流體直接冷卻渣漿，并且渣漿包括分離出的渣和至少一部分的冷卻流體。
[0006]在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器，其構(gòu)造成使含碳給料反應(yīng)成氣體和渣的混合物。氣化器包括驟冷槽，其構(gòu)造成通過(guò)驟冷液體持續(xù)地分離混合物中的氣體與渣，并且驟冷液體構(gòu)造成以第一流率流過(guò)驟冷槽。氣化器還包括氣化器的具有冷卻系統(tǒng)的下游端部分，以及控制器。下游端部分構(gòu)造成以第三流率將渣漿持續(xù)地傳輸?shù)浇祲合到y(tǒng)，第三流率為第一流率的大約15%或更小，下游端部分構(gòu)造成以第二速率添加冷卻流體來(lái)冷卻渣漿，并且渣漿包括渣和冷卻流體。
[0007]在第三實(shí)施例中，一種方法包括分離渣與氣體；將冷卻流體分配到氣化器的下游端部分中；用渣和冷卻流體形成經(jīng)冷卻的渣漿；以及將凈冷卻的渣漿基本持續(xù)地傳輸通過(guò)下游端部分的出口。渣的溫度高于大約175°C，并且冷卻流體構(gòu)造成將渣的溫度降低到低于大約70 °C。
[0008]技術(shù)方案1.一種系統(tǒng)，包括:
驟冷室，其構(gòu)造成持續(xù)地接收氣體和渣的混合物，其中所述驟冷室包括驟冷槽，其構(gòu)造成通過(guò)驟冷液體來(lái)持續(xù)地分離所述混合物中的氣體與渣；以及
下游端部分，其聯(lián)接到所述驟冷室上，其中所述下游端部分構(gòu)造成持續(xù)地將渣漿傳輸?shù)浇祲合到y(tǒng)，所述下游端部分包括冷卻系統(tǒng)，其構(gòu)造成利用冷卻流體來(lái)直接冷卻所述渣漿，并且所述渣漿包括分離出的渣和至少一部分的冷卻流體。
[0009]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器，其構(gòu)造成接收所述渣漿。
[0010]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)至少部分地設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器中的第一渣軋碎器和所述一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器中的第二渣軋碎器之間。
[0011]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)至少部分地設(shè)置在所述一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器上游。
[0012]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括聯(lián)接到所述下游端部分上的渣軋碎器。
[0013]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)器，其聯(lián)接到所述驟冷室上，其中所述反應(yīng)器構(gòu)造成使含碳給料反應(yīng)而產(chǎn)生氣體和渣。
[0014]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴，其構(gòu)造成將所述冷卻流體直接分配到所述渣漿中。
[0015]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括多個(gè)噴嘴組，其構(gòu)造成分配所述冷卻流體，其中各個(gè)噴嘴組包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴，并且所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴中的各個(gè)構(gòu)造成以與相應(yīng)的噴嘴組的所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴中的另一個(gè)不同的角度、在與相應(yīng)的噴嘴組的所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴中的另一個(gè)不同的軸向位置處、在與相應(yīng)的噴嘴組的所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴中的另一個(gè)不同的周向位置處或以任何其組合的方式分配所述冷卻流體。
[0016]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)構(gòu)造成將所述渣冷卻到低于大約70°C。
[0017]技術(shù)方案10.—種系統(tǒng)，包括:
氣化器，其構(gòu)造成使含碳給料反應(yīng)成氣體和渣的混合物，其中所述氣化器包括:
驟冷槽，其構(gòu)造成通過(guò)驟冷液體來(lái)持續(xù)地分離所述混合物中的氣體與渣，其中所述驟冷液體構(gòu)造成以第一流率流過(guò)所述驟冷槽；以及
所述氣化器的下游端部分包括冷卻系統(tǒng)，其中所述下游端部分構(gòu)造成以第三流率持續(xù)地將渣漿傳輸?shù)浇祲合到y(tǒng)，所述第三流率為所述第一流率的大約15%或更少，所述下游端部分構(gòu)造成以第二流率添加冷卻流體來(lái)冷卻所述渣漿，并且所述渣漿包括所述渣和所述冷卻流體；以及
控制器，其構(gòu)造成控制所述第二流率。
[0018]技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器，其構(gòu)造成持續(xù)地接收所述渣漿。
[0019]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括聯(lián)接到所述下游端部分上的所述降壓系統(tǒng)，其中所述降壓系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)孔板、一個(gè)或多個(gè)泄放閥、一個(gè)或多個(gè)膨脹渦輪、一個(gè)或多個(gè)離心泵，或任何其組合。
[0020]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成至少部分地基于所述降壓系統(tǒng)的期望的流率而控制所述第二流率。
[0021]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)構(gòu)造成直接冷卻所述渣漿，以減少所述渣漿在所述降壓系統(tǒng)中降壓時(shí)的蒸發(fā)。
[0022]技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括多個(gè)傳感器，其構(gòu)造成對(duì)所述控制器提供反饋，其中所述反饋包括溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)或粘度數(shù)據(jù)，或任何其組合。
[0023]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渣包括少于大約5%的所述驟冷液體。
[0024]技術(shù)方案17.—種方法，包括:
分離渣與氣體，其中所述渣的溫度高于大約175°C ；
將冷卻流體分配到氣化器的下游端部分中，其中所述冷卻流體構(gòu)造成將所述渣的溫度降低到低于大約70°C ;
用所述渣和所述冷卻流體形成經(jīng)冷卻的渣漿；以及將所述經(jīng)冷卻的渣漿基本持續(xù)地傳輸通過(guò)所述下游端部分的出口。
[0025]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，其特征在于，形成所述經(jīng)冷卻的渣漿包括利用一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器將所述渣軋碎成多個(gè)顆粒。
[0026]技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，其特征在于，在所述一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器的上游、所述一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器的下游或在所述一個(gè)或多個(gè)渣軋碎器之間分配所述冷卻流體。
[0027]技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案18所述的方法，其特征在于，分離所述渣與所述氣體包括以第一流率供應(yīng)驟冷液體，其中，所述冷卻流體以第二流率分配，并且所述第二流率低于所述第一流率的大約15%。
【附圖說(shuō)明】
[0028]當(dāng)參照附圖來(lái)閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同符號(hào)在所有圖中表示相同部件，其中:
圖1是持續(xù)渣移除系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；
圖2是具有直接冷卻系統(tǒng)的氣化器的實(shí)施例的示意圖；
圖3是直接冷卻系統(tǒng)的實(shí)施例的沿著圖2的線3-3得到的橫截面；以及圖4是示出根據(jù)實(shí)施例的用于持續(xù)地處理漿的工藝的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行描述。為了致力于提供對(duì)這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要描述，在說(shuō)明書(shū)中可能不會(huì)對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有特征進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到的是，在任何這種實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中那樣，必須作出許多特定于實(shí)現(xiàn)的決策來(lái)達(dá)到開(kāi)發(fā)者的具體目的，諸如服從系統(tǒng)相關(guān)的約束及商業(yè)相關(guān)的約束，該具體目的可隨不同的實(shí)現(xiàn)而改變。此外，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到的是，這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但對(duì)受益于本公開(kāi)的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這種開(kāi)發(fā)工作將不過(guò)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的例行任務(wù)。
[0030]當(dāng)介紹本發(fā)明的多種實(shí)施例的要素時(shí)，冠詞“一”、“該”和“所述”意于表示存在一個(gè)或多個(gè)該要素的意思。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”意于為包括性的，并且表示