用于保持合成气中的硫浓度以降低下游组件中金属尘化的系统和方法

申请号 CN201180068741.8 申请日 2011-12-06 公开(公告)号 CN103402911A 公开(公告)日 2013-11-20
申请人 凯洛格·布朗及鲁特有限公司; 发明人 J·阿布哈泽尔赫;
摘要 本 发明 提供了用于保持 合成气 中的硫浓度的系统和方法。所述方法可以包括将硫与 碳 质材料组合以生成包含硫的碳质进料。所述方法还包括使包含硫的碳质进料的至少一部分 气化 以生成合成气并检测合成气中的硫浓度。所述方法还包括基于检测的硫浓度,调节与 碳质材料 组合的硫的量。
权利要求

1.一种用于保持合成气中的硫浓度的方法,所述方法包括:
将硫与质材料组合以生成包含硫的碳质进料;
使包含硫的碳质进料的至少一部分气化以生成合成气;
检测合成气中的硫浓度;以及
基于检测的硫浓度,调节与碳质材料组合的硫的量。
2.权利要求1所述的方法,其中所述碳质材料包括焦炭、石油、生物质或它们的任意组合。
3.权利要求1所述的方法,其中所述合成气的硫浓度为至少0.1vol%。
4.权利要求1所述的方法,其中所述碳质材料的平均粒度为约50微米至约500微米。
5.权利要求4所述的方法,其中所述硫的平均粒度为约50微米至约500微米。
6.权利要求1所述的方法,其中使用气相色谱法、光谱测定法、汽相色谱法、气液分配色谱法或它们的组合检测硫。
7.权利要求6所述的方法,其中所述包含硫的碳质混合物的平均粒度为约400微米或更小。
8.权利要求1所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在运输气化器中气化。
9.权利要求1所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在流化床气化器中气化。
10.权利要求1所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在气流床气化器中气化。
11.权利要求1所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在固定床气化器中气化。
12.一种用于保持合成气中的硫浓度的方法,所述方法包括:
将硫添加到碳质材料中以生成包含硫的碳质进料,所述碳质进料包含至少0.05vol%的硫;
将包含硫的碳质进料引入到运输气化器中以生成合成气;
检测合成气中的硫浓度;和
基于检测的硫浓度调节添加到碳质材料中的硫的量以将合成气中的硫浓度保持在约
0.1vol%或更高。
13.权利要求12所述的方法,所述方法还包括,当合成气中的硫浓度在0.1vol%以下时,增加添加到碳质材料中的硫的量。
14.权利要求12所述的方法,所述方法还包括当合成气中的硫浓度在约0.4vol%以上时,降低添加到碳质材料中的硫的量。
15.一种用于保持合成气中硫浓度的方法,所述方法包括:
以控制的速率将硫添加到碳质材料中以生成包含硫的碳质混合物,其中第一进料器调节硫的控制的速率;
将包含硫的碳质混合物引入到进料系统中以生成包含硫碳质进料;
将包含硫的碳质进料引入到气化器中,所述气化器在足以生成合成气的条件下操作;
检测合成气中的硫浓度;
当硫浓度在0.1vol%以下时,调节所述第一进料器以增加将硫添加到碳质材料中的速率;和
当硫浓度在0.4vol%以上时,调节所述第一进料器以降低将硫添加到碳质材料中的速率。
16.权利要求15所述的方法,所述方法还包括:将包含硫的碳质材料的压大气压力改变到气化器操作压力。
17.权利要求15所述的方法,其中所述气化器在约700℃至约1,000℃的温度下操作。
18.权利要求15所述的方法,所述方法还包括将所述合成气引入到一个或多个冷却器中以生成冷却的合成气,其中在合成气被冷却之后,检测合成气中的硫浓度。
19.权利要求18所述的方法,所述方法还包括:
将冷却的合成气引入到微粒控制装置中以从冷却的合成气中部分地或完全地去除微粒,以生成贫微粒的合成气和分离的微粒;
采用第二分析器检测贫微粒的合成气中的硫浓度;
当贫微粒的合成气的硫浓度在第一阈值以下时,调节计量进料器以增加将硫添加到碳质材料中的速率;和
当贫微粒的合成气的硫浓度在第二阈值以上时,调节计量进料器以降低将硫添加到碳质材料中的速率。
20.权利要求15所述的方法,其中所述气化器在约750kPa至约2,500kPa的压力下操作。

说明书全文

用于保持合成气中的硫浓度以降低下游组件中金属尘化的

系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2010年12月30日提交的第12/982523号美国专利申请的优先权,在此将其引入作为参考。
[0003] 背景
[0004] 描述的实施方案一般涉及用于生产合成气体的系统和方法。更具体地,此种实施方案涉及用于保持合成气中的硫浓度以降低下游组件中金属尘化的系统和方法。
[0005] 相关技术描述
[0006] 气化器产生了合成气体(synthesis gas)或者“合成气(syngas)”并且该合成气可以在下游被进一步处理。由于与合成气相互作用,特别是在高温下与合成气相互作用,由金属例如换热管构成的下游组件可以遭受金属尘化,也称之为渗。术语“金属尘化”是指可以将金属碎裂成粉尘或粉末的重度和侵略性腐蚀
[0007] 多种方法已经用于降低金属尘化的诱因和/或影响。一种方法是选择用于下游组件的耐金属尘化的合金。另一种方法是使用使金属尘化减小到最低的涂层材料来向下游组件施加涂层。然而,这两种方法需要将现有的气化器系统中使用的组件进行昂贵的改变和/或替代。
[0008] 硫是金属尘化的已知抑制剂。硫可以被吸收到金属的表面上并阻止碳从气体到金属的转移。气化器的典型进料包含硫,所述的进料例如或碳质原料。然而,这些气化器进料中的硫平可能低于降低或阻止金属尘化所需要的硫的最低水平。
[0009] 因此,需要用于生产合成气,且硫浓度足以降低气化器下游组件中的金属尘化的系统和方法。
[0010] 附图简述
[0011] 图1描述了根据所描述的一种或多种实施方案,用于生产合成气的举例说明性气化系统的示意图,所述合成气的浓度足以降低一个或多个气化器的下游组件中的金属尘化。
[0012] 图2描述了根据所描述的一种或多种实施方案,用于生产合成气的另一个举例说明性气化系统的示意图,所述合成气的浓度足以降低一个或多个气化器的下游组件中的金属尘化。
[0013] 详述
[0014] 提供了用于保持合成气中硫浓度的系统和方法。所述方法可以包括将硫与碳质材料组合以生成包含硫的碳质进料。所述方法还可以包括使包含硫的碳质进料的至少一部分气化以生成合成气并检测合成气中的硫浓度。所述方法还包括基于检测到的硫浓度,调节与碳质材料组合的硫的量。
[0015] 图1描述了根据一种或多种实施方案,经过管线151生成合成气的说明性气化系统100的示意图,所述合成气的硫浓度足以降低气化器150下游组件中的金属尘化。气化系统100可以包括一个或多个闭料斗或储料斗110、130用于为一个或多个气化器进料系统140进料,其中所述气化器进料可以在进入一个或多个气化器150以生成合成气之前进行储存或处理。可以将单质硫储存在一个或多个“第一”闭锁料斗或储料斗110中,所述闭锁料斗或储料斗可以是适于保留和/或分配硫的任何部件。一个或多个进料器120可以将来自第一闭锁料斗110的硫经过管线122分配到一个或多个“第二”闭锁料斗或储料斗130用于储存气化的原料以将硫与原料组合。
[0016] 尽管未显示,进料器120可以将来自第一闭锁料斗110的硫分配到运输装置上和/或运输装置中,运输装置可以随后将硫运输(transport)或运输(convey)到第二闭锁料斗130。例如,所述的运输装置可以是运输带、滑板(slide)、斜槽(chute)、斜面(incline)或它们的组合。所述的运输装置可以进一步控制分配到第二闭锁料斗130的硫的速率。例如,如果运输装置是运输带,可以调节带的速度以缓慢或快速地分配硫,例如根据系统的更远处测量的硫的量来调节。
[0017] 第二闭锁料斗130可以接收、储存和/或混合原料和硫,以便可以在其中获得包含硫的碳质材料。第二料斗130可以经过管线131将包含硫的碳质材料运输或分配到气化器进料系统140。优选地,所述包含硫的碳质材料可以经过管线131由第二闭锁料斗130运输至气化器进料系统140,所述运输的速率为至少50千克每小时(kg/h),以及更优选地,所述运输的速率为低限约75kg/h、约100kg/h或约125kg/h至高限约450kg/h、约500kg/h或约550kg/h。第二闭锁料斗130可以包括进料器(未显示),例如高压旋转式进料器,所述进料器可以与添加的流体的流(未显示)配合以将包含硫的碳质材料经过管线131运输至气化器进料系统140。
[0018] 如在本文中使用的,术语“原料(feedstock)”是指一种或多种碳质材料,无论是固体、气体、液体或它们的任意组合。所述原料可以包含一种或多种碳质材料(即含碳材料),所述碳质材料包括但不限于:生物质(即,植物和/或动物物质或者得自植物和/或动物的物质)、(即,高钠和低钠褐煤、褐煤、次烟煤和/或无烟煤)、页岩焦炭、焦油、沥青质、低灰分或无灰分聚合物基高分子材料、生物质衍生的材料、来源于制造操作的副产物或它们的任意组合。所述的烃基高分子材料可以包括但不限于:热塑性塑料、弹性体、橡胶,包括聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯,包括其它聚烯烃、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、高分子共混物、含的聚烃、重质烃污泥和来自炼油厂和石油化工厂的残留产物,例如烃蜡,其共混物、其衍生物或它们的任意组合。
[0019] 所述的原料可以包括两种或多种低灰分或无灰分聚合物、得自生物质的物质或来源于制造操作的副产物的混合物或组合。例如,所述的原料可以包括与一种或多种丢弃的消费产品组合的一种或多种碳质材料,所述的丢弃的消费产品例如地毯和/或汽车用塑料零件/组件,如保险杠或仪表盘。必要时,可以降低这些丢弃的消费产品的大小,例如在通过气化系统100处理之前或处理过程中进行碾碎。所述原料还可以包括一种或多种再循环的塑料,例如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯,其衍生物、其共混物或其任意组合。因此,气化系统100可以用于调整命令,来之前制造的物质的适当处理的。
[0020] 在经过管线101将原料引入到第二闭锁料斗130之前,可以将原料干燥,并且然后通过一个或多个磨粉机(milling units)(未显示)进行粉碎。例如,经过管线101的原料可以由高限约35%的水分干燥至低限约18%的水分。例如,可以使用流化床干燥器(未显示)来干燥经过管线101的原料。
[0021] 经过管线101的原料的平均粒度可以为低限约1微米、约10微米、约50微米、约100微米、约150微米或约200微米至高限约1,350微米、约1,400微米、约1,450微米或约1,500微米。例如,经过管线101的原料的平均粒度可以为约75微米至约1,475微米、约125微米至约1,425微米或约175微米至约1,375微米。在另一个实例中,经过管线101的原料可以被研磨成平均粒度为约300微米或更小。
[0022] 气化器进料系统140可以经过管线131接收包含硫的碳质材料从而经过管线141生成第一进料或者“气化器”进料。气化器进料系统140可以经过线141将包含硫的碳质材料或碳质进料的受控制的流提供到气化器150中,同时适应气化器150内的压变化。气化器进料系统140可以包括通过一个或多个连接的一个或多个闭锁容器或储料斗、一个或多个分配容器和/或一个或多个进料器。
[0023] 可供选择地,可以绕过第二闭锁料斗130,将硫经过管线123直接添加到气化器进料系统140。在另一个实例中,可以将经过管线124的硫添加到管线141中的气化器进料,而不是将经过管线121的硫添加到第二闭锁料斗130或气化器进料系统140。在再一个实例中,可以将经过管线124的硫添加到管线141的气化器进料,并且将经过管线121的硫添加到第二闭锁料斗130和/或将经过管线123的硫添加到气化器进料系统140。尽管未显示,在引入到管线141的气化器进料和/或气化器150之前,经过管线124添加的硫可以加压至管线141的气化器进料的压力和/或气化器150的压力。
[0024] 经过管线141的气化器进料的平均粒度可以为低限约1微米、约10微米、约50微米、约100微米或约150微米至高限约400微米、约450微米或约500微米。例如,经过管线141的气化器原料的平均粒度可以为约75微米至约475微米、约125微米至约425微米或约250微米至约350微米。
[0025] 经过管线141的气化器进料可以被引入到一个或多个气化器150中以生产经过管线151的粗合成气流。气化器150可以将经过管线141引入的气化器进料的至少一部分气化以生产经过管线151的粗合成气流。经过管线141的气化器进料可以是干燥进料或者可以作为浆料或悬浮液运输到气化器150。管线141中的气化器进料或包含硫的碳质材料的硫浓度可以足以生成经过管线151的合成气,所述合成气能够减少或防止下游加工设备中金属尘化。例如,经过管线141进料的气化器中硫浓度可以为足以生成经过管线151的粗合成气的量,所述粗合成气具有的硫浓度为按体积百分比计(vol%)至少0.1,至少0.2vol%或至少0.3vol%。管线151中粗合成气的硫浓度可以至少部分地根据添加到第二闭锁料斗130、气化器进料系统140和/或经过管线141的气化器进料中的硫的量而变化。例如,管线151中粗合成气的硫浓度可以为约0.01vol%或更多、约0.05vol%或更多、约0.1vol%或更多、约0.15vol%或更多、约0.2vol%或更多、约0.25vol%或更多、约0.3vol%或更多、约
0.35vol%或更多、约0.4vol%或更多、约0.45vol%或更多、约0.5vol%或更多、约0.6vol%或更多、约0.7vol%或更多、约0.8vol%或更多、约0.9vol%或更多或者约1vol%或更多。在另一个实例中,粗合成气流151的硫浓度可以为约0.1vol%至约0.4vol%。硫可以按照硫化氢、羰基硫以及其它包含硫的化合物的形式存在。
[0026] 管线151中的粗合成气也可以包含约60vol%或更多的一氧化碳和氢气,另外的组分主要包括二氧化碳和甲烷。例如管线151中的粗合成气可以包含约90vol%或更多的一氧化碳和氢气、约95vol%或更多的一氧化碳和氢气、约97vol%或更多的一氧化碳和氢气或者约99vol%或更多的一氧化碳和氢气。在一个实例中,管线151中的粗合成气的一氧化碳的含量可以为低限约10vol%、约20vol%或约30vol%至高限约50vol%、约70vol%或约85vol%。在另一个实例中,管线151中的粗合成气的一氧化碳的含量可以为低限约15vol%、约25vol%或约35vol%至高限约65vol%、约75vol%或约85vol%。管线151中的粗合成气的氢气的含量可以为低限约1vol%、约5vol%或约10vol%至高限约30vol%、约40vol%或约
50vol%。例如,管线151中的粗合成气的氢气的含量可以为约20vol%至约30vol%。
[0027] 管线151中的粗合成气可以包含小于约25vol%或更小、约20vol%或更小、约15vol%或更小、约10vol%或更小或约5vol%或更小的组合的氮气、甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氯化氢。管线151中的粗合成气的二氧化碳的含量可以为约25vol%或更小、约20vol%或更小、约15vol%或更小、约10vol%或更小、约5vol%或更小、约3vol%或更小、约2vol%或更小或者约1vol%或更小。管线151中的粗合成气的甲烷的含量可以为约15vol%或更小、约10vol%或更小、约5vol%或更小、约3vol%或更小、约2vol%或更小或者约1vol%或更小。
管线151中的粗合成气的水的含量可以为约40vol%或更小、约30vol%或更小、约25vol%或更小、约20vol%或更小、约15vol%或更小、约10vol%或更小、约5vol%或更小、约3vol%或更小、约2vol%或更小或者约1vol%或更小。管线151中的粗合成气可以不含氮气或者基本上不含氮气,例如包含约0.5vol%或更小的氮气。
[0028] 管线151中的粗合成气进行热损失和稀释效应校正的热值可以为约1,863kJ/3 3 3 3
m(50Btu/scf)至 约2,794kJ/m(75Btu/scf)、约1,863kJ/m 至 约3,726kJ/m(100Btu/
3 3 3
scf)、约 1,863kJ/m 至 约 4,098kJ/m(110Btu/scf)、约 1,863kJ/m 至 约 5,516kJ/
3 3 3 3
m(140Btu/scf)、约1,863kJ/m 至约6,707kJ/(180Btu/scf)、约1,863kJ/m 至约7,452kJ/
3 3 3 3
m(200Btu/scf)、约 1,863kJ/m 至 约 9,315kJ/m(250Btu/scf)、约 1,863kJ/m 至 约
3 3 3 3
10,246kJ/m(275Btu/scf)、1,863kJ/m 至约11,178kJ/m(300Btu/scf)或者约1,863kJ/m
3
至约14,904kJ/m(400Btu/scf)。
[0029] 可以使用一个或多个分析器160来控制进入到气化器150的硫的速率和量。所述的分析器160可以用于检测或测量粗合成气中硫和/或硫化合物的量即硫含量或浓度,并且可以与进料器120和/或第一闭锁料斗110通过通讯管线161通讯,以控制添加到第二闭锁料斗130、气化器进料系统140、管线141中的气化器进料和/或直接注入到气化器150(未显示)的气化器进料中的硫的速率和/或量。通讯管线161可以是有线的、无线的或其组合。在另一个实例中,所述的分析器160可以向工作人员发出管线151中的粗合成气中硫浓度的警报,并且添加到第二闭锁料斗130、气化器进料系统140、管线141中的气化器进料和/或直接注入到气化器150(未显示)的气化器进料中的硫的速率和/或量可以手动调节或控制。
[0030] 所述的分析器160可以被置于气化器150的下游,例如越过一个或多个冷却器(未显示)和/或一个或多个微粒去除元件(未显示)以允许在检测或测量合成气中硫浓度之前,分别冷却合成气和/或去除夹带固体(entrained solids)。例如,一旦合成气被冷却至约600℃或更低、约500℃或更低、约450℃或更低、约400℃或更低、约350℃或更低、约300℃或更低、约250℃或更低、约200℃或更低的温度时,所述的分析器160可以测量合成气的硫浓度。在另一个实例中,一旦合成气被冷却到350℃的温度,分析器160可以测量合成气的硫浓度。在再一个实例中,一旦合成气中微粒的水平被降低至约10ppmw或更低、约5ppmw或更低、约1ppmw或更低、约0.3ppmw或更低、约0.2ppmw或更低或约0.1ppmw或更低,分析器160可以测量合成气的硫浓度。
[0031] 分析器160可以是能够估计、检测或测量合成气中硫或硫化合物的量或浓度的任意分析器或技术。例如,分析器160可以使用气相色谱法、汽相色谱法、气液分配色谱法来检测、测量或者另外估计从气化器150中离开的粗合成气流151中的硫浓度。分析器160可以使用流通型狭窄的管或柱,在气体流或载气中,样品的不同化学成分依据它们的多种化学和物理特性以及它们与特异性柱填充物的相互作用,以不同的速率通过所述流通型狭窄的管或柱,所述特异性柱填充物称之为静止相。载气的通过可以被称之为流动(moving)或流动(mobile)相。流动相可以利用载气,所述载气包括但不限于惰性气体如氦气或者非反应性的气体如氮气。分析器160也可以是或者包括分光计、激光分光计、气象仪、气体分离器或者前述分析设备或技术的任意组合。
[0032] 可以在分析器160中使用的检测器包括但不限于:火焰离子化检测器(FID)、热导检测器(TCD)、放电离子化检测器(DID)、电子俘获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、火焰离子化检测器(FID)、霍尔电解电导检测器(HECD)、氦离子化检测器(HID)、氮磷检测器(NPD)、红外检测器(IRD)、质量选择检测器(MSD)、光离子化检测器(PID)、脉冲放大离子化检测器(PDD)、热能(导)分析器/检测器(TEA/TCD)、质谱仪、红外分光光度计、核磁共振(NMR)波谱仪或它们的组合。
[0033] 操作中,可以根据通讯管线161中传送的信号和/或数据来自动和/或手动调节进料器120。进料器120可以是计量进料器或者旋转式推进分配器(rotofeed dispenser),并且可以由可变速度电动机(未显示)驱动以调节硫的进料速率和量。当分析器160在管线151中检测到粗合成气中不足量的硫和/或硫化合物,即硫浓度在预定的值或期望的第一或“下”阈值以下时,可以调节进料器120来提高经过管线122的硫分配给或者运输至第二闭锁料斗130、气化器进料系统140和/或管线141中的气化器进料的速率。管线151中粗合成气中不足量的硫是指基于管线151中粗合成气的总体积,硫浓度小于约0.1vol%。
[0034] 当分析器160检测到管线151中粗合成气中过量的硫和/或硫化合物时,即硫浓度或浓度在期望的第二或“上”阈值以上时,可以自动和/或手动调节进料器120来降低将经过管线122的硫分配给或者运输至气化器进料系统140的速率、将经过管线123的硫添加到气化器进料系统140的速率和/或将经过管线124的硫通过管线141引入到气化器150中的速率。例如,当管线151中粗合成气中的硫浓度增加到高于约0.4vol%、约0.5vol%、约0.6vol%、约0.7vol%、约0.8vol%、约0.9vol%或约1vol%时,可以减少和/或停止引入到第二闭锁料斗130、气化器进料系统140和/或管线141中气化器进料的硫的量。以该方式可以自动或手动控制粗合成气流151中的硫浓度来将硫浓度在保持预定或期望范围之内,以降低或阻止气化器150下游组件中的金属尘化。
[0035] 更详细地考虑气化器150,气化器150可以是或者包括一个或多个循环固体或运输气化器、一个或多个固定床气化器、一个或多个流化床气化器、一个或多个气流床气化器或它们的组合。例如,循环固体气化器可以通过以下方式进行操作:将一种或多种氧化剂引入到进料流中,例如经管线141的气化器进料,和/或引入到一个或多个混合区(未显示)中以提供气体混合物。在另一个实例中,可以将氧化剂直接添加到气化器中。引入到循环固体气化器中的氧化剂的类型和量可以影响经过管线151的合成气的组成和物理特性,并且因此影响由它们制备的下游产物。可以将所述的一种或多种氧化剂引入到一个或多个混合区中以生成气体混合物,并且例如可以按照适合于控制混合区的温度的速率引入。气体混合物可以通过混合区向上移动到提升管(riser)(未显示)中,在提升管停留时间可以允许煤焦气化、甲烷/蒸汽形成、焦油裂化和/或发生水煤气转变反应。混合区的温度可以为开始于约500℃至约650℃并升高至约900℃,例如如果碎焦炭或等价物进料到该混合区中。在一个实例中,提升管可以在比混合区更高的温度下操作。气体混合物可以离开提升管并进入一个或多个沉降器(disengager)或旋分离器(cyclone)(未显示),在这里大的微粒可以从气体中分离并反向循环至混合区。
[0036] 在循环固体气化器内的停留时间可以为约2秒或更长至约10秒或更长,其中温度对水煤气转变反应达到平衡可以是足够的(即低限约250℃至高限约1,000℃的温度)。循环固体气化器的操作温度可以通过以下方式至少部分地被控制:通过固体在提升管内的再循环速率和停留时间、通过在再循环到混合区之前降低灰分的温度、通过将蒸汽添加到混合区和/或通过将氧化剂添加到混合区。再循环的固体可以用于快速加热经过管线141进入的气化器进料,其可以使焦油形成降低到最小。混合区可以在约100千帕(kPa)至约4500kPa的压力下操作,以增加每单位反应器横截面面积的热输出量并提高任何随后的动力循环中的能量输出。
[0037] 由于循环固体气化器的出口温度可以成比例地小于可比的气化器(例如炉渣类型),合成气中热的量与化学热的量可以在循环固体气化器中同等地地较小。由于气化器内降低的操作温度(即小于1,600℃),可以消耗较少的能量来控制和优化H2:CO比,从而可以在气化器内蒸汽需求没有同量增加的前提下增加氢气的产量。适合的循环固体气化器可以如在第7,722,690号美国专利和第02008/0155899、2009/0151250和2009/0188165号美国专利申请中讨论和描述的。
[0038] 在另一个实例中,固定床或移动床气化器可以通过将经过管线141的气化器进料引入到反应器的上部或顶部(未显示)部分中来操作。可以将氧气和/或蒸汽引入到位于反应器的下部或底部的固定床气化器。进料可以通过重力向下移动通过反应器并且可以被气化。气化中剩余的灰分可以在反应器的底部退出。固定床气化器可以在相对低的出口温度(425℃至700℃)下操作并且与流化床气化器和气流床气化器相比可以需要更少量的氧气,但对蒸汽具有高要求且产生大量的焦油。固定床气化器可以具有有限的处理细粉的能力并且对于处理粘结性煤具有特别需求。来自固定床气化器的产物合成气可以包括未转化的甲烷和/或副产物焦油和油。适合的固定床气化器可以是如在第4,290,780、4,417,528和5,069,685号美国专利以及第2008/0086945号美国专利申请中所讨论和描述的。
[0039] 在再一个实例中,可以通过将来自经过管线141的气化器进料与时间较长(older)、部分地气化和/或全部气化的粒子在反应器(未显示)中混合来操作流化床气化器。可以使用气体流化固体粒子,然后可以分离气体和剩余的固体粒子。反应器中的气体可以包括氧气、蒸汽、再循环合成气或它们的组合。气体到反应器中的流可以是足以漂浮固体粒子,而不将固体粒子吸出反应器。流化床气化器可以在中等的出口温度下操作,并且在整个床中温度可以是一致的。例如,流化床气化器可以在低限约700℃、约750℃、约800℃、约850℃至高限约1,000℃、约1,050℃、约1,100℃或约1,150℃的温度下操作。流化床气化器可以需要比可比较的固定床气化器更大量的氧气但比可比较的气流床气化器需要更少量的氧气。同样地,流化床气化器可以需要比可比较的固定床气化器更少的蒸汽但比可比较的气流床气化器需要更多的蒸汽。来自流化床气化器的合成气可以比来自可比较的气流床气化器具有更高的纯度,且碳的转化可以比可比较的气流床气化器更低。纯度可以通过合成气中的H2+CO的量进行测量。例如,流化床气化器中合成气的纯度可以为25%至90%H2+CO。流化床气化器中的碳转化可以为例如低限约92%、约93%或约94%至高限约97%、约98%或约99%。合适的流化床气化器可以是如在第4,696,678、6,972,114和7,503,945号美国专利以及第2008/0250714号美国专利申请中讨论和描述的。
[0040] 在又一个实例中,气流床气化器可以通过将平行流中的经过管线141的气化器进料与氧化剂注入到反应器床中来操作。气化器进料迅速升温并与氧化剂反应。所述的氧化剂可以是氧气、蒸汽、再循环合成气或它们的组合。气流床气化器可以需要大量的氧化剂并3
且可以需要高的氧气纯度。例如,气流床气化器可以需要约0.2标准立方米(“Nm”)的O2
3
至约0.5Nm”)的O2每Nm(H2+CO)。此外,引入到气流床气化器的氧化剂可以具有约99.5%或更高的纯度。气流床气化器可以在高温度下操作并且常常需要高温度以实现高的碳转化率。例如,气流床气化器可以在低限约1,150℃、约1,200℃、约1,250℃或约1,300℃至高限约1,550℃、约1,600℃、约1,650℃或约1,700℃的温度下操作。气流床气化器也可以需要比固定床气化器更高的能量输入,所述能量输入为较高的耗汽率和/或耗氧气率的形式。气流床气化器可以获得高纯度的合成气并且可以气化很大范围内的材料。例如,来自气流床气化器的合成气可以具有小于约0.5%的N2、无焦油以及百万分之几的甲烷。气流床气化器可以具有短的停留时间,即低限约0.1秒、约0.2秒或约0.3秒至高限约1秒、约2秒或约3秒。合适的气流床气化器可以是如在第4,158,552、4,531,949和5,620,487号美国专利以及第2010/0088959号美国专利申请中所讨论和描述的。
[0041] 图2描绘了根据一种或多种实施方案,用于生产经过管线251的合成气的另一个举例说明性气化系统200的示意图,所述合成气具有的硫浓度足以降低在一个或多个气化器(一个显示为250)的下游组件中的金属尘化。与以上参照图1所讨论和描述的实施方案类似,可以将硫储存在一个或多个第一闭锁料斗或储料斗110中。第一闭锁料斗110可以与第一或“硫”进料器220直接或经过管线111连通。第一进料器220可以将来自第一闭锁料斗110的硫经过管线221和222分配给一个或多个第二闭锁料斗130。第一进料器220可以控制经过管线221分配给第二闭锁料斗130的硫的量和/或速率。例如,第一进料器220可以是计量进料器或旋转式推进分配器,并且可以由可变速度电动机(未显示)驱动。在被进料到第一闭锁料斗110和/或第一进料器220之前,硫可以被研磨(pulverized)或研磨(ground)成粉并且在研磨之后平均的粒度可以是以上参照图1中的第一闭锁料斗110和进料器120讨论和描述的尺寸。
[0042] 第二闭锁料斗130可以接收、储存和/或混合经过管线101的原料与经过管线222的硫,并且可以将经过管线239的包含硫的碳质材料运输或分配至气化器进料系统240。可供选择地,可以将硫直接添加到气化器进料系统240,绕过第二闭锁料斗130。例如,可以将经过管线223的硫添加到气化器进料系统240的一个或多个储料斗242中,代替将经过管线221和222的硫添加到第二闭锁料斗130。
[0043] 第二闭锁料斗130可以与第二进料器234结合经过管线231操作,所述第二进料器如与添加的流体蒸汽(未显示)合作的高压旋转式进料器,以将碳质材料经过管线239运输至气化器进料系统240。举例说明性流体可以包括但不限于空气、氮气、二氧化碳或它们的任意组合。优选地,可以按照至少10,000kg/h的速率以及更优选地以约20,000kg/h至高限约30,000kg/h的速率将碳质材料从第二闭锁料斗130运输至气化器进料系统240。
[0044] 气化器进料系统240可以接受经过管线239和/或来自另一个工艺或来源(未显示)的包含硫的碳质材料并生成经过管线241的气化器进料。气化器进料系统240可以包括储料斗242、一个或多个第一或“闭锁(lock)”容器244、一个或多个第二或“分配”容器246,以及一个或多个第二进料器248。储料斗242可以通过一个或多个第一控制阀243与闭锁容器244连接和/或与闭锁容器244流体连通,且储料斗244可以通过一个或多个第二控制阀245与分配容器246连接和/或与分配容器244流体连通。
[0045] 可以将来自第二闭锁料斗130的碳质材料经过管线239以及任何额外的硫经过管线223引入到储料斗242。可以将氮气经过低压氮气来源202添加到储料斗242以保持储料斗242内的空气压力。添加到储料斗242的硫可以与储料斗242中的碳质材料混合以提供闭锁容器244和/或分配容器246中的包含硫的碳质材料。
[0046] 经过管线239的碳质材料可以具有或者不具有添加的硫并且可以被干燥和/或粉碎。例如,经过管线101的碳质材料在进料到第二闭锁料斗130之前可以被干燥且可以通过一个或多个磨粉机(未显示)进行粉碎。例如,经过管线101的原料可以被干燥至约22%至约15%的水分。在另一个实例中,经过管线101的原料可以被干燥至约18%的水分。在一个或多个实施方案中,可以使用流化床干燥器(未显示)来干燥经过管线101的原料。经过管线239的碳质材料在进料到储料斗242之前可以被干燥且可以通过一个或多个磨粉机(未显示)进行粉碎。所述磨粉机可以包括,例如一个或多个碗形磨或一个或多个棒磨(未显示)。
[0047] 可以将来自储料斗242的包含硫的碳质材料以可控的速率或者间歇地进料到闭锁容器244中。可以通过封闭第一控制阀243将闭锁容器244从储料斗242分离。可以使用经过第一高压氮气来源203对闭锁容器244加压至第一或“完整系统”压力。
[0048] 闭锁容器244中的第一压力可以为低限约2,400kPa、约2,600kPa、约2,800kPa或约3,000kPa至高限约4,000kPa、约4,200kPa、约4,400kPa或约4,600kPa。例如,闭锁容器244中的第一压力可以为约2,500kPa至约4,500kPa、约2,700kPa至约4,300kPa或约2,900kPa至约4,100kPa。在另一个实例中,第一压力可以为约3,500kPa。分配容器246可以保持在第一压力。
[0049] 一旦闭锁容器244中的包含硫的碳质材料达到第一压力,即分配容器246的压力,可以打开闭锁容器244和分配容器246之间的第二控制阀245。然后,可以通过重力将包含硫的碳质材料进料到分配容器246中,直到闭锁容器244的全部库存都被排放到分配容器246。然后,可以将闭锁容器244与分配容器246分离并减压准备接收来自储料斗242的包含硫的碳质材料的另一次排放。
[0050] 分配容器246可以在第一压力下连续操作。可以使用经过第二高压氮气来源204的氮气来保持分配容器246中的压力。可以将包含硫的碳质材料通过第二进料器248从分配容器246的底部运输到一个或多个气化器250中。
[0051] 第二进料器248可以是无移动零件的非机械进料控制装置并且可以将连续的灰分减压系统与传统设计组合用于流速控制。用于进料器248中的包含硫的碳质材料流动的驱动力可以是其中的压差。经过第三高压氮气来源205的氮气气体和经过运输流体来源206的运输流体,例如空气和/或再循环的合成气可以对通过进料器248并离开进料器248到气化器250的包含硫的碳质材料的流量进行计量。
[0052] 可以将进过管线241的气化器进料引入到气化器250以生成粗合成气流251。管线241中的气化器进料可以是干燥的进料或者作为浆料或悬浮液运输到气化器。气化器250可以是但不限于,一个或多个循环固体气化器、一个或多个固定床气化器、一个或多个流化床气化器、一个或多个气流床气化器或它们的组合。
[0053] 气化器250可以包括单个的反应器列(reactor train)或者串联或平行排列的两个或多个反应器列。每个反应器列可以包括一个或多个混合区252、一个或多个提升管253以及一个或多个沉降器254。每个反应器列可以彼此独立地配置或者配置为可以共享任意的一个或多个混合区252、提升管253或者沉降器254。出于描述的简单性和容易性,气化器250的实施方案将在单个反应器列的上下文中进一步描述。
[0054] 经过管线241的气化器进料和经过管线214的一种或多种氧化剂或加工空气可以在混合区252中组合以提供气体混合物或悬浮液。如所示出的,经过管线241的气化器进料和经过管线214的氧化剂可以分别地注入到混合区252或者在注入到混合区之前混合(未显示)。例如,经过管线241的气化器进料和经过管线214的氧化剂可以顺序地被注入到气化器250。在另一个实例中,经过管线241的气化器进料和经过管线214的氧化剂可以同时被注入到气化器250中。
[0055] 经过管线214引入到气化器250的氧化剂的类型和量可以影响经过管线251的合成气的组成和物理特性,并且因此影响由其制备的下游产物。一种或多种氧化剂可以包括但不限于:空气、氧气、大体上是氧气(essentially oxygen)、富氧空气(oxygen-enriched air)、氧气和空气的混合物、氧气和惰性气体如氮气和氩气的混合物等。氧化剂可以包含约65vol%的氧气或更多、约70vol%的氧气或更多、约75vol%的氧气或更多、约80vol%的氧气或更多、约85vol%的氧气或更多、约90vol%的氧气或更多、约95vol%的氧气或更多或者约
99vol%的氧气或更多。如在本文中使用的,术语“大体上是氧气”是指包含51vol%的氧气或更多的氧气流。如在本文中使用的,术语“富氧空气”是指包含21vol%的氧气或更多的空气。富氧空气可以例如从空气的低温蒸馏、变压吸附、膜分离或它们的任意组合中获得。
氧化剂中的至少一种可以是由一种或多种空气分离设备(未显示)提供的纯氧气。一种或多种氧化剂可以不含氮气或基本上不含氮气。所谓“基本上不含氮气”,意思是一种或多种氧化剂包含约5vol%的氮气或更少、约4vol%的氮气或更少、约3vol%的氮气或更少、约2vol%的氮气或更少或者约1vol%的氮气或更少。
[0056] 气体混合物可以通过混合物252向上移动至提升管253中,在提升管253中,额外的停留时间允许煤焦气化、甲烷/蒸汽形成、焦油裂化和/或发生水煤气转变反应。提升管253可以在比混合区252更高的温度下操作且可以具有比混合区252更小的直径。提升管
253中合适的温度可以为低限约700℃、约715℃、约730℃或者约750℃至高限约950℃、约
1,000℃、约1,050℃或者约1,100℃。例如,提升管253中合适的温度可以为约710℃至约
1,075℃、约720℃至约1,025℃或约740℃至约975℃。提升管253中表面气体速率可以为低限约3米/秒(m/s)、约6m/s或约9m/s至高限约21m/s、约24m/s或约27m/s。例如,提升管253中表面气体速率可以为约5m/s至约25m/s、约10m/s至约18m/s或者约9m/s至约
12m/s。
[0057] 气体混合物可以离开提升管253并进入沉降器254,在沉降器254中较大的粒子可以从气体中分离并经过一个或多个导管反向循环至混合区252,所述导管包括但不限于:竖管259和/或j形支架(j-leg)258。j形支架258可以包括非机械的“j-阀”来增加有效的固体停留时间,提高碳转化并使固体再循环至混合区252的充气需求最小化。在一个或多个实施方案中,沉降器254可以是旋风分离器。可以将一个或多个微粒转运装置257置于沉降器254的下游,用于收集分离的微粒粉末,所述微粒转运装置257例如一个或多个密封阀(loop seals)或闸式阀门(seal legs)。尽管未显示。可以将第二阶段固体沉降器或旋风分离器放置或置于竖管259上,用于从沉降器254的顶部分离出大部分的微细固体。
粗合成气流251中任何夹带或残余的微粒均可以使用一个或多个微粒去除系统或微粒控制装置290来去除。可以将经过管线208的,例如来自压缩机(未显示)的再循环气体加入到j形支架258、微粒转运装置257、竖管259或它们的任意组合,用于充气以有助于固体循环。
[0058] 可以将经过管线214的一种或多种氧化剂引入混合区252的底部,以提高混合区252和提升管253的温度并燃烧包含在灰分(“煤焦(char)”)形式的再循环微粒中的任何碳。例如,可以按照适合于控制混合区252温度的速率将一种或多种氧化剂引入到混合区
252。所述的一种或多种氧化剂可以包括过量的空气。例如,所述的一种或多种氧化剂可以是化学计量不足的空气,其中氧气与碳的摩尔比可以被保持在化学计量不足的浓度,从而有助于在混合区252内一氧化碳的形成超过二氧化碳。在另一个实例中,通过氧化剂提供到混合区252的氧气可以小于完成提供给混合物252的所有碳的燃烧所需要的氧气的化学剂量的5%。空气中额外的氧气和蒸汽可以由再循环固体中的煤焦消耗,以在操作期间和在进料中断期间稳定反应器温度。
[0059] 气化器250内停留时间和温度可以是足以使水煤气转变反应达到平衡的。例如,经过管线241的气化器进料的停留时间在混合区252中可以大于约2秒、大于约5秒或大于约10秒。气化器250的操作温度可以为低限约600℃、约650℃或约700℃至高限约900℃、约1,000℃或约1,100℃。例如,气化器250的操作温度可以为约625℃至约1,050℃、约675℃至约1,025℃或约700℃至约975℃。
[0060] 气化器250可以在足以不熔化灰分的温度范围内操作,例如约565℃至约1040℃或约840℃至约930℃。热量可以通过在再循环固体与进入经过管线241的气化器进料接触之前,燃烧混合区252下部的循环固体中的碳来提供。可以通过使混合区252达到约500℃至约650℃的温度并且任选地,通过将焦炭屑或其他固体、液体或气体流体进料到混合区252以进一步增加混合区252的温度至约900℃来开始启动。
[0061] 启动燃烧器215可以用于经过管线216启动气化器250。启动燃烧器215的燃料可以通过经过管线233的启动燃料管线供给。用于启动燃烧器215的氧化剂或工艺空气可以通过管线214供给。启动燃烧器215可以是直接燃烧丙烷的燃烧器,所述燃烧丙烷的燃烧器操作用于加热气化器250至约500℃至约650℃。液态燃料,例如燃油,基于它们的可用性也可以使用。启动燃烧器215可以在约500kPa至约550kPa的系统压力下启动并且可以在约950kPa至约1,050kPa的压力下操作。
[0062] 气化器250中的温度变化可以受到在气化器250中循环的大量的固体抑制。所述循环固体也可以用于快速加热引入的经过管线241的气化器进料,这可以使焦油形成最小化。
[0063] 混合区252可以在约100kPa至约4500kPa的压力下操作以提高反应器横截面单位面积的热输出量并提高任何随后的动力循环中的能量输出。例如,混合区252可以在约250kPa至约4000kPa、500kPa至约3000kPa或约750kPa至约2500kPa的压力下操作。
[0064] 气化器250中产生的管线251中的粗合成气可以与以上参照图1所讨论和描述的管线151中的粗合成气类似。蒸汽可以与经过管线214的氧化剂流一起添加至气化器的混合区以使得在氧化剂引入的点使得温度升高变缓。也可以将蒸汽提供给气化器250的混合区以控制气化器250内的氢气与一氧化碳之比(H2:CO)。由于气化器250的出口温度可以成比例地小于可比较的气化器(如炉渣类型),经过管线251的粗合成气中的热的量与化学热的量在气化器250内可以可比较地较小。蒸汽可以用于通过使用比其它在更高温度下操作的气流床气化器更少的能源耗损来调节改变H2:CO比。由于气化器250内降低的操作温度(即,小于1,600℃),可以消耗更少的能量来控制和优化H2:CO比,从而在气化器250内的蒸汽需求方面没有同量增加的情况下,增加氢气的产量。离开气化器250,经过管线251的粗合成气的H2:CO可以为约0.6:1至约1.3:1。例如,H2:CO之比可以为约0.7:1至约1.2:1、约0.8:1至约1.1:1或约0.9:1至约1:1。
[0065] 气化器底部排污罐255可以用于在预防修理期间使来自气化器250的灰分去库存化(de-inventory)。竖管259中其它累积的灰分可以从微粒转移装置中,例如从闸式阀门中除去以保持竖管259内的灰分水平。来自气化器底部排污罐255的固体可以经过管线256进料来进行储存和/或被处理。
[0066] 管线251中的粗合成气可以在约575℃至约1,050℃的温度下离开气化器。在进入微粒去除系统290之前,可以使用一个或多个冷却器270(“初级冷却器”)冷却管线251中的粗合成气以提供冷却的粗合成气流286。
[0067] 冷却器270可以包括一个或多个串联排列的热交换器或热交换区(显示了三个:271、280和285)。管线251中的粗合成气可以在第一热交换器(“第一区”)271中通过间接的热交换冷却至约260℃至约820℃的温度。通过管线272离开第一热交换器271的冷却的粗合成气在第二热交换器(“第二区”)280中可以通过间接的热交换进一步冷却至约260℃至约705℃的温度。通过管线282离开第二热交换器271的冷却的粗合成气在第三热交换器(“第三区”)285中通过间接的热交换可以进一步冷却至约260℃至约430℃的温度。
[0068] 可以使用传热介质来冷却管线251中的粗合成气。所述传热介质可以是饱和的蒸汽、锅炉给水等。可以将经过管线283的传热介质引入到合成气冷却器270中。可以将来自粗合成气的热量间接地转移到传热介质以提供可以经过管线281回收的过热或高压过热蒸汽。经过管线281的过热或高压过热蒸汽可以用于为一个或多个蒸汽涡轮(未显示)提供动力,所述蒸汽涡轮例如可以驱动直接耦合的发电机(未显示)。从蒸汽涡轮回收的冷凝液可以作为锅炉给水再循环以冷却合成气并生成蒸汽。
[0069] 经过管线283的传热介质可以在第三热交换器(“省热器”)285中加热以提供经过管线286的冷却的合成气和经过管线287的锅炉给水。在加工条件下,可以使经过管线287的锅炉给水饱和或基本上饱和。可以将经过管线287的锅炉给水引入到(“急骤蒸发到(flash)”)一个或多个蒸汽锅筒或分离器275中,以提供经过管线277的加热的水以进料至蒸汽发生器271中。
[0070] 来自合成气冷却器270的经过管线281的过热或高压过热蒸汽的温度可以为约400℃或更高、425℃或更高、450℃或更高、475℃或更高、500℃或更高或者550℃或更高。
经过管线281的过热或高压过热蒸汽的压力可以为4,000kPa或更高、约4,500kPa或更高、约5,000kPa或更高、约5,550kPa或更高、约6,000kPa或更高、约6,500kPa或更高、约
7,000kPa或更高或者约7,500kPa或更高。
[0071] 可以将来自分离器275的经过管线277的锅炉给水引入到第一热交换器(“蒸汽发生器”)271中,并对管线251中的粗合成气加热,从而生成通过管线273可以被引入到分离器275的蒸汽。经过管线273返回到分离器275的蒸汽可以通过管线276离开,用于在第二热交换器280中进行过热化从而提供经过管线281的过热或高压过热的蒸汽,该过热或高压过热的蒸汽在一个或多个蒸汽涡轮(未显示)中使用。可以通过排放(blow down)少量的经过管线278的水来控制在分离器275中固体的积累。
[0072] 热交换器271、280、285(显示了三个)中的任意一个或全部可以是壳管式热交换器。管线251中的粗合成气可以连续地供给到第一热交换器271、第二热交换器280和第三热交换器285的壳侧或管侧。根据将粗合成气引入到哪一程,传热介质可以通过壳侧或管侧。在一个或多个实施方案中,可以将管线251中的粗合成气平行地供给到第一热交换器271、第二热交换器280和第三热交换器285的壳侧或管侧并且根据将粗合成气引入到哪一侧,传热介质可以连续地通过壳侧或管侧。通过管线283可以添加补充(make-up)传热介质。
[0073] 可以将经过管线286的冷却的合成气引入到微粒去除系统290,以部分地或完全地去除来自冷却的合成气的微粒以提供经过管线291的分离的、“贫微粒的(particulate-lean)”或“干净的(clean)”合成气,经过管线292的分离的微粒和经过管线293的冷凝物。在启动期间,可以将经过管线288的蒸汽提供给微粒去除系统290以对其进行预热。尽管未显示,所述一个或多个微粒去除系统290可以任选地用于冷却之前部分或完全去除来自管线251中的粗合成气的微粒。例如,可以将管线251中的粗合成气直接引入到微粒去除系统290,致使热的气体微粒除去(例如,约550℃至约1,050℃)。尽管未显示,可以使用两个微粒去除系统290。例如,一个微粒去除系统290可以在冷却器270的上游且一个微粒去除系统290可以在冷却器270的下游。
[0074] 一个或多个微粒去除系统290可以包括一个或多个分离装置,例如常规分离器和/或旋风分离器(未显示)。也可以使用能够提供出口微粒浓度在约0.1ppmw的可检测限以下的微粒控制装置(“PCD”)。举例说明性的PCD可以包括但不限于:烧结金属可滤器、金属过滤柱(metal filter candles)和/或陶瓷过滤柱(ceramic filter candle)(例如,过滤器材料)。可以使用经过管线289的少量的高压再循环合成气来脉冲清洁过滤器,因为它们可以累积来自未过滤的合成气的微粒。
[0075] 可以将一个或多个分析器(显示了两个260、265)置于气化器250的下游以检测从气化器250出来的硫的量或硫浓度。分析器260、265可以通过通讯连接261、266和/或267与第一进料器220和/或第一闭锁料斗110通讯,以便于控制和/或保持气化器250和/或粗合成气流251中的硫浓度。通讯装置261、266和/或267可以是有线的、无线的或它们的组合。
[0076] 温度足够冷从而被送到回火系统(未显示),并且位于任意的会改变合成气硫浓度的处理系统上游的点的硫浓度可以通过气化器250下游的分析器260、265测量,所述的处理系统例如为洗步骤。例如,经过管线286的合成气在其通过冷却器270被冷却之后,第一分析器260可以测量该经过管线286的冷却的合成气中的硫浓度。在另一个实例中,经过管线291的合成气在其通过了微粒去除系统290之后,第二分析器265可以测量该经过管线291的分离的合成气中的硫浓度。在又一个实例中,第一分析器260可以测量经过管线286的冷却的合成气中的硫浓度且第二分析器265可以测量经过管线291的分离的合成气中的硫浓度。分析器260、265可以是但不限于:气相色谱仪、气象仪、气体分离器或它们的任意组合。分析器260、265可以与以上参照图1所讨论和描述的分析器160相同或类似。
[0077] 一旦分析器260、265测量或测定了经过管线286的冷却的合成气和/或经过管线291的分离的合成气中的硫浓度,分析器260、265可以通过通讯装置261、266和/或267将信号和/或数据输出到操作员(未显示)、第一进料器220和/或第一闭锁料斗110。例如,第一分析器260可以通过通讯装置261和267与第一进料器220和/或第一闭锁料斗110通讯。在另一个实例中,第二分析器265可以通过通讯装置266和267与第一进料器220和/或第一闭锁料斗110通讯。在再另一个实例中,分析器260、265两者都可以通过通讯装置261、266和/或267与进料器交流信息。尽管未显示,第一进料器220和/或第一闭锁料斗110的通讯和驱使(actuation)可以通过操作员和/或控制单元来促进,所述操作员和/或控制单元可以在系统200的本地或者远程。
[0078] 在操作中,可以根据通讯装置267传送的信号和/或数据来调节第一进料器220。当第一分析器260和/或第二分析器265在经过管线286的冷却的合成气和/或经过管线
291的分离的合成气中检测到不足量的硫时,即硫浓度低于期望的浓度时,可以调节第一进料器220来增加将经过管线222的硫分配或运输至气化器进料系统240的速率和/或增加将经过管线223的硫分配给气化器进料系统240的储料斗242的速率。经过管线286的冷却的合成气中不足量的硫可以被定义为:基于管线286中的冷却的合成气的总体积,硫浓度低于约0.05vol%、约0.1vol%或约0.2vol%。经过管线291的分离的合成气中不足量的硫可以被定义为:基于管线291中的分离的合成气的总体积,硫浓度低于约0.05vol%、约
0.1vol%或约0.2vol%。
[0079] 当分析器260、265检测到经过管线286的冷却的合成气和/或经过管线291的分离的合成气中过量的硫时,即硫浓度太高时,可以调节第一进料器220来降低将经过管线222的硫分配或运输至闭锁料斗130的速率和/或降低将经过管线223的硫分配给气化器进料系统240的储料斗242的速率。例如,当经过管线286的冷却的合成气中硫浓度增加到约0.3vol%、约0.4vol%或约0.5vol%、约0.6vol%、约0.7vol%、约0.8vol%、约0.9vol%或约
1vol%以上时,可以降低或停止分配到闭锁料斗130和/或气化器进料系统240的硫的量。
在另一个实例中,当经过管线291的分离的合成气中硫浓度增加到约0.3vol%、约0.4vol%或约0.5vol%、约0.6vol%、约0.7vol%、约0.8vol%、约0.9vol%或约1vol%以上时,可以降低或停止分配到闭锁料斗130和/或气化器进料系统240的硫的量。
[0080] 基于通过分析器260、265检测到的硫浓度(或多种浓度),对第一进料器220的所有调节可以是自动调节。在另一个实例中,调节可以通过控制器(未显示)来驱使,所述控制器通过通讯装置261、266、267或其他通讯装置(未显示)接收来自分析器260、265的一个或多个信号和/或数据。基于分析器260、265发送的信号和/或数据,也可以手动调节通过第一进料器220分配的硫的量。
[0081] 本公开的实施方案进一步涉及以下段落中的任意一段或多段:
[0082] 1.一种用于保持合成气中硫浓度的方法,所述方法包括:将硫与碳质材料组合以生成包含硫的碳质进料;使合成气中硫浓度的至少一部分气化;以及基于检测的硫浓度,调节添加到碳质材料中的硫的量。
[0083] 2.第1段所述的方法,其中所述碳质材料包括煤、焦炭、石油、生物质或它们的任意组合。
[0084] 3.第1段或第2段所述的方法,其中所述合成气具有期望的硫浓度,所述硫浓度为至少0.1vol%。
[0085] 4.根据第1至3段中任意一段所述的方法,其中所述碳质材料的平均粒度为约50微米至约500微米。
[0086] 5.第4段所述的方法,其中所述添加的硫的平均粒度为约50微米至约500微米。
[0087] 6.根据第1至5段中任意一段所述的方法,其中使用气相色谱法、光谱测定法、汽相色谱法、气液分配色谱法或它们的组合来检测硫。
[0088] 7.第6段所述的方法,其中所述包含硫的碳质混合物的平均粒度为约400微米或更小。
[0089] 8.根据第1至7段中任意一段所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在运输气化器中气化。
[0090] 9.根据第1至7段中任意一段所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在流化床气化器中气化。
[0091] 10.根据第1至7段中任意一段所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在气流床气化器中气化。
[0092] 11.根据第1至7段中任意一段所述的方法,其中所述包含硫的碳质进料在固定床气化器中气化。
[0093] 12.一种用于保持合成气中硫浓度的方法,所述方法包括:将硫添加到碳质材料中以生成包含硫的碳质进料,所述碳质进料包含至少0.05vol%的硫;将包含硫的碳质进料引入到运输气化器中以生成合成气;检测合成气中的硫浓度;以及基于检测的硫浓度调节添加到碳质材料中的硫的量以将合成气中的硫浓度保持在约0.1vol%或更高。
[0094] 13.第12段所述的方法,所述方法还包括当合成气中的硫浓度在0.1vol%以下时,增加添加到碳质材料中的硫的量。
[0095] 14.第12或13段所述的方法,所述方法还包括当合成气中的硫浓度在0.4vol%以上时,减少添加到碳质材料中的硫的量。
[0096] 15.一种用于保持合成气中硫浓度的方法,所述方法包括:以控制的速率将硫添加到碳质材料中以生成包含硫的碳质混合物,其中所述第一进料器调节控制的硫的速率;将包含硫的碳质混合物引入到进料系统中以生成包含硫碳质进料;将包含硫的碳质进料引入到气化器中,所述气化器在足以生成硫浓度为约0.1vol%至约0.4vol%的合成气的条件下操作;检测合成气中的硫浓度;当硫浓度在0.1vol以下%时,调节第一进料器以增加将硫添加到碳质材料中的硫的速率;以及当硫浓度在0.4vol%以上时,调节第一进料器以降低将硫添加到碳质材料中的硫的速率。
[0097] 16.第15段所述的方法,所述方法还包括:将包含硫的碳质材料的压力从大气压力改变到气化器操作压力。
[0098] 17.第15或16段所述的方法,其中所述气化器在约700℃至约1,000℃的温度下操作。
[0099] 18.根据第15至17段中任意一段所述的方法,所述方法还包括将合成气引入到一个或多个冷却器中以生成冷却的合成气,其中在冷却了合成气之后,检测所述合成气的硫浓度。
[0100] 19.权利要求18所述的方法,所述方法还包括将冷却的合成气引入到微粒化的控制装置中以从冷却的合成气中部分地或完全地去除微粒,以生成贫微粒的合成气和分离的微粒;采用第二分析器检测贫微粒的合成气中的硫浓度;当贫微粒的合成气中的硫浓度在第一阈值以下时,调节计量进料器以增加将硫添加到碳质材料中的速率;以及当贫微粒的合成气中的硫浓度在第二阈值以上时,调节计量进料器以降低将硫添加到碳质材料中的速率。
[0101] 20.根据第15至19段中任意一段所述的方法,其中所述气化器在约750kPa至约2,500kPa的压力下操作。
[0102] 已经使用一组数字上限和一组数字下限描述了某些实施方案和特征。应当理解,除非另外指明,从任意下限至任意下限的范围都是预期的。某些下限、上限以及范围出现在以下一个或多个权利要求中。所有数值是指定值的“约”或“大约”值,并且将本领域普通技术人员所预期的实验误差和变化考虑在内。
[0103] 以上已经定义了各种术语。在权利要求中使用的以上未定义术语的程度上,应当给出如在至少一个印刷的出版物或授权的专利中反映的该术语在相关领域中的技术人员已经给出的最宽泛的定义。此外,在本申请中引用的所有专利、测试程序以及其它文件完全引入作为参考,所引入的程度为该公开内容与该申请没有不一致并且出于其中允许该引入的所有管辖范围。
[0104] 虽然前文针对本公开的实施方案,但在不背离本公开的基本范围的前提下,可以想到本公开的其它和进一步的实施方案,并且所述本公开的范围是由以下的权利要求所确定的。
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