CN101205019A - 用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种系统(10)，其用于控制固体运送系统中气体的泄漏。该系统(10)包括固体容积泵(14)，固体容积泵(14)包括颗粒材料(12)的入口以及释放颗粒材料的出口(38)。该系统(10)还包括缓冲气体通道(42)，该缓冲气体通道(42)构造成阻止如来自下游系统(20)或工序的过程气体回流入固体容积泵(14)。该系统(10)进一步包括压差系统(28)，该压差系统(28)构造成控制缓冲气体(41)的流动速率，并保持缓冲气体(41)与过程气体之间的正压力差。

Description

用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的系统和方法

技术领域

本发明通常涉及用于供应固体至加压系统中的固体运送系统，尤其涉及使用固体容积泵(bulk solids pump)如旋转固体泵，以供应固体至在压力增加下操作的工序(process)或系统的固体运送系统。

背景技术

各种各样的设备已经被用于加压、传输和供应颗粒材料诸如但不限于固体燃料、矿石、化学品、填料、聚合体和其它以固体微粒形式搬运的干燥材料至化学或热转化工序或其它系统，如在压力增加下操作的存储系统。这种设备的一些非限制性示例包括闸斗仓、螺旋式进料器、活塞进料器及其它们的各种组合。

固体容积泵可以是一种具有吸引力的装置，用于加压、传输或供应颗粒材料至这种工序或系统，或单独或与其它这种加压、传输或供应设备结合。尽管固体容积泵提供了若干优点，但是仍存在过程气体在操作工序中通过这种泵回漏的潜在问题。这就是例如旋转固体泵的设计中允许源自旋转固体泵的下游的过程气体沿着固体传送的反方向泄漏的原因。泄漏可造成安全性和操作性相关因素不理想，这是由于如果过程气体与包含环境空气的泵的上游气体或大气混合，则过程气体足以可能是易燃的、反应的、腐蚀性的或有毒的，从而形成危险情况。当冷或热超出理想界限的过程气体在进入未构造成这种条件的泵和上游系统的区域时，也可导致破坏。此外，过程气体可包含在上游设备中可冷凝在固体上的物质、与固体反应的物质或加湿固体的物质，因此产生包含固体传送和堵塞的问题。即使不存在上述问题，过程气体通过旋转固体泵回流造成的损失由于成本原因也是不理想的。

此外，未经检查的这种气体泄漏在固体传送和工序或系统操作中可产生不稳定性，从而导致其它操作上的设备和安全的问题。在旋转型固体容积泵中的故障也可导致易燃、反应、腐蚀性或有毒的过程气体大量和不受控制的泄漏。由于加压气体形式的存储能量突然释放，这种故障也具有安全暗示。

因此，存在着对一种可解决上述问题中的一个或多个的改进的固体运送系统的需求。

发明内容

依照本发明的一个方面，提供了一种用于控制固体运送系统的过程气体泄漏的系统。这种系统包括固体容积泵，固体容积泵包括颗粒材料的入口和释放颗粒材料的出口。这种系统还包括缓冲气体通道，缓冲气体通道构造成阻止下游的过程气体回流入固体容积泵。这种系统进一步包括压差系统，压差系统构造成控制所述缓冲气体的流动速率，并保持缓冲气体与过程气体之间的正压力差。

依照本发明的另一方面，提供了一种用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的方法。这种方法包括通过固体容积泵将颗粒材料从入口传输至出口。这种方法还包括在出口内形成颗粒材料的封口。这种方法还包括在足够限制过程气体回流的压力下使缓冲气体通过通道。这种方法进一步包括通过流量表感测缓冲气体的流动速率。这种方法还包括通过至少两个压力感测器或一个压差感测器保持缓冲气体与过程气体之间的正压力差。

附图说明

当结合附图而对以下详细说明进行阅读时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得较好理解，在附图中相同的标号代表相同的部件，其中：

图1是依照本发明实施例的用于消除固体运送系统中气体泄漏的系统的方框图；

图2是依照本发明实施例的图1中系统的简要示意图；以及

图3是显示了依照本发明实施例的用于消除固体运送系统中气体泄漏的方法中的示范性步骤的流程图。

元件符号对照：

10  用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的系统

12  颗粒材料

14  固体容积泵

16  缓冲气体通道

18  风动输送器

20  下游工序或系统

22  供应斗

24  供应装置

26  第二风动输送器

28  压差系统

30  固体运送系统

32  颗粒材料

34  入口

36  旋转固体泵

38  出口

40  固体传送方向

41  缓冲气体

42  缓冲气体通道

44  流量表

46  缓冲气体方向

48  风动输送器

50  加工系统

52  过程气体泄漏方向

54  压差系统

56  压差感测器

58  控制系统

60  隔离阀位置

70  用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的方法

72  通过旋转固体泵将颗粒材料从入口传输至出口

74  在所述出口中形成所述颗粒材料的封口

76  在足够限制过程气体回流的压力下使缓冲气体通过通道

78  通过流量表感测缓冲气体的流动速率

80  通过至少两个压力感测器或一个压差感测器保持缓冲气体与过程气体之间的正压力差

具体实施方式

如下文中的详细讨论的，本发明实施例包括消除固体运送系统中气体泄漏的系统及其方法。如文中所使用的，用语“气体泄漏”指的是从下游工序或系统泄漏至固体运送系统内的过程气体(processgas)，或从进入缓冲气体的下游固体运送系统的气体泄漏至固体运送系统的过程气体，诸如作为一个或多个单独流的流态化气体、风动输送载气、加压气体，但不限于此。固体运送系统包括运输设备，运输设备可传输和加压颗粒材料用于下游工序或系统，如气化工序中的气化器以产生热合成气体产品，但不仅限于此。运输设备的非限制性示例为固体容积泵。

图1为用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的系统10的方框图。固体运送系统10包括用于工序颗粒材料12的上游供应的固体容积泵14。在特定实施例中，颗粒材料的供应可通过上游供应系统(图未示)。上游供应系统的一些非限制性示例包括供应仓、供应斗、带状进料器以及其组合。在另一实施例中，固体容积泵14可为旋转固体容积泵。颗粒材料12通过固体容积泵14被传输至出口，出口用于卸下和利用缓冲气体通过缓冲气体通道16，缓冲气体成分的进入可被固体容积泵14的上游和下游允许。在特定实施例中，缓冲气体可被允许泄漏或排出至大气。缓冲气体的一些非限制性示例在某些工序中包括惰性气体，如氩或氦，在其它工序中如氮和二氧化碳。颗粒材料12进一步被卸下到风动输送器18中。风动输送器18引导颗粒材料12进入下游工序或系统20。工序或系统的一些非限制性示例可包括用于气化工序的固体供应气化器、加压鼓风炉和加压固体热处理工序中的反应器。在特定实施例中，来自旋转固体泵14的颗粒材料12可直接卸下至系统20中。在另一实施例中，来自固体容积泵14的颗粒材料12可被风动输送器18输送至供应斗22，供应斗22然后可与一个或多个供应装置24结合使用，供应装置24可与供应斗22整合或不整合，以供应规定量的颗粒材料12至系统20。此处使用的用语“供应装置”指的是物理性导致颗粒材料12以特定速度移动的装置。供应装置的一些非限制性示例可包括旋转阀、螺旋进料器和带状进料器。在又一实施例中，规定量的颗粒材料12进一步被中继给第二风动输送器26用于输送给系统20。

缓冲气体通道16连接至压差系统28上，压差系统28保持流动的缓冲气体和来自系统20、风动输送器18或供应斗22的过程气体之间的正压力差。正压力差消除了过程气体泄漏至未构造成高温或低温气体或易燃、反应、腐蚀性或有毒气体的固体容积泵14区域和固体容积泵14上游系统区域的可能性。在特定实施例中，压差系统28可连接至计量装置(图未示)上，如监视缓冲气体通道流动的流量表，但不限于此。在另一实施例中，这种连接通过控制固体运送系统10或系统20中的至少一个的控制系统实现(图未示)。

图2为消除过程气体泄漏的固体运送系统30的方框图。系统30包括旋转固体泵36，旋转固体泵36具有用于颗粒材料32的进入的入口34。颗粒材料32的一些非限制性示例包括煤炭和石油焦炭。旋转固体泵36传输颗粒材料32至出口38内，用于在固体传送方向40上卸下。封口是当颗粒材料32推动通过出口38时由颗粒材料32的压缩形成在出口38内的。颗粒材料32进一步通过缓冲气体通道42。缓冲气体41的一些非限制性示例包括氮、二氧化碳和惰性气体，如氩和氦，但不仅限于此。缓冲气体41通过流量表44，流量表44监视和用于帮助控制缓冲气体在方向46流入系统30的流动速率。颗粒材料32从缓冲气体通道42被卸下至风动输送器48。风动输送器48包括过程气体，过程气体传输颗粒材料32至系统50用于加工。系统50的一些非限制性示例包括气化器和加压鼓风炉。在特定实施例中，来自旋转固体泵36的颗粒材料32可直接卸下到系统50内。在另一实施例中，来自旋转固体泵36的颗粒材料32可通过风动输送器48输送至供应斗(图未示)，供应斗可进一步与一个或多个供应装置(图未示)结合使用，供应装置可与供应斗整合或不整合，以供应规定量的颗粒材料32给系统50。在又一实施例中，规定量的颗粒材料32被进一步中继给第二风动输送器(图未示)，用于输送给系统。通过保持缓冲气体41的足够流量，过程气体被防止在方向52上回漏至旋转固体泵36的上游。在特定实施例中，缓冲气体41的流动也防止在旋转固体泵36的入口34从上游供应系统的气体泄漏。为了考虑流动如扩散、紊乱以及缓冲气体通道42的尺寸，但不限于此的各种影响，缓冲气体通道42与过程气体之间足够高的正差是理想的。

缓冲气体通道42连接至压差系统54上，压差系统54构造成控制缓冲气体的流动速率和保持缓冲气体41和过程气体之间足够高的正压力差，防止过程气体在方向52上流动。通过保持足够高的正压力差，消除了过程气体回流至旋转固体泵36的上游。进一步地，压差系统54帮助防止引起缓冲气体过量，过量的缓冲气体可能需要使用更大的设备并且也增加系统50所需的一个或多个反应物的量。压差系统54通常包括至少两个压力感测器或监视系统30中各种位置压差的压差感测器56。在特定实施例中，至少一个压差感测器56被用于测量旋转固体泵36的入口34与出口38之间的压力差。在另一实施例中，至少一个压差感测器56被用于测量出口38与风动输送器48的入口之间的压力差。在又一实施例中，至少一个压差感测器56被用于测量出口38与系统50的入口之间的压力差。在特定实施例中，压力感测器或压差感测器56和部分固体运送系统30中使用的暴露至颗粒材料32的流量表44包括设计元件(design element)，这些设计元件通过限制来自颗粒材料32的堵塞和腐蚀的潜在问题将可靠性提高。在示范性实施例中，设计元件包括通过隔板型密封件连接至工序的压力感测器，以及放气连接。在另一实施例中，设计元件可包括非插入流量表，如Corriolis流量表，但不仅限于此。在又一实施例中，缓冲气体被完全或部分移除，并且通过通风口选择性恢复，通风孔可位于旋转固体泵36内、位于旋转固体泵36与缓冲气体通道42之间，或位于泵36上游如来自旋转固体泵36入口上方的供应容器。

过程气体的一些非限制性示例，如在气化工序的情况下，可包括循环合成气体或循环二氧化碳，一氧化碳、二氧化碳、氢或氮中的至少一种或它们的混合物，这些气体包括一种或多种杂质，杂质的一些非限制性示例包括硫化合物如氢化硫、一氧化碳、氢和甲烷。过程气体还包括风动输送器48内的载气和来自系统50的过程气体，但不限于此。在特定实施例中，系统30也可包括位于旋转固体泵36内或其上游的气体感测器，可作为侦测泄漏的手段侦测过程气体中特定化合物的存在。在另一实施例中，缓冲气体通道40可被连接至靠近旋转固体泵36的出口38的旋转固体泵36上。旋转固体泵36的各种实施例可被用于在出口38处通过颗粒材料32的互锁产生不完全压力屏障，其与缓冲气体结合使用，用于保证过程气体不会进入旋转固体泵36。适合的旋转固体泵36的设计细节可在通过引用结合到本文中的美国专利第5,402,876号、第5,355,993号和第5,551,553号中找到。

在特定实施例中，压差系统54还被用于在故障情况下触发操作器警报，并作为工序安全互锁的部分。压差系统54包括控制系统58或可作为控制系统58的一部分，控制系统58构造成用于在故障过程中触发警报。当压差低于可接受界限时，控制系统58通过操作器警报警告操作器。可接受的界限依照系统的总设计变化。在另一实施例中，如果压差系统54显示缓冲气体41的流动量不足以允许安全操作，那么控制系统58将自动关闭泵或工序，或二者都关闭。在又一实施例中，如果压差系统52显示缓冲气体41反方向流动，控制系统58将进行自动关闭。在另一示范性实施例中，系统30可包括位于旋转固体泵36的入口34处的隔离阀和位于旋转固体泵36的出口38与风动输送器48的入口之间的位置60处的隔离阀，以实现安全的和可控制的关闭。

除了正常操作过程中被控制的过程气体泄漏之外，大量未被控制的泄漏可能产生自旋转固体泵的故障。大量泄漏可导致易燃、反应、腐蚀性、有毒和冷或热的过程气体大量进入未被设计为用于这种情况的区域。该区域的一些非限制性示例包括旋转固体泵36和风动输送器48的入口、系统50的供应注射器和旋转固体泵36的上游设备。在这种情况下，控制系统58可进行自动关闭。此外，一个或两个隔离阀可被关闭以对过程气体的回流进行流动限制。由于一个或两个隔离阀不能被足够快速的或理想的被关闭以完全阻止过程气体的回流，因此控制系统58可快速增加缓冲气体41的流动速率以帮助减少回流的和通过隔离阀和旋转固体泵36的过程气体的量，也减少系统30内的易燃、反应、腐蚀性和有毒过程气体的含量。

在特定实施例中，缓冲气体41的压力供给保持在旋转固体泵36的卸下压力和系统50的压力上的最低水平，以保证足够的供给。然而，如果缓冲气体41的供给压力降低到低于临界极限，警报将被启动。在另一实施例中，位于容器、管道或旋转固体泵36的一件上游设备(图未示)如供应仓、供应斗和带状进料器，但不限于此中的，并且用于将颗粒材料供给至旋转固体泵36的入口34的气体的成分被监视，用于区别于过程气体的成分。这种监视可使过程气体泄漏的侦测进入容器、管道或一件设备。在又一实施例中，缓冲气体41的流动速率的报警点被设置为最高水平。在非限制性示例中，最高水平被设置为风动输送器48内载气流动速率的大约5％。在缓冲气体41的流动速率超出界限时警报将被触发。在另一示范性实施例中，如果缓冲气体流动速率低于最小流动速率，警报将被触发。在又一实施例中，缓冲气体流动速率保持在最小流动速率之上。在另一实施例中，缓冲气体流动的控制和报警设置点被依照泵的生产能力调节。在另一特定实施例中，仓(图未示)内的压力被监视和控制以防止过度加压仓。在另一实施例中，最大压力界限可设置用于旋转固体泵36或旋转固体泵36的下游管道系统。在示范性实施例中，控制系统58可构造成基于压差系统56感测到的压差调整缓冲气体41的流动速率。

在示范性实施例中，供应旋转固体泵36的一件上游设备的压力被控制，因此排出的气体的流动速率被与这件上游设备内的颗粒材料32的体积变化，以及相对于这件上游设备的其它气体供应流动速率一起测量，以确定通过旋转固体泵36的气体的实际回流。在另一示范性实施例中，惰性或放气气体被用于在安全条件下保持供应旋转固体泵36的上游设备，并且放气或惰性气体的流动速率和这个设备内部的颗粒材料32的体积被从这个设备排出的气体的实际流量减去，这个设备排出的气体的实际流量在控制确定通过旋转固体泵36的气体实际回流的压力下。在再一示范性实施例中，通过旋转固体泵36的实际回流气体与缓冲气体供应率比较，以确定缓冲气体在方向46上流向下游的实际流动。

图3为代表固体运送系统中消除气体泄漏的方法70中的示范性步骤的流程图。方法70包括在步骤72中通过旋转固体泵将颗粒材料从入口传输至出口。在步骤74中在旋转固体泵的出口处形成颗粒材料的封口，这是由于颗粒材料在被推动通过旋转固体泵的出口时的压缩。在步骤76中缓冲气体在足够限制过程气体回流的压力下通过通道。在步骤78中缓冲气体的流动速率通过流量表被感测。在步骤80中缓冲气体与过程气体之间的正压力差通过压差感测器被保持。在特定实施例中，方法70还可包括在代表潜在未决故障的情况下被控制系统触发的警报。在触发警报或代表相关更严重情况或实际故障的一个或多个额外警报时，控制系统进一步关闭固体运送系统。在另一实施例中，方法70可包括通过位于缓冲气体通道内或其上游的气体感测器感测过程气体内的特定化合物。

受益地，上述用于消除过程气体泄漏的系统和方法可应用于多种固体容积泵，这些固体容积泵与在加压下操作的各种固体供应工序使用。一些非限制性示例包括气化工序、加压鼓风炉和加压固体热处理工序。

尽管本发明仅描述了某些特征，但是本领域技术人员将想到变型和变化。因此，应当理解的是，所附权利要求意在涵盖所有那些落入本发明实质精神内的这种变型和变化。

Claims (10)

1.一种用于控制固体运送系统中过程气体泄漏的系统(10)，其包括：

固体容积泵(14)，所述固体容积泵(14)包括：

颗粒材料(12)的入口；和

释放所述颗粒材料的出口(38)；

缓冲气体通道(42)，所述缓冲气体通道(42)构造成阻止过程气体从下游系统(20)流入所述固体容积泵(14)；以及

压差系统(28)，所述压差系统(28)构造成控制缓冲气体(41)的流动速率，并保持所述缓冲气体(41)与所述过程气体之间的正压力差。

2.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)进一步包括风动输送器(18)，以便将所述颗粒材料(12)传输至所述下游系统(20)。

3.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述过程气体包括循环合成气体、循环二氧化碳、一氧化碳、二氧化碳、氢和氮中至少其一或它们的组合。

4.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述缓冲气体(41)包括氮、二氧化碳、氩和氦。

5.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述压差系统(28)包括至少两个压力感测器或至少一个压差感测器(56)，以便控制所述缓冲气体(41)的所述流动速率。

6.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述压差系统(28)包括构造成在所述系统(10)的故障过程中触发警报的控制系统(58)。

7.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述颗粒材料(12)包括煤炭或石油焦炭。

8.一种用于消除固体运送系统中过程气体泄漏的方法(70)，其包括：

通过固体容积泵将颗粒材料从入口传输至出口(72)；

在所述出口内形成所述颗粒材料的封口(74)；

在足够限制所述过程气体回流的压力下使缓冲气体通过通道(76)；

通过流量表感测所述缓冲气体的流动速率(78)；以及

通过至少两个压力感测器或一个压差感测器保持所述缓冲气体与所述过程气体之间的正压力差(80)。

9.根据权利要求8所述的方法(70)，其特征在于，所述方法(70)进一步包括通过控制系统在故障过程中触发一个或多个警报。

10.根据权利要求8所述的方法(70)，其特征在于，所述方法(70)进一步包括通过位于所述缓冲气体通道内或所述缓冲气体通道上游的气体感测器感测所述过程气体中的特定化合物。

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