CN102443442A - 用于加压对于固定床反应器的进料的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于加压对于固定床反应器的进料的系统。根据一个实施例，系统(10)包括构造成用以提高进料(12)的压力来提供加压进料(12)的波斯美崔克泵(18)。系统(10)还包括构造成用以气化加压进料(12)的固定床气化器(52)，其中固定床气化器(52)包括封壳(80)、构造成用以接收加压进料(12)的进料入口(82)、构造成用以接收至少一种气化试剂(55)的至少一个试剂入口(84)、构造成用以输出合成气(106)的合成气出口(86)、构造成用以输出灰分(100)的灰分出口(88)以及构造成用以支承加压进料(12)同时容许至少一种气化试剂(55)流经加压进料(12)的固定床(90)。

Description

用于加压对于固定床反应器的进料的系统
技术领域
本文所公开的主题涉及一种用于加压和输送固体进料(例如，生物质)至固定床反应器的系统。
背景技术
典型的小规模(例如，10至30MW)固定床反应器(例如，固定床气化器)能够由各种固体进料(例如，生物质)产生能量。固定床反应器可通过与氧化剂(空气、富集空气或氧)、蒸汽或其组合的反应来将固体进料转变成可燃气体(即，合成气)。这种可燃气体可用于各种应用，如用于化学制品生产或在燃烧发动机中用于发电。作为备选，固定床反应器可使用固体进料来产生以便在蒸汽轮机中使用的蒸汽，以便用来发电。然而，将生物质用作进料限制了这些固定床反应器的规模。此外，固定床反应器在接近大气压力下操作，限制了反应器的生产能力。
发明内容
在范围上与初始要求得到专利保护的本发明相当的一些实施例在下文中进行了概述。这些实施例并非意图限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供对本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含与下文阐述的实施例相似或不同的多种形式。
根据第一实施例，一种系统包括波斯美崔克(posimetric)泵，其构造成用以提高进料的压力来提供加压进料。该系统还包括构造成用以气化加压进料的固定床气化器，其中，固定床气化器包括封壳(enclosure)；构造成用以接收加压进料的进料入口；构造成用以接收至少一种气化试剂的至少一个试剂入口；构造成用以输出合成气的合成气出口；构造成用以输出灰分(ash)的灰分出口；以及构造成用以支承加压进料同时容许至少一种气化试剂流经加压进料的固定床。
根据第二实施例，一种系统包括构造成用以升高进料压力的波斯美崔克泵，以及构造成用以计量来自于波斯美崔克泵的进料的进给器。该系统还包括构造成用以使至少一种试剂与来自于进给器的进料在由波斯美崔克泵所提供的升高压力下反应的固定床反应器。固定床反应器包括构造成用以支承进料同时容许至少一种试剂流经进料的固定床。
根据第三实施例，一种系统包括构造成用以提高进料压力的波斯美崔克泵，以及构造成用以加热进料来控制进料水分含量的加热器。该系统还包括构造成用以使至少一种试剂与进料在由波斯美崔克泵所提供的升高压力下反应的固定床反应器。固定床反应器包括构造成用以支承进料同时容许至少一种试剂流经进料的固定床。
附图说明
当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：
图1为用于使固定床反应器的燃料进料加压的系统的实施例的简图；
图2为用于加压和加热固定床反应器的燃料进料的系统的实施例的简图；
图3为用于加压固定床反应器的多种燃料进料的系统的实施例的简图；
图4为用于加压和加热用于固定床反应器的多种燃料进料的系统的实施例的简图；
图5为用于加压固定床气化器的燃料进料且在化学制品和功率的生产中使用气化产物的系统的实施例的简图；
图6为用于加压固定床气化器的混合燃料进料且在燃烧发动机中使用气化产物来产生电功率的系统的实施例的简图；
图7为用于加压固定床锅炉(boiler)的燃料进料且在蒸汽轮机中使用蒸汽产物来产生电功率的系统的实施例的简图；
图8为并流固定床反应器的实施例的截面简图；以及
图9为逆流固定床反应器的实施例的截面简图。
零件清单
10 系统
12 进料
14 固定床反应器
16 传送机
18 波斯美崔克泵
20 加热器
22 进给器
24 控制器
26 用户输入
28 反馈
30 第一进料
32 第一传送机
34 第一波斯美崔克泵
36 第一进给器
38 第二进料
40 第二传送机
42 第二波斯美崔克泵
44 第二进给器
46 进料混合器
48 热交换器
50 外部热源
52 固定床气化器
54 气体处理系统
55 试剂
56 蒸汽
58 氧化剂
60 焦化物
62 化学制品生产
64 功率生产
66 燃烧发动机
68 发电机
70 固定床锅炉
72 蒸汽轮机
74 排气
76 蒸汽
78 并流固定床反应器
80 封壳
81 上圆顶(dome)
82 进料入口
84 试剂入口
86 出口
88 灰分出口
90 固定床
92 蒸汽入口
94 氧化剂入口
96 格栅(grate)
98 开口
100 灰分
102 格栅
104 开口
106 合成气
108 逆流固定床反应器
110 阶梯结构
112 开口
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何这种实际实现方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多特殊实现方式的决定，以实现开发者的特定目标，如遵循关于系统和关于商业的约束，这可从一个实施方式到另一个实施方式而变化。此外，应当认识到，这些开发工作可能很复杂和耗时，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说，仍为设计、制作和生产的常规事项。
在介绍本发明各种实施例的元件时，用词″一个″、″一种″、″该″和″所述″意在表示存在一个或多个元件。用语″包括″、″包含″和″具有″旨在为包括性的，以及表示可存在除所列元件之外的附加元件。
本公开内容涉及一种用于加压固定床反应器(例如，固定床气化器)的进料来改善反应器生产能力的系统。固定床反应器操作成用以将诸如生物质的固体进料转变成可燃气体(例如，合成气)。生物质可包括木屑、稻壳、玉米秸秆、城市固体废物、工业废物，以及其它类型的废物。当将生物质用作进料时，由于将生物质供给至反应器场所的限制，固定床反应器以较小规模(例如，10-30MW)操作。另外，固定床反应器在接近大气压力下操作，限制了由生物质产生合成气的能力。
本公开内容的实施例提供了一种波斯美崔克泵，其用以加压进料和提高固定床反应器的生产能力。例如，波斯美崔克泵增大提供给固定床反应器(例如，固定床气化器)的进料的压力，从而增加了反应器容积中的压力和由该容积产生的合成气。在一些实施例中，可直接地计量从波斯美崔克泵到固定床反应器的加压进料。在其它实施例中，可通过在波斯美崔克泵与固定床反应器之间提供的进给器来计量通向固定床反应器的加压进料。固定床反应器中的性能控制还可通过控制提供给固定床反应器的加压进料的含量而发生。在一些实施例中，多个波斯美崔克泵可用于将多种进料同时地提供给固定床反应器。在其它实施例中，单个波斯美崔克泵可用于提供多种进料的混合物。
用作进料的生物质将附加变量引入到固定床反应器性能中。例如，生物质在水分含量方面变化。因此，各种实施例可提供成控制生物质的水分含量。例如，一些实施例可包括用以控制进料水分含量的加热器或热交换器。在一些实施例中，控制器可提供成用以控制系统的各种方面，例如多种进料的传送、加热器或热交换器，以便控制气化器的性能。
图1为用于加压固定床反应器14(例如，固定床气化器)的燃料进料12以增加固定床反应器14的产量的系统10的实施例的简图。所示的系统10包括进料12、传送机16、波斯美崔克泵18，以及固定床反应器14。进料12可包括生物质。生物质为源于存活的或最近存活的有机体的生物材料。例如，生物质进料12可包括木屑、稻壳、玉米秸秆或其它农业废物。另外，生物质进料12可包括来自于城市固体废物或工业废物的生物可降解废物。
进料12放置在传送机16上，且传输至波斯美崔克泵18。在波斯美崔克泵18之前，进料12可传递至进料制备单元以便预处理。进料制备单元可通过例如切屑、碾磨、粉碎、粉化、压块或粒化进料12来使进料12改变大小或改变形状。波斯美崔克泵18构造成用以加压所接收的进料12。在一些实施例中，波斯美崔克泵18还计量进料12。因此，用语″波斯美崔克(posimetric)″可限定为能够计量(例如，测量物质的量)和正移置(例如，截留和强制移置)由泵18所输送的物质。当进料12在大气压或低压下馈送经过入口的开口时，波斯美崔克泵18沿转子或卷轴的旋转方向将切向力或推力给予进料12。进料12的流动方向是从入口到出口。当进料12旋转经过波斯美崔克泵18中的弯曲通道时，进料12碰撞设置成邻近延伸越过弯曲通道的出口的邻接件(abutment)。进料12在较高压力下通过邻接件转移经过出口的开口。在弯曲通道内，进料12变为锁定的，从而形成锁定区，且以恒定的速率流出该出口的排放口。因此，波斯美崔克泵18设计成用以将限定体积的物质从低压区移置至高压区，同时加压进料12。例如，波斯美崔克泵18构造成用以增大生物质的压力。此外，锁定区可阻挡气体从反应器14沿上游方向流经波斯美崔克泵18。
加压进料12可从波斯美崔克泵18直接传输至固定床反应器14。在一些实施例中，如下文所述，加压进料可经由进给器传输至固定床反应器14。在其它实施例中，加压进料12可经由气体气动地传送至固定床反应器14。固定床反应器14可包括固定床燃烧器、固定床气化器、固定床锅炉、或用以从加压进料12接收和导出能量的任何其它类型的固定床结构。如下文更为详细描述的那样，固定床反应器14构造成用以使至少一种试剂(例如，空气、氧或蒸汽)与加压进料14(例如，生物质)反应。另外，固定床反应器14包括构造成用以支承进料14同时还容许至少一种试剂流动的固定床。在所公开的实施例中，波斯美崔克泵18构造成用以加压进料12来升高固定床反应器14的操作压力，而非在大气或接近大气的状态下操作。例如，反应器14可在大约150psia而非大约15psia(即，接近大气压)下操作，以便提供在反应器14生产能力方面的显著提高(例如，10倍)。在一些实施例中，加压系统的生产能力可增加到非加压进料12和反应器14的大约2至5倍、2至10倍或2至20倍。
用于加压进料12的系统10的实施例可包括用以控制进料12的状态和固定床反应器14的操作的附加特征。例如，图2为用于加压和加热固定床反应器14的燃料进料12的系统10的实施例的简图。所示的系统10包括进料12、传送机16、波斯美崔克泵18、进给器22、加热器20，以及固定床反应器14。系统10如上文所述那样操作，只是进给器22将加压进料12传输至固定床反应器14。代替计量通向固定床反应器14的加压进料12的波斯美崔克泵18，进给器22构造成用以计量通向固定床反应器14的进料12(例如，生物质)。进给器22可包括螺旋进给器、旋转进给器、它们的组合，或能够计量从波斯美崔克泵18至固定床反应器14的进料12的任何其它类型的进给器22。如上述波斯美崔克泵18那样，进给器22将加压进料12提供给固定床反应器14，以容许固定床反应器14在升高的压力下操作，用以增加由进料12产生的能量。进给器22还可结合气体来气动地传送进料12。螺旋进给器可使用具有搅拌叶片的旋转螺圈式螺杆以受控的速率来使进料12向前移动而精确地排放进料12。螺旋进给器可为体积式或重量式。旋转进给器包括具有导叶的转子轴，导叶附接到转子上以使进料12向前移动。旋转进给器可振动以容许体积分配。
除进给器22之外，系统还包括加热器20用以控制进料12的水分含量。进料12，尤其是生物质，其水分含量影响进料12用作固定床反应器14中燃料的能力。各种类型的生物质均具有其自身的特殊性质，例如水分含量，该特殊性质确定其作为燃料的性能。例如，生物质的水分含量越高，则生物质的热值便越低。在所示的实施例中，加热器20将热施加到进给器22上，以便减少加压进料12的水分含量。在一些实施例中，加热器20可在波斯美崔克泵18上游将热施加至进料12以降低水分含量。在加热进料12或加压进料12之后所产生的水汽可在进料12的气化之前去除。加热器20联接到控制器24上。控制器24构造成用以调整加热器20的热输出，以便调整进料12的水分含量。控制器24响应于关于由加热器20所施加的热输出量的用户输入26。控制器24还响应于与进料12的水分含量相关的来自系统10的反馈28。例如，反馈28可来自于定位在系统10各处例如传送机16、波斯美崔克泵18或固定床反应器14的变换器(transducer)。反馈28还可与进料12的水分含量间接地相关。例如，变换器可定位在固定床反应器14处，以提供关于反应器14性能或进料12热值的反馈28，这可为进料12水分含量的间接指示。反馈28可包括进料12或固定床反应器14中的实际水分测量结果。另外，反馈28可包括与水分间接地相关的其它参数的测量结果，如温度、压力及其它参数。类似于对进料12加压，控制进料12的水分含量也增加固定床反应器14的生产能力。
可传输多种进料12来控制固定床反应器14的性能，以及由进料12产生的能含量。图3为用于加压固定床反应器14的多种燃料进料12的系统10的实施例的简图。所示的系统10包括第一进料30、第一传送机32、第一波斯美崔克泵34、第一进给器36，以及固定床反应器14。该系统10还包括第二进料38、第二传送机40、第二波斯美崔克泵42，以及第二进给器44。进料12、传送机16、波斯美崔克泵18和进给器22如上文所述那样。第一波斯美崔克泵34构造成用以增大第一进料30的压力和将第一加压进料30经由第一进给器36提供给固定床反应器14。第二波斯美崔克泵42构造成用以增大第二进料38的压力和将第二加压进料38经由第二进给器44提供给固定床反应器14。在一些实施例中，波斯美崔克泵18可直接地计量和传输加压进料12至固定床反应器14。尽管所示的实施例示出了并行操作的波斯美崔克泵18，但在一些实施例中，波斯美崔克泵18可串联地操作。
如上文所述，各类生物质均具有其自身的特殊性质。通过提供用于将进料12提供给固定床反应器14的两个单独路径，可控制进料12的性能以及固定床反应器14。例如，第一进料30可包括一类生物质，而第二进料38可包括另一类生物质。各类生物质均可具有显著不同的性质(例如，水分含量或热值)。系统10可控制提供给固定床反应器14的第一加压进料30相对于第二加压进料38的比例，以影响提供给固定床反应器14的加压进料12的总体性质，例如总体水分含量或热值。取决于第一进料30和第二进料38的特性，系统10可提供对传送机32和40、波斯美崔克泵34和42以及进给器36和44的相似或不同的控制。例如，第一波斯美崔克泵34可构造成用以提供第一进料30的第一压力，而第二波斯美崔克泵42可构造成用以提供第二进料38的第二压力。第一压力和第二压力可相等，或可相对于彼此改变大约5％至100％或更大。系统10还使各进料30和38的泵送和加压能够独立控制，以便解决各进料内的变化。此外，提供不同类型的进料12改变了由固定床反应器14所产生的任何产物(例如，合成气)。再次的是，波斯美崔克泵18提供加压进料12至固定床反应器14以容许固定床反应器14在升高的压力下操作，从而增加由进料12所产生的能量。
在一些实施例中，附加的机构可提供成用以控制和改变提供给固定床反应器14的进料12的含量。例如，图4为用于加压和加热固定床反应器14的多种燃料进料12的系统10的另一实施例的简图。系统10包括第一进料30和第二进料38、第一传送机32和第二传送机40、进料混合器46、波斯美崔克泵18、进给器22，以及固定床反应器14。第一传送机32和第二传送机40构造成用以将第一进料30和第二进料38输送至进料混合器46。在一些实施例中，第一传送机32和第二传送机40构造成用以将第一进料30和第二进料38直接地输送至波斯美崔克泵18。然而，所示的实施例包括混合器46，以便提供第一进料30和第二进料38的更为均匀的混合物。混合器46可包括具有始自传送机32和40的入口的壳体，以及用以搅拌、搅动或将进料30和38大致混合在一起的混合机构。系统10包括用以改变第一进料30相对于第二进料38的比例的控制器24，该第一进料30和第二进料38提供给进料混合器46且随后提供给波斯美崔克泵18。控制器24可通过改变第一传送机32和第二传送机40输送第一进料30和第二进料38的速率来改变比例。该比例确定第一进料30和第二进料38的混合物的热值和水分含量。在一些实施例中，第一进料30相对于第二进料38的比例可人工地控制和/或改变。进料混合物传输至波斯美崔克泵18以便加压。加压进料混合物然后提供给进给器22。进给器22提供加压进料12至固定床反应器14，以便容许固定床反应器14在升高的压力下操作来增加由进料12所产生的能量。
系统10还包括热交换器48以控制进料12的水分含量。热交换器48可将热传递至进料混合器46、波斯美崔克泵18、进给器22，或它们的任何组合，以便降低进料12的水分含量。在加热进料12或加压进料12之后所产生的水汽可在进料12气化之前去除。热经由反应器14和/或外部热源50提供给热交换器48。热交换器48联接到控制器24上。热源50可包括蒸汽、燃烧排气(例如，来自于燃气轮机、锅炉或熔炉)、加热过程水，或废热。例如，废热可从多种设备构件获得，如气体处理单元、压缩机、发动机，或整体气化联合循环(IGCC)系统的构件。热交换器48可将来自于反应器14和/或外部热源50的热与进料混合器46、泵18或进给器22直接地交换，或利用热交换介质间接地交换。例如，热交换器48可将热传递至混合器46壳体、泵18或进给器22，或热交换器48可使加热气体流动经过内部。
控制器24构造成用以调整热交换器48的热输出，以便调整进料12的水分含量。控制器24响应于关于由热交换器48所施加的热输出量的用户输入26。控制器24还响应于与进料12的水分含量直接或间接地相关的来自于系统10的反馈28。例如，反馈28可来自于定位在系统10各处如进料混合器46、波斯美崔克泵18、进给器22或固定床反应器14的变换器。例如，反馈28可与反应器14的性能或进料12的热值相关，该进料12的热值可为进料12水分含量的间接指示。另外，反馈28可包括与水分间接地相关的其它参数如温度、压力和其它参数的测量结果。反馈28可包括进料12的混合物或固定床反应器14中的水分的实际测量结果。用户输入26和反馈28容许控制器24调整进料12混合物的水分含量和热值。控制器24可改变系统各种位置处的热输出。此外，如上文所述，控制器24容许调整第一进料和第二进料38的比例。如上文所述，在一些实施例中，该比例可人工地调整。调整进料12混合物的水分含量和热值会改变由固定床反应器14所产生的能量的总量和含量。如上文所述，提供加压进料12升高了固定床反应器14的操作压力，从而增加了反应器14的产量。
图5至图7描述了用于在固定床反应器14中产生的加压进料12的产物的各种应用的实施例。例如，图5为用于加压固定床气化器52的燃料进料12和在化学制品和功率生产中使用气化产物的系统10的实施例的简图。系统10包括进料12(例如，生物质)、传送机16、波斯美崔克泵18、固定床气化器52，以及气体处理系统54。如上文所述，波斯美崔克泵18构造成用以计量和增大进料12的压力，以便将加压进料12提供给固定床气化器52。
固定床气化器52构造成用以气化加压进料12。固定床气化器52可将进料12转变成合成气，例如，一氧化碳和氢的组合。这种转变可通过使加压进料12在升高的压力和温度下经受受控量的诸如蒸汽56和/或氧化剂58(空气、富集空气、纯氧)的至少一种试剂55(例如，气化试剂55)来实现。
气化过程可包括加压进料12经历热解过程，由此加热加压进料12。固定床气化器52内的温度可取决于进料12的类型而在热解过程期间变化。热解过程期间对加压进料12的加热可产生固体(例如，焦化物60)和残余气体(例如，一氧化碳、氢和氮)。热解过程中由进料12残留的焦化物60其重量仅可达到初始进料12重量的大约30％。焦化物60可在波斯美崔克泵18上游加入进料12中以便再使用。
部分氧化过程也可发生在固定床气化器52中。燃烧可包括将氧化剂58(例如，空气、富集空气或氧)引入焦化物60和残余气体中。焦化物60和残余气体可与氧化剂58中的氧反应而形成二氧化碳和一氧化碳，这向气化反应提供热。蒸汽56可在气化期间引入固定床气化器52中。焦化物60可与二氧化碳和蒸汽56反应以产生一氧化碳和氢。基本上，气化器使用蒸汽和来自于氧化剂58的氧以容许一部分的加压进料″燃烧″而产生一氧化碳和释放能量，该能量促动将进料12进一步转变成氢和附加二氧化碳的第二反应。
这样，由固定床气化器52产生最终得到的气体。这种最终得到的气体可包括比例相等的大约50％的一氧化碳和氢，以及CO2、CH4、HCL、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于进料12的硫、氯、氟和氮的含量)。最终得到的气体内成分的总体比例和类型由进料12的类型确定。这种最终得到的气体可称为未处理的粗合成气或酸合成气，因为其例如包含H2S。固定床气化器52也可产生废物，该废物可为湿灰分材料。这种灰分可从固定床气化器52除去，且处理为例如路基或其它建筑材料。在一些实施例中，固定床气化器52还可产生可移除的干灰分材料。气体处理系统54可用于清洁粗合成气。气体处理系统54可洗涤粗合成气以从粗合成气中除去HCl、HF、COS、HCN和H2S，这可包括在硫处理器中例如通过硫处理器中的酸性气体去除过程来分离硫。此外，气体处理系统54可通过水处理单元将盐与粗合成气分离，其中，水处理单元可利用水净化技术来由粗合成气产生可用的盐。随后，来自于气体处理系统54的气体可包括处理的、脱硫的和/或净化的合成气(例如，已从合成气中除去硫)，以及痕量的其它化学制品，例如NH3(氨)和CH4(甲烷)。
在一些实施例中，气体处理系统54可包括气体处理器以从处理的合成气中除去残余的气体组分，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何残余的化学制品。然而，从处理的合成气中除去残余气体组分是可选的，因为处理的合成气即使在包含残余气体组分例如尾气时也可用作燃料。这里，处理的合成气可包括大约25％的CO、大约25％的H2、大约40％的N2，以及大约10％的CO2，并且大致脱除了H2S。以此方式，气体处理系统54和/或处理的合成气可用于化学制品生产62。例如，气体处理系统54和/或处理的合成气可用于产生甲醇、氢或其它化学制品。处理的合成气还可用于功率生产64。例如，合成气可用于产生热、机械动力，以及电功率。具体而言，燃气轮机可使用合成气来驱动发电机。
在上文所述的实施例中，波斯美崔克泵18可构造成用以提高生物质的压力来将加压生物质提供给固定床气化器52，以及固定床气化器52构造成用以气化加压生物质。波斯美崔克泵18加压生物质且随后增大固定床气化器52的操作压力以增加由相同生物质反应器体积所产生的合成气量，因此提高了固定床气化器52的能力。在一些实施例中，接收加压生物质的固定床气化器52的操作压力可从大约30psia至210psia的范围变化。例如，接收加压生物质的固定床气化器52的操作压力可为大约30、40、50、70、90、110、130、150、170、190或210psia，或其间的任何压力。因此，固定床气化器52并非在接近大气状态下操作。
图6示出了使用气化产物的另一实施例。图6为用于加压固定床气化器52的混合燃料进料12的系统10的实施例的简图，其中，固定床气化器52使用燃烧发动机66(例如，燃气涡轮发动机)中的气化产物来产生电功率。系统10包括第一进料30和第二进料38、第一传送机32和第二传送机40、进料混合器46、波斯美崔克泵18、进给器22、固定床气化器52，以及气体处理系统54。传送机将进料12输送至混合器46。混合器46将进料混合物传输至波斯美崔克泵18，其中波斯美崔克泵18对进料12加压。在一些实施例中，波斯美崔克泵18可构造成用以计量通向进给器22的混合物，该进给器22将混合物传输至固定床气化器52。在一些实施例中，进给器22可构造成用以计量从波斯美崔克泵18至固定床气化器52的加压进料12。再次的是，波斯美崔克泵18通过提供加压进料12来升高固定床气化器52的压力，从而提高固定床气化器52的生产能力。
如上文所述，系统10包括用以调整第一进料30相对于第二进料38的比例的控制器24。系统10还包括加热器20用以控制固定床气化器52上游的加压进料12的水分含量。通过进一步举例，加热器20可将热传递至进给器22，使得加热器20可控制固定床气化器52上游的进料12的水分含量。例如，加热器20可将热传递至混合器46。加热器20也联接到控制器24上。控制器24构造成用以调整加热器20的热输出，以便调整进料12的水分含量。如上文所述，控制器24响应于用户输入26和反馈28，以调整进料混合物的热值和水分含量。如上文所述，例如，变换器可定位在固定床气化器52、气体处理系统54和/或燃烧发动机66中，以便提供直接或间接地关于水分含量的信息。此外，变换器可提供关于进料12作为燃料源的性能的信息。
如上文所述，固定床气化器52构造成用以通过在升高的压力和温度下使加压进料12经受受控量的至少一种气化试剂如蒸汽或氧化剂来气化加压进料12。在气化之后，粗合成气由气体处理系统54处理以产生处理的合成气。处理的合成气然后可由燃烧发动机66使用以驱动发电机68来发电。例如，发动机66和发电机68可设置在动力设备例如整体气化联合循环(IGCC)动力设备中。在一些实施例中，燃烧发动机66可包括内燃机或压燃式发动机或燃气涡轮发动机。因此，燃烧发动机66可为往复式发动机或旋转发动机。
加压进料12可用于除固定床气化器52之外的多种固定床反应器14中。例如，图7为用于加压固定床锅炉70的燃料进料12的系统10的实施例的简图，其中，固定床锅炉70产生蒸汽以驱动蒸汽轮机72来产生电功率。系统10包括进料12、传送机16、波斯美崔克泵18、进给器22，以及固定床锅炉70。进料12、传送机16、波斯美崔克泵18和进给器22如上文所述那样。在所示的实施例中，计量通向固定床锅炉70的加压进料12(例如，生物质)。加压进料12升高固定床锅炉70的操作压力。加压进料12用作燃料，且与至少一种试剂(例如，空气、富集空气或纯氧)反应。热加压排气74在燃烧加压进料12时产生。来自于排气74的热产生蒸汽76。蒸汽76可用于驱动连接到发电机68上的蒸汽轮机72以产生电功率。
结合加压进料12使用的固定床反应器14可在设计上有所变化。图8和图9示出了固定床反应器14的实施例。例如，图8为并流固定床反应器78的实施例的截面简图。在一些实施例中，并流固定床反应器78可为并流固定床气化器78。固定床反应器78包括封壳80、进料入口82、试剂入口84、出口86、灰分出口88，以及固定床90。封壳80可具有带上圆顶81的中空环形形状(例如，圆柱形壁)。进料入口82构造成用以在封壳80的上圆顶81处或附近接收加压进料12。至少一个试剂入口84构造成用以接收至少一种试剂55(例如，气化试剂55)。例如，至少一种试剂入口84可包括用于蒸汽56的蒸汽入口92。另外，至少一个试剂入口84可包括用于氧化剂58(例如，空气、富集空气或氧)的氧化剂入口94。如图所示，试剂入口84定位在封壳80的上圆顶81处。在其它实施例中，试剂入口84可定位在固定床90上方的封壳80侧部上。
固定床90构造成用以支承加压进料12，同时容许试剂或气化试剂55(例如，蒸汽56、空气或氧)中的至少一种向下流经加压进料12。固定床90可包括具有开口98的格栅96。加压进料12的气化如上文所述那样发生。在开始气化时，蒸汽56和/或氧化剂58流经搁置在固定床90上的加压进料12。灰分100由气化反应产生。灰分100经由格栅96的开口98向下落至灰分出口88。灰分出口88构造成用以输出灰分100。灰分出口88可包括另一格栅102，该格栅102包括开口104，开口104容许灰分100经由格栅102中的开口104落下。出口86可为合成气出口86。合成气出口86构造成用以输出合成气106。在气化加压进料12之后，合成气106流经格栅98的开口并经由合成气出口86流出。因此，在并流固定床气化器78中，加压进料12和合成气106沿相同的总体方向(例如，在此情况下为向下)流动。
作为备选，图9为逆流固定床反应器108的实施例的截面简图。在一些实施例中，逆流固定床反应器108可为逆流固定床气化器108。固定床反应器108包括封壳80、进料入口82、试剂入口84、出口86、灰分出口88，以及固定床90。封壳80可具有带上圆顶81的中空环形形状(例如，圆柱形壁)。进料入口82构造成用以在封壳80的上圆顶81处或附近接收加压进料12。至少一个试剂入口84构造成用以接收至少一种试剂55(例如，气化试剂55)。例如，至少一个试剂入口84可包括用于蒸汽56的蒸汽入口92。另外，至少一个试剂入口84可包括用于氧化剂58(空气、富集空气或氧)的氧化剂入口94。如图所示，试剂入口84定位在封壳80的底部。
固定床90构造成用以支承加压进料12，同时容许试剂或气化试剂55(例如，蒸汽56、空气或氧)中的至少一种向上流经加压进料12。固定床90可包括具有开口112的阶梯结构110。加压进料12的气化如上文所述那样发生。在开始气化时，蒸汽56或氧化剂58向上流动穿过搁置在固定床90上的加压进料12。灰分100由气化反应产生。灰分100向下沿阶梯结构110移动至灰分出口88。灰分出口88构造成用以输出灰分100。出口86为构造成用以输出合成气106的合成气出口86。如图所示，合成气出口86定位在固定床90上方的封壳80的一侧上。在一些实施例中，合成气出口86可定位在封壳80的上圆顶81处或附近。在气化加压进料12之后，合成气106大致向上流动且经由合成气出口86流出。因此，在逆流固定床气化器108中，加压进料12和合成气106沿大致相反的方向(例如，进料12向下流动，而试剂55和合成气106向上流动)流动。在固定床反应器78和108的两个实施例中，来自于波斯美崔克泵的加压进料12升高固定床反应器78和108的压力以提高固定床反应器78和108的生产能力，而非在接近大气状态下操作。
所公开的实施例的技术效果包括提供波斯美崔克泵18来加压和计量通向固定床反应器14的加压进料12(例如，生物质)，以便升高反应器14中的压力来提高一般小规模固定床反应器14的生产能力。加热器20或热交换器48还能够控制进料12的水分含量，以便改善进料12作为燃料的性能。多种进料12可以受控的方式传输至具有器件如多个传送机16、多个波斯美崔克泵18和/或混合器46的固定床反应器14，以便调整受控制的进料12混合物的热值和水分含量。此外，控制器24可用于接收反馈28和控制进料12的加热和/或混合。总之，这些器件改善了固定床反应器14的生产能力。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使得本领域的普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的普通技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统(10)，包括：
构造成用以提高进料(12)的压力来提供加压进料(12)的波斯美崔克泵(18)；以及
构造成用以气化所述加压进料(12)的固定床气化器(52)，其中，所述固定床气化器(52)包括封壳(80)、构造成用以接收所述加压进料(12)的进料入口(82)、构造成用以接收至少一种气化试剂(55)的至少一个试剂入口(84)、构造成用以输出合成气(106)的合成气出口(86)、构造成用以输出灰分(100)的灰分出口(88)，以及构造成用以支承所述加压进料(12)同时容许所述至少一种气化试剂(55)流经所述加压进料(12)的固定床(90)。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述波斯美崔克泵(18)构造成用以提高生物质的压力来提供加压生物质，以及所述固定床气化器(52)构造成用以气化所述加压生物质。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述波斯美崔克泵(18)构造成用以计量通向所述固定床气化器(52)的所述加压进料(12)。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括构造成用以计量从所述波斯美崔克泵(18)通向所述固定床气化器(52)的所述加压进料(12)的进给器(22)。
5.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括构造成用以在所述固定床气化器(52)上游加热所述进料(12)或所述加压进料(12)的加热器(20)。
6.根据权利要求5所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括联接到所述加热器(20)上的控制器(24)，其中，所述控制器(24)构造成用以调整所述加热器(20)的热输出来调整所述进料(12)或所述加压进料(12)的水分含量。
7.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述波斯美崔克泵(18)为构造成用以提高第一进料(30)的压力来将第一加压进料(30)提供给所述固定床气化器(52)的第一波斯美崔克泵(34)，所述系统(10)包括构造成用以提高第二进料(38)的压力来将第二加压进料(38)提供给所述固定床气化器(52)的第二波斯美崔克泵(42)，以及所述系统(10)包括构造成用以改变进入所述固定床气化器(52)的所述第一加压进料(30)相对于所述第二加压进料(38)的比例的控制器(24)。
8.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括构造成用以将第一进料(30)和第二进料(38)作为所述进料(12)输送至所述波斯美崔克泵(18)的第一进料传送机(32)和第二进料传送机(40)，以及构造成用以改变进入所述波斯美崔克泵(18)的所述第一进料(30)相对于所述第二进料(38)的比例的控制器(24)。
9.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述至少一个试剂入口(84)包括氧化剂入口(94)。
10.根据权利要求9所述的系统(10)，其特征在于，所述至少一个试剂入口(84)包括蒸汽入口(92)。
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