CN103221515A - 用于输送运载气体中的固体燃料的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于气化操作的系统。系统可使用含碳气体作为设备操作的一部分。系统可包括气化器和固体燃料供给器。固体燃料供给器能够在气化器的起动时期期间且还在稳态时期期间将含碳运载气体中的固体燃料供给到气化器。

Description

用于输送运载气体中的固体燃料的系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及用于在动力设备中输送诸如粉煤之类的固体给料燃料的系统和方法。
背景技术
诸如煤或石油之类的化石燃料可被气化以用于生产电力、化学物质、合成燃料，或用于各种其它应用。气化包括使含碳燃料和氧气在很高的温度下发生反应以产生合成气，即包含一氧化碳和氢气的燃料，该合成气比处于其原始状态的燃料更高效且更清洁地燃烧。例如，固体燃料给料(例如，粉煤)可在运载气体中运送到气化器。所使用的运载气体的类型可使气化器和其它构件的控制和性能变得复杂。
发明内容
以下概括了范围与原始要求保护的发明相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，而是，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可涵盖可与以下陈述的实施例类似或不同的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括气化器和固体燃料供给器。该固体燃料供给器能够在气化器的起动时期期间和稳态时期期间将含碳运载气体中的固体燃料供给到气化器。
在第二实施例中，一种系统包括气化器燃料控制器。该气化器燃料控制器能够控制含碳运载气体中的固体燃料到气化器的供给。该气化器燃料控制器能够在起动时期期间的含碳运载气体的第一源和稳态时期期间的含碳运载气体的第二源之间转变。
在第三实施例中，一种系统包括原料制备单元、固体燃料研磨器和固体燃料供给器。固体燃料研磨器能够将固体燃料研磨成粒子。固体燃料供给器能够将粒子流体化到含碳运载气体中，该含碳运载气体在气化器的起动时期期间来自第一含碳气体源并且在气化器的第二稳态时期期间来自第二含碳气体源。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面和优点将变得更好理解，在全部附图中同样的附图标记表示同样的部分，其中：
图1示出了包括提高油回收管线(enhanced oil recovery，EOR)的整体气化联合循环(IGCC)动力设备的一实施例的框图；
图2示出了图1中所示的原料制备单元的固体燃料供给器系统的一实施例的框图；
图3是在气化器的起动和稳态操作之间转变的方法的流程图；以及
图4是从第一CO2源转变到第二CO2源以用于向气化器输送固体燃料给料的曲线图。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或更多特定实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多针对实施方案的具体决定以实现开发者的具体目标，例如服从于可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对受益于该公开的普通技术人员来说却将是设计、装配和制造的例行工作。
当介绍本发明各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述的”旨在意味着存在一个或更多该元件。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的且意味着可能存在所列元件以外的其它元件。
所公开的实施例包括用于利用来自不同源(例如提高油回收(EOR)管线)的含碳气体(例如，CO2)作为用来将燃料输送到气化器中的运载气体的系统和方法。动力设备，例如下文参照图1更详细地描述的整体气化联合循环(IGCC)动力设备，可使用在设备操作期间将固体燃料连续供给到气化器中的固体燃料供给器系统。该固体燃料供给器系统可使用在正常设备操作期间产生的CO2作为运载气体。然而，该运载CO2源可能无法在起动操作期间获得。
不同类型的运载气体，例如氮气，可在设备起动期间代替CO2并用来将燃料输送到气化器中。然而，氮气作为辐射吸收剂不如CO2那么好，因此气化器可能经历较高的热负荷。较高热负荷可能不利地影响诸如给料喷射器之类的气化器构件，特别是在气化器温度高于正常操作期间的起动期间。产生所需的高压氮气也可能是成本高昂的。此外，氮的不同分子量可能使得必须使用不同的固体-气体装载比和装载速度，由此需要与在常规CO2输送操作期间使用的那些不同的控制器模态。因此，所公开的实施例通过从其它源重新引导CO2而在设备起动期间使用CO2作为运载气体，并且随后在正常操作期间使用由设备产生的CO2。
在上文的前提下，图1示出了可产生和燃烧合成气体(即合成气)的IGCC动力设备100的一实施例。IGCC动力设备100的元件可包括可被用作用于IGCC 100的能量源的燃料源102，例如固体给料。燃料源102可包括煤、石油焦、生物质、木质材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和沥青或者其它含碳物品。
燃料源102的固体燃料可被传到原料制备单元104。原料制备单元104例如可通过劈砍、碾磨、撕碎、磨碎、压制或粒化燃料源102以产生原料，从而改变燃料源102的尺寸或形状。另外，在原料制备单元104中可向燃料源102添加水或其它合适的液体以形成浆状原料。在某些实施例中，不向燃料源添加液体，从而产生干原料。如下文参照图2更详细描述的，固体原料可由固体燃料供给器105使用含碳气体(例如，CO2)输送到气化器106中，以在设备起动时期期间以及正常设备操作(即稳态时期)期间使用。换言之，可始终使用相同(或基本上相同)的运载气体来向气化器输送固体原料。应理解，含碳运载气体的体积纯度可介于80%-100%之间。
气化器106可将原料转化为合成气，例如一氧化碳和氢气的混合物。该转化可通过使原料在升高的压力(例如，从大约600磅/平方英寸(PSIG)-1200 PSIG)和温度(例如，大约2200°F-2700°F)下经受受控量的任何缓和剂和有限的氧气来完成，这取决于所用原料的类型。原料在热解过程期间的加热可产生固体(例如，炭)和残余气体(例如，一氧化碳、氢气和氮气)。
然后，在气化器106中可发生燃烧过程。燃烧可包括向炭和残余气体引入氧气。炭和残余气体可与氧气发生反应，以形成向后续的气化反应提供热量的二氧化碳和一氧化碳。在燃烧过程期间的温度可在从大约2200°F至大约2700°F的范围内。另外，可将蒸汽引入气化器106中。气化器106利用蒸汽和有限的氧气来允许其中一些原料燃烧而产生一氧化碳和能量，该能量可驱动进一步将原料转化为氢气和额外的二氧化碳的第二反应。
这样，通过气化器106来制造合成气体。该合成气体可包括大约85%的比例相等的一氧化碳和氢气，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3和H2S(基于原料的硫含量)。这种合成气体可称为未经处理的合成气，因为它包含例如H2S。气化器106还可产生废料，例如渣108，其可为湿灰料。这种渣108可从气化器106去除并被处置为路基或其它建筑材料。为了处理未经处理的合成气，可利用气体洗涤器110。在一个实施例中，气体洗涤器110可为水气转换反应器。气体洗涤器110可洗涤未经处理的合成气以从未经处理的合成气去除HCl、HF、COS、HCN和H2S，这可包括通过例如硫处理器112中的酸性气体去除过程而在硫处理器112中分离硫111。由于合成气中的CO2的升高的局部压力，当使用CO2作为运载气体时，可增强酸性气体去除过程的性能。此外，气体洗涤器110可经由水处理单元114从未经处理的合成气分离盐113，该水处理单元114可利用水净化技术来从未经处理的合成气产生可用的盐113。随后，来自气体洗涤器110的气体可包括带有微量的其它化学物质例如NH3(氨)和CH4(甲烷)的经处理的合成气(例如，已从合成气去除硫111)。
气体处理器115可用于从经处理的合成气中去除额外的残余气体成分116，诸如氨和甲烷，以及甲醇或任何残余化学物质。然而，从经处理的合成气去除残余气体成分是可选的，因为经处理的合成气即使在含有残余气体成分例如尾气时也可用作燃料。此时，经处理的合成气可包括大约3% 的CO、大约55%的 H2和大约40% 的CO2，并且基本上除掉了H2S。
在一些实施例中，碳捕获系统118可提取和处理合成气中包含的含碳气体(例如，体积纯度为大约80%-100%或90%-100%的CO2)。提取CO2可运输到原料制备单元104中，以用作用于干燃料的运载气体，如下文参照图2、3和4更详细描述的。在某些实施例中，碳捕获系统118还可将提取的CO2重新引导到碳吸存系统120、EOR管线122和/或CO2的其它源134(例如，储罐)，以在例如油回收活动中使用。这样，在图示的实施例中，气化器燃料控制器124可通过使用例如阀126、128、130和132来将CO2运输到原料制备单元104中。
阀126用来调节(例如，增加或减少)从碳捕获系统118到原料制备单元104的CO2流。阀128用来调节从其它CO2源134(例如CO2储罐)到原料制备单元104的CO2流。阀130用来调节从碳吸存系统120到原料制备单元104的CO2流。在EOR管线122运载高压CO2的某些实施例中，减压器136安装在EOR管线122的下游并用于减小从EOR管线122流回的CO2的压力量。在这些实施例中，阀132用来调节从减压器136到原料制备单元104的CO2流。在没有减压器136的其它实施例中，阀132用来调节从EOR管线122到原料制备单元104的CO2流。因此，可通过包括来自诸如EOR管线122、CO2吸存系统120和/或其它CO2源134之类的源的CO2流来获得起动CO2 138流。起动CO2 138然后可在如下文参照图2、3和4更详细地描述的设备起动操作期间使用。
继续合成气处理，一旦已从合成气捕获CO2，然后便可将经处理的合成气输送到燃气涡轮发动机142的燃烧器140(例如燃烧室)作为可燃燃料。IGCC动力设备100还可包括空气分离单元(ASU)144。ASU 144可操作而通过例如蒸馏技术来将空气分离成成分气体。ASU 144可从由补充空气压缩机146供应至其的空气中分离氧气，并且ASU 144可将所分离的氧气运输到气化器106。另外，ASU 144可将所分离的氮气传输到稀释氮气(DGAN)压缩机148。
DGAN压缩机148可将从ASU 144接收的氮气至少压缩到与燃烧器140中的压力相等的压力水平，以便不会与合成气的适当燃烧发生干涉。这样，一旦DGAN压缩机148已将氮气充分压缩到适当水平，DGAN压缩机148便可将经压缩的氮气传输到燃气涡轮发动机142的燃烧器140。例如，该氮气可用作稀释剂以便于排放物的控制。
如前文所述，经压缩的氮气可从DGAN压缩机148传输到燃气涡轮发动机142的燃烧器140。燃气涡轮发动机142可包括涡轮150、驱动轴152和压缩机154，以及燃烧器140。燃烧器140可接收可在压力下从燃料喷嘴喷射的燃料，例如合成气。该燃料可与压缩空气及来自DGAN压缩机148的经压缩的氮气相混合，并在燃烧器140内燃烧。这种燃烧可形成热的加压排气。
燃烧器140可将排气引向涡轮150的排气出口。当来自燃烧器140的排气经过涡轮150时，排气迫使涡轮150中的涡轮叶片使驱动轴152沿燃气涡轮发动机142的轴线旋转。如图所示，驱动轴152连接到燃气涡轮发动机142的各种构件，包括压缩机154。
驱动轴152可将涡轮150连接到压缩机154上以形成转子。压缩机154可包括联接到驱动轴152的叶片。因此，涡轮150中的涡轮叶片的旋转可导致将涡轮152连接到压缩机154的驱动轴152使压缩机154内的叶片旋转。压缩机154中的叶片的这种旋转导致压缩机154压缩经由压缩机154中的进气口接收的空气。然后，压缩空气可被供给到燃烧器140并与燃料和经压缩的氮气混合，以允许更高效的燃烧。驱动轴152还可连接到负载156，该负载例如可为动力设备中的静止负载，如用于产生电力的发电机。实际上，负载156可为通过燃气涡轮发动机142的旋转输出供能的任何合适装置。
IGCC动力设备100还可包括蒸汽涡轮发动机158和热回收蒸汽发生(HRSG)系统160。蒸汽涡轮发动机158可驱动第二负载162。第二负载162也可以是用于产生电力的发电机。然而，第一负载156和第二负载162两者均可为能够由燃气涡轮发动机142和蒸汽涡轮发动机158驱动的其它类型的负载。另外，虽然燃气涡轮发动机142和蒸汽涡轮发动机158可驱动单独的负载156和162，如图示的实施例中所示，但燃气涡轮发动机142和蒸汽涡轮发动机158也可经由单个轴串联地用来驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机158及燃气涡轮发动机142的具体构型可为针对实施方案的并且可包括任何区段组合。
系统100还可包括HRSG 160。来自燃气涡轮发动机142的经加热的排气可被传输到HRSG 160中并用于加热水和产生用于向蒸汽涡轮发动机158供能的蒸汽。来自例如蒸汽涡轮发动机158的低压区段的排气可被引入冷凝器164中。冷凝器164可利用冷却塔168来将经加热的水交换为被冷却的水。冷却塔168起作用而向冷凝器164提供冷却水，以帮助冷凝从蒸汽涡轮发动机158传输到冷凝器164的蒸汽。来自冷凝器164的冷凝物142又可被引入HRSG 160中。再者，来自燃气涡轮发动机142的排气也可被引入HRSG 160中以加热来自冷凝器164的水并产生蒸汽。
在诸如IGCC动力设备100之类的联合循环动力设备中，热排气可从燃气涡轮发动机142流动并传到HRSG 160，在此其可用于产生高压、高温蒸汽。然后，由HRSG 160产生的蒸汽可经过蒸汽涡轮发动机158以产生动力。另外，所产生的蒸汽还可供应到可使用蒸汽的任何其它过程，例如供应到气化器106。燃气涡轮发动机142发电循环通常称作“顶循环”，而蒸汽涡轮发动机158发电循环通常称作“底循环”。通过如图1中所示组合这两个循环，IGCC动力设备100可在两个循环中达到更大的效率。特别地，来自顶循环的排气热可被捕获并用于产生在底循环中使用的蒸汽。
图2是可用来将燃料源输送到图1的气化器106中的固体燃料供给器105的一实施例的图。在某些实施例中，燃料源102包括固体给料燃料源。例如，IGCC动力设备100可使用固体燃料源，包括高等级煤、低等级煤(例如，波德河煤(Powder River Basin coal))、生物质及其它。波德河煤可包括具有低于烟煤的能量的次烟煤。实际上，可使用各种各样的固体燃料。在一个实施例中，固体燃料供给器105可干燥固体燃料102，以便去除燃料中的其中一些固有水分。在其它实施例中，燃料可由图1的原料制备单元104中所包括的其它系统来干燥。在又一实施例中，燃料可作为干燃料输送到IGCC动力设备100。因此，干燥固体燃料102可改进固体燃料输送系统的流动特性并改进气化器106的整体效率。
在干燥后，可经固体原料输送器172(例如，气动输送、气体夹带输送器)将固体燃料102引导到多个泵给料斗170中以在气化中使用。在某些实施例中，在运输前或者在固体燃料102运输到泵给料斗170中期间，可发生其它过程。在某些实施例中，可通过固体燃料研磨机173将固体燃料102碾磨、撕碎、磨碎、研磨等。在其它实施例中，可通过在固体燃料供给器105上游的其它系统来完成碾磨、撕碎、磨碎、研磨等。
泵给料斗170可充当原料缓冲器，以确保原料到气化器106中的均匀、恒定的流入。泵给料斗170可包括例如通风孔，该通风孔允许在诸如氮气之类的可排出到大气的运载气体中夹带的灰尘离开给料斗170进入管道174中，如图所示。管道174可用于将来自给料斗170的夹带灰尘输送到旋风分离器和袋室(bag house)系统176中。旋风分离器和袋室系统176然后可通过使用例如空气动力学涡旋效应、重力和一组过滤器(即袋室)来使灰尘微粒与气体分离。所分离的灰尘微粒可包括可重新用作燃料102的燃料微粒。
在一个实施例中，例如图2中所示的实施例，可经由固体原料输送器176将固体给料从泵给料斗170引导到磁性分离器178中。磁性分离器178可用来回收可减少气化器的产量的铁磁性材料(例如，铁、镍)。然后可经由管道180将非铁磁性原料引导到固体给料泵182中。在某些实施例中，固体给料泵182可包括Stamet™ Posimetric®固体给料泵，例如可从纽约州斯卡奈塔第的通用电气公司获得的那些。固体给料泵182能够以从大气压(即大约14.7 PSIG)至大约1000、1100、1200、1300 PSIG的压力输送固体。
由固体给料泵182提供的较高压力可允许固体原料进入高压容器，例如高压输送容器184，其可加压到低于1000 PSIG的压力。固体给料泵182还能够使用气体186作为密封气体(sealing gas)。密封气体186可在高压力下流经管道188并流入多个固体给料泵182中。密封气体186然后可向上游横穿移动通过固体给料泵182的固体粒子，从而自由地阻挡输送气体、氧气或合成气向上游通过固体给料泵182的泄漏。密封气体186和夹带灰尘可经由管道190从固体给料泵182排出到管道174中。夹带灰尘然后可由如上所述的旋风分离器和袋室系统176进一步处理。因此，密封气体可允许固体给料泵182提高其输送压力。备选地或另外，可使用能够如文中所述将固体给料输送到高压输送容器184中的任何类型的泵或加压输送装置来代替固体给料泵182。
干给料可经由管道192输送到高压输送容器184中。高压输送容器184可用于使固体原料流体化。原料的流体化将使固体燃料的粒子或微粒悬浮在含碳运载气体中。换言之，它形成微粒和气体的多相流，或气体-微粒流体流。在某些实施例中，气化器燃料控制器124可控制固体原料在高压输送容器184中的流体化。实际上，控制器124可控制固体燃料供给器105的所有操作，以燃料102的接收开始，经给料制备(例如，干燥、碾磨、磨碎)和输送过程继续，并且包括气化器106的起动。
在气化器106的起动期间，控制器124可通过使用固体给料泵182来将固体给料102输送到高压输送容器184中。还可经由管道194将起动CO2 138的流引导到高压输送容器184中。在一个实施例中，可将输送通过管道194的起动CO2 138的射流引导到进入高压输送容器184的固体给料中，使得固体给料微粒可充分分散并均匀地分配到高压输送容器184内。在从起动操作到正常操作的转变时期期间，起动CO2 138的射流可转变到提取CO2 196(即由碳捕获系统118产生的CO2)并且还用来将固体给料分散和分配到高压输送容器184内。应理解，起动CO2 138和提取CO2 196两者的体积纯度均可至少为大约80%、85%、90%、95%或100%。此外，起动CO2 138的体积百分比纯度不必与提取CO2 196的体积百分比纯度相同。例如，起动CO2 138的体积纯度可为80%，而提取CO2 196的体积纯度可为95%，反之亦然。
在起动操作期间，还可经由底部管道198将起动CO2 138的流引导到高压输送容器184的底部中。经底部管道198进入高压输送容器184的起动CO2 138还可通过形成增强燃料流体化的气涡来实现固体给料和运载气体向流体化相的转变。在从起动操作到正常操作的转变时期期间，当可从碳捕获系统118获得足量的提取CO2 196时，进入高压输送容器184的CO2可从起动CO2 138转变成提取CO2 196。
气体/燃料流体化混合物然后可经由管道200离开高压输送容器184。在设备起动期间，可经由管道202将气体/燃料流体化混合物引导到起动旋风器204中。起动旋风器204可用来建立燃料到气化器106中的稳定、恒定的流动。一旦已建立稳定、恒定的燃料流动，便可重新定向进入起动旋风器204的燃料流经由管道208流入气化器喷射器206中。如上文参照图1所述，气化器106将燃烧固体燃料102以产生合成气。CO2 196可从合成气提取并可用来从起动CO2 138转变，如下文参照图3更详细描述的。
图3是可由例如图1和图2的气化器燃料控制器124使用以起动设备操作和转变成正常操作的方法210的一实施例的流程图。更具体而言，方法210详细说明了在通过使用第一含碳气体(例如，CO2)源开始气化过程并随后转变到使用第二含碳气体(例如，CO2)源作为运载气体来将固体干原料供给到气化器中时可采用的过程。在某些实施例中，含碳运载气体的第一源始终可用并且含碳运载气体的第二源仅在气化器的操作期间可用。在含碳气体的第一源和第二源为CO2气体的实施例中，第一CO2源可包括如图1和图2中所示的起动CO2 138的源。如上文参照图1所述，可重复利用来自多个位置例如CO2吸存系统120、EOR管线122和/或某一其它CO2源134的起动CO2 138。使用起动CO2 138作为在动力设备起动操作期间使用的第一运载气体可能是有利的，因为它可允许在从起动经过正常操作并停机的设备操作循环中始终采用相同类型的运载气体(例如，CO2)。因此，相同类型的燃料喷射器、原料输送控制模态、原料输送设备等可重复利用并且不需要更改以适应不同的起动运载气体(例如，氮气)。
方法210可通过起始固体原料的流并通过使用起动CO2 138的流而开始(框212)。第一CO2源的流可包括使用单个源例如EOR管线122，或者CO2源的组合例如与碳吸存系统120结合的EOR管线122。实际上，任何起动CO2 138的源都可结合或单独用作运送起始固体原料流所需的CO2的第一CO2源。在一个实施例中，然后可例如通过使用如上文参照图2所述的高压输送容器184来使来自第一CO2源的CO2和固体给料流体化，以便产生流体化的燃料/气体混合物。
在已起始固体原料的流后，可通过例如使用如图2中所示的起动旋风器204来稳定原料流(框214)。在一个实施例中，可结合起动旋风器204使用旁通管道和/或起动管道，以形成流体化原料的稳定化的平稳流动环路。在此实施例中，流体化的燃料/气体混合物流过旁通管道和/或起动管道并通过起动旋风器204。固体燃料可由起动旋风器204从气体去除并返回固体燃料存储部，以在今后由旁通管道和/或起动管道重复利用。从固体燃料存储部进入起动旋风器并回到固体燃料存储部的流动环路因此可用于在起动操作期间适当地形成一致(即，具有适当的燃料-气体比、流量、压力和温度)的燃料流。
一旦实现稳定、平稳的原料流，就可起始气化器(框216)以开始燃料的气化。起始气化器可包括将流体化原料流从起动旋风器204重新引导到气化器喷射器206中。气化器可以已经过预热，使得存储在例如耐火砖中的热能帮助起始和支持气化过程。图2的气化器燃料控制器124可通过例如改变固体给料泵182的速度和/或第一CO2源(例如，起动CO2 138)的流量、压力和温度来控制进入气化器喷射器206的固体燃料的流。气化器燃料控制器124可通过按照与起始目的所需的燃料-气体比和燃料装载速度有关的特定程序来帮助气化起始。
最初，可从第一CO2源引来大约100%的可用来将燃料输送到气化器喷射器206中的CO2。当气化器开始气化且开始产生合成气时，IGCC动力设备构件然后可使用得到的合成气来产生CO2作为第二CO2源(框218)。第二CO2源可包括例如图1的碳捕获系统118。当更多的合成气变得可用时，方法210可从使用第一CO2源(例如，起动CO2 138)转变到使用第二CO2源(例如，提取CO2 196)，以替换其中一些第一CO2作为运载气体(框220)。
在一个实施例中，气化器燃料控制器124可控制一组阀，以将起动CO2 138和提取CO2 196结合，使得它们均用作运载气体，如下文参照图4更详细描述的。当传感器指示可使用更多提取CO2 196时，气化器燃料控制器124可重新引导更多的提取CO2 196和更少的起动CO2 138用作运载气体。应理解，起动CO2 138与提取CO2 196的结合可包括使用诸如压力调节器、混合罐、压缩器、加热器、冷冻器等的构件，这些构件允许可能具有不同流量、压力和温度的气体的组合。
当气化器和动力设备的其余部分上升到正常操作时(框222)，可产生较大量的合成气和因此较大量的第二CO2。因此，方法210可将较大量的第二CO2和较少量的第一CO2重新引导到原料制备和输送过程中，直到大约100%的运载气体可能为第二CO2。当第二CO2达到期望的百分比例如100%时，就可以不再使用第一CO2作为CO2的源(框224)。
图4是可用来从第一CO2(例如，起动CO2 138)转变到第二CO2(例如，提取CO2 196)作为载体以将固体干原料102运输到气化器106中的CO2转变模型106的一实施例的曲线图。该曲线图的纵坐标(即，y轴)代表第一CO2的流量。横坐标(即，x轴)代表时间。如上文参照图3所述，可使用第一CO2源(例如，CO2 138)作为CO2的起动源以起始设备操作。然后可使用第二CO2(例如，CO2 196)以从起动操作转变到正常操作。
在起始时期228中，当设备开始起动过程时，控制器124可开始第一CO2的流230。流230然后可达到操作流动水平232。在操作流动水平232，设备可操作，使得第二CO2现在正产生。应理解，操作流动水平232的流量和达到操作流动水平232所需的时间可取决于所使用的气化器的类型(例如，夹带流气化器、流化床气化器、固定床气化器)和特定模型。
在某些实施例中，控制器124然后可进入转变时期234，其中可向第一CO2的流量230添加第二CO2的流量236。转变时期例如可在可获得处于通过气化操作所产生的提取CO2 196的足够压力下的足够体积时开始。随着气化操作产生量越来越多的第二CO2，控制器124可增加第二CO2的流量236并减少第一CO2的流量230。减少第一CO2的流量230并增加第二CO2的流量236的过程然后可继续，直到气化操作产生足够体积的第二CO2以便获得操作流动水平232为止。在操作流动水平232，可关闭第一CO2的源，并且设备然后可通过使用第二CO2而继续操作。因此，该曲线图的操作时期238示出了使用第二CO2作为用于设备操作的主CO2。应理解，本文公开的实施例允许使用CO2转变模型的许多变型，例如示例CO2转变模型226。实际上，水平232可以更低或更高，并且可调节流量230、236的向上和向下曲线，例如以具有不同斜率，以便通过各种各样的动力设备100操作和动力设备100实施例来更高效且经济地从第一CO2气体转变到第二CO2气体。
本发明的技术效果包括从用来起动气化操作的起动CO2运载气体转变到可用来继续正常气化操作的提取CO2运载气体。起动CO2运载气体的源可包括提高油回收管线、碳吸存系统以及诸如CO2储罐之类的其它源。提取CO2运载气体的源包括碳捕获系统。另外的效果包括由于较低的热量需求而引起的诸如燃料喷射器之类的气化器构件的提高的寿命、在起动和正常操作期间利用相同的固体-气体燃料装载比和燃料装载速度的能力以及由于合成气中CO2的提高的局部压力而提高的酸性气体去除过程的性能。
本书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它示例在权利要求的范围内。

Claims (20)

1. 一种系统，包括：
气化器，其构造成使固体燃料气化；以及
固体燃料供给器，其构造成在所述气化器的起动时期和稳态时期期间将含碳运载气体中的所述固体燃料供给到所述气化器。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体包括在所述气化器的起动时期和稳态时期期间体积纯度均为至少约80%的二氧化碳。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体燃料供给器构造成供给在所述起动时期期间从第一源获取且在所述稳态时期期间从第二源获取的含碳运载气体中的固体燃料，其中，所述第一源和第二源彼此不同。
4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体的第一源包括提高油回收(EOR)管线、碳吸存系统或者储罐中的至少一个。
5. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体的第二源包括联接到气化系统的碳捕获系统。
6. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述固体燃料供给器构造成供给在从所述起动时期到所述稳态时期的转变时期期间从所述第一源和第二源两者获取的含碳运载气体中的固体燃料。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述固体燃料供给器构造成在所述转变时期期间减少来自所述第一源的第一气体流量并增加来自所述第二源的第二气体流量。
8. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体燃料供给器构造成使所述含碳运载气体中的固体燃料的粒子流体化。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括具有所述固体燃料供给器的原料制备单元，其中，所述原料制备单元构造成将所述固体燃料磨碎成粒子。
10. 一种系统，包括：
气化器燃料控制器，其构造成控制含碳运载气体中的固体燃料到气化器的供给，其中，所述气化器燃料控制器构造成在起动时期期间的所述含碳运载气体的第一源和稳态时期期间的所述含碳运载气体的第二源之间转变。
11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述气化器燃料控制器构造成在从所述起动时期到所述稳态时期的转变时期期间结合来自所述第一源和所述第二源两者的含碳运载气体的气流，以使所述固体给料的粒子流体化。
12. 根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述气化器燃料控制器构造成在所述转变时期期间减少来自所述第一源的第一气体流量并增加来自所述第二源的第二气体流量。
13. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体包括在所述气化器的起动时期和稳态时期期间体积纯度均为至少约80%的二氧化碳。
14. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体的第一源包括提高油回收(EOR)管线、碳吸存系统或者储罐中的至少一个。
15. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体的第二源仅在所述气化器的操作期间可用。
16. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统包括联接到所述气化器燃料控制器的所述气化器、固体燃料供给器或原料制备单元或者它们的组合。
17. 一种系统，包括：
原料制备单元；
固体燃料研磨器，其构造成将固体燃料研磨成粒子；以及
固体燃料供给器，其构造成将所述粒子流体化到含碳运载气体中，所述含碳运载气体在气化器的起动时期期间来自第一含碳气体源并且在所述气化器的第二稳态时期期间来自第二含碳气体源。
18. 根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述固体燃料供给器构造成在从所述起动时期到所述稳态时期的转变时期期间结合来自所述第一含碳气体源和所述第二含碳气体源两者的含碳运载气体的气流，以将所述固体给料的粒子输送到所述气化器。
19. 根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述固体燃料供给器构造成在所述转变时期期间减少来自所述第一含碳气体源的第一气体流量并增加来自所述第二含碳气体源的第二气体流量。
20. 根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述含碳运载气体包括在所述气化器的起动时期和稳态时期期间体积纯度均为至少约80%的二氧化碳。
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