CN104540927B - 气化系统内的pH调节 - Google Patents

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Abstract

一种气化系统包括：水源；下游系统，所述下游系统构造成从水源接收具有水的第一流；和二氧化碳注射器，所述二氧化碳注射器构造成用具有二氧化碳的第二流调节水的pH，以形成经pH调节的水。

Description

气化系统内的pH调节
发明背景
本文公开的主题涉及pH调节，更具体地讲，涉及在气化系统内调节pH的系统和方法。
气化系统使含碳物质转化成一氧化碳和氢的热混合物，也称为合成气体或合成气。在气化时，所得合成气可包括不太合乎需要的成分，例如灰分或烟灰。使合成气通过骤冷室，骤冷室用水冷却合成气，并将不太合乎需要的成分作为炉渣去除。随后，可从炉渣分离灰分和烟灰。可使回收的水和固体(例如，未转化的碳)再循环回到气化器。遗憾的是，需要泄放或清除一些水来控制溶解盐，以使材料腐蚀最大限度地减小。这种水可能不适用于排放或再利用，因此，下游处理系统(例如，灰水泄放处理系统)可能合乎需要，例如换热器系统、微生物系统等。灰水泄放处理系统可能需要一个或多个pH调节步骤。
发明概述
以下概括在范围上与原本要求保护的发明相当的某些实施方案。这些实施方案不旨在限制要求保护的发明的范围，而是预期这些实施方案仅提供本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括可类似于或不同于下述实施方案的不同形式。
在第一个实施方案中，气化系统包括：水源；下游系统，所述下游系统构造成从水源接收具有水的第一流；和二氧化碳注射器，所述二氧化碳注射器构造成用具有二氧化碳的第二流调节水的pH，以形成经pH调节的水。
在第二个实施方案中，方法包括在气化系统的二氧化碳源内产生具有二氧化碳的第一流。该方法也包括用来自第一流的二氧化碳调节具有水的第二流的pH。
在第三个实施方案中，气化系统包括二氧化碳源、二氧化碳注射器和下游系统。二氧化碳源构造成从具有合成气的引入流产生具有二氧化碳的第一流。二氧化碳注射器构造成使第一流注入具有水的第二流，以调节第二流的pH。下游系统构造成接收第二流。
附图简述
当阅读以下详述并参考附图时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中相似的符号代表相似的元件，其中：
图1为pH调节系统的实施方案的示意图，图示说明连接到下游系统的二氧化碳源；
图2为具有图1的pH调节系统的气化系统的实施方案的示意图；并且
图3为用二氧化碳调节pH用于下游系统的方法的实施方案的流程图。
发明详述
以下描述本发明的一个或多个具体实施方案。为了提供对这些实施方案的简明说明，实际实施的所有特征可能未全部在说明书中描述。应理解，在任何此类实际实施的研发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多实施特定的决定，以达到研发者的特定目标，如与系统相关和商业相关的限制相符，这可从一个实施到另一个实施而变化。另外，应理解，这种研发努力可能复杂而且耗时，但对拥有本公开益处的本领域普通技术人员而言仍为进行设计、装配和制造的例行程序。
在提出本发明的不同实施方案的元件时，冠词“一个”(a)、“一个”(an)、“该”(the)和“所述”(said)旨在表示有一个或多个要素。词语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性，并且意味着可有不同于所列要素的另外要素。
本公开涉及在气化系统内调节pH。具体地讲，将二氧化碳(CO2)注入具有水的一个或多个流，这调节一个或多个流的pH。即，CO2溶入水，以形成碳酸或碳酸氢盐，这一般降低水的pH。可在气化系统自身内产生二氧化碳，例如，通过变压吸附单元或酸性气体去除单元。这可减小气化系统对外部二氧化碳供应的依赖。气化系统可包括强碱性流(例如，pH大于10)。一般用强无机酸例如硫酸降低pH或中和。然而，现在已认识到，二氧化碳能够降低强碱性流的pH，即使碳酸和碳酸氢盐为相对弱的酸。碳酸有利地与水形成缓冲溶液，从而稳定水的pH。用二氧化碳调节pH提高气化系统的效率，并减少气化系统内强无机酸的用量。
现在转向附图，图1图示说明用于调节(即，降低)用于下游系统12的水流的pH的pH调节系统10。下游系统12可以为期望经pH调节的水的任何系统，例如，化学反应器、换热器、软化后的再碳酸化、滤器、微生物系统等。经pH调节的水一般提高下游系统12的效率和操作性。以下更详细地讨论下游系统12的实施方案。
如上提到，可有利地用二氧化碳作为pH调节剂以减少强无机酸的用量。含二氧化碳的流(例如，流14或16)从二氧化碳源18或二氧化碳储器20提供。二氧化碳源18可以为产生二氧化碳的任何系统或容器，例如，气化系统的酸性气体去除(AGR)单元或变压吸附(PSA)单元。二氧化碳储器20可以为可用于长时间存储二氧化碳的任何容器，例如储罐。二氧化碳可作为气体、液体、固体或其任何组合存储。二氧化碳作为液体存储有利地减小二氧化碳储器20的尺寸。二氧化碳注射器22接收二氧化碳流，并将二氧化碳流24注入共同管线或容器25。如图所示，二氧化碳流24可包括来自CO2源18和/或CO2储器20的二氧化碳。因此，二氧化碳流24可包括作为气体、液体或其组合的二氧化碳。在共同管线或容器25内，二氧化碳流24与来自水源26的水流28混合，从而形成经pH调节的水29。随后，将经pH调节的水29引到下游系统12。
根据二氧化碳源18，除了二氧化碳外，二氧化碳流24还可包含其它成分，例如烃、氮等。例如，二氧化碳源可以为PSA单元(例如，图2中所示的PSA 74)，且二氧化碳流14可包含氢。因此，虽然二氧化碳流24可包含杂质(例如，气体、液体或固体)，但仍可用于调节水流28的pH。因此，减少一般与去除杂质相关的设施和设备的使用。在某些实施方案中，二氧化碳流14可有意包含其它成分(例如，氮)作为二氧化碳的输送物质。例如，流14可以为碳酸和水的饱和或浓溶液。然而，也可期望将二氧化碳流14直接注入下游系统12，而不使用水流28。根据可用的停留时间、流路结构(向上或向下和混合方式)、期望的反应效率、可能的排放问题和最终水后处理或处置，下游系统12可包括掩盖的罐、容器或反应器。
另外，二氧化碳源18(例如，PSA单元或AGR单元)可在大于下游系统12的压力操作。因此，可用二氧化碳流24作为pH调节剂，而不用另外的泵或压缩机使二氧化碳流14加压，从而减少pH调节系统10的操作成本。然而，在某些实施方案中，二氧化碳源18可在低于下游系统12的压力操作。可在二氧化碳源18和二氧化碳注射器之间布置压缩机31，以使二氧化碳流14的压力提高到适用于下游系统12的水平。
类似地，除了水外，水流28还可包含其它成分，例如氨、溶解盐等。这些成分可影响水流28的pH。因此，在某些实施方案中，水流28可以为碱性溶液，并且二氧化碳流24可降低水流28的pH。在其它实施方案中，水流28可具有中性pH，并且二氧化碳流24可酸化用于下游系统12的水流28。
如图所示，沿着相应流14和16的流路布置控制阀30和32。控制阀30和32可选择性地截止、调节和/或启动从二氧化碳源18和二氧化碳储器20到二氧化碳喷射器22的流量。例如，在气化系统启动期间，二氧化碳源18可不操作。可用二氧化碳储器20提供二氧化碳，直至二氧化碳源18开始产生二氧化碳(例如，在时间延迟后)。因此，可关闭控制阀30并可打开控制阀32，从而启动从二氧化碳储器20的流，同时截止从二氧化碳源18的流。控制器34以通讯方式连接到二氧化碳源18和二氧化碳储器20及其相应的压力传感器36和38。如图所示，控制器34包括处理器33和存储器35，以执行控制水29的pH的指令。这些指令可在可由处理器33执行的软件程序中编码。另外，指令可存储在有形、非暂时、计算机可读介质，例如存储器35。存储器35可包括例如随机存取存储器、只读存储器、可重写存储器、硬盘等。
控制器34可根据由压力传感器36和38检测的压力执行控制控制阀30和32的指令。在某些实施方案中，传感器36和38可以为提供CO2源18和CO2储器20的任何适合操作条件的反馈的任何转换器，例如温度、压力、流速、液位、CO2浓度等。例如，通过压力传感器36读出低压可指示二氧化碳源18不操作。控制器34可响应执行指令关闭控制阀30。
控制器34也以通讯方式连接到沿着二氧化碳流24的流路布置的控制阀37。控制阀37调节二氧化碳流24到共同管线或容器25的流量，因此，可用于影响经pH调节的水29的pH。控制器34以通讯方式连接到控制阀37和沿着经pH调节的水29的流路布置的pH传感器39。因此，控制器34可至少根据由pH传感器39检测的pH执行调节控制阀37的指令。例如，如果经pH调节的水29的pH太低，控制器34可执行进一步打开控制阀37的指令。这种控制的阀打开提高进入共同管线或容器25的二氧化碳注入速率，从而降低经pH调节的水29的pH。
pH调节系统10可用于多种系统，例如图2中所示的气化系统40。在某些实施方案中，气化系统40可以为用合成气产生电力的集成气化组合循环(IGCC)或用于制备化工生产所用原料流的气化多种价元素(polygen)系统。如图所示，气化系统40包括装配有骤冷室44的气化器42。气化器42接收燃料46(例如，煤、生物质或另一种含碳原料)和氧48，它们反应生成合成气和某些反应副产物(例如灰分和烟灰)。合成气流入骤冷室44，其中水50使合成气冷却，并从合成气吸收烟灰。在一些气化器/合成气骤冷或冷却器骤冷结构中，蒸汽52可产生并输出排放。蒸汽52也可引到热回收系统54(例如，热回收蒸汽发生器)。通过从蒸汽52提取功，热回收系统54提高气化系统40的效率。另一部分水50与去除的灰分和烟灰(例如，炉渣)(也称为黑水56)一起离开气化器42。黑水56引向黑水系统58，这将在下面进一步讨论。未处理的合成气59离开气化器42，并进入合成气洗涤器61。合成气洗涤器61从未处理的合成气去除不期望的颗粒57。颗粒57返回到气化器42，并与黑水56一起离开。相对洗掉灰分和烟灰的经洗涤合成气60离开合成气洗涤器61，并进入低温气体冷却(LTGC)列63。LTGC 63列可包括进料/产物换热器，以冷却经变换的合成气64。另外，来自LTGC的冷凝液55可与来自黑水系统58的灰水84混合，并返回到合成气洗涤器61。经冷却合成气65离开LTGC 63，并流到变换反应器62。
在某些实施方案中，期望用变换反应器62提高经冷却合成气65的氢含量。在变换反应器62内发生合成气变换反应，从而一氧化碳和水反应生成二氧化碳和氢。随后，经变换合成气64，可包含相对少的一氧化碳，离开变换反应器62，并在酸性气体去除(AGR)系统66中通过适合的溶剂经历吸收处理。如图所示，从经冷却合成气65去除闪蒸气体81(例如，CO2)和酸性气体67。酸性气体67发送到硫回收单元(SRU) 69。SRU 69可根据克劳斯(Claus)法或类似技术设计。酸性气体67(例如，氨酸性气体)送到SRU的多室反应炉。酸性气体67送到炉第一室内的燃烧器。在炉内，酸性气体67与氧燃烧，氧可从来自鼓风机的环境空气和来自空气分离单元(ASU)的低压氧的组合提供。SRU 69内的一系列冷凝器和再热器允许经催化剂固定床从H2S和SO2反应生成硫。来自SRU 69的未处理尾气71流到尾气单元(TGU) 73，使未转化的硫反应生成硫化氢(H2S)，用于再循环回到气化器42。来自AGR 66的经处理合成气72可以为还原气体源，以使任何残余硫转化成硫化氢。来自TGU 73的尾气75，包含二氧化碳，被发送到热氧化器77(例如，放空燃烧装置)或压缩机79，用于再循环到气化器42。仍允许包含二氧化碳的流再循环或再利用的SRU 69设计或尾气处理的不同改进也是可能的。例如，来自AGR 66的闪蒸气体81和从TGU 73再循环的尾气75可通过CO2再循环压缩机79压缩，并作为再循环CO2流83再循环回到气化器42。
AGR单元66从经变换合成气64去除某些杂质，例如酸性气体(例如，硫化氢)。如图所示，AGR单元66，可包括碳捕集系统，也从经变换合成气64分离二氧化碳流68。二氧化碳流68可包含少量其它成分，例如硫化氢、氢等。甚至可有利地用不纯的二氧化碳流(例如，68)调节pH。如图所示，将二氧化碳流68作为pH调节剂引到pH调节系统70(例如，图1的pH调节系统10)。换句话讲，AGR单元66(或碳捕集系统)可以为pH调节系统70的二氧化碳源18 (图1)。
在经变换合成气64内的杂质减少后，经处理合成气72离开AGR单元66，并流入变压吸附(PSA)单元74。PSA单元74使经处理合成气72分离成氢流76和二氧化碳流78。如图所示，氢流76发送到下游系统80，下游系统80可包括发电设备、化学反应器等。可将二氧化碳流78分流，一部分引到pH调节系统82(例如，图1的pH调节系统10)。即，PSA单元74可以为pH调节系统82的二氧化碳源18。值得注意的是，来自PSA单元74的二氧化碳流78包含相对少的杂质(例如，小于1%体积杂质，或小于10000ppm体积)。因此，在需要相对纯的CO2流的实施方案中，可期望在pH调节系统82内用二氧化碳流78作为pH调节剂。某些实施方案可选择性用二氧化碳流68、78和83根据其相应杂质水平进行pH调节。例如，PSA单元74可在AGR单元66后启动。可用来自AGR单元66的二氧化碳流68调节pH，直到PSA单元74变为操作状态，在此时，由于PSA单元74产生的二氧化碳的较高纯度，用二氧化碳流78调节pH。因此，图1的控制器34可包括根据气化系统40的组件的操作模式(例如，启动模式或稳定状态)在二氧化碳流68和78之间选择的指令。
应注意到，某些实施方案可不包括AGR单元66或PSA单元74，并且可包含另外或供选的二氧化碳源(例如，吸收器、吸附剂床、低温系统、陶瓷基系统、膜、微生物和/或藻系统)。因此，pH调节系统70和82可从多个不同源接收二氧化碳流。另外，各调节系统70和82可从多个源接收二氧化碳流。
如前提到，来自骤冷室44的黑水56流到黑水系统58，黑水系统58使黑水56分离成灰水84和烟灰86。烟灰86随燃料进料流46再循环到气化器42。然而，烟灰86可引到碳回收系统88，碳回收系统88脱水或提取烟灰和其它固体90，用于在下游系统(例如，固体处理或再循环系统92)的固体再循环或处理。应了解，含碳的再循环烟灰可提高气化器42内合成气生产的效率或产率。黑水系统水洗流(例如，灰水84)流到灰水预处理系统85，灰水预处理系统85可包括各种水处理技术。
在灰水预处理后，经预处理的灰水101可流到灰水后处理系统94。另外或供选，经预处理的灰水101可返回到合成气洗涤器61，随后返回到骤冷室44。从黑水56回收灰水84且然后将灰水84再循环到合成气洗涤器61和骤冷室44有利地减少气化系统40的水消耗。
在所示的实施方案中，pH调节系统96(例如，图1的pH调节系统10)连接到灰水预处理系统85，以调节灰水84的pH。在某些实施方案中，灰水预处理系统85内的所需pH条件可在约8和12之间。pH调节系统96将二氧化碳100(例如，图1的二氧化碳流24)注入灰水84(例如，图1的水流28)，从而形成经预处理灰水101(例如，图1的经pH调节的水29)。经预处理灰水101然后发送到下游系统(例如，灰水后处理系统94，可包括另外的物理-化学处理、直接生物处理、深井注入或排放到公共处理厂)。
以类似方式，pH调节系统98沿着经预处理灰水101的流路99布置。pH调节系统注入二氧化碳流，以调节经预处理灰水101的pH。因此，可在气化系统40内在多个位置调节灰水84的pH(例如，在灰水预处理系统85内或在沿流路99的其它点)。这允许在一个步骤或在数个步骤调节灰水的pH，由于灰水的缓冲能力、灰水滴定曲线的形状和允许控制潜在结垢问题，这可能是有益的。
pH调节系统98将二氧化碳流102通过共同管线或容器110(例如，图1的共同管线或容器25)直接注入灰水84。然而，在某些实施方案中，可期望在二氧化碳流102和灰水84或其它过程水流之间引入缓冲液。例如，可使二氧化碳流102注入低碳酸盐碱度高pH水，从而形成缓冲液(例如，中性至适度碱性水)。这种水，具有另外的CO2，然后可与经预处理灰水101在共同管线或容器110内混合。使用多个CO2加入点可提高pH调节灰水106内pH的均匀性，这对下游系统可能是期望的，特别是对微生物和/或藻系统。具体地讲，多个CO2加入点对灰水106的pH提供更大控制，并允许控制上游灰水预处理操作内的结垢。经pH调节的灰水106然后可发送到不同的下游系统，例如深井注入系统。应了解，对于深井注入系统，经pH调节的灰水106可经过用强无机酸进一步pH调节(例如，盐酸、硫酸等)。可根据储岩的化学组成选择无机酸。例如，在具有高钙含量的储岩中，可期望使用盐酸，因为氯化物高度可溶于水，并且不与钙形成沉淀。因此，在某些实施方案中，灰水84可在多个阶段经过pH调节，并且pH调节剂可在各阶段(例如，CO2和无机酸)间变化。
沿着经预处理灰水101(在气化系统40内部)和pH调节灰水106的流路布置pH传感器112和114(例如，图1的pH传感器39)。另外，沿着二氧化碳加入流100和102的流路布置控制阀116和118(例如，图1的控制阀37)，用于灰水处理。控制器34以通讯方式连接到pH传感器112和114以及控制阀116和118。控制器34可执行调节二氧化碳流100和102的相应流速的指令，以至少根据pH传感器112和114检测的pH调节经预处理灰水101和/或经pH调节灰水106的pH。应了解，下游灰水后处理系统94可具有不同范围的适合pH水平。例如，用于深井注入的适合pH水平可在约4和7之间，而用于灰水生物处理系统的适合pH水平可在约7和8.5之间。因此，控制器34可执行相互独立调节控制阀116和118的指令，以保持用于各下游系统的适合pH水平。控制回路通过将变量测量与设定点比较，并通过控制阀/致动器的控制动作，来调节CO2流量、压力和警报。控制设定点可相对于参数固定或改变。回路的完全自动操作是标准。应为所有控制应用提供指定的单流分析仪。这些应为连续在线分析仪，并且以与气化中其它过程变量发送器相同的方式界面连接。
虽然布置pH传感器114测量经pH调节的水106的pH，但应注意到，在二氧化碳注入前，系统也可包括测量经预处理灰水101的pH的pH传感器。因此，控制器34可响应经预处理灰水101的pH执行调节控制阀118的指令。与二氧化碳注入下游的pH检测比较，这种结构使控制器34能够更快地响应上游条件变化。例如，如果燃料46变化，灰水84的pH就可能变化。pH传感器114可快速地检测pH变化，使控制器34能够执行调节二氧化碳流(100和相应102)的流速的指令。将根据需要应用安全互锁，以防止个人、环境或公共危险。为了提醒操作者警报条件，可通过PLC或DCS警报管理者图形界面通告警报，这可在任何操作者工作站上显示。
图3为描绘在气化系统40内调节水流28的pH的方法122的实施方案的流程图。可通过pH调节系统10的控制器34进行此方法。因此，方法122的各步骤可包括执行在机器可读介质(例如，控制器34的存储器35)上设置的指令。二氧化碳源18产生(方框124)二氧化碳流14。如上讨论，在某些实施方案中，二氧化碳源18可以为AGR单元66、PSA单元74或二者。二氧化碳注射器22将二氧化碳注入(方框126)水流28，形成经pH调节的水29。pH传感器39检测(方框128)经pH调节的水29的pH。然后，控制器34可确定(方框130)是否pH适用于下游系统12。如果pH不适合，控制器34可通过调节控制阀37调节(方框132)二氧化碳注入速率。然而，在pH适合时，气化系统可继续(方框134)操作，并且控制器34可保持控制阀37的位置。
公开实施方案的技术效果包括调节气化系统内的pH。气化系统可包括强碱性流(例如，pH大于10)。一般用强无机酸例如硫酸降低pH或中和。然而，现在已认识到，二氧化碳能够降低强碱性流的pH，即使碳酸和碳酸氢盐为相对弱的酸。碳酸有利地与水形成缓冲溶液，从而稳定水的pH。可在气化系统自身内产生二氧化碳，从而减小气化系统对外部二氧化碳源的依赖。用二氧化碳调节pH提高气化系统的效率，并减少气化系统内强无机酸的用量。如精确过程控制所需，使用CO2可允许在单步骤或多步骤调节pH。
本书面说明用实例公开本发明，包括最佳方式，也用实例使本领域的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并施行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。这些其它实例旨在处于权利要求的范围内，只要它们具有不与权利要求字面语言有差异的结构要素，或者只要它们包括与权利要求字面语言有非实质差异的等价结构要素。

Claims (15)

1.一种气化系统，所述气化系统包括：
气化器，所述气化器构造成使燃料和氧转化成合成气，其中所述气化器包括骤冷室，该骤冷室构造成用水减少所述合成气内的杂质，以产生黑水；
黑水系统，所述黑水系统构造成从所述骤冷室接收所述黑水并产生灰水和烟灰；和
二氧化碳注射器，所述二氧化碳注射器流体连通至二氧化碳源并构造成通过将二氧化碳注入所述灰水来调节至少一部分的所述灰水的pH。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述二氧化碳注射器构造成通过将二氧化碳直接注入所述灰水调节所述灰水的pH。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述二氧化碳注射器构造成通过将二氧化碳注入注射水以形成酸化水来调节所述灰水的pH，并且所述二氧化碳注射器构造成将所述酸化水注入所述灰水。
4.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括：
pH传感器，所述pH传感器构造成测量所述灰水的pH；
控制阀，所述控制阀构造成调节二氧化碳从所述二氧化碳源到所述二氧化碳注射器的流量；和
控制器，所述控制器以通讯方式连接到所述pH传感器和所述控制阀，其中所述控制器构造成基于所述灰水的pH来调节所述控制阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述二氧化碳源包括所述气化系统的酸性气体去除(AGR)单元或所述气化系统的变压吸附(PSA)单元或二者。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括构造成在所述二氧化碳注射器上游压缩二氧化碳的压缩机。
7.一种方法，所述方法包括：
用气化系统的气化器使燃料和氧气转化成合成气，所述气化器包括骤冷室；
使用水和骤冷室来减少所述合成气内的杂质，以产生黑水；
使用黑水处理系统从所述黑水产生灰水和烟灰；
在所述气化系统的二氧化碳源内产生包含二氧化碳的第一流；和
用二氧化碳注射器将至少一部分所述第一流注入所述灰水来调节所述灰水的pH。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述二氧化碳源包括所述气化系统的酸性气体去除(AGR)单元或所述气化系统的变压吸附(PSA)单元或二者。
9.根据权利要求7所述的方法，所述方法包括在二氧化碳存储系统内存储所述第一流的一部分，并且在时间延迟后，用所述二氧化碳注射器将所述第一流的该部分注入所述灰水。
10.根据权利要求7所述的方法，其中调节所述灰水的pH包括：
用pH传感器检测所述灰水的pH；和
基于所述灰水的pH或下游系统的pH阈限控制所述第一流进入所述灰水的注入速率。
11.一种气化系统，所述气化系统包括：
气化器，所述气化器包括骤冷室；
二氧化碳源，所述二氧化碳源构造成从包含合成气的引入流产生包含二氧化碳的第一流；
二氧化碳注射器，所述二氧化碳注射器构造成使第一流注入包含水的第二流，以降低所述第二流的pH，所述包含水的第二流作为由将所述气化器的所述骤冷室中的所述合成气冷却而来的副产物产生；和
下游系统，所述下游系统构造成接收所述第二流。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述二氧化碳源包括酸性气体去除(AGR)单元或变压吸附(PSA)单元或二者。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述下游系统包括灰水预处理或灰水后处理系统或二者。
14.根据权利要求11所述的系统，所述系统包括在所述二氧化碳源和所述二氧化碳注射器之间布置的压缩机，其中该压缩机构造成提高所述第一流的压力。
15.根据权利要求11所述的系统，所述系统包括：
pH传感器，所述pH传感器构造成测量所述第二流的pH；
控制阀，所述控制阀构造成调节所述第一流到所述二氧化碳注射器的流速；和
控制器，所述控制器以通讯方式连接到所述pH传感器和所述控制阀，其中所述控制器构造成基于所述第二流的pH和所述下游系统的pH阈限来调节所述控制阀。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2870244C (en) * 2013-11-07 2019-04-30 Syncrude Canada Ltd. In Trust For The Owners Of The Syncrude Project, As Such Owners Exist Now And In The Future Method of treating water using petroleum coke and a ph-lowering agent
US9464244B2 (en) * 2014-02-26 2016-10-11 General Electric Company System and method for black water removal
US10351456B2 (en) * 2015-12-14 2019-07-16 Fluor Technologies Corporation Process for treatment of sour water generated from coal gasification
CN106867586A (zh) * 2015-12-14 2017-06-20 神华集团有限责任公司 一种煤的气化方法和气化装置
ES2618843B2 (es) * 2015-12-21 2018-01-03 Universidad De Cádiz Mejoras en sistema de inyección de CO2 para estudios ecotoxicológicos, adaptación para su empleo con microorganismos
US10399852B2 (en) 2017-05-11 2019-09-03 Uop Llc Process and apparatus for treating a sour synthesis gas
CN115916355A (zh) * 2020-06-23 2023-04-04 米德雷克斯技术公司 用于直接还原工艺的密封气体优化系统和方法
US11655511B2 (en) * 2020-06-23 2023-05-23 Midrex Technologies, Inc. Seal gas optimization systems and methods for a direct reduction process

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854942A (en) * 1988-07-29 1989-08-08 Quantum Chemical Corporation Control of pH in water quench of a partial oxidation process
WO1991002964A1 (en) * 1989-08-14 1991-03-07 Liquid Carbonic Corporation Treatment of alkaline streams
US5487835A (en) * 1994-01-14 1996-01-30 Tomco2 Equipment Co. Pressurized solution feed system for pH control
CN1386069A (zh) * 2000-07-31 2002-12-18 昭和电工株式会社 燃烧废气处理方法和处理装置
CN101835526A (zh) * 2007-09-27 2010-09-15 福布斯油气私人有限公司 一种将二氧化碳固定为碳酸盐的方法
CN102241453A (zh) * 2010-09-25 2011-11-16 仲恺农业工程学院 一种含酚、氨煤气化废水的处理方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437417A (en) * 1982-11-15 1984-03-20 Texaco Inc. Environmentally safe process for disposing of toxic inorganic CN-containing sludge
US4500324A (en) * 1983-06-27 1985-02-19 Texaco Inc. Method of reducing the nickel content in waste water
DE69831867T2 (de) * 1997-06-06 2006-07-06 Texaco Development Corp. Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abwasser einer synthesegas-waschvorrichtung mittels vakuum-flash und zur rückgewinnung von dampf
US6620091B1 (en) * 2001-09-14 2003-09-16 Chevron U.S.A. Inc. Underwater scrubbing of CO2 from CO2-containing hydrocarbon resources
US6723756B2 (en) * 2002-04-29 2004-04-20 Chevron U.S.A. Inc. Aqueous separation of syngas components
US7452392B2 (en) * 2003-11-29 2008-11-18 Nick Peter A Process for pyrolytic heat recovery enhanced with gasification of organic material
US20080006587A1 (en) 2006-07-06 2008-01-10 Robert Cumming Method and apparatus for transfer of carbon dioxide gas to an aqueous solution
US20100089740A1 (en) * 2008-10-15 2010-04-15 Dinh-Cuong Vuong Method and systems for processing waste water using zero process water discharge
DE102010026172B4 (de) 2010-07-06 2018-04-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Verhinderung von Ablagerungen aus karbonatreichen Wässern bei der Flugstromvergasung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4854942A (en) * 1988-07-29 1989-08-08 Quantum Chemical Corporation Control of pH in water quench of a partial oxidation process
WO1991002964A1 (en) * 1989-08-14 1991-03-07 Liquid Carbonic Corporation Treatment of alkaline streams
US5487835A (en) * 1994-01-14 1996-01-30 Tomco2 Equipment Co. Pressurized solution feed system for pH control
CN1386069A (zh) * 2000-07-31 2002-12-18 昭和电工株式会社 燃烧废气处理方法和处理装置
CN101835526A (zh) * 2007-09-27 2010-09-15 福布斯油气私人有限公司 一种将二氧化碳固定为碳酸盐的方法
CN102241453A (zh) * 2010-09-25 2011-11-16 仲恺农业工程学院 一种含酚、氨煤气化废水的处理方法

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