CN104862009B - 用于移除黑水的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于移除黑水的系统和方法。提供了一种包括气化器的系统，气化器可移除黑水，并包括反应器和设置在反应器下游的骤冷室。骤冷室可冷却反应器中所产生的合成气。该系统还包括合成气处理系统、闭锁式料斗和除气器，合成气处理系统可将骤冷液体的第一部分通过第一入口供应至气化器并将骤冷液体的第二部分通过第二入口供应至气化器；闭锁式料斗可接收反应器中所产生的气化副产物，并通过第三入口对气化器供应骤冷液体的第三部分，除气器联接在合成气处理系统和闭锁式料斗上。除气器可使闭锁式料斗减压。

Description

用于移除黑水的系统和方法

技术领域

这里公开的主题涉及气化系统，并且更具体地说，涉及用于移除黑水的系统。

背景技术

化石燃料，例如固体煤、液体石油或生物物质可被气化以用于电力、化学品、合成燃料的生产或用于各种其它应用。气化涉及碳质燃料和氧气在非常高的温度下的反应，以生产合成气体，通常被称为合成气，其是包含一氧化碳和氢的燃料。合成气比燃料在其气化之前的初始状态下燃烧更有效率且更为清洁。除了合成气之外，气化还可能产生若干副产物，例如细颗粒的灰烬、金属、氨和有机物。因此，在使用之前，可冷却合成气，以便从合成气中分离出副产物。

发明内容

以下概括了与最初申明权利要求的本发明范围相称的某些实施例。这些实施例并不意图限制申明权利要求的本发明的范围，相反这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包含各种可与下述实施例相似或不同的形式。

在一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括气化器，其可移除黑水，并包括反应器和设置在反应器下游的骤冷室。骤冷室可冷却反应器中所产生的合成气。该系统还包括合成气处理系统、闭锁式料斗和除气器，该合成气处理系统可将骤冷液体的第一部分通过第一入口供应至气化器并将骤冷液体的第二部分通过第二入口供应至气化器；该闭锁式料斗可接收反应器中所产生的气化副产物，并通过第三入口对气化器供应骤冷液体的第三部分，该除气器联接在合成气处理系统和闭锁式料斗上。除气器可使闭锁式料斗减压。

在第二实施例中提供了一种方法。该方法包括对气化器提供燃料。气化器包括反应器和骤冷室。该方法还包括在反应器中使燃料气化，以产生合成气，并将骤冷液体供应至气化器。骤冷环可从合成气处理系统接收骤冷液体的第一部分，以冷却气化器的汲取管(dip tube)中的合成气的至少一部分。该方法还包括将骤冷液体的第二部分、第三部分或其组合添加至气化器中。骤冷液体的第二部分和第三部分添加至骤冷室中，并且骤冷液体的第二部分和第三部分在成分上是不同的。

在第三实施例中提供了一种系统。该系统包括容器，其包括反应器和骤冷环，该反应器可使燃料气化以产生合成气，该骤冷环可接收第一骤冷流体。第一骤冷流体冷却合成气的至少一部分。该系统还包括骤冷室，其可接收第二骤冷流体。骤冷室包括两个或更多个入口，其可将第二骤冷流体供应至骤冷室。第二骤冷流体包括第一部分、第二部分或其组合，第一部分包括黑水，第二部分包括新鲜补给水。

方案1：一种系统，包括：

配置成移除黑水的气化器，其中气化器包括反应器和设置在反应器下游的骤冷室，并且骤冷室配置成冷却在反应器中所产生的合成气；

合成气处理系统，其配置成将骤冷液体的第一部分通过第一入口供应至气化器并将骤冷液体的第二部分通过第二入口供应至气化器；

闭锁式料斗，其配置成接收在反应器中所产生的气化副产物，并将骤冷液体的第三部分通过第三入口供应至气化器；以及

联接在合成气处理系统和闭锁式料斗上的除气器，其中除气器配置成使闭锁式料斗减压。

方案2：根据方案1的系统，其中，包括联接在闭锁式料斗上的新鲜补给水源，其中新鲜补给水源配置成将新鲜补给水供应至闭锁式料斗，并且新鲜补给水包括骤冷液体的第三部分。

方案3：根据方案2的系统，其中，闭锁式料斗配置成当从气化器接收气化副产物时置换新鲜补给水，从而将骤冷液体的第三部分供应至气化器。

方案4：根据方案1的系统，其中，包括骤冷环，其配置成接收骤冷液体的第一部分，其中骤冷液体的第一部分沿着设置在反应器下游的汲取管的内表面而流动，并流入到骤冷室中。

方案5：根据方案4的系统，其中，汲取管包括沿着内表面的保护屏障，保护屏障配置成接触合成气流。

方案6：根据方案1的系统，其中，骤冷液体的第一部分和骤冷液体的第二部分包括黑水。

方案7：根据方案1的系统，其中，骤冷室联接在第二入口和第三入口上，并配置成接收骤冷液体的第二部分和骤冷液体的第三部分。

方案8：根据方案1的系统，其中，包括一个或多个泵，其联接在骤冷室上，并配置成使骤冷液体的第二部分或骤冷液体的第三部分流向骤冷室。

方案9：根据方案1的系统，其中，骤冷室配置成将骤冷蒸发水平保持在大约90%至100%之间。

方案10：一种方法，包括：

对气化器提供燃料，其中气化器包括反应器和骤冷室；

使燃料在反应器中气化，以产生合成气；

将骤冷液体供应至气化器，其中骤冷环配置成从合成气处理系统中接收骤冷液体的第一部分，以便冷却气化器的汲取管中的合成气的至少一部分；以及

对气化器添加骤冷液体的第二部分、第三部分或其组合，其中骤冷液体的第二部分和骤冷液体的第三部分添加至骤冷室，并且骤冷液体的第二部分和骤冷液体的第三部分在成分上是不同的。

方案11：根据方案10的方法，其中，第二部分包括来自闭锁式料斗的新鲜补给水，闭锁式料斗设置在气化器的下游，并配置成接收在反应器中产生的气化副产物。

方案12：根据方案11的方法，其中，包括将气化副产物添加至闭锁式料斗，以置换新鲜补给水，并将骤冷液体的第二部分供应至骤冷室。

方案13：根据方案10的方法，其中，骤冷液体的第一部分和骤冷液体的第三部分包括来自合成气处理系统的黑水。

方案14：根据方案10的方法，其中，包括利用除气器使闭锁式料斗减压。

方案15：根据方案10的方法，其中，包括使骤冷室中的骤冷蒸发水平保持在大约90%至100%之间，其中骤冷液体的第二部分和骤冷液体的第三部分能够保持骤冷蒸发水平。

方案16：一种系统，包括：

容器，其包括：

反应器，其配置成使燃料气化，以产生合成气；

骤冷环，其配置成接收第一骤冷流体，其中第一骤冷流体冷却合成气；

骤冷室，其配置成接收第二骤冷流体，其中骤冷室包括两个或更多个入口，其配置成将第二骤冷流体供应至骤冷室，其中第二骤冷流体包括第一部分、第二部分或其组合，第一部分包括黑水，第二部分包括新鲜补给水。

方案17：根据方案16的系统，其中，设置在气化器下游的闭锁式料斗配置成将第二骤冷流体的第二部分供应至骤冷室。

方案18：根据方案16的系统，其中，包括洗涤器，其联接在气化器上，并配置成将第一骤冷流体供应至骤冷环，并将第二骤冷流体的第一部分供应至骤冷室。

方案19：根据方案16的系统，其中，包括除气器，其配置成使闭锁式料斗减压，闭锁式料斗配置成接收在反应器中所产生的气化副产物。

方案20：根据方案16的系统，其中，包括具有指令的控制器，其中指令配置成控制系统的操作，从而使骤冷室中的骤冷蒸发水平保持在大约90%至100%之间。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：

图1是气化系统的一个实施例的示意性的框图，其配置成使一种或多种骤冷液体循环至气化器；

图2是气化器的一个实施例的横截面图，其可供图1的气化系统使用；且

图3是框图，其描绘了用于使一种或多种骤冷液体循环至图1的气化系统中的方法的一个实施例。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能没有描述实际实施的所有特征。应该懂得，在任何这种实际实施例的研究中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多专门实施的决策，以实现研究者的特定目的，例如与涉及系统及涉及商业的约束相关的适应性，其可能根据实施而变化。此外，应该懂得这种研究工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明公开的普通技术人员仍然是其承担设计、构造和制造的日常事务。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都意图包含和意味着除了列出的元件之外，还可以有额外元件。

各种工业工艺涉及黑水的处理。黑水可能包括在流体例如水中扩散的气化副产物(例如渣、未转换的碳等等)。在某些情形中，黑水在丢弃或在用于其它气化工艺之前可在黑水处理系统中进行处理。黑水处理系统可能占用大的占地面积，并且由于用于运行这种系统的能量原因而可能带来昂贵的操作费用。因此，可能需要提供替代方法，以用于移除和/或减少在气化工艺期间所产生的黑水量。如以下详细论述的那样，本实施例包括一种气化系统，其配置成移除和减少在气化工艺期间所产生的黑水量。例如在某些实施例中，通过提高气化系统的骤冷室中的骤冷蒸发水平(例如水蒸发含量/湿气含量)，可减少在合成气和气化副产物的冷却期间所产生的黑水量。另外，在某些实施例中，使合成气处理系统(例如洗涤器)中所产生的黑水循环至气化器中可促进黑水的移除。如公开的实施例中所述配置的气化系统可减少气化期间所产生的黑水的整体量，并且还可在不使用黑水处理系统的条件下移除大概90%至100%未转化的碳以及其它固体颗粒。

记住前面所述，图1使气化系统100的一个实施例的示意图，其配置成在不使用黑水处理系统下移除黑水。如图1中所示，气化系统100可包括气化器102，其配置成使进料104气化以产生未处理的合成气108。进料104可包括煤、石油焦碳、煤和焦碳的混合物、生物物质、木基材料、农业废料、焦油、焦炉煤气和沥青或其它含碳材料。在进入气化器102之前，通过例如对进料104进行切削、研磨、切碎、粉碎、压块或造粒，从而可调整进料104的尺寸或形状。另外，进料104可包括添加剂，例如水，以产生燃料浆体。然而，在其它实施例中，进料104可作为干的进料而进入气化器102中。气化器102可能是综合气化联合循环(IGCC)动力设备或任何其它使用或生产合成气的各种设备的一部分。气化器102可能是向上排气或向下排气的固定床气化器、流化床气化器、例如鼓泡式流化床气化器或循环流化床气化器、移动床气化器、或夹带流气化器(entrained flow gasifier)。

在当气化器102中时，进料104可在反应器120中与气化剂112(例如氧气)和蒸汽116相混合，从而生产未处理的合成气108。具体地说，进料104可与有限量的气化剂112(例如部分氧化)在升高的压力(例如大约20巴至85巴的绝对压力)和温度(例如大约700ºC至1600ºC)下起反应，从而部分地氧化进料104并产生未处理的合成气108。由于在气化剂112、蒸汽116和进料104中的碳之间的化学反应，未处理的合成气108可能包括氢、一氧化碳、水、氨、硫化氢、甲烷和二氧化碳，以及其它更少期望的成分，例如存在于碳质燃料中的灰烬、硫、氮和氯化物。另外，未处理的合成气108可能包括未转化的碳(例如没有参与气化反应的进料)。

气化器102还可包括位于反应器120下游的骤冷室124。骤冷室124可将未处理的合成气108与气化副产物(例如熔渣)分离并冷却。在反应器120中，可加热进料104，以经历高温分解工艺。根据某些实施例，在高温分解工艺期间，反应器120的内部温度可能在大约150ºC至700ºC的范围内，这依赖于所利用的进料104的类型。进料104在高温分解工艺期间的加热可能产生固体，例如炭和残留气体，例如一氧化碳、水、甲烷和氢)。气化器102的骤冷室124可接收未处理的合成气108和气化副产物，如箭头126所示，因为它们通过反应器120的底端128(或喉部)而离开反应器120。总地说来，骤冷室124可用于降低未处理的合成气108的温度，以便使气化副产物(例如熔渣)与未处理的合成气108分离，并使气化副产物骤冷。在某些实施例中，骤冷液体132(例如水)可流过底端128并填充骤冷室124，从而促进未处理的合成气108和气化副产物(例如熔渣)的冷却。例如，当未处理的合成气108和气化副产物流过底端128(例如箭头126)时，在骤冷室124中的骤冷液体的至少一部分132可通过从未处理的合成气108和熔渣中吸取热量而蒸发，从而导致未处理的合成气108和熔渣的冷却。骤冷液体132的蒸发可能产生蒸汽，其可在气化器102下游的其它气化工艺中利用。在某些实施例中，骤冷室124中的骤冷蒸发水平可在大约50%至80%之间。在其它实施例中，骤冷室124中的骤冷蒸发水平可在大约90%至100%之间。

定位在底端128(例如骤冷室124的入口136)的骤冷环134可配置成将骤冷液体132(例如水)提供至骤冷室124。在某些实施例中，骤冷环134可从合成气处理系统138接收骤冷液体132。例如，合成气处理系统138可包括洗涤器140，其利用水以从可能由气化器102携带走的未处理的合成气108中移除残留的颗粒(例如渣、烟灰、未转化的碳等等)和其它成分，从而产生黑水。洗涤器140可配置成将黑水(例如骤冷液体132)供应至骤冷环134。在所示的实施例中，洗涤器140可联接到喷嘴洗涤器泵141和骤冷水泵150上。骤冷水泵150(例如离心泵)可有利于黑水142通过骤冷环形管线144而流入到骤冷环134中。骤冷环134可通过管线148接收黑水的第一部分142。喷嘴洗涤器泵141可有利于朝向骤冷室124的黑水的流动的控制。例如，当骤冷室124中的骤冷液体水平较高时，喷嘴洗涤器泵141可增加离开洗涤器140的黑水的再循环部分(例如黑水的第一部分142)，从而减少通过骤冷水平泵160而向骤冷室管线162的额外黑水(例如黑水的第二部分156)的流动。总地说来，黑水142可流过骤冷环134并沿着汲取管154的内表面152而流入到骤冷室124中。在沿着汲取管154流动时，大约1%至10%之间的黑水142可能蒸发，并对未处理的合成气108和气化副产物(例如熔渣)进行骤冷。例如，从反应器120流出(例如箭头126)的未处理的合成气108和气化产物的高温可能造成沿着汲取管154流动的黑水的第一部分142的蒸发。因此，从未处理的合成气108和熔渣中吸取黑水142的蒸发潜热，造成未处理的合成气108和熔渣的温度下降。在某些实施例中，骤冷环134和内表面152的至少一部分可能具有保护屏障155，以便在未处理的合成气108和气化副产物(例如箭头126)经由汲取管154的通过和冷却期间减轻汲取管154的部分中的蒸干作用(例如黑水142的全部蒸发)。保护屏障155可包括耐热材料，例如但不局限于铌(Nb)、钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)或任何其它合适的耐热材料和其组合。在其它实施例中，骤冷环134和内表面152可能不包括保护屏障155。

除了黑水的第一部分142通过骤冷环形管线144流向骤冷环134之外，喷嘴洗涤器泵141还可配置成控制黑水的第二部分156通过骤冷室管线158从洗涤器140流向骤冷室124的流量。类似于骤冷环形管线144，骤冷室管线158可包括骤冷水平泵160，以有利于黑水的第二部分156通过骤冷室入口164而流入到骤冷室124中。黑水的第二部分156可对骤冷室124供应额外的骤冷液体132，以容许骤冷室124在大约90%至100%之间的骤冷蒸发水平下操作，并保持冷却效率。如同汲取管154中一样，未处理的合成气108和熔渣穿过骤冷室126，导致骤冷液体132(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)在骤冷室124中蒸发。骤冷液体132的蒸发可冷却未处理的合成气108和熔渣。未处理的合成气108和熔渣的冷却可促进未处理的合成气108与熔渣的分离。另外，熔渣可固化，以形成渣166，其累积在骤冷室124的底部。接下来，未处理的合成气108可通过联接在喷嘴洗涤器170上的出口168而离开气化器102，并流入到合成气处理系统138中。此外，因为黑水的第二部分156可能具有未转化的碳颗粒(例如来自未处理的合成气108)，所以在渣166的移除期间可从气化系统100中移除未转化的碳颗粒。应该懂得，黑水的第一部分142还可能包括未转化的碳颗粒。

当在合成气处理系统138中时，未处理的合成气108可经过处理，以移除额外的细粉(例如未转化的碳)以及其它夹带气体，例如氯化氢、氨、硫化氢、氟化氢以及其它气体，从而产生处理后的合成气172。例如，未处理的合成气108可流入到洗涤器140中，以移除细粉(例如未转化的碳)，其可能是在离开气化器102之后由未处理的合成气108携带出来的。洗涤器140可通过洗涤器管线182从除气器180中接收流体(例如脱矿质水)。来自除气器180的流体可有利于从未处理的合成气108移除未转化的碳，并产生黑水流(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)。如上面论述的那样，黑水可循环(例如连续地或以成批方式)至气化器102中，而非黑水处理系统中，从而为骤冷环134和骤冷室124供应骤冷液体132。这样，黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)和从而未转化的碳可返回气化器102中，并随渣166一起从气化系统100中移除。除了洗涤器140之外，合成气处理系统138还可包括其它构件，例如变换反应器、低温气体冷却(LTGC)组列和/或酸性气体移除(AGR)单元，以便从未处理的合成气108中移除任何其它残余的不期望的杂质(例如稀释剂、N₂、酸性气体等等)，从而产生处理后的合成气172。处理后的合成气172之后可用于各种工艺，例如化学处理或产生动力(例如燃气涡轮等等)。

如上面论述的那样，渣166可累积在骤冷室124的底部。在气化工艺期间或之后，渣166可从气化器102释放出来并流入到设置在气化器102下游的闭锁式料斗184中。在某些实施例中，渣166可以浆体形式(例如渣166和骤冷液体132)离开气化器102。这种浆体还可被称为黑水。在离开气化器102之后，渣166可具有大约20%至60%之间的含水量，这依赖于骤冷室124的骤冷蒸发水平。在从气化器102移除渣166之前，闭锁式料斗184可用液体(例如水)进行填充，以便进一步冷却渣166。例如，从气化器102释放出的渣166可能具有高温(例如在大约150至350°C、200至300°C或225至275°C之间)。因此，渣166可冷却至100°C以下的温度，从而减少在从闭锁式料斗184中移除渣166期间的闪蒸。

在某些实施例中，闭锁式料斗184可用新鲜补给水186进行填充。新鲜补给水186可从补给水鼓188提供至闭锁式料斗184。闭锁式料斗冲洗鼓190可通过在闭锁式料斗184和补给水鼓188之间提供压力差而促进新鲜补给水186从补给水鼓188传送给闭锁式料斗184。因此，新鲜补给水186可流入到闭锁式料斗184中。利用新鲜补给水186可减少污垢的形成和气化器102下游的气化系统100构件的堵塞。例如，渣166可能具有各种固体成分，包括但不局限于焦碳(即部分反应的燃料)、未转化的碳、矿物质(例如钙、镁和钠)，以及各种尺寸的固化的灰烬颗粒。渣166中的某些固体(例如钙、镁和钠)可能形成污垢，并造成气化器102下游的气化管线的堵塞。同再循环的灰水相比，通过利用新鲜补给水186，污垢的形成可能由于新鲜补给水186的减小的碱度而减少。

一旦从气化器102中释放出来，渣166可累积在闭锁式料斗184中。闭锁式料斗184可连续地或分批地接收渣166。因为闭锁式料斗184用新鲜补给水186进行填充，所以新鲜补给水186在渣166的添加期间可置换。因此，新鲜补给水186可能流入到气化器102中，并将额外的骤冷液体132提供至骤冷室124。闭锁式料斗泵192可促进新鲜补给水186置换到骤冷室124中。除了黑水的第一部分142之外，通过使新鲜补给水186、黑水的第二部分156或其组合循环，骤冷室124可连续地或成批地接收骤冷液体132的流量(例如新鲜补给水186和黑水的第一部分142和/或黑水的第二部分156)，并促进骤冷室124在大约90%至100%之间的骤冷蒸发水平下操作。

在某些实施例中，闭锁式料斗184可配置成提供大约2小时至5小时的停留时间，从而容许渣166和其它颗粒(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)在闭锁式料斗184中通过例如重力而从补给水186中沉淀下来。这可减少通过闭锁式料斗泵192而流回到骤冷室124中的颗粒量。在某些实施例中，淡水186还可穿过设置在闭锁式料斗184和骤冷室124之间的一个或多个过滤器，以便在进入骤冷室124中之前移除新鲜水186中的任何悬浮的颗粒。

如上面论述的那样，气化系统100可配置成通过闭锁式料斗184移除黑水(例如黑水的第一部分142和/或黑水的第二部分156)。这可促进未转化的碳移除大约95%至100%。例如，未处理的合成气(例如未处理的合成气108)通常可能包含大约20%至40%之间的未转化的碳。这种未转化的碳可在洗涤器140中进行移除。因为黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)可循环至气化器102(例如分别循环至骤冷环134和骤冷室124)，所以来自未处理的合成气108的未转化的碳可在骤冷室124中与渣166结合。明显地，同黑水的第一部分142相比，由于位于黑水的第一部分142的下游，黑水的第二部分156可能包含更多来自未处理的合成气108的未转化的碳(例如大约85%至100%)。类似地，渣166可能包含大约60%至80%之间未转化的碳，其可能已在气化工艺期间与熔渣相混合。因此，当从气化器102中移除渣166和非蒸发的黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)时，可移除大约95%至100%未转化的碳。

在某些实施例中，在从闭锁式料斗184中移除渣166和黑水之前，可对闭锁式料斗184进行减压。除了具有高温之外，从气化器102中释放出来的渣166可能具有高压(例如上游压力)，渣包括黑水的第一部分142和黑水的第二部分156的任一黑水。渣166和从而闭锁式料斗184的压力可能在大约100至10000千帕、2000至9000千帕或3000至8000千帕之间。在某些实施例中，闭锁式料斗184可通过位于闭锁式料斗184下游的真空闪蒸鼓而进行减压。在其它实施例中，闭锁式料斗184可通过除气器180进行减压。例如，在所示的实施例中，闭锁式料斗184通过减压管线194而联接在除气器180上。因为除气器180可在相对于气化器102和闭锁式料斗184较低的压力下操作，所以在闭锁式料斗184和除气器180之间的压力差可促进闭锁式料斗184的减压。因此，一旦闭锁式料斗184已经填充到某一填充水平时，就可关闭阀196，以阻塞额外渣166进入闭锁式料斗184中。顺序地或同时地，闭锁式料斗泵192可暂停新鲜补给水186流向骤冷室124。为了释放闭锁式料斗184中的压力，可打开减压阀198，并且加压的气体可通过减压管线194流出并进入到除气器180中。气体然后可流出除气器180，如箭头200所示，以用于进一步处理(例如气体处理系统中)。一旦被减压，渣166和从而来自骤冷室124和洗涤器140的任何黑水可从闭锁式料斗184中进行移除，并且定向至渣处理系统202中，在此处可筛选渣166，以减少湿气(例如含水量)，然后定向至场外处置设施中。例如，渣166可用作路基，或用作另一建筑材料。根据某些实施例，渣处理系统202可包括拖曳输送机和/或渣槽。在从闭锁式料斗184中移除渣166之后，闭锁式料斗184可用新鲜补给水186进行填充，且之后如上面论述的那样对骤冷室124提供骤冷液体132。

气化系统100还可包括控制器204，以控制气化系统100的操作。控制器204可通过与遍及气化系统100的传感器、控制阀(例如阀196和198)和泵(例如泵141、150、160和192)或其它流量调节特征的电气通信而独立地控制气化系统100的操作。控制器204可包括完全或部分自动化的分布式控制系统(DCS)或任何基于计算机的工作站。例如，控制器204可能是任何利用通用或专用处理器的装置，其通常均可包括存储器电路，以用于储存指令，例如气化参数(例如进料104的气化条件)。处理器可包括一个或多个处理装置，并且存储器电路可包括一个或多个有形的非瞬态的机器可读的介质，其总地储存可被处理器执行的指令，以执行图3的动作，如下面论述的那样，并控制这里所述的作用。

在一个实施例中，控制器204可操作控制装置(例如阀、泵等等)，以控制在不同的系统构件之间的量和/或流量。应该注意，在整个气化系统100中可能存在额外的阀，用于调整在系统构件之间的不同的量和/或流量。在所示的实施例中，控制器204管理控制装置，例如阀196的操作，以容许和/或阻塞渣166流入闭锁式料斗184中，并控制阀198，以便对闭锁式料斗184进行减压。控制器204还可管理额外阀的操作，以控制进入气化器102中的进料104、气化剂112和蒸汽116的量或调整其流量。在某些实施例中，控制装置可能是称重机构的一部分，其测量进入气化器102之前的进料104的量。另外，控制器204可调整进入骤冷室124和骤冷环134中的骤冷液体132的量，从而使骤冷蒸发水平保持在大约90%至100%之间。例如，如果骤冷蒸发水平小于阈值(例如小于大约90%，例如89%，85%，75%，70%或更小的骤冷蒸发水平)，那么控制器204可将信号提供至至少其中一个泵150、160和/或192，以便通过喷嘴洗涤器泵141增加流向喷嘴洗涤器的再循环水的流量，从而减少黑水的第二部分158的流量。控制器204可基于骤冷蒸发阈值限制而控制各级中的泵141、150、160和192。

在某些实施例中，控制器204可首先控制进入骤冷环134中的黑水的第一部分142的流量，从而保持所需的骤冷蒸发水平。如果骤冷室124中的骤冷蒸发水平低于所需的阈值，那么控制器204可调整黑水的第二部分156、新鲜补给水186或其组合的流量。类似地，如果骤冷蒸发水平高于所需的阈值，那么控制器可对泵150、160和/或192中的至少一个发送信号，以便提高黑水的第一部分142、黑水的第二部分156、新鲜补给水186或其组合的流量。在某些实施例中，控制器204可使用通过输入信号提供的信息来执行包含在机器可读的或计算机可读的存储介质中的指令或代码，并对各种控制装置(例如阀196和198以及泵150、160和192)产生一个或多个输出信号208，从而控制进入骤冷室124中的骤冷液体(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156和/或新鲜补给水186)的流量、闭锁式料斗184的减压或任何其组合。

如上面论述的那样，气化器102可配置成接收来自洗涤器140、闭锁式料斗184或其组合中的骤冷液体132。现在转到图2，其显示了气化器102的一个实施例。气化器102可具有轴向的轴线或方向210、远离轴线210的径向轴线或方向212、以及围绕轴线210的环向轴线或方向214。如上面提到的那样，气化器102包括同轴布置的(例如沿着轴向轴线210)反应器120和骤冷室124。气化器102包括机壳218，其也被称为壳体(例如环形壳体)，其用作用于气化器102的外壳或外罩(例如环形容器)。气化器102还可包括有利于将气化器102联接到进料104来源上的特征，以用于产生合成气(例如未处理的合成气108和处理后的合成气172)。例如，气化器102可包括入口224(例如位于气化器102的顶点上的轴向端口)，其配置成接收喷射器，喷射器对气化器102供应进料104，如箭头228所示。

气化器102还可包括保护屏障230。如上面论述的那样，气化器102配置成在超过大约700°C的温度和至少大约20巴的压力下在反应器120中使进料104部分地氧化。保护屏障230可通过减少与进料104的气化相关联的温度和压力效应而改善气化器102的耐用性。因此，保护屏障230可限定反应器120和底端128。保护屏障230可用作物理屏障、热屏障、化学屏障或任何其组合。可用于保护屏障230的材料的示例包括但不局限于耐热材料、耐火金属、非金属材料、粘土、陶瓷、水泥以及铝、硅、镁和钙的氧化物。另外，用于保护屏障230的材料可能是砖、可铸块、涂层或任何其它合适的材料或其组合。此外，在某些实施例中，保护屏障230可包括用于额外的容器保护的冷却壁或表面润湿膜。在某些实施例中，如上面参照图1论述的那样，保护屏障230还可覆盖骤冷环134和汲取管154。

如上面提到的那样，气化器102可从洗涤器140和闭锁式料斗184中接收骤冷液体132。因此，气化器102可包括第一入口234、第二入口236和第三入口238(例如径向端口)。虽然在所示的实施例中，第一、第二和第三入口234、236和238分别垂直于气化器102的表面240，但是入口还可相对于表面240而定位在某一角度242上(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10度或更大)。第一入口234和第二入口236可分别联接到洗涤器140上，并将骤冷液体132提供至骤冷环134和骤冷室124。例如，在所示的实施例中，第一入口234联接在管线148上。因此，黑水的第一部分142可流入到骤冷环134中，如箭头142所示，从而将骤冷液体132供应至骤冷室124。黑水的第一部分142可通过一个或多个开口244而流出骤冷环134，从而沿着汲取管154的内表面152形成水冷壁248(例如骤冷液体132)。

如上面论述的那样，当未处理的合成气108和气化副产物如箭头126所示流过汲取管154时，一部分骤冷液体132可在汲取管154中蒸发。另外，第二入口236可将黑水的第二部分156提供至骤冷室124，从而供应额外的骤冷液体132。类似地，骤冷室124还可通过第三入口238而从闭锁式料斗184中接收新鲜补给水186，如箭头186所示。当在骤冷室124中时，骤冷液体132(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156以及新鲜补给水186)可将未处理的合成气108与渣166进行冷却和分离。未处理的合成气108然后可通过第一出口252流出气化器102，以用于进一步处理(例如在合成气处理系统138中)，并且渣166可通过第二出口253流入到闭锁式料斗184中，如箭头166所示。在其它实施例中，气化器102可包括额外的入口(例如径向端口)，其将黑水的第二部分156和新鲜补给水186供应至骤冷室124。例如，额外的入口可轴向和环向(例如沿着轴线210和214)设置在骤冷室124周围，使得黑水的第二部分156和新鲜补给水186可从多个位置进入骤冷室124中。这可有利于骤冷液体132的均匀蒸发。在其它实施例中，黑水的第二部分156和新鲜补给水186可通过单个入口(例如径向端口)进入骤冷室124中。

通过分别对骤冷室124供应黑水的第一部分142和黑水的第二部分156，气化系统100可能不排除分开的黑水处理系统。例如，如上面论述的那样，来自洗涤器140的黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)可能包括来自未处理的合成气108的细的未转化的碳颗粒。因为黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)循环至骤冷室124中，所以细的未转化的碳颗粒可与渣166一起从气化系统100中进行移除。另外，通过对骤冷室124供应黑水的第二部分156以及新鲜补给水186，骤冷室124可在大约90%至100%之间的骤冷蒸发水平下操作。因此，可减少由气化系统100产生的黑水(例如与渣166相混合的骤冷液体132)的量。

本实施例还包括一种利用气化系统100移除黑水的方法(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156以及与渣166相混合的骤冷液体132)。图3显示了方法的流程图，通过该方法，气化系统(例如上述气化系统100)可在不使用黑水处理系统的条件下移除黑水。如上面参照图1所述，该方法包括对气化器102提供进料104(框304)，并使进料104气化(框306)。该方法还包括将黑水的第一部分142供应至骤冷室124(框310)。如上面参照图2论述的那样，黑水的第一部分142可供应至骤冷环134，以形成水冷壁248，其在进入骤冷室124之前开始冷却未处理的合成气108和熔渣。除了对骤冷环124供应黑水的第一部分142，该方法还包括将额外的骤冷液体132(例如来自闭锁式料斗184的黑水的第二部分156和新鲜补给水184)供应至骤冷室124(框314)。这样，骤冷室可在大约90%至100%之间的骤冷蒸发水平下操作。另外，如上面论述的那样，黑水的第二部分156可能包括来自未处理的合成气108的细的未转化的碳颗粒。因此，使黑水的第二部分156循环至骤冷室124中可有利于气化系统100移除大约98%至100%之间的未转化的碳。因此，黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156以及与渣166相混合的骤冷液体132)可能不需要转送至单独的黑水处理系统中。

该方法还包括在从闭锁式料斗184移除渣166和黑水之前使闭锁式料斗184减压(框318)。如上面参照图1论述的那样，闭锁式料斗184可通过除气器180进行减压。此外，在闭锁式料斗184的减压之前，闭锁式料斗泵192可停止新鲜补给水188循环到气化器102中。在闭锁式料斗184的减压之后，该方法还包括从未处理的合成气108中移除渣166和任何包括未转化的碳的黑水，以用于进一步处理(框320)。在某些实施例中，闭锁式料斗184可补充新鲜补给水186，以便将急冷骤冷液体132连续提供至气化器102。

如上所述，气化系统100的某些实施例可包括连续对气化器102提供骤冷液体132(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)，从而促进未处理的合成气108和气化副产物(例如熔渣)的冷却。在从气化器102移除渣166期间，气化系统100还可配置成对气化器102供应从闭锁式料斗184置换的新鲜补给水186。这样，气化系统100可在大约90%至100%之间的骤冷蒸发水平下操作，并且减少在整个气化工艺过程中所产生的黑水量。另外，通过循环来自洗涤器140的黑水(例如黑水的第一部分142和黑水的第二部分156)，从而可通过闭锁式料斗184移除黑水。因此，黑水处理系统可以不用于处理各种气化工艺中(例如在未处理的合成气108骤冷和清洁期间)所产生的黑水。根据所公开的实施例，同利用黑水处理系统的气化系统相比，这种气化系统100的配置可减少总的投资成本(例如设备占地面积)。另外，因为黑水可循环至气化器102中，所以可随渣166一起移除大约98%至100%之间的未转化的碳。此外，利用新鲜补给水186可减少污垢的形成和堵塞，其通常与再循环的灰水的使用相关联。

所撰写的说明书使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，并还能够使本领域的任何技术人员实践发明，包括制造并使用任何装置或系统且执行任何所合并的方法。发明的可专利的范围由权利要求限定，并可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同的结构元件，那么，这样的其他示例将在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种系统，包括：

配置成移除黑水的气化器，其中所述气化器包括反应器和设置在所述反应器下游的骤冷室，并且所述骤冷室配置成冷却在所述反应器中所产生的合成气；

合成气处理系统，其配置成将骤冷液体的第一部分通过在所述合成气处理系统和所述气化器的第一入口之间延伸的第一流动路径供应至所述气化器并将所述骤冷液体的第二部分通过在所述合成气处理系统和所述气化器的第二入口之间延伸的第二流动路径供应至所述气化器；

闭锁式料斗，其配置成接收在所述反应器中所产生的气化副产物，并将所述骤冷液体的第三部分通过在所述闭锁料斗的出口和所述气化器的第三入口之间延伸的第三流动路径供应至所述气化器；以及

联接在所述合成气处理系统和所述闭锁式料斗上的除气器，其中所述除气器配置成使所述闭锁式料斗减压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括联接在所述闭锁式料斗上的新鲜补给水源，其中所述新鲜补给水源配置成将新鲜补给水供应至所述闭锁式料斗，并且所述新鲜补给水包括所述骤冷液体的第三部分。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述闭锁式料斗配置成当从所述气化器接收气化副产物时置换所述新鲜补给水，从而将所述骤冷液体的第三部分供应至所述气化器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括骤冷环，其配置成接收所述骤冷液体的第一部分，其中所述骤冷液体的第一部分沿着设置在所述反应器下游的汲取管的内表面而流动，并流入到所述骤冷室中。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述汲取管包括沿着所述内表面的保护屏障，所述保护屏障配置成接触所述合成气流。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述骤冷液体的第一部分和所述骤冷液体的第二部分包括黑水，并且所述合成气处理系统配置为将所述合成气处理生成所述黑水。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述骤冷室联接在所述第二入口和所述第三入口上，并配置成接收所述骤冷液体的第二部分和所述骤冷液体的第三部分。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括一个或多个泵，其联接在所述骤冷室上，并配置成使所述骤冷液体的第二部分或所述骤冷液体的第三部分流向所述骤冷室。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括控制器，所述控制器配置为控制所述骤冷液体的所述第一部分和所述第二部分的流动以使得所述骤冷室将骤冷蒸发水平保持在90％至100％之间。

10.一种方法，包括：

对气化器提供燃料，其中所述气化器包括反应器和骤冷室；

使所述燃料在所述反应器中气化，以产生合成气；

将骤冷液体供应至所述气化器，其中骤冷环配置成从合成气处理系统中通过在合成气处理系统和所述气化器之间延伸的第一流动路径接收所述骤冷液体的第一部分，以便冷却所述气化器的汲取管中的所述合成气的至少一部分，其中所述合成气处理系统与所述所述气化器流体连通并配置成接收所述气化器生成的所述合成气；以及

对所述气化器添加所述骤冷液体的第二部分、第三部分或其组合，其中所述骤冷液体的第二部分和所述骤冷液体的第三部分添加至所述骤冷室，并且所述骤冷液体的第二部分和所述骤冷液体的第三部分在成分上是不同的；

其中，所述合成气处理系统将所述骤冷液体的第二部分通过在所述合成气处理系统和所述气化器之间延伸的第二流动路径供应至所述骤冷室；并且其中，闭锁式料斗设置于所述气化器下游，并将所述骤冷液体的第三部分通过在所述闭锁料斗和所述气化器之间延伸的第三流动路径供应至所述骤冷室。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述骤冷液体的第三部分包括来自闭锁式料斗的新鲜补给水，所述闭锁式料斗设置在所述气化器的下游，并配置成接收在所述反应器中产生的气化副产物。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括将气化副产物添加至所述闭锁式料斗，以置换所述新鲜补给水，并将所述骤冷液体的第三部分供应至所述骤冷室。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述骤冷液体的第一部分和所述骤冷液体的第二部分包括来自所述合成气处理系统的黑水。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括利用除气器使闭锁式料斗减压。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括使所述骤冷室中的骤冷蒸发水平保持在90％至100％之间，其中所述骤冷液体的第二部分和所述骤冷液体的第三部分能够保持所述骤冷蒸发水平。

16.一种系统，包括：

容器，其包括：

反应器，其配置成使燃料气化，以产生合成气；

骤冷环，其配置成接收第一骤冷流体，其中所述第一骤冷流体冷却所述合成气；

骤冷室，其配置成接收第二骤冷流体，其中所述骤冷室包括两个或更多个入口，其配置成将所述第二骤冷流体供应至所述骤冷室，其中所述第二骤冷流体包括第一部分、第二部分或其组合；

合成气处理系统，其与所述容器流体连通并接收由所述反应器生成的所述合成气；其中，所述合成气处理系统配置成通过在所述合成气处理系统和所述骤冷环之间延伸的第一流动路径将所述第一骤冷流体供应至所述骤冷环，并通过在所述合成气处理系统和所述骤冷室之间延伸的第二流动路径将所述第二骤冷流体的第一部分供应至所述骤冷室；以及

闭锁式料斗，其设置在所述容器的下游，所述闭锁式料斗配置成将所述第二骤冷流体的第二部分通过在所述闭锁料斗和所述骤冷室的所述两个或更多的入口中的一个之间延伸的第三流动路径供应至所述骤冷室。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，包括洗涤器，其联接在所述气化器上，并配置成将所述第一骤冷流体供应至所述骤冷环，并将所述第二骤冷流体的第一部分供应至所述骤冷室。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，包括除气器，其配置成使闭锁式料斗减压，所述闭锁式料斗配置成接收在所述反应器中所产生的气化副产物。

19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，包括具有指令的控制器，其中所述指令配置成控制所述系统的操作，从而使所述骤冷室中的骤冷蒸发水平保持在90％至100％之间。