用于将含碳原料转化成气体的控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种方法，用于控制高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体，包括：提供一种设施，用于根据综合加工将高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体；感测多个操作特性，每个操作特性表示一个或更多个综合加工、局部加工、以及区域性加工；根据表示多个操作特性的信息，使用一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制参数；至少部分地基于该一个或更多个控制参数，使用通信地与一个或更多个计算平台相关联的多个响应元件，控制综合加工、局部加工、以及区域性加工；以及用数字特性值来表示该多个操作特性中的一个或更多个。

【技术实现步骤摘要】
用于将含碳原料转化成气体的控制系统 本申请是分案申请，原申请的申请日为2007年5月7日，申请号为200780025449.1，专利技术创造名称为“用于将含碳原料转化成气体的控制系统”。
本专利技术涉及控制系统，特别是涉及用于将含碳原料转化成气体的控制系统。
技术介绍
气化是能够将诸如城市固体废物(MSW)、煤的含碳原料转化为可燃气体的加工。该可燃气体可用来发电、蒸汽，或者作为制造化学品和液体燃料的基本原料。可燃气体的应用包括:在锅炉中燃烧以产生蒸汽，用于内部加工和/或其它外用目的，或者通过燃气轮机发电；在燃气轮机或燃气发动机中直接燃烧以发电；燃料电池；产生甲醇及其它液体燃料；作为进一步的原料用于生产例如塑料和肥料的化学品；提取氢和一氧化碳作为分离的工业燃料气；和其它工业应用。一般而言，气化加工包括将含碳原料连同受控的和/或限量氧气以及任选的蒸汽一起输送至已加热的室(气化器)中。与以过量氧反应而产生C02、H2O, SOx、和NOx的煅烧或燃烧不同，气化加工产生包括CO、H2, H2S和NH3在内的原料气组合物。在净化之后，主要目标气化产物是H2和CO。有用的原料可包括任何城市废物、工业活动产生的废物和生物医药废物、污水、污泥、煤、重油、石油焦炭、重质精炼残洛(heavy refinery residual)、炼油厂废物、烃污染土壤、生物体和农业废物、轮胎和其它有害废物。取决于原料的来源，挥发物可包括Η20、Η2、Ν2、02、C02、C0、CH4、H2S、NH3、C2H6、诸如乙炔的不饱和烃、烯烃、芳族化合物、焦油、烃类液体(油)和烧焦物(炭黑和灰分)。当原料被加热时，水是离析出的第一种组分。随着干原料的温度升高，发生热解。在热解期间，原料被热分解以释放焦油、酚和易挥发烃类气体，同时原料被转化为烧焦物或炭洛。烧焦物包括由有机物质和无机物质组成的残留固体。在热解后，烧焦物比干原料具有更高的碳浓度，并且可作为活性炭的来源。在高温(>1，2000C )运行的气化器中或者在具有高温区的系统中，无机矿物质被熔化或玻璃化以形成称为熔渣的熔融玻璃样物质。因为熔渣处于熔融、玻璃化状态，其通常是无害的，并且可作为无害物质以垃圾掩埋法处理掉，或者作为矿石、路基或其它建筑材料售出。通过煅烧来处理废物物质越来越不合需要，因为在加热加工中极端浪费燃料，并且将其作为残留废物物质进行处置是进一步的浪费，材料可转化为有用的合成气和固体材料。实现气化加工的手段能够以多种方式变化，但是依赖于四个主要的工程因素:气化器中的气氛(氧或空气或水蒸汽组成的水平)；气化器的设计；内部和外部加热装置；以及加工的运行温度。影响产物气体质量的因素包括:原料组分、制备物和颗粒大小；气化器加热速率；居留时间；工厂构造，包括是使用干进料系统还是浆进料系统，原料-反应物流动几何学、干灰分或熔渣物质去除系统的设计；其使用直接还是间接的热产生以及转移方法；和合成气净化系统。通常在大约650°C至1200°C范围内的温度下、在真空中、大气压下或高达大约100个大气压下实行气化。已提出数个系统来捕获气化加工产生的热，并且使用这种热发电，这通常被称为组合的循环系统。产物气体的能量与加工和整个气化系统产生的大量可回收的焓(显热)相关联，通常能够产生足够的电来驱动该加工，从而减少局部电消耗的费用。气化一吨含碳原料需要的电量直接取决于原料的化学组成。如果在气化加工中产生的气体包括宽范围的挥发物，例如“低质”含碳原料在低温气化器中容易产生的气体类型，通常称为废气。如果气化器中原料和条件产生的气体中CO和H2是主要化学物种类，这种气体称为合成气。通过使用一些技术，一些气化设备在由气体质量调节系统冷却和清洁之前将原料废气或原料合成气转化为更精炼的气体组成。使用等离子体加热技术气化物质是已商业应用许多年的技术。等离子体是高温发光气体，其至少部分离子化，并且由气体原子、气体离子和电子组成。能够以这种方式用任何气体来制造等离子体。由于气体可以是中性的(例如，氩气、氦气、氖气)、还原性的(例如，氢气、甲烷、氨、一氧化碳)、或氧化性的(例如，氧气、二氧化碳)，这对等离子体中的化学反应提供良好的控制。在体相中，等离子体是电中性的。一些气化系统使用等离子体加热，以在高温下驱动气化加工和/或精制废气/合成气——这是通过在添加或不添加其它进料或反应物的情况下，使长链的挥发物和焦油转化、重建或重整为较小分子而实现的，当气体分子与等离子体加热接触时，气体分子离解为组成原子。这些原子中的许多原子会与进料分子反应形成新的分子，而其它原子可以自身重新结合。随着与等离子体加热接触的分子的温度降低，所有原子完全重新结合。当进料气体可被化学计算方式控制时，可控制输出气体，例如产生大量的一氧化碳和少量水平的二氧化碳。用等离子体加热可得到非常高的温度(3000°C到7000°C )，能进行更高温度的气化加工，其中实际上可适应任何进料原料，包括在接收条件下的废物，包括任何形式的液体、气体和固体或组合。等离子体技术可置于初始气化室中以使所有反应同时发生(高温气化)，可置于系统内以使反应接续发生(低温气化，伴随高温精炼)，或者上述两种方式一定程度的组合。在含碳原料气化期间产生的气体通常是非常热的，但是可能含有少量的不想要组成，需要进一步的处理将其转化为可用的产品。在将含碳材料转化为气体状态后，可将如金属、硫化物和灰分的不需要物质从气体中除去。例如，通常使用干式过滤系统和湿洗器从气化期间产生的气体中除去颗粒物质和酸性气体。已经开发了许多气化系统，包括处理在气化加工期间所产生气体的系统。在现有技术中多种不同系统的设计已经考虑这些因素，例如下列专利中描述的系统:美国专利第6，686，556号、第6,630, 113号、第6，380，507号、第6，215，678号、第5，666，891号、第5，798，497号、第5，756，957号，以及美国专利申请第2004/0251241号、第2002/0144981号。在现有技术中还有许多专利涉及在多种应用中使用并用于产生合成气体的不同碳气化技术，包括美国专利第4，141，694号、第4，181，504号、第4，208，191号、第 4，410，336 号、第 4，472，172 号、第 4，606，799 号、第 5，331，906 号、第 5，486，269 号和第6，200，430 号。现有系统和加工没有充分考虑在连续变化的基础上必须处理的问题。一些这些类型的气化系统描述了通过气化反应产生可用气体的加工的调节手段。因此，在本领域中，以加工和/或含有全部加工的步骤的总效率最大化的方式，提供能有效气化含碳原料的系统是重要的进步。因此，需要一种能够克服已知控制系统一些缺点的控制系统用于将含碳原料转化成气体。上述背景信息是 申请人:认为与本专利技术相关的信息，并非意味着承认上述信息皆构成本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制系统，所述控制系统用于控制将含碳原料转化成气体。根据本专利技术的一个方面，提供一控制系统，所述控制系统用于控制含碳原料转化为适用于选定下游应用的气体的气化加工处理，所述系统包括:一个或多个用于感测所述气体的一种或多种特征的传感元件；一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其用于控制高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体，所述方法包括以下步骤：提供一种设施，用于根据综合加工将所述高度可变碳含量的原料转化成所述具有基本一致特性的气体，所述设施包括一个或更多个原料输入口、一个或更多个添加剂输入口、一个或更多个等离子体热源以及一个或更多个输出口，所述综合加工包括多个局部加工、区域性加工或二者；感测多个操作特性，每个操作特性表示一个或更多个综合加工、局部加工、以及区域性加工；根据表示所述多个操作特性的信息，使用一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制参数，所述一个或更多个控制参数能够获得所述综合加工、局部加工、以及区域性加工的多个目标条件、朝着所述目标条件进行调节或维持所述目标条件，其中，所述一个或更多个控制参数配置成协同地控制两个或更多个所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；至少部分地基于所述一个或更多个控制参数，使用通信地与一个或更多个计算平台相关联的多个响应元件，控制所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；以及用数字特性值来表示所述多个操作特性中的一个或更多个；其中，所述产生一个或更多个控制参数包括，部分地基于下述比较来计算所述控制参数中的一个或更多个：将所述特性值中的一个或更多个与一个或更多个数字目标值或其范围进行比较，其中，各所述特性值直接或间接地由一个或更多个传感元件提供，或者，由所述一个或更多个传感元件直接或间接提供的信号得到，以及，其中，各所述一个或更多个目标值与所述目标条件中的一个或更多个相关联；其中，所述一个或更多个操作特性包括所述气体的H2含量和所述气体的CO含量，其中，所述气体的所述H2含量由特性值[H2]表示，以及，所述气体的所述CO含量由特性值[CO]表示，其中，所述一个或更多个控制参数包括，用于控制空气[空气]输入所述设施的气化器的参数，以及，用于控制蒸汽[蒸汽]输入所述气化器的参数，其中，所述参数[空气]和[蒸汽]至少部分地使用根据下述关系式的关系来确定：以及，其中，a、b、c和d是依赖于设施设计和所述设施的一个或更多个期望输出特性的经验值。...

【技术特征摘要】
2006.06.05 CA PCT/CA06/000881;2006.06.05 CA PCT/CA1.一种方法，其用于控制高度可变碳含量的原料转化成具有基本一致特性的气体，所述方法包括以下步骤: 提供一种设施，用于根据综合加工将所述高度可变碳含量的原料转化成所述具有基本一致特性的气体，所述设施包括一个或更多个原料输入口、一个或更多个添加剂输入口、一个或更多个等离子体热源以及一个或更多个输出口，所述综合加工包括多个局部加工、区域性加工或二者； 感测多个操作特性，每个操作特性表示一个或更多个综合加工、局部加工、以及区域性加工； 根据表示所述多个操作特性的信息，使用一个或更多个计算平台，产生一个或更多个控制参数，所述一个或更多个控制参数能够获得所述综合加工、局部加工、以及区域性加工的多个目标条件、朝着所述目标条件进行调节或维持所述目标条件，其中，所述一个或更多个控制参数配置成协同地控制两个或更多个所述综合加工、局部加工、以及区域性加工； 至少部分地基于所述一个或更多个控制参数，使用通信地与一个或更多个计算平台相关联的多个响应元件，控制所述综合加工、局部加工、以及区域性加工；以及 用数字特性值来表示所述多个操作特性中的一个或更多个； 其中，所述产生一个或更多个控制参数包括，部分地基于下述比较来计算所述控制参数中的一个或更多个: 将所述特性值中的一个或更多个与一个或更多个数字目标值或其范围进行比较，其中，各所述特性值直接或间接地由一个或更多个传感元件提供，或者，由所述一个或更多个传感元件直接或间接提供的信号得到，以及，其中，各所述一个或更多个目标值与所述目标条件中的一个或更多个相关联； 其中，所述一个或更多个操作特性包括所述气体的H2含量和所述气体的CO含量，其中，所述气体的所述H2含量由特性值[H2]表示，以及，所述气体的所述CO含量由特性值[CO]表示，其中，所述一个或更多个控制参数包括，用于控制空气[空气]输入所述设施的气化器的参数，以及，用于控制蒸汽[蒸汽]输入所述气化器的参数，其中，所述参数[空气]和[蒸汽]至少部分地使用根据下述关系式的关系来确定: 2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数，所述用于控制一个或更多个横向转移单元的运动的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数，用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、所述高碳原料向所述设施的进料速率、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制穿过所述设施至少预定部分的总流量的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制总流量的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的碳含量，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制向所述设施预定部分的蒸汽添加速率的参数，所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制蒸汽的添加速率的参数至少部分地基于所述气体的所述碳含量。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的燃料值，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、以及用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数，所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数至少部分地基于所述气体的所述燃料值。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个操作特性包括所述气体的燃料值，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、所述高碳原料向所述设施的进料速率、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制穿过所述设施至少预定部分的总流量的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制总流量的参数至少部分地基于所述气体的所述燃料值。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括下述一种或更多种:用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制向所述设施至少预定部分的蒸汽添加速率的参数，所述用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、所述用于控制所述含碳原料的进料速率的参数、所述用于控制所述高碳原料的进料速率的参数、以及所述用于控制所述蒸汽添加速率的参数至少部分地基于所述气体的所述H2含量。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述设施包括一个或更多个横向转移单元，所述横向转移单元配置成便于得自所述原料的转化器固体在所述设施内的横向运动，其中所述原料包括含碳原料和高碳原料，以及，其中所述一个或更多个控制参数包括下述一种或更多种:用于控制所述含碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述高碳原料向所述设施的进料速率的参数、用于控制所述一个或更多个横向转移单元的运动的参数、以及用于控制向所述设施至少预定部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·灿格瑞斯，肯尼思·克雷格·坎贝尔，道格拉斯·迈克尔·菲斯比，阿利斯代尔·艾伦·麦克莱恩，
申请(专利权)人：普拉斯科能源IP控股集团毕尔巴鄂沙夫豪森分公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH