气体均化系统技术方案

本发明专利技术公开了用于气体均化的系统和方法。所述系统和方法在气体产生以及其在下游应用中转化为电的领域内具有应用。所述系统使得气体特性（组分、流量、压力、温度）的变化最小化，从而将稳定流的恒定质量气体提供给下游装置。该均化系统能被调节以对于特定终端应用优化输出气流，或对于不同的输入原料优化输出气流。这在保持所述方法成本低廉的同时确保总转化效率最大化。这样的均一稳定的输出气流在以下的广阔领域内具有广泛的应用：发电（例如，使用内燃机和燃烧式涡轮发动机）、化学合成（例如，诸如乙醇、甲醇、氢气、甲烷、一氧化碳、烃的化合物的化学合成）、燃料电池技术以及联产工艺（导致电和合成燃料共同生产的工艺）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一 、." 。-特别地，本专利技术涉及在产生基本一致特性的气体备用蒸气中有用的气体均 化系统。
技术介绍
气化是能将诸如市政固体垃圾(MSW)或煤的含碳原料转化为可燃气 体的方法。该气体可被用来产生电、蒸气或者作为生产化学品和液体燃料 的基本原料。所述气体可能的应用包括在锅炉中燃烧以产生蒸气用于内加工和/ 或其它外在目标，或者通过蒸气涡轮产生电；在燃气轮机或燃气发动机中 直接燃烧以产生电；燃料电池；产生曱醇和其它液体燃料；作为进一步的 原料用于产生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；以及其它的工业应用。一般而言，气化过程包括将含碳原料连同受控的和/或限制量的氧气和 任选的蒸气一起进料入加热的室(气化器)。与煅烧或燃烧——其操作过 量的氧产生C02、 H20、 SOx、和NOx——相反，气化过程产生包括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。有用的原料能够包括任何市政垃圾、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、重精炼残余物(heavy refinery residual )、炼油厂废物、被烃污染的土壤、生物物质和农业废物、轮胎和 其它有害废物。取决于原料的来源，挥发物可包括H20、 H2、 N2、 02、 C02、 CO、 CH4、 H2S、 NH3、 C2H6、不饱和烃如乙炔、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。当干燥原料的温度增加 时，热解发生。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(char,炭)。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 物比干燥原料具有更高的碳浓度，并且可作为活性碳的来源。在高温(〉 1，200°C )运行的气化器中或者在具有高温区的系统中，无机物质被融化或 玻璃化以形成称为炉渣的熔融玻璃样物质。4因为炉渣处于融化、玻璃化状态，其通常被发现是无害的，并且其可 被作为无害物质在垃圾填筑地上处理掉，或者作为矿石、路基或其它建筑 材料卖掉。通过煅烧来处理废物物质是更不想要的，因为在加热过程中极端浪费燃料和处理灰分作为残留废物物质的进一 步的浪费，这些材料可被 转化为有用的合成气和固体材料。实现气化过程的手段能够以多种方式变化，但是取决于四个主要的工程因素气化器中的大气(氧或空气或水蒸气含量的水平)；气化器的设计；内部和外部加热方法；和方法的操作温度。影响产物气体的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；包 括其使用干或浆进料系统、原料-反应物流动几何学、干灰分或炉渣物质去 除系统的设计的工业构型；其使用直接或间接发热和转移方法；和合成气 净化系统。通常在大约650。C至120(TC范围内的温度下、在真空中、大气 压下或高达大约IOO个大气压下实行气化。已有数种系统被提议用来获取气化过程产生的热，并且使用这种热产 生电，这通常被称为组合的循环系统。与方法和整个气化系统产生的大量可回收的显热相关联的产物气体 中的能量，通常能够产生足以推动该方法的电，从而减少局部电消耗的费 用。气化一吨含碳原料所需要的电能的量直接取决于原料的化学组成。如果在气化过程中产生的气体包括宽范围的挥发物，例如倾向于用 "低质量"含碳原料在低温气化器中产生的气体类型，其通常被称为排出 气。如果气化器中的原料和条件产生气体——其中CO和H2是主要化学物 种类，气体被称为合成气。 一些气化设备在通过气体质量调节系统冷却和 清洁之前使用技术将原料排出气或原料合成气转化为更精炼气体成分。使用等离子体加热技术气化物质是已在商业化应用许多年的技术。等 离子体是高温发光气体，其至少部分离子化并且是由气体原子、气体离子 和电子组成的。能够以这种方式用任何气体制造等离子体。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、曱烷、 氨、 一氧化碳)或氧化性的(例如，空气、氧气、二氧化碳)，从而这对 等离子体中的化学反应给出良好的控制。在体相(bulkphase)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推动气化过程和/或精炼 排出气/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将较 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，它们将离解为组成原子。这些原子中的许多将与 进料分子反应形成新的分子，而其它的可以与它们自己重新结合。随着与等离子体加热接触的分子的温度的降低，所有原子完全重新组合。由于输 入气体可被化学计算地控制，输出气体可被控制为例如产生大量的一氧化 碳和少量的二氧化碳。用等离子体加热所能够得到的非常高的温度(3000到7000°C)使得 能进行更高温度的气化过程，其中实际上可提供任何进料原料——包括接 受条件下的废物，所述废物包括任何形式的液体、气体和固体或其组合。 等离子体技术可被置于初始气化室中以使所有反应同时发生(高温气化)， 可被置于系统内以使它们接续地发生(低温气化，伴随高温精炼)，或者 它们的一些组合。在含碳原料气化期间产生的气体通常是非常热的，但是可含有少量的 不想要的成分，并且需要进一步的处理以将其转化为可用的产品。 一旦将 含碳材料转化为气态，可从气体中去除不需要的物质(如金属、硫的化合 物和灰分)。例如，通常使用干燥过滤系统和湿洗器来从气化期间产生的 气体中去除颗粒物质和酸性气体。已经开发了许多包括对气化过程期间所 产生气体进行处理的处理系统的气化系统。这些因素已经在各种不同系统的设计中进行了考虑所述设计例如在 下述文件中公开美国专利第6,686,556、 6,630,113、 6,380,507; 6,215,678、 5,666,891、 5,798,497、 5,756,957号和美国专利申请第2004/0251241、 2002/0144981号。也存在许多专利，其涉及在多种应用中使用的，用于产 生合成气体的碳的气化的不同的技术，其包括美国专利第4,141,694、 4,181,504、 4,208,191; 4,410,336; 4,472,172、 4,606,799; 5,331,906; 5,486,269 和6,200,430号。现有系统和方法没有充分考虑在连续变化的基础上必须处理的问题。 这些类型的气化系统中的 一 些描述用于对以气化反应产生可用气体的方 法进行调节的手段。因此，在本领域中的重要的进步是以使得过程的总 效率和/或含有全部过程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。如上所述，来自气化系统的气体能够开发用于各种应用，诸如将气体 转化为电形式的能量，或诸如燃料电池或化学原料之类的化学应用。用于 直接将气体转化为电的设备当前包括气轮机和气体发动机。这些机械装置 设计用于在各种严格范围的特性内工作且通常对某些气体特性的变化非 常敏感。在影响发动机运行的效率之外，气体特性的变化甚至可以对发动 机运行有负面的影响。例如，气体特性的变化能够影响排放、效率、爆振 和燃烧稳定性，以及增加对发动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节气体特性的气体均化系统，包括：　ａ）包括气体进口和气体出口的均化室；　ｂ）与所述均化室相关联的一个或多个感测元件，用于监控所述气体的一种或多种特性；　ｃ）与所述均化室相关联的一个或多个响应元件，用于影响对所述气 体的一种或多种特性的改变；　ｄ）以运转的方式连接到所述一个或多个响应元件的一个或多个过程设备，用于调节所述气体的一种或多种特性；　其中，所述均化室设计成提供足以使得能够监控和调节所述一种或多种气体特性的驻留时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A特沙科里斯，DM费斯拜，M斯温，N索尼，PB马索，SD巴沙姆，
申请(专利权)人：普拉斯科能源IP控股公司毕尔巴鄂沙夫豪森分公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]