供给粒状或细粒材料的高压供给器和操作方法技术

本发明专利技术涉及供给粒状或细粒材料的高压供给器和操作方法。描述了一种用来将包含高达25wt％水分的磨碎的低阶煤供给到操作在高达1000psig压力下的气化器的煤供给系统。系统包括嵌入在闸容器中的气体分配器和收集器气体可渗透管。公开了供给系统的不同操作方法，以最小化与磨碎的煤的桥接和堆积有关的供给问题。还描述了通过利用压力控制设备进行的气体添加或排出来维持供给系统和供给器设备出口的压力的方法。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及将混合尺寸的粒状或细粒材料供给到高压容器的设备和操作方法。背景将具有适量水分的粒状或粉煤供给到高压气化器(high pressuregasifier)中的一个难题包括设计可靠的方法以使煤流的压力从大气压力增加到操作压力，同时精确地测量煤的供给速率。实际上，已实践了三种方法煤浆供给系统(slurry coal feed system)、 具有闸容器(lock vessel)和旋转测量设备的干粉供给系统，以及煤泵(coal pump)。对于煤浆供给器，浆包括添加到粉煤的32_40wt%的水，以使煤浆粘度足够低以用泵抽到高压气化器中。这种方法的一个基本问题是将低阶煤(low rank coal)干燥为几乎无水分状态的成本非常高，因为干燥工艺可能非常冗长。例如，美国专利第6，162，265号讨论了干燥和制备具有低阶煤的浆。此工艺非常复杂并且使资金、操作和维护成本增加到一定水平，使得气化设施在经济上变得无吸引力。从煤中除去表面水分相对地容易；但是，从煤中除去包括固有水分的几乎所有的水分所需的干燥设施非常大。在从煤中除去几乎所有的水分之后，再次添加水以制成浆。除干燥煤的高成本之外，气化工艺的热效率将是低的， 因为添加到使得几乎干燥的煤成为浆的水需要在气化器中被蒸发。因此，在煤干燥和浆供给的结合过程中，在煤中的和煤具有的水分经历两次蒸发。在气化器中蒸发水所需的能量增加了氧气消耗，以及相关的资金和操作成本。如果煤在成浆前不被干燥，那么在气化器中需要被蒸发的水的量几乎加倍，因为低阶煤包含可占到按煤的重量计的30%到45%范围的相当高的程度的水分。在气化器中双重用途的水分蒸发显著地降低了工艺效率和有用的合成气产量，并且增加了高氧气消耗的操作成本和使水分从合成气冷凝的较高冷却负荷。 因此，使用浆方法以将低阶煤提供到高压气化器在经济上是不能实行的。这可能是为什么没有已知的商业实践存在的根本原因。如在现有技术中操作的，使用闸容器来供给粒状煤并且用旋转设备如螺旋式或螺旋供给器来测量煤也遇到了问题。间容器是当煤从储存箱中的大气压力移动到供给容器中的操作压力时增加压力的装置。增加压力的闸容器方法是基于使压力在大气压力和操作压力之间循环地摆动。间容器具有两个阀一个连接大气压力储存箱，煤从该大气压力储存箱被供给到间容器；而另一个连接到煤供给容器，该煤供给容器接收来自间容器的煤且被维持在气化器的操作压力下。在循环运行中，当闸容器准备接收来自大气容器的煤时，入口阀开启。一旦煤到达预定水平，入口阀就关闭。然后使用氮气或任何其他相对惰性的气体如 CO2来使闸容器加压。当闸容器压力等于供给容器压力时，出口阀开启。闸容器中的煤被设想为在重力下流入供给容器。并且大部分时候，确实如此。但是，当煤水分增加到5%以上时，当闸容器被加压时，磨得很细的煤颗粒易于堆积在闸容器中。闸容器中堆积的煤将不会离开闸容器进入加压的供给容器。供给容器将逐渐倒空，最后中断到气化器的煤供给。煤供给的失败影响气化器操作，因为气化器不得不被关闭并重新启动，从而增加了操作成本并且导致产量的损失。测量设备通常是旋转设备，该旋转设备需要适当的密封以防止煤粉泄漏到大气中。由于煤粉尘的存在和设备的恒定旋转，机械上开发持久可靠的密封用于存在于供给器和大气之间的高压差异是困难的。此外，由于煤块密度的变化，测量的精确性变得困难。对于某些类型的煤供给器来说，旋转设备和壳体被煤颗粒腐蚀是重大问题。使用煤泵来直接将煤提供到高压气化器已发展多年；但是，设备尚未开发成足以用于商业应用。根本问题是煤粉或粒状材料的特性上的广泛变化。因为压力密封是为某一窄范围的煤颗粒设计的，所以很难一直在高压下密封自然变化的供给特性的磨碎煤 (ground coal) 0由于原煤的变化，压碎和磨操作中的变化以及储存和输送过程中煤颗粒的隔离，所以磨碎煤的特性会变化。任何供给的中断或热可燃过程气体的反吹以及气化器床材料(gasifier bed material)可能对煤泵系统是高度不安全的。概 述本公开内容描述了将具有可高达25%的高水分含量的粒状或细粒低阶煤供给到具有在约5到IOOOpsig的范围的操作压力的气化器的装置和操作方法。本公开内容涉及固体供给系统，所述固体供给系统提供了将制备的煤(pr印ared coal)或碳质材料供给到高压容器的装置和操作方法。优选的煤水分在约1-25%的范围。 煤颗粒尺寸可在约0-6mm的范围。应理解，存在各种方法来定义不规则形状的颗粒。通常， 一些煤颗粒可具有约0. 7球度-球度是指等效球形体积的直径。在本公开内容的上下文中，例如，6mm颗粒是指可穿过6mm筛网(sieve screen)的颗粒。通常，应理解到情况就是这样(穿过筛网)，除非另有说明。尽管供给系统可处理许多不同的固体，但是系统被描述成使用煤作为提供的固体颗粒，因为由于煤的异质性和不同特性，使煤成为最难处理的材料之一。无论何时从控制系统接收到循环需要的信号，便将经处理的煤储存在煤储存箱中并且将经处理的煤供给到闸容器。本公开内容提供了两种方法，以确保固体颗粒从闸容器中离开并掉落，并且进入供给容器，如操作顺序所期望的。根据本公开内容的第一种方法被称为微流化方法(micro-fluidizationmethod)。 在闸容器的操作过程中，在闸容器出口阀向供给容器开启之前，可以以预定的加压曲线 (predetermined pressurization profile)和速率将闸容器直接加压到供给容器压力。如果固体颗粒堆积在闸容器中，那么因为供给容器没有接收到另外的固体所以操作失败，并且固体供给过程中断。在本公开内容的一个实施方案中，如果系统操作压力大于50psia，那么将闸容器加压到高于系统操作压力3-10%的压力。然后，通过将气体从闸容器排到煤缓冲箱来使压力降低到供给容器操作压力。设计排出管路中的小孔或气体排出速率，以确保闸容器中的气体表面速度为闸容器中的平均颗粒的最小流化速度的大约两倍。为确保在微流化过程中闸容器中基本上所有的材料被流化，在大的闸容器中安装气体排出元件。这些排出元件的结构包括具有钻穿管壁的多个孔的钢管，并且所有的孔都覆盖有对于固体来说不可渗透的气体可渗透材料。这些材料中的一种是烧结的金属。其他材料和装置都同样切实可行。 此外，为了协助流化过程，可通过气体分配膜或通过插入到闸容器中的气体添加管将另外的气体添加到间容器。添加的气体将传播到排出管并且在此过程中流化床材料。对于不具有贯穿闸容器堆积的强烈趋势的固体颗粒，所述颗粒仍可能倾向主要在闸容器的靠近固体出口的底部堆积。通过将间容器过加压或欠加压到高于或低于供给容器的操作压力约2-15磅每平方英寸(psi)，可打破颗粒堆积。当闸容器和供给容器之间的阀开启时，压力差异将导致闸容器和供给容器之间的快速气体交换。结果，闸容器底部附近的桥接(bridge)或颗粒堆积将被打破。本专利技术的另一个目的是在供给容器下面的下降段(downcomer)中具有压力控制设备，以维持气化器或反应器容器和供给器处的固体出口之间的恒定的压力差异。所述设备允许系统快速地注入气体或将气体排出供给系统，维持所期望的恒定的供给系统压力。供给系统在压力控制设备的下游具有供给设本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种煤供给器系统，包括：煤缓冲箱，其被配置为储存用于供给到气化器中的经处理的煤；闸容器，其连接到所述煤缓冲箱，所述闸容器为变压设备；气体收集器和分配器，所述气体收集器和分配器设置于所述闸容器之内，所述气体收集器和分配器被配置为分配所述闸容器之内的气体；气体可渗透膜，其设置在所述闸容器的圆锥形部分之内；供给容器，其连接到所述闸容器，所述供给容器被配置为在实质上恒定的压力下操作；压力控制设备，其被配置为维持所述供给容器和气化器之间的实质上恒定的压力；以及供给器设备，其被配置为控制进入所述气化器的煤供给速率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘纳拉尔·维玛尔昌德，国海·刘，彭万旺，
申请(专利权)人：南方服务有限公司，
类型：发明
国别省市：US