燃料漿料制備系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，其包括研磨機、儲存單元和有機化合物制備單元。所述研磨機構造為由固體燃料、液體和與所述液體可溶混的有機化合物制備燃料漿料。所述儲存單元構造為將所述有機化合物供應至所述研磨機。所述有機化合物制備單元構造為接收由氣化器產生的合成氣的一部分，以產生用于供應至所述儲存單元的有機化合物。
【專利說明】燃料漿料制備系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開的主題涉及用于氣化過程中的燃料漿料的制備，更具體地涉及提高燃料漿料制備的效率。
【背景技術】
[0002]合成氣體或“合成氣”為一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的混合物。其他氣體組分，如二氧化碳(CO2),也可以以更小的程度存在于合成氣流中。合成氣可用于多種過程中，如發(fā)電、蒸汽發(fā)生、熱發(fā)生、替代天然氣(SNG)制備以及化學合成。合成氣可使用氣化過程制得，所述氣化過程使用固體、液體和/或氣體碳質燃料源與氧氣(O2)反應以在氣化器內制得合成氣。盡管某些碳質燃料可直接提供至氣化器，但在一些情況中，固體碳質燃料源可作為燃料漿料提供至氣化器，在所述燃料漿料中，固體燃料分散于液體(如水)內。使用液體以促進固體燃料流入氣化器中，并促進固體燃料在氣化器內分散，例如以增加氣化效率。液體通常在研磨機和/或混合容器中與固體燃料混合，以制備燃料漿料。

【發(fā)明內容】

[0003]范圍與原始要求保護的本公開相同的某些實施例總結如下。這些實施例不旨在限制所要求保護的本公開的范圍，相反，這些實施例僅旨在提供本公開的可能形式的簡要總結。實際上，本公開可涵蓋可與如下所述的實施例類似或不同的多種形式。
[0004]在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括研磨機、儲存單元和有機化合物制備單元。所述研磨機構造為由固體燃料、 液體和與所述液體可溶混的(miscible)有機化合物制備的燃料漿料。所述儲存單元構造為將所述有機化合物供應至所述研磨機。所述有機化合物制備單元構造為接收由氣化器產生的合成氣的一部分，以產生用于供應至所述儲存單元的有機化合物。
[0005]在第二實施例中，一種方法包括將有機化合物從儲存單元提供至研磨機。所述方法也包括經(jīng)由所述研磨機混合所述有機化合物與固體燃料和液體，以產生燃料漿料。另外，所述方法包括由合成氣產生另外的量的有機化合物，其中所述合成氣經(jīng)由氣化器由所述燃料漿料產生。此外，所述方法包括將所述另外的量的有機化合物提供至所述研磨機以用于混合燃料漿料或者提供至所述儲存單元。
[0006]在第三實施例中，一種系統(tǒng)包括控制器。所述控制器構造為監(jiān)測包含固體燃料、有機化合物和液體的混合物的燃料漿料的固體濃度，并基于監(jiān)測的固體濃度而控制供應至所述混合物的有機化合物的量。所述有機化合物至少部分由合成氣再循環(huán)，所述合成氣經(jīng)由氣化器由燃料漿料產生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]當參照附圖閱讀如下詳細描述時，本公開的這些和其他特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在整個附圖中，同樣的標記表示同樣的部件，其中:[0008]圖1為示出了構造為制備用于氣化的燃料漿料的漿料制備系統(tǒng)的一個實施例的框圖；
[0009]圖2為示出了圖1的漿料制備系統(tǒng)的一個實施例的框圖，所述漿料制備系統(tǒng)具有構造為將有機化合物供應至研磨機以用于漿料制備的儲存單元；
[0010]圖3為示出了具有用于漿料制備的一個或多個研磨和混合階段的圖2的研磨機的一個實施例的框圖；
[0011]圖4為示出了聯(lián)接至多個氣化器的圖2的漿料制備系統(tǒng)的一個實施例的框圖，所述多個氣化器構造為產生合成氣，以用于最終制備用于漿料制備的有機化合物；
[0012]圖5為示出了用于使用有機化合物或有機化合物的混合物而產生燃料漿料的方法的一個實施例的流程圖；
[0013]圖6為示出了用于控制燃料漿料制備系統(tǒng)的方法的一個實施例的流程圖；
[0014]圖7為示出了用于進行圖6的控制步驟的方法的一個實施例的流程圖；且
[0015]圖8為示出了用于在氣化器操作過程中以及在氣化器操作之后控制燃料漿料制備系統(tǒng)的方法的一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]本公開的一個或多個特定實施例將如下描述。為了提供這些實施例的簡明描述，實際實施的所有特征可能不在說明書中描述。應了解在任何這種實際實施的開發(fā)中，如同在任何工程或設計項目中一樣，必須進行許多實施相關的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，如符合系統(tǒng)相關和商業(yè)相關的限制，一個實施與另一個實施的特定目標可能不同。此外，應了解這種開發(fā)能力可能是復雜且耗時的，但對于具有本公開的益處的本領域技術人員而言仍然是設計、裝配和制造的常規(guī)任務。
[0017]當介紹本公開的各個實施例的要素時，冠詞“一”、“所述”旨在意指存在一個或多個要素。術語“包含”、“包括”和“具有”旨在為包括的，并意指存在除了所列要素之外的另外的要素。
[0018]本公開的所呈現(xiàn)的實施例涉及用于通過混合固體燃料(例如煤、生物質)與液體(例如水)和有機化合物(例如醇)而制備用于氣化的燃料漿料的系統(tǒng)和方法。在一些實施例中，所述有機化合物的另外一部分可由經(jīng)由氣化而制得的合成氣產生。所公開的實施例包括另外的有機化合物，所述另外的有機化合物可從通過氣化過程所產生的合成氣再循環(huán)。本發(fā)明所述的系統(tǒng)的實施例包括用于混合固體燃料、液體和一種或多種有機化合物的研磨機、用于將有機化合物供應至所述研磨機的一個或多個儲存單元、以及有機化合物制備單元?？刂破骺捎糜诳刂朴袡C化合物和/或液體以所需的比例以及相對于彼此的指定時間流入研磨機?？刂破饕部杀３謨Υ鎲卧杏袡C化合物的供應，從而當重新啟動氣化器時，可獲得有機化合物以用于混合或用于產生燃料漿料。這種構造對于能夠使用有機化合物是理想的，即使有機化合物未從合成氣制得。
[0019]在如下討論中，應注意術語“有機化合物”可指單個有機化合物或這種有機化合物的混合物。例如，有機化合物可包括具有不同純度水平的有機化合物的混合物，使得有機化合物濃度得以稀釋。此外，應注意漿料增強劑可與有機化合物或液體共引入，以進一步改進漿料的所需特性。可能的增強劑可包括PH調節(jié)劑、粒子分散劑、針對漿料沉淀的穩(wěn)定劑等等。[0020]圖1示出了系統(tǒng)10的一個實施例的框圖，所述系統(tǒng)10使用有機化合物來增加燃料漿料的固體濃度，從而制備燃料漿料。系統(tǒng)10包括原料制備單元12，所述原料制備單元12接收固體燃料14，并制備固體燃料14以與液體16和有機化合物18混合。固體燃料14可為碳質原料(如煤)的固體顆粒和/或固體片。原料制備單元12可包括能夠由固體燃料14的大粒子制備更小粒子的研磨機、磨機或任何類似的容器。如所示，可在原料制備單元12的下游將液體16和有機化合物18引入到固體燃料14或者從固體燃料14混合。然而，在其他實施例中，可將液體16和有機化合物18中的一者或兩者直接引入原料制備單元12中。
[0021]構造為接收固體燃料14、液體16和有機化合物18 (例如作為單個流或分開的流)的漿料制備單元20設置于原料制備單元12的下游。漿料制備單元20可為具有一個或多個攪拌特征的容器，如研磨機、葉輪、超聲單元等。廣義上講，漿料制備單元20混合固體燃料14、液體16和有機化合物18以產生燃料漿料24。
[0022]燃料漿料24為至少包含固體燃料14、液體16和有機化合物18的混合物。固體燃料14可包括多種碳質燃料，如煤或另一烴類源。在一些實施例中，固體燃料14可為次煙煤(低級煤)，所述次煙煤(低級煤)含有存在于固體燃料14中的一定量的固有液體(例如水)。由于低級煤的更高含濕量，這種固體燃料14相比于其他固體燃料(例如煙煤)可具有更低的固體濃度(例如更低濃度的實際煤)。燃料漿料24的有機化合物18可包括與液體16 (例如水)可溶混的甲醇、乙醇或另一合適的有機化合物，或有機化合物的組合。有機化合物18可替代液體16的一部分，所述液體16的一部分否則將用于產生燃料漿料24。如下所述，有機化合物18可從系統(tǒng)10中的其他組件或過程再循環(huán)。然而，在一些實施例中，有機化合物18的至少一部分由外部來源提供。在一些實施例中，有機化合物18可完全經(jīng)由外部來源提供。
[0023]使用有機化合物18來混合燃料漿料24可增加在漿料制備過程中用于破碎固體燃料14的碾磨或研磨過程的效率。即，相比于單獨使用液體16，當使用有機化合物18和液體16的混合物時，可花費更少的能量來破碎固體燃料14。通常，將液體16提供至碾磨/研磨過程，以降低固體燃料14的粒子中的灰塵累積，并增加固體粒子粉碎的速率。這指的是破碎固體燃料14的研磨機(或磨機)的速率。在該研磨過程中，液體16潤濕固體粒子的外表面并滲透至固體粒子中的裂縫中，由此改變表面能，所述表面能補充沖擊粒子的研磨機的機械能。因此，具有更低表面張力的化合物能夠更深滲透至固體燃料14的粒子中的裂縫中。另外，具有更低粘度的化合物能夠更好地在固體粒子之間流動，由此潤濕更多的粒子外表面。相比于液體16，有機化合物18可具有更低的表面張力和更低的粘度。例如，在大約20°C下，甲醇(即有機化合物18)的表面張力為大約22.7mN/m2，而水(即液體16)的表面張力為大約72.8mN/m2。類似地，在大約20°C下，甲醇的粘度為大約0.59cP，而水的粘度為大約lcP。另外，對于潤濕疏水性粒子，有機化合物18可比液體16更有效。使用煤即是這種情況，煤含有顯著量的碳和烴類，當僅使用水時，所述碳和烴類減慢潤濕過程。作為結果，由于混合物的更快潤濕、增加的孔隙滲透和更低的粘度，漿料制備單元20在有機化合物18和液體16的混合物中破碎固體燃料14可花費更少的能量。這可提高碾磨過程的效率以在燃料漿料24中制備煤粒子的穩(wěn)定懸浮體。[0024]在燃料漿料24在所需濃度范圍內制得之后，系統(tǒng)10將燃料漿料24引導至氣化器26。氣化器26構造為使燃料漿料24經(jīng)受氣化條件。作為經(jīng)受這些條件的結果，在燃料漿料流24內的固體燃料與氧氣(O2)和水(H2O)反應而產生合成氣28。廣義的講，產生的合成氣28的量受限于氣化器26的尺寸以及進入氣化器26的固體燃料14的量等等。更具體地，燃料漿料24中固體燃料14的更高濃度意味著燃料漿料24的更高能含量，從而產生增加的碳轉化以及由氣化器26所產生的合成氣28的更高品質。
[0025]如上所述，由于固體燃料14作為燃料漿料24的一部分被提供至氣化器26，因此可能理想的是使包含于燃料漿料24內的固體燃料14的量達到最大。包含于燃料漿料24內的固體燃料14的量可被認為是燃料漿料24的固體濃度，并通常表示為百分比(例如以重量計)。可通過混合固體燃料14與有機化合物18以及液體16而有利地增加燃料漿料24的固體濃度。為了獲得所需的固體濃度，燃料漿料24可包含以指定比例組合的固體燃料14、液體16和有機化合物18。例如，可包含有機化合物18以替代液體16的一部分，該部分在大約1-99%，5-75%，10-50%, 15-40%的范圍內，或在大約5%以上。有機化合物18的這種添加可導致的固體濃度(例如在全部燃料漿料24中的固體燃料14的重量百分比)的大約1%，2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%，12%, 13%, 14%, 15% 或更多的增加。由于另外的量的碳和氧氣可用于部分燃燒，因此固體濃度的2-3%的增加可提供在氣化過程中所發(fā)生的碳轉化的顯著改進。
[0026]當燃料漿料24中所用的固體燃料14為低級煤時，固體濃度的改進可特別顯著。例如，在一個實施例中，通過混合低級煤與僅僅液體16而產生的燃料漿料24的固體濃度為大約50%。當添加有機化 的典型固體濃度范圍內。因此，有可能使用與液體16和有機化合物18混合的低級煤從燃料漿料產生大約相同量的合成氣28，正如使用更高級煤和僅僅液體16用燃料漿料所可能的那樣。有機化合物18的添加可使系統(tǒng)10能夠產生相對穩(wěn)定量和品質的合成氣28，即使使用多種不同的燃料來源。
[0027]系統(tǒng)10可包括有機化合物制備單元30，所述有機化合物制備單元30用于由通過氣化器26所制得的合成氣28的一部分產生有機化合物18。以此方式，用于增加燃料漿料24的濃度的有機化合物18的至少一部分通過系統(tǒng)10再循環(huán)。作為結果，系統(tǒng)10可有效地增加碾磨速率和燃料漿料24的固體濃度。
[0028]圖2示出了系統(tǒng)10的一個實施例，所述系統(tǒng)10包括可存在于圖1的原料制備單元12和/或漿料制備單元20中的多個部分和控制組件。在所示實施例中，這些部分包括儲存單元50、研磨機52、漿料罐54和有機化合物制備單元30。控制器56可控制系統(tǒng)10的這些和其他部分的操作，如下所述。
[0029]研磨機52設計為通過混合固體燃料14與液體16和有機化合物18而制備燃料漿料24。所示的研磨機不限于特別用于研磨應用中的單件機械裝置。實際上，研磨機52可具有原料制備單元12和/或混合固體燃料14、液體16和有機化合物18以產生燃料漿料24的漿料制備單元20的一個或多個混合容器。再次，這種混合容器可包括研磨機、磨機、葉輪、超聲單元或通常用于混合的任何其他攪拌特征。類似地，研磨機52可包括用于由燃料漿料24的構成組分制備燃料漿料24的、串聯(lián)的多個研磨機。
[0030]儲存單元50設計為儲存有機化合物18，并將有機化合物18供應至研磨機52以用于混合燃料漿料24。當產生燃料漿料24時，研磨機52可將燃料漿料24提供至漿料罐54。漿料罐54為用于在所需壓力下儲存燃料漿料24的、位于研磨機52與氣化器26之間的容器。即，漿料罐54可包括用于容納燃料漿料24的加壓室58。加壓室58可為壓力容器或負壓室(例如真空室)。將燃料漿料24封閉于加壓室58中可防止?jié){料罐54從有機化合物18(例如甲醇)釋放不希望的蒸氣排放物至外部大氣。另外，加壓室58可分離燃料漿料24與外部大氣中的氧氣，使得燃料漿料24在到達氣化器26之前不與氧氣反應或不與氧氣相互作用。在一些實施例中，在研磨機52與氣化器26之間不存在漿料罐，而在其他實施例中，可存在多個這種漿料罐54和其他加壓容器以用于將燃料漿料24傳送至氣化器26。
[0031]氣化器26經(jīng)由燃料噴射器接收燃料漿料24，并促進燃料漿料24、氧氣和蒸汽之間的燃燒反應以產生合成氣28。合成氣28可流動至下游系統(tǒng)60以用于進一步加工。下游系統(tǒng)60可包括氣體處理單元，所述氣體處理單元用于冷卻、清潔或者制備合成氣28以用于輸入至下游過程、發(fā)電系統(tǒng)或化學制備系統(tǒng)。合成氣28的至少一部分流動至有機化合物制備單元30，以用于制備(例如經(jīng)由直流催化反應)供應至漿料制備單元20 (例如儲存單元50和/或研磨機52)的有機化合物18。在所示實施例中，有機化合物制備單元30接收合成氣28的滑流(slipst ream) 62，否則所述合成氣28將被送往下游系統(tǒng)60。然而，在某些實施例中，有機化合物制備單元30可為下游系統(tǒng)60的部分。例如，下游化學制備系統(tǒng)可將不合格的甲醇(或另一有機化合物18)送往漿料制備單元20。不合格的甲醇指從下游化學制備系統(tǒng)產生，但由于其不滿足某些要求而不能由下游化學制備系統(tǒng)使用的甲醇。當氣化器26不產生一致量的合成氣28時，這在氣化器26的啟動或關閉過程中可能是有用的。另外，使用不合格的甲醇可改進總體漿料制備過程的效率，因為否則所述甲醇將不被使用。在一些實施例中，合成氣28可在進入有機化合物制備單元30之前被清潔或處理，或者可在反應發(fā)生而制備有機化合物18之前作為第一步驟而被清潔。在其他實施例中，合成氣28的滑流62可為離開氣化器26的臟合成氣。有機化合物18可以以其未加工形式而從有機化合物制備單元30送往漿料制備單元20。
[0032]控制器56構造為通過信號線64 (例如反饋線路)和控制線66監(jiān)測和控制整個系統(tǒng)10或系統(tǒng)10的組件的操作。在一些實施例中，一個或多個傳感器68可通過信號線64將反饋從系統(tǒng)10的組件傳輸至控制器56。傳感器68可檢測或測量多種系統(tǒng)和固體流動性質。傳感器68可包括但不限于流動傳感器、壓力傳感器、位置傳感器或扭矩傳感器，或它們的組合。控制器56可包括存儲器70和處理器72。存儲器70 (其可為任何永久(non-transitory)機器可讀介質)構造為儲存由處理器72執(zhí)行的機器可讀指令。這些指令可包括在控制器56與系統(tǒng)10之間進行的各種監(jiān)測和控制功能。例如，控制器56可處理由傳感器68中的一個或多個所接收的信號，以監(jiān)測提供至氣化器26的燃料漿料24的固體濃度、粘度、可泵性、孔滲透、溫度或其他參數(shù)。
[0033]控制器56可通過控制整個系統(tǒng)10的致動器(例如閥)而控制系統(tǒng)10的組件的操作。例如，控制器56可操作閥74、76、78、80、81、82和84，以控制不同系統(tǒng)組件之間的流動。另外，控制器56可支配氣化器26 (例如點火、燃料供應、在氣化器關閉之后的換氣等)和下游系統(tǒng)60的操作。
[0034]在所示實施例中，控制器56支配第一和第二閥74和76的操作，以調節(jié)有機化合物18從有機化合物制備單元30分別流動至研磨機52和儲存單元50?？刂破?6可控制第三閥78，以調節(jié)有機化合物18從儲存單元50流動至研磨機52。第一、第二和第三閥74、76和78可基于氣化器26的操作狀態(tài)而定位。例如，在氣化器啟動過程中，第三閥78可打開以將有機化合物18供應至研磨機，并且在氣化器關閉過程中，第三閥78可關閉以停止供應有機化合物18。在一些實施例中，第一和第二閥74和76可定位為在氣化器操作過程中將有機化合物18從有機化合物制備單元30供應至研磨機52，并在氣化器關閉過程中將有機化合物18從有機化合物制備單元30供應至儲存單元50。在其他實施例中，第一和第二閥74和76可定位為在氣化器26的操作和關閉過程中均將有機化合物18從有機化合物制備單元30供應至儲存單元50。
[0035]控制器可控制經(jīng)由第四閥80供應至研磨機52的液體16的量，以及經(jīng)由第五閥81供應至研磨機52的固體燃料14的量?？刂破?6能夠控制(經(jīng)由閥74、76、78、80和81)送往研磨機52以用于混合燃料漿料24的有機化合物18、液體16和固體燃料14的相對量?？刂破?6可基于表不氣化器26的操作狀態(tài)(例如啟動模式、穩(wěn)態(tài)模式或關閉模式)和/或燃料漿料24的性質(例如粘度、可泵性、流動速度、孔滲透、固體濃度或類似的測量)的信號而確定所需的相對量。另外，控制器56可通過分別調節(jié)第六和第七閥82和84的位置而控制流動至有機化合物制備單元30和下游系統(tǒng)60的合成氣28的相對量。在整個系統(tǒng)10中可存在另外的閥，所述另外的閥用于調節(jié)系統(tǒng)組件之間的不同流動。
[0036]除了混合不同相對量的固體燃料14、液體16和有機化合物18之外，系統(tǒng)10能夠以指定順序混合這些化合物。例如，系統(tǒng)10可在引入液體16之前混合有機化合物18與固體燃料14。當固體燃料14為低級煤時，這可特別有用，因為有機化合物18可去除和/或替代(例如取代)在添加另外的液體16之前已存在于固體燃料14內的一定量的水。在其他實施例中，系統(tǒng)10可在引入有機化合物18之前混合液體16與固體燃料14(例如經(jīng)由原料制備單元12)。控制器56可通過在不同相對時間打開閥74、78和80而控制固體燃料14、有機化合物18和液體16的這種順序 混合物。在一些實施例中，研磨機52可裝配為提供燃料漿料24的這種順序混合。例如，圖3示出了一個這種研磨機52，其可被認為是串聯(lián)連接的兩個研磨機100和102。第一研磨機100 (或第一階段)可接收來自儲存單元50和/或有機化合物制備單元30的有機化合物18以及固體燃料14以制備固體燃料/有機化合物混合物。該混合物被送往第二研磨機102 (或第二階段)，在第二研磨機102處該混合物與液體16混合以制備最終燃料漿料24。
[0037]系統(tǒng)10的本實施例使用至少部分從其他系統(tǒng)組件(例如來自氣化器26的合成氣28)再循環(huán)的有機化合物18來產生燃料漿料24。然而，在氣化器26的最初啟動過程中，可能不存在易于獲得的合成氣28，所述合成氣28用于制備用以混合燃料漿料24的有機化合物18。因此，當氣化器26啟動時，研磨機52可接收來自儲存單元50的有機化合物18。在某些實施例中，儲存單元50中的有機化合物18由系統(tǒng)10外部的來源(如化工生產廠)或有機化合物的其他來源供應。在其他實施例中，儲存單元50中的有機化合物18從合成氣28供應并由有機化合物制備單元30供應，所述合成氣28在使用相同氣化器26的、之前的氣化反應過程中產生。在另一實施例中，如圖4所示，系統(tǒng)10的一個實施例包括多個氣化器26，所述多個氣化器26可提供用于制備有機化合物18和/或產生電力、天然氣或其他化合物或它們的組合的合成氣28。
[0038]圖4所示的系統(tǒng)10包括可用于將合成氣28提供至下游系統(tǒng)60的三個氣化器26。在其他實施例中，可存在不同數(shù)量的氣化器26，且下游系統(tǒng)60可具有構造為使用由氣化器26所產生的合成氣28的多個系統(tǒng)和組件。每個氣化器26可接收來自上游系統(tǒng)110的燃料漿料24。如所示，每個上游系統(tǒng)110可包括原料制備單元12和漿料制備單元20，以由燃料14、液體16和有機化合物18制備燃料漿料24。有機化合物制備單元30可接收來自氣化器26中的一個或多個的合成氣28，以制得有機化合物18，所述有機化合物用于產生用于氣化器26中的一個的燃料漿料24。更具體地，有機化合物制備單元30可接收由一個氣化器26所產生的合成氣28的一部分，以產生供應至另一氣化器26的上游系統(tǒng)110 (例如儲存單元50)的有機化合物18。
[0039]控制器56可特別地監(jiān)測氣化器26的操作狀態(tài)以確定哪個氣化器26在產生合成氣28?；谒鶛z測的操作狀態(tài)，控制器56可調節(jié)閥112以控制合成氣28從氣化器26流動至下游系統(tǒng)60和/或流動至有機化合物制備單元30。對于每個氣化器26，這些閥112表示圖2所示的閥82和84。系統(tǒng)10的所示設置可使上游系統(tǒng)110中任意者能夠接收由通過任何操作的氣化器26所輸出的合成氣28制得的有機化合物18。即，在氣化器26中的一者的啟動過程中，對應的上游系統(tǒng)110可使用有機化合物18產生燃料漿料24。可使用由另一氣化器26所產生的合成氣28制備有機化合物18。控制器56可調節(jié)閥112，從而在另一氣化器26的啟動過程中，將由氣化器26中的一個或多個所產生的更多的合成氣28送往有機化合物制備單元30。或者，有機化合物18可由另一儲存單元提供。
[0040]已描述了使用有機化合物18制備燃料漿料24的各種系統(tǒng)10，將提供對操作和控制這種系統(tǒng)10的方法的實施例的更詳細的討論。用于控制本發(fā)明所述的漿料制備特征的方法中的一些可通過控制器56進行，所述控制器56可為具有存儲器70、處理器72、數(shù)據(jù)訪問驅動器等的特定應用或通用計算機?？刂破?6可構造為例如在訪問機器可讀永久介質(如光盤、固態(tài)存儲器等)上的程序之后執(zhí)行某些程序?？蛇x擇地或另外地，控制器56可連接至分布式控制系統(tǒng)和/或網(wǎng)絡，并可從遠程存儲位置訪問程序?？刂破?6可在之后執(zhí)行程序以促進本發(fā)明描述 的漿料制備過程。這種控制過程的實施例的非限制性的例子相對于圖5-8在下文描述。
[0041]應記住，相對于圖5-8所述的方法可通過如上所述的控制器56發(fā)起或完全進行，圖5為示出了用于制備燃料漿料24的方法130的一個實施例的流程圖。方法130的步驟可以以其他順序進行，并不限于任何特定的次序，包括提供于所示實施例中的次序。然而，如上所述，某些次序可為理想的。方法130可包括例如通過將燃料流、蒸汽流和/或氧氣流經(jīng)由燃料噴射器或噴嘴引入氣化器26而啟動(方框132)氣化器26。方法130包括將有機化合物18提供(方框134)至研磨機52。如圖2所示，有機化合物18可自儲存單元50和/或自有機化合物制備單元30提供至研磨機52。方法130也包括經(jīng)由研磨機52混合(方框136和138)有機化合物18與固體燃料14和液體16，以產生燃料漿料24。在一個實施例中，燃料漿料24可通過立刻將固體燃料14、液體16和有機化合物18混合在一起而在單個步驟中產生。在其他實施例中，步驟可為順序的。即，方法130可包括經(jīng)由研磨機52混合(方框136)有機化合物18與固體燃料14，以產生有機化合物/固體混合物，然后經(jīng)由研磨機52混合(方框138)有機化合物/固體混合物與液體16，以產生燃料漿料24。在其他實施例中，順序可顛倒，使得方法130包括首先混合有機化合物18與液體16，以產生有機化合物/液體混合物，然后經(jīng)由研磨機52混合有機化合物/液體混合物與固體燃料14。在其他實施例中，方框136和138的步驟可合并，使得有機化合物18經(jīng)由研磨機52與固體燃料14和液體16兩者混合。在這種實施例中，在添加有機化合物18之前，固體燃料14可以已經(jīng)與液體16混合。
[0042]方法130還包括經(jīng)由氣化器26由有機化合物18/固體燃料14/液體16混合物(SP燃料漿料24)產生(方框140)合成氣28。方法130也包括(例如經(jīng)由有機化合物制備單元30)從合成氣28產生(方框142)另外的量的有機化合物18。此外，方法130包括將另外的量的有機化合物18提供(方框144)至儲存單元50 (例如方框146)、提供至研磨機52 (例如方框134)或上述兩者。另外的量的有機化合物18所提供至的系統(tǒng)組件可取決于特定系統(tǒng)10和氣化器26的操作狀態(tài)。
[0043]當氣化器26未操作時，可將由合成氣28制得的另外的有機化合物18提供(方框146)至儲存單元50，而不提供至研磨機52。這可通過控制器56在圖2的系統(tǒng)10中實施，所述控制器56關閉閥74和78，由此阻止有機化合物18流入研磨機52中。由于氣化器26未操作，因此對來自研磨機52的燃料漿料24無需求。
[0044]在氣化過程中，系統(tǒng)10的一些實施例可將另外的量的有機化合物18提供(方框134)至研磨機52，而不提供至儲存單元50。這可通過圖2的控制器56完成，當氣化器26操作時，所述控制器56關閉閥76并打開閥74。這可用于將有機化合物18提供至研磨機52，并同時保持儲存單元50中的有機化合物18的供應以用于之后使用。當氣化器26再次啟動時，儲存單元50中的有機化合物18可用于產生燃料漿料24以用于開始氣化反應。
[0045]在氣化過程中，其他實施例可將另外的量的有機化合物18提供(方框134和146)至研磨機52和儲存單元50兩者。這可允許有機化合物18流動至研磨機52以用于產生燃料漿料24，并流動至儲存單元50以用于積累在氣化器啟動過程中所用的有機化合物18的供應。在圖2的系統(tǒng)10中，這可以以不同的方式完成。首先，控制器56可打開閥74和76，但關閉閥78。其次，控制器56可打開閥76和78，但關閉閥74。這可使由有機化合物制備單元30所制得的有機化合物18流入儲存單元50中，并從儲存單元50流入研磨機52中。第三，可打開全部三個閥74、76和78?？刂破?6可調節(jié)這些閥的位置，使得所需總量的有機化合物18流入研磨機52中，且所需量的有機化合物18保持在儲存單元50中。
[0046]圖6為示出了用于控制系統(tǒng)10的方法150的一個實施例的流程圖。方法150包括監(jiān)測(方框152)燃料漿料24的固體濃度。固體濃度可經(jīng)由位于整個系統(tǒng)10中的一個傳感器68或傳感器68的組合而直接或間接地監(jiān)測。間接監(jiān)測固體濃度涉及經(jīng)由傳感器68監(jiān)測表示存在于所產生的燃料漿料24中的固體燃料14的重量百分比的一個或多個參數(shù)。例如，固體濃度可基于漿料的粘度、漿料的溫度、一個或多個漿料泵的功率消耗等間接測得。
[0047]方法150也包括基于所監(jiān)測的固體濃度控制(方框154)供應至混合物(即燃料漿料24)的有機化合物18的量。再次地，該有機化合物18至少部分從合成氣28再循環(huán)，所述合成氣28經(jīng)由氣化器26由燃料漿料24產生?？苫诙喾N因素控制提供至研磨機52的有機化合物18的量，所述多種因素包括但不限于固體燃料14的所需孔滲透、燃料漿料24的所需粘度，或燃料漿料24的所需溫度。例如，溫度、粘度或類似因素可限制適用于某些應用的固體濃度。固體燃料14的孔滲透影響研磨機52的碾磨效率，而粘度影響燃料漿料24的可泵性(例如通過氣化器26的燃料噴射器)。
[0048]圖7為示出了用于進行圖6的控制步驟154的方法156的一個實施例的流程圖。方法156包括控制(方框158)由儲存單元50提供的有機化合物18的量，以產生燃料漿料24。這可在氣化器26制備合成氣28 (另外的量的有機化合物18可由所述合成氣28制得)之前，在氣化器啟動過程中使得研磨機52接收來自儲存單元50的有機化合物18。舉例而言，參照圖2，其可包括調節(jié)閥78的位置以將來自儲存單元50的或多或少的有機化合物18提供至研磨機52。
[0049]方法156也包括控制(方框160)由有機化合物制備單元30提供的有機化合物18的另外的量，以產生混合物(即燃料漿料24)。如上所述，有機化合物制備單元30可從所產生的合成氣28的一部分制得該另外的量的有機化合物18。例如，控制器56可通過調節(jié)閥74的位置而執(zhí)行該控制步驟。
[0050]圖8為示出了在從氣化器操作轉換為氣化器關閉的過程中用于控制所述系統(tǒng)10的方法162的一個實施例的流程圖。在氣化器操作(例如穩(wěn)態(tài)模式)過程中，方法162包括控制(方框154)供應至混合物的有機化合物18的量，如參照圖6和7如上所述。方法162也包括確定(方框164)氣化器26是否在操作。該確定可基于來自氣化器26的傳感器反饋。如果氣化器26仍然在操作，則控制器56如之前那樣控制有機化合物18的供應。然而，當氣化器26關閉時，方法162包括停止(方框166)有機化合物18從儲存單元50 (例如通過關閉圖2的閥78)流動至用于產生燃料漿料24的研磨機52。由于燃料漿料24可以不由氣化器26使用，因此在此時研磨機52可停止混合有機化合物18與固體燃料14和液體16。然而，應注意，在某些實施例中，即使當氣化器26未操作時，燃料漿料24也可根據(jù)本發(fā)明的技術產生。實際上，可能希望的是保持燃料漿料24的儲存，以使氣化器26能夠幾乎立即進入操作。
[0051]方法162還可包括使用由有機化合物制備單元30制得的任何另外的量的有機化合物18再填充(refill)(方框168)儲存單元50。盡管氣化器26未操作，但就在關閉之前有機化合物制備單元30仍可由通過氣化器26所產生的合成氣28制備有機化合物18。例如，在圖2的系統(tǒng)10中，控制器56可發(fā)送控制信號以關閉閥74和78，并打開閥76，由此將另外的有機化合物18供應至儲存單元50。通過在氣化器操作之后再填充儲存單元50，系統(tǒng)10可積累有機化合物18的儲存以用于將來使用(例如在以后氣化器啟動過程中)。
[0052]本發(fā)明的實施例的技術效果包括能夠改進氣化系統(tǒng)中的燃料漿料制備的效率等。實際上，有機化合物在產生燃料漿料中的使用能夠增加用于氣化器中的部分燃燒的、在漿料中可得的碳和氧的量。這可產生在氣化器內更大的碳轉化以制備合成氣，以及氣化器的更低的氧需求。另外，相比于其他化合物(如水)，有機化合物可更深滲透至固體燃料的孔隙中，這改變了表面能以促進裂紋的形成和傳播。作為結果，研磨機或磨機能夠使用降低量的能量來破碎固體燃料，由此增加碾磨速率和研磨機效率。相比于使用燃料和單獨的水所產生的燃料漿料，有機化合物也能實現(xiàn)高固體濃度。此外，通常僅產生低固體濃度的低級煤和其他燃料來源也可用于產生高固體濃度(例如大于大約60重量％)。此外，有機化合物可由通過氣化器所產生的合成氣的一部分再循環(huán)?？刂破骺煽刂乒腆w燃料、液體和有機化合物的相對供應，以獲得燃料漿料的所需固體濃度和粘度，以及固體燃料的孔滲透。另外，控制器可在整個氣化器操作中在 不同時間將來自不同組件(例如有機化合物制備單元、儲存單元等)的有機化合物引入研磨機。這可允許系統(tǒng)保持儲存再循環(huán)的有機化合物的所需供應以用于之后使用。以上述方式，所公開的實施例可提供對漿料制備過程的增加的控制以及氣化系統(tǒng)的增加的效率。
[0053] 本書面描述使用實例以公開本發(fā)明的實施例(包括最佳模式)，并使任何本領域技術人員能夠實施實施例，包括制造和使用任何設備或系統(tǒng)以及進行任何引入的方法。本公開的專利范圍由權利要求書限定，并可包括本領域技術人員想到的其他實例。若其他實施例具有不與權利要求書的文字語言不同的結構元件，或者若它們包括與權利要求書的文字語言具有非實質性差 別的等同結構元件，則這種其他實施例旨在落入權利要求書的范圍內。
【權利要求】
1.一種系統(tǒng)，其包括: 研磨機，所述研磨機構造為由固體燃料、液體和與所述液體可溶混的有機化合物制備燃料漿料； 儲存單元，所述儲存單元構造為將所述有機化合物供應至所述研磨機；以及 有機化合物制備單元，所述有機化合物制備單元構造為接收由氣化器產生的合成氣的一部分，以產生用于供應至所述儲存單元的有機化合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲存單元構造為在所述氣化器的啟動過程中將所述有機化合物供應至所述研磨機。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲存單元構造為在所述氣化器的關閉過程中停止將所述有機化合物供應至所述研磨機。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有機化合物制備單元構造為在所述氣化器的操作過程中將所述有機化合物供應至所述研磨機，并在所述氣化器的關閉過程中將所述有機化合物供應 至所述儲存單元。
5.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有機化合物制備單元構造為在所述氣化器的操作和關閉過程中將所述有機化合物供應至所述儲存單元。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其包括氣化器，所述氣化器構造為接收所述燃料漿料，并由所述燃料漿料產生合成氣。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有機化合物制備單元構造為接收由另一氣化器產生的合成氣的一部分，以產生用于供應至所述儲存單元的有機化合物。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有機化合物包含甲醇、乙醇，或具有不同純度水平的有機化合物的混合物。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其包括控制器，所述控制器構造為控制與所述固體燃料和所述液體混合的有機化合物的量，以響應燃料漿料的監(jiān)測的固體濃度而保持固體燃料的所需孔滲透或燃料漿料的粘度。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其包括設置于所述研磨機與所述氣化器之間的容器，其中，所述容器構造為在所需壓力下儲存燃料漿料。
11.一種方法，其包括: 將有機化合物由儲存單元提供至研磨機； 經(jīng)由所述研磨機混合所述有機化合物與固體燃料和液體，以產生燃料漿料； 由合成氣產生另外的量的有機化合物，其中所述合成氣經(jīng)由氣化器由所述燃料漿料產生；以及 將所述另外的量的有機化合物提供至所述研磨機，以用于混合燃料漿料或者提供至所述儲存單元。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其包括: 啟動所述氣化器；以及 接收和氣化燃料漿料以產生合成氣。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其包括當所述氣化器未操作時，將所述另外的有機化合物提供至所述儲存單元而不提供至所述研磨機。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其包括在氣化過程中將所述另外的量的有機化合物提供至所述研磨機而不提供至所述儲存單元。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，其包括在氣化過程中將所述另外的量的有機化合物提供至所述研磨機和所述儲存單元兩者。
16.根據(jù)權利要求11所述的方法，其包括將所述有機化合物由外部來源供應至所述儲存單元。
17.根據(jù)權利要求11所述的方法，其包括: 經(jīng)由所述研磨機混合所述有機化合物與所述固體燃料，以產生有機化合物/固體混合物；以及 經(jīng)由所述研磨機混合所述有機化合物/固體混合物與所述液體，以產生燃料漿料。
18.—種系統(tǒng),其包括: 控制器，所述控制器構造為: 監(jiān)測包含固體燃料、有機化合物和液體的混合物的燃料漿料的固體濃度；以及 基于監(jiān)測的固體濃度而控制供應至所述混合物的有機化合物的量； 其中所述有機化合物至少部分由合成氣再循環(huán)，所述合成氣經(jīng)由氣化器由燃料漿料產生。
19.根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構造為: 控制由儲存單元提供的有機化合物的量，以產生混合物；以及 控制由有機化合物制備單元提供的有機化合物的另外的量，以產生混合物，其中所述有機化合物制備單元構造 為由所產生的合成氣的一部分制得另外的量的有機化合物。
20.根據(jù)權利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構造為當氣化器未操作時，停止來自所述儲存單元的有機化合物的流動以產生混合物，并使用來自所述有機化合物制備單元的另外的量的有機化合物來再填充所述儲存單元。
【文檔編號】C10J3/46GK103937551SQ201410027261
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權日:2013年1月21日
【發(fā)明者】R.A.德皮伊, R.E.阿亞拉 申請人:通用電氣公司