用于密封合成气冷却器的系统和方法
【技术领域】
[0001]本说明书公开的主题大体涉及气化系统，并且更具体地说，涉及用于密封合成气冷却器的系统和方法。
【背景技术】
[0002]气化系统可用于通过使各种烃原料(如煤)与蒸汽和氧气(O2)在气化器中起反应，来产生一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气体混合物(例如，合成气体，或合成气)。合成气可在化工生产应用中进行处理和利用，或在联合循环动力设备中用作燃料。通常在相对高的压力和温度下发生气化过程。当合成气分配用于化工生产应用或用于联合循环动力设备时，可以期望冷却热合成气(例如)以便帮助维持合成气的稳定性。
[0003]合成气冷却器可用于冷却由气化器产生的合成气。由气化器产生的合成气还可包含腐蚀性气体，如硫化氢(H2S)和硫化羰(COS)。
【发明内容】
[0004]下文概述了与最初所要求的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例并不意图限制本发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简述。实际上，本发明可以涵盖可与下述实施例类似或不同的各种形式。
[0005]在第一实施例中，系统包括配置用于冷却合成气的合成气冷却器。所述合成气冷却器包括密封件，所述密封件配置用于阻止合成气进入合成气冷却器的外壁与合成气冷却器的管笼之间的通道。所述系统还包括配置用于将兼容密封气体供应至合成气冷却器的密封件的兼容密封气体系统。
[0006]在第二实施例中，方法包括:使用设置在合成气冷却器中的密封件来阻止合成气进入合成气冷却器的外壁与合成气冷却器的管笼之间的通道；以及使用兼容密封气体系统来将兼容密封气体供应至所述密封件。
[0007]在第三实施例中，系统包括控制器，所述控制器包括共同存储一个或多个指令集的一个或多个有形的、非瞬时的、机器可读介质。所述控制器还包括一个或多个处理装置，所述一个或多个处理装置配置用于执行所述一个或多个指令集，以便控制合成气冷却器来冷却合成气并且使用设置在合成气冷却器中的密封件来阻止所述合成气进入合成气冷却器的外壁与合成气冷却器的管笼之间的通道，并且控制兼容密封气体系统来将兼容密封气体供应至所述密封件。
【附图说明】
[0008]在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中:
[0009]图1为结合兼容密封气体系统的气化系统的实施例的方框图；
[0010]图2为与兼容密封气体系统连接的辐射合成气冷却器(RSC)的实施例的截面图；
[0011]图3为结合用于将ARG之前的合成气作为密封气体供应的兼容密封气体系统的气化系统的实施例的方框图；
[0012]图4为结合用于将AGR之后的合成气作为密封气体供应的兼容密封气体系统的气化系统的实施例的方框图；
[0013]图5为结合用于将二氧化碳作为密封气体供应的兼容密封气体系统的气化系统的实施例的方框图；
[0014]图6为结合用于将蒸汽作为密封气体供应的兼容密封气体系统的气化系统的实施例的方框图；以及
[0015]图7为用于将兼容密封气体提供至合成气冷却器的方法的实施例的过程流程图。
【具体实施方式】
[0016]下文将介绍本发明的一项或多项具体实施例。为了提供针对这些实施例的简要描述，可能不会在本说明书中描述实际实现方案中的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实现方案时，均应当做出与实现方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实现方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何对受益于本公开案的一般技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
[0017]在介绍本发明各实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个该元件。术语“包括”和“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。
[0018]根据本发明的气化系统可包括配置用于产生合成的气体或合成气的气化器，以及配置用于冷却所述合成气的合成气冷却器(例如，辐射合成气冷却器(或RSC)、或对流合成气冷却器(或CSC))。从气化器出来后，热合成气进入合成气冷却器内的包围区域(例如，管笼)进行冷却。所述管笼限制热合成气路径，并且包括充满冷却流体的管。所述合成气冷却器通过热合成气与管笼内的流体冷却管之间的热交换来从所述合成气提取热量。在合成气冷却器的管笼与外壁(例如，壳体)之间可存在环形物。这个环形物可用密封气体吹扫以便阻止或减少这个区域中的合成气累积，所述合成气累积可导致腐蚀，因为合成气可包含腐蚀性气体，如硫化氢(H2S)和硫化羰(COS)。可对密封气体进行选择，以便其不与合成气冷却器的制造或构造中使用的材料相互作用(例如，腐蚀)。密封气体流经环形物，并且可在合成气从合成气冷却器中流出时在转移至下游系统(例如，合成气处理系统、化工生产系统或联合循环动力设备)之前与所述合成气混合。尽管氮气在某些密封气体系统中可用作合成气冷却器密封气体，但对于某些合成气应用(如化工生产应用)，氮气可为杂质。例如，当使用合成气产生甲醇时氮气为杂质，并且在净化合成气时为了去除氮气将花费额外的费用。因此，可能需要使用兼容气体(例如，非杂质和/或不影响下游系统操作的气体)作为合成气冷却器密封气体，以便减少或消除用于下游化工生产应用的合成气中的杂质。换言之，兼容密封气体为非腐蚀性的或抗腐蚀的密封气体，与下游系统兼容而不用从用于下游应用的合成气中去除所述密封气体。例如，兼容密封气体可为非氮气体(例如，不包含氮气的气体)。
[0019]相应地，本发明提供兼容密封气体系统，以便供应用于合成气冷却器的兼容密封气体。在一些实施例中，从合成气冷却器出来的合成气可由合成气处理系统进行处理，以便去除合成气中的腐蚀性气体。经处理的合成气的一部分可在作为密封气体供应至合成气冷却器前处理至需要的压力和温度。在其他实施例中，合成气处理系统的副产物(如二氧化碳)可用作合成气冷却器的密封气体。在另外的实施例中，由合成气冷却器因合成气与流体冷却管之间的热交换而产生的蒸汽，和/或由整合至和/或独立于气化系统的一些单元(例如，锅炉、蒸汽包、蒸汽涡轮机、热回收蒸汽发生器(HRSG)或它们的任意组合)产生的蒸汽，也可作为密封气体引导回到合成气冷却器。兼容密封气体的其他实例可包括一氧化碳(CO)、氢气(H2)或由化工生产系统产生的气体或它们的任意组合。
[0020]鉴于以上所述，图1描绘结合有兼容密封气体系统12的气化系统10的实施例的方框图。气化系统10可包括气化器14，在所述气化器14中碳质燃料源可与氧气和一些添加剂(如水)反应，以便通过统称为气化过程的一系列反应来产生合成气。燃料源可包括煤、石油焦、生物质、木基材料、农业废料、焦油和沥青或其他含碳材料。在气化过程期间，燃料源可在升高的压力(例如，绝对压力从约20巴至约85巴)和温度(例如，约700°C至约1600°c )下与有限量的氧气反应以便产生合成气16。合成气16可包括氢气和一氧化碳。还可形成其他不那么期望的组分，包括二氧化碳、微粒、粉尘和酸性气体(如硫化氢(H2S)和硫化羰(COS)) O
[0021]在图1所描绘的实施例中，气化器14配置用于将合成气16排放至合成气冷却器18中。如以下更详细讨论的，当合成气16流经合成气冷却器18时，它可通过与合成气冷却器18的管笼内的流体冷却表面(例如，管)交换热量而冷却下来。所述管笼为在合成气处理器18内限制合成气路径的包围件。在合成气冷却器18的管笼与外壁(例如，壳体)之间可存在环形物。如以上指出的，合成气16可包含酸性气体(如硫化氢(H2S)和硫化羰(COS))，所述酸性气体为腐蚀性的，并且如果它们迀移至环形物中，可消极地影响合成气冷却器18的管笼或其他部分。为减少或消除此类消极影响(例如，腐蚀)，环形物可用密封气体吹扫，从而形成密封气体通道20以便阻止或减少所述环形物中的合成气累积。如以上指出的，可对密封气体(例如，非腐蚀性、下游系统兼容密封气体)进行选择，以便其不与合成气冷却器18的制造或构造中使用的材料相互作用(例如，腐蚀)。在图1所描绘的实施例中，密封气体可为由兼容密封气体系统12通过流动线22供应的兼容气体，所述流动线22将兼容密封气体系统12和密封气体通道20连接起来。
[0022]气化系统10可包括一个或多个传感器24，所述传感器24用于监控贯穿气化系统10的气体流和/或液体流的各种参数(例如，温度、压力、流速、气体组成或浓度等)。一个或多个传感器24可包括温度传感器、压力传感器、流速传感器、气泡传感器、湿度