JP5674792B2 - ガス化装置用の固体燃料輸送システム - Google Patents

Description

本発明は、一般に石炭およびバイオマスのガス化システムに関し、より詳細には、高圧で動作する可能性が最も高いガス化装置に固体粒子燃料を輸送するためのシステムに関する。

現行の商用ガス化システムでは、スラリフィード技術またはドライフィード技術を使用して、石炭など固体粒子燃料がガス化装置に供給される。高含水量の固体粒子燃料を使用してスラリを作ることには限界があるため、そのような固体粒子燃料をガス化装置に供給するためには、通常ドライフィードシステムが使用される。既存のドライフィードシステムでは、低品位炭を乾燥し、石炭内に存在する固有の水分の３分の２以上を除去することができる。これは、ドライフィードシステム機器内の乾燥した固体の流れ特性、およびガス化装置の全体的な効率を改善する。しかし、乾燥工程が大量のエネルギーを消費するため、プラントの全体的な電力生産は減少する。

化学産業、石油化学産業、電力産業では、ガス化装置または燃焼器など大抵の反応炉が高圧条件下で運転される。約１００ｐｓｉから約１０００ｐｓｉの圧力範囲を有する高圧ガス化装置に固体燃料または反応物質を供給することは、大きな難問である。既存のガス化システムでは、スラリフィードシステムまたはロックホッパドライフィードシステムを使用し、固体燃料を高圧ガス化装置に供給する。しかし、すべての種類の固体粒子燃料を、固体濃度がかなり高いスラリに変換することができるわけではない。したがって、あるスラリフィードシステムがすべての種類の固体粒子燃料に必ずしも適していない可能性がある。

ロックホッパドライフィードシステムでは、ロックホッパ内のラットホールやブリッジを回避し、適度な信頼性に到達するために、固体燃料をあるレベルに乾燥しなければならない。たとえば、褐炭は、含水量約１０％未満に乾燥しなければならず、歴青炭は、含水量約２％未満に乾燥しなければならない。しかし、既存のドライフィード技術は、あるレベルに予備乾燥することなしに固体燃料を扱うことができない。

米国特許第５０５２８７４号

したがって、含水量が高い固体粒子燃料を予備乾燥工程なしに高圧ガス化装置に供給することができるドライフィードシステムを提供することが望ましいであろう。

本明細書に開示されている一実施形態によれば、ガス化システム内で使用するためのシステムが、漸増ピッチスクリューフィーダと、前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器とを備える。高圧容器は、ソリッドポンプの出口および搬送ガスラインに接続するための入口と、ソリッドポンプから送達される燃料がそこを通ってガス化装置に輸送される出口とを備える。この出口は、ソリッドポンプおよび搬送ガスラインの下流にある。

本明細書に開示されている他の実施形態によれば、ガス化システム内で使用するためのシステムが、加圧された固体粒子燃料を送達するためのソリッドポンプと、搬送ガスラインと、漸増ピッチスクリューフィーダと、前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器と、流動経路とを備える。高圧容器は、ソリッドポンプの出口および搬送ガスラインに接続するための入口と、ソリッドポンプおよび第１の搬送ガスラインに接続するための入口と、ソリッドポンプおよび最初の搬送ガスラインの下流の出口とを備える。流動経路は、ソリッドポンプから送達される固体粒子燃料をガス化装置に輸送するために、出口をガス化装置に接続する。

本明細書に開示されている他の実施形態によれば、ガス化システム内で使用するためのシステムが、加圧された固体粒子燃料を送達するための複数のソリッドポンプと、複数の搬送ガスラインと、上流端で最小ピッチ、下流端で最大ピッチを有する漸増ピッチスクリューフィーダと、前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器と、漸増ピッチスクリューフィーダを駆動するための、高圧容器内に格納されたモータとを備える。高圧容器は、複数のソリッドポンプおよび搬送ガスラインの少なくとも１つに接続するための複数の入口と、ソリッドポンプから送達される燃料がそこを通ってガス化装置に輸送される出口とを備える。この出口は、これらのソリッドポンプおよびこれらの搬送ガスラインの下流にある。

本明細書に開示されている他の実施形態によれば、ガス化システム内で使用するためのシステムが、加圧された固体粒子燃料を送達するための複数のソリッドポンプと、複数の搬送ガスラインと、上流端で最小ピッチ、下流端で最大ピッチで高圧容器内の流れの方向に漸増するピッチを有する漸増ピッチスクリューフィーダと、前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器と、流動経路と、漸増ピッチスクリューフィーダを駆動するための、高圧容器内に格納されたモータとを備える。高圧容器は、複数のソリッドポンプおよび搬送ガスラインの少なくとも１つに接続するための複数の入口と、これらのソリッドポンプおよびこれらの搬送ガスラインの下流にある前記下流端の出口とを備える。流動経路は、ソリッドポンプから送達される固体粒子燃料をガス化装置に輸送するために、出口をガス化装置に接続する。

本発明のこれらの、および他の特徴、態様、および利点は、同様の符号が図面全体を通して同様の部分を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されることになろう。

本明細書に開示されている態様によるフィード輸送システムの一実施形態の図である。 本明細書に開示されている態様による、ガス化装置の下方に設置されるフィード輸送システムの図である。 本明細書に開示されている態様による漸増ピッチスクリューフィーダの図である。 本明細書に開示されている態様による、ガス化装置の上方に設置されるフィード輸送システムの図である。

本明細書に開示されている実施形態は、固体粒子燃料をガス化装置に輸送するためのシステムを含む。このシステムは、主にスクリューフィーダと、スクリューフィーダを格納する高圧容器とを含む。ソリッドポンプおよび搬送ガスラインが高圧容器の入口に接続される。高圧容器の出口は、ガス化装置または燃焼器など、ガス化装置に接続される。ソリッドポンプからの燃料は、高圧容器に入り、スクリューフィーダによって出口に輸送される。その後で、燃料は、流動経路を介して出口からガス化装置に輸送される。本明細書では、「ａ」「ａｎ」「ｔｈｅ」など単数形は、別段文脈により明らかに示されない限り、複数の指示物を含む。

図１は、燃料をガス化装置に輸送するためのシステム１０の一実施形態を示す。システム１０は、漸増ピッチスクリューフィーダ１２と、スクリューフィーダ１２周りに配置された高圧容器１４と、ソリッドポンプ１６と、搬送ガスライン１８、２０とを含む。システム１０は、それだけには限らないが石炭、バイオマス、石油コークス、オイルサンド、重油、およびそれらの混合物を含めて、固体粒子燃料を使用するガス化システム内で使用される。一実施形態では、ソリッドポンプは、ジョージア州アトランタのＧＥ Ｅｎｅｒｇｙから市販されているＳｔａｍｅｔ（商標）としても知られる、Ｓｔａｍｅｔ（商標）Ｐｏｓｉｍｅｔｒｉｃ（登録商標）フィード技術を使用する回転式、先細空間の固体輸送および計量型（Ｓｏｌｉｄｓ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ）ポンプである。このポンプは、大気圧から１０００ｐｓｉｇを優に超える圧力まで、ポンプの回転速度と固体の質量流量との強い線形関係をもって固体を輸送することができる。

スクリューフィーダ１２は、高圧容器１４内に格納される。スクリューフィーダ１２のピッチは、容器の上流端２２で最小、容器の下流端２４で最大である。さらに、システム１０は、スクリューフィーダ１２を駆動するためのモータ２６を含む。モータ２６もまた、高圧容器１４内に格納される。

高圧容器は、複数の入口２８および出口３０を有する。各入口２８は、パイプライン３４によってソリッドポンプ１６の出口３２に接続される。搬送ガスライン１８は、パイプライン３４と連通している。搬送ガス３５は、搬送ガスライン１８を介して送達され、ソリッドポンプ１６から高圧容器１４に固体粒子燃料３６を送達することを可能にする。システム１０は、高圧容器１４の入口２８に直接接続され高圧容器１４の出口３２に燃料３６を輸送することを可能にする専用の搬送ガスライン２０をも含む。出口３２は、ソリッドポンプ１６および搬送ガスライン１８、２０の下流にある。スクリューフィーダ１２のピッチは、出口３２で最大である。出口３２は、流動経路３８に接続される。流動経路３８は、燃料をガス化装置に送達する。

ソリッドポンプ１６は、加圧された固体粒子燃料３６を、パイプライン３４を介して高圧容器１４に送達する。固体粒子燃料３６は、それだけには限らないが石炭、バイオマス、石油コークス、オイルサンド、重油、およびそれらの混合物を含むことができる。複数のソリッドポンプ１６を高圧容器１４に接続することによって、高い固体流量が達成される。スクリューフィーダ１２は、モータ２６によって駆動され、出口３２を介して固体粒子燃料３６を流動経路３８に輸送する。漸増ピッチスクリューフィーダ１２のピッチは、容器１４内の流れ４０の方向で増大する。専用の搬送ガスライン２０を通って送達される搬送ガス４２は、高圧容器１４を通して固体粒子燃料３６を送ることを可能にする。

図２を参照すると、搬送ガス３５、４２は、流動経路３８を介してガス化装置４８のインゼクタ４６に固体粒子燃料３６を輸送する。流動経路３８は、インゼクタ４６に接続される。この実施形態では、ソリッドポンプ１６を有する燃料輸送システム１０は、地上、またはガス化装置４８の下方に位置する。搬送ガス３５、４２は、ガス化装置の下方から導入され、燃料３６をインゼクタ４６に搬送する。

スクリューフィーダ１２およびモータ２６の全体が高圧容器１４内に格納される。これにより、システム１０をより高い圧力条件下で使用することができる。システム１０は、ガス化装置との正圧差を維持するために、システム１０が接続されるガス化装置４８または燃焼器などガス化装置内の圧力より高い動作圧力を維持する。一実施形態では、システム１０は、約５００ｐｓｉｇより高い動作圧力を有する。

スクリューフィーダ１２が高圧容器１４内に格納され、固体粒子燃料３６が搬送ガス３５、４２によってパージまたは搬送されるため、システム１０には余分な封止が必要でない。高圧容器１４は、搬送ガスライン１８、２０を流通する搬送ガス３５、４２によって加圧され、ガス化装置４８に対して正圧差を維持する。この正圧差により、ソリッドポンプ１６を通ってガス化装置４８から大気に合成ガスが漏れるのを回避することができる。また、スクリューフィーダ１２の漸増ピッチスクリュー設計により、混合中の均一な気体−固体比が達成される。

燃料輸送システム１０は、高含水量の固体粒子燃料を使用するガス化プラントにおけるドライフィードシステムとして使用することができる。流動経路内の固体燃料搬送は、輸送領域内で行われ、システム内で固体燃料の濃厚相輸送流が生じる。この輸送流領域では、同じソリッドポンプ１６からの固体粒子すべてが、実質的に同じ滞留時間を有する。したがって、ソリッドポンプ１６は、固体燃料の輸送流により、このシステムにおける計量型ポンプとして使用することができる。固体燃料内の高い水分レベルによる粒子ブリッジおよびラットホールなど、いくつかの潜在的な問題を回避することができる。したがって、水分レベルがより高い固体粒子燃料を、予備乾燥なしでガス化装置に搬送することができる。固体粒子燃料３６は、輸送流領域内で搬送され、滞留時間がより短くなり、したがって容器１４の容積がより小さくなる。

図３は、漸増ピッチスクリューフィーダ１２を示す。スクリューフィーダはモータ２６に接続される。スクリューフィーダは、シャフト５０と、シャフト５０周りのねじ山５２とを含む。スクリューのピッチは、２つの連続するねじ山間の距離として定義することができる。スクリューフィーダ１２は、２つの連続するねじ山間のピッチが容器内の流れの方向、すなわちスクリューフィーダの長さに沿って増大するので、漸増ピッチスクリューフィーダである。ピッチは、上流端２２で最小であり、下流端２４に向かって徐々に増大する。ピッチは下流端２４で最大である。たとえば、上流端２２でのピッチ「Ｐ１」は、最初の２つの連続するねじ山間の距離であり、下流端２４でのピッチ「Ｐｘ」は、最後の２つの連続するねじ山間の距離である。スクリューフィーダ１２のピッチ、すなわち連続するねじ山のすべての対間の距離は、「Ｐ１」から「Ｐｘ」にかけて徐々に増大する。この距離は、スクリューフィーダにわたって均一な固体／気体比を維持するように、その位置での固体流に比例する。したがって、輸送ライン３８内の固体流量ならびに固体荷重比（ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ）は一定である。

図４は、ソリッドポンプ１６を有する燃料輸送システム１０がガス化装置４８の上方、地上から約２００フィート（６０．９６ｍ）に位置する他の実施形態を示す。流動経路３８は、高圧容器１４の出口３０をガス化装置４８のインゼクタ４６に接続する。搬送ガス３５、４２は、ガス化装置４８の上方から導入され、燃料３６をインゼクタ４６に搬送する。

したがって、上述の燃料をガス化装置に輸送するためのシステムは、予備乾燥工程なしで水分レベルの高い固体粒子燃料をガス化装置または燃焼器など高圧ガス化装置に供給し、より高いエネルギー効率をもたらす方法を提供する。固体粒子燃料は、プラグ流れモードで輸送され、その結果、高圧容器サイズが小さくなり、したがって資本支出が削減される。このシステムは、相異なるソリッドポンプからの流れ変動の影響を最小限に抑えるためのバッファとして使用することができる。また、このシステムに使用されるソリッドポンプは計量機器として使用することができ、それによりシステムの柔軟性および制御性が高まる。ソリッドポンプの数および漸増ピッチスクリューは、所望の固体燃料供給速度に基づいて選択することができる。

必ずしも上述の目的または利点のすべてが任意の特定の実施形態に従って達成され得るわけではないことを理解されたい。したがって、たとえば、本明細書に記載されているシステムおよび技法は、本明細書で教示または暗示されている可能性がある他の目的または利点を必ずしも達成することなしに、本明細書で教示されている１つの利点または利点のグループを達成または最適化するように実施することができることを、当業者なら理解するであろう。

本発明の一部の特徴についてのみ本明細書で例示し述べたが、多数の修正および変更が当業者には思いつくことになる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に入るそのような修正および変更すべてを包含することが意図されていることを理解されたい。

１０ システム
１２ 漸増ピッチスクリューフィーダ
１４ 高圧容器
１６ ソリッドポンプ
１８ 搬送ガスライン
２０ 搬送ガスライン
２２ 上流端
２４ 下流端
２６ モータ
２８ 入口
３０ 出口
３２ 出口
３４ パイプライン
３５ 搬送ガス
３６ 固体粒子燃料
３８ 流動経路
４０ 流れ
４２ 搬送ガス
４６ インゼクタ
４８ ガス化装置
５０ シャフト
５２ ねじ山

Claims (12)

1. ガス化システム内で使用するためのシステムであって、
   漸増ピッチスクリューフィーダと、
   前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器とを備え、前記高圧容器が、
   ソリッドポンプの出口および搬送ガスラインに接続するための入口、および
   前記ソリッドポンプから送達される燃料がそこを通ってガス化装置に輸送される出口であり、前記ソリッドポンプおよび前記搬送ガスラインの下流にある出口を備え、前記漸増ピッチスクリューフィーダのピッチが前記容器の流れの方向で増大する、システム。
2. ガス化システム内で使用するためのシステムであって、
   加圧された固体粒子燃料を送達するためのソリッドポンプと、
   搬送ガスラインと、
   漸増ピッチスクリューフィーダと、
   前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器であり、
   前記ソリッドポンプの出口および前記搬送ガスラインに接続するための入口、および
   前記ソリッドポンプおよび最初の搬送ガスラインの下流の出口を備える高圧容器と、
   前記ソリッドポンプから送達される前記固体粒子燃料をガス化装置に輸送するために、前記出口を前記ガス化装置に接続する流動経路と
   を備え、前記漸増ピッチスクリューフィーダのピッチが前記容器の流れの方向で増大する、システム。
3. 前記燃料を前記出口から前記ガス化装置に輸送するために、流動経路が前記出口を前記ガス化装置に接続する、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記燃料が固体粒子燃料を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記ソリッドポンプが計量型ポンプとして使用される、請求項４記載のシステム。
6. 前記漸増ピッチスクリューフィーダを駆動するためのモータをさらに含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記モータが前記高圧容器内に格納される、請求項６記載のシステム。
8. 前記漸増ピッチスクリューフィーダのピッチが前記出口で最大である、請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム。
9. 前記漸増ピッチスクリューフィーダのピッチが、上流端で最小、下流端で最大である、請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム。
10. ガス化システム内で使用するためのシステムであって、
    加圧された固体燃料を送達するための複数のソリッドポンプと、
    複数の搬送ガスラインと、
    上流端で最小ピッチ、下流端で最大ピッチを有する漸増ピッチスクリューフィーダと、
    前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器であり、
    複数のソリッドポンプおよび前記搬送ガスラインの少なくとも１つに接続するための複数の入口、および
    前記ソリッドポンプから送達される前記固体燃料がそこを通ってガス化装置に輸送される出口であり、前記ソリッドポンプおよび前記搬送ガスラインの下流にある出口を備える高圧容器と、
    漸増ピッチスクリューフィーダを駆動するための、高圧容器内に格納されたモータと
    を備えるシステム。
11. ガス化システム内で使用するためのシステムであって、
    加圧された固体燃料を送達するための複数のソリッドポンプと、
    複数の搬送ガスラインと、
    上流端で最小ピッチ、下流端で最大ピッチで高圧容器内の流れの方向に漸増するピッチを有する漸増ピッチスクリューフィーダと、
    前記漸増ピッチスクリューフィーダ周りに配置された高圧容器であり、
    複数のソリッドポンプおよび前記搬送ガスラインの少なくとも１つに接続するための複数の入口、および
    前記ソリッドポンプおよび前記搬送ガスラインの下流にある前記下流端の出口を備える高圧容器と、
    前記ソリッドポンプから送達される前記固体燃料をガス化装置に輸送するために、前記出口を前記ガス化装置に接続する流動経路と、
    漸増ピッチスクリューフィーダを駆動するための、高圧容器内に格納されたモータと
    を備えるシステム。
12. 前記高圧容器が前記ガス化装置の下方又は上方にある、請求項１乃至１１のいずれかに記載のシステム。
    

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