[发明专利]在线控制造渣气化工艺的方法和用于气化工艺的设备

说明书

本发明涉及一种在线控制在供应有气化剂和缓和剂的气化反应器中气化含碳固体燃料、尤其是煤的造渣工艺的方法。本发明进一步涉及一种用于由固体燃料生产包括一氧化碳和氢气的产物气体的气化工艺，一种用于在线控制造渣气化工艺的计算机程序，以及一种用于实施用于由固体燃料生产包括一氧化碳和氢气的产物气体的气化工艺的设备。本发明的方面将在线固体燃料分析与工艺模型相结合，以便通过前馈原理在热力学最佳操作点处操作用于固体燃料的气化工艺。本发明允许实时建立操作点，以便对固体燃料组成的快速变化作出反应。本发明还允许气化工艺的完全自动化。

技术领域

本发明涉及一种在线控制在供应有气化剂和缓和剂的气化反应器中气化含碳固体燃料、尤其是煤的造渣工艺的方法。本发明进一步涉及一种用于由固体燃料生产包括一氧化碳和氢气的产物气体的气化工艺，一种用于在线控制造渣气化工艺的计算机程序，以及一种用于实施用于由固体燃料生产包括一氧化碳和氢气的产物气体的气化工艺的设备。

背景技术

用于生产含有一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的产物气体的造渣气化工艺是现有技术中已知的。例如，在高压和高温下的煤气化中，来自煤的碳被转化为合成气，CO和H₂的混合物。通常，在煤的气化中，在固定床、流化床与气流床气化之间存在区别。根据矿床，煤具有或多或少比例的无机矿物。在造渣气化方法中，在气化中作为灰分残留物获得的矿物作为液态渣从气化反应器中排出。

用于确定固体燃料例如煤的组成的在线固体燃料分析迄今已经在用于发电的煤燃烧领域中采用。在线固体燃料分析的优点在于固体燃料的采样与期望的分析结果的递送之间的短延迟。与典型地需要几个小时的分析时间的传统实验室方法相比，在线固体燃料分析使得能够实时地结合到所讨论的设备，例如燃煤发电设备的工艺控制系统中。

气化工艺，例如煤的气化，典型地在高压(最高达68巴)和高温(900℃至1800℃)下进行。由于这些极端条件，并且作为存在腐蚀性炉渣熔体的结果，不可能直接进行重要的工艺参数的直接测量。这种工艺参数的实例是炉渣流量(质量流量)和气化反应器中的温度。结果是，有必要利用间接测量参数来控制气化工艺。例如，可以通过输入到反应器冷却系统中的热量、反应器壁中的温度测量或产物气体中甲烷(CH₄)或二氧化碳(CO₂)的含量来估计工艺温度(参见，例如，M.：“Industrial Coal Gasification TechnologiesCovering Baseline and High-Ash Coal[涵盖基准煤和高灰分煤的工业煤气化技术]”，Wiley-VCH[威利-VCH出版社]，ISBN 978-3-527-33690-6，2014)。这种测量和控制方法的一个缺点是测量是间接的。另一个是所提及的方法是反馈方法。这些基于仅在反应器中的实际气化反应之后进行的测量而工作，没有以任何方式考虑在进入反应器之前固体燃料的组成。由于间接测量，控制系统因此可以仅在工艺中的关键步骤(固体燃料的气化)已经发生时才干预工艺。

由于各固体燃料分析之间的间隔长，因此在实验室中不能检测到固体燃料质量的快速变化，尤其是灰分含量和灰分组成的快速变化。此外，由于工艺参数的间接测量，经常不可能得出关于设备操作的任何明确结论。由于这些间接测量也经常通过反馈原理工作，因此这些测量仅以大的时间延迟对气化工艺中的变化作出反应。结果是，基于由此获得的结果，经常不可能得出关于设备操作的任何明确结论。

因此，大多数固体燃料气化器不是以最佳方式操作的。通常仅在所讨论的固体燃料已经气化之后才可获得每天仅一次经常进行的固体燃料分析。因此，基于间接测量参数和通过反馈原理确定的那些参数的矛盾趋势，延迟的人工干预气化工艺不能建立气化器的理想操作点。此外，基于间接测量参数的气化工艺的自动化几乎是不可能的。