[发明专利]用于碳燃料的包括气流输送干燥器的气化组合设备

说明书

技术领域

本申请要求2012年12月26日提交的韩国申请No.2012-0153791的优先权。

本发明涉及一种用于含碳燃料的、包括闪蒸干燥器的集成气化装置。

背景技术

为了产生电能、化学材料和合成燃料，或者为了实现其多种应用，化石燃料(如煤)可被气化。气化是指通过烃类燃料和氧气在非常高的温度下的不完全燃烧生产合成气，所述合成气由一氧化碳和氢气构成，因此产生的气体具有比原材料更高的效能，并且可以以造成较少环境污染的材料的形式排放。

通常在气化之前对含碳燃料进行干燥。这是因为具有低含水量的燃料可以更容易地燃烧，并且可以更有效地气化。然而，在使用高含水量的燃料(例如劣质煤和生物质)的情况下是有问题的，因为其脱水所需的成本高，并且由于水的存在其难以进行气化。例如，生物质(如玉米秸秆)具有如此高的含水量以至于其不能用于燃料气化。当使用具有高含水量的含碳燃料时，燃料中的水可能降低流动性，还可能在燃料的处理和运输过程中频繁导致堵塞，并且从燃料中除去水需要高的成本和能量。

为了降低燃料的含水量从而提高气化效率，需要将大量的热传递至干燥对象，因此应当制造具有适用于此目的的形状和尺寸的干燥器。目前，在典型的常压干燥器中，通过热供应和保留时间降低高含水量燃料的含水量具有限制性，其不期望地降低了气化装置的效率。

在气化工艺过程中通过热回收所产生的蒸汽被间接地用作干燥器的热源的情况下，还额外地需要用于热交换器的成本。另外，在含碳燃料处理之后，从干燥器中排出的气体可能在仅通过彻底的热回收和纯化设施之后就被排放到大气中，因此还额外地需要用于其的设施成本。

通过气化工艺生产的合成气经过纯化工艺和重整工艺从而制备化学制品或合成燃料。纯化工艺能够从合成气中除去细粉、硫、汞、二氧化碳等物质，重整工艺使合成气的组成得以调整。由此，认为合成气中H₂/CO的比值对生产化学制品而言是重要的，并且取决于最终产品，其所需的值也不同。例如，在费-托(F-T)工艺中，H₂/CO的比值应设置为2:1。

通常，调节H₂/CO的比值的示例性工艺是水煤气变换工艺，其在高压(例如12-30巴)条件下使用催化剂通过下述方案1进行反应。

[方案1]

CO+H₂O→H₂+CO₂

水煤气变换工艺可以根据催化剂的使用条件进行分类，其大致分为含硫变换过程(约270-510℃)和低硫变换过程(约177-316℃)，这取决于是否在使用前从合成气中除去杂质，或是否从合成气中除去杂质后再使用，所述杂质例如为H₂S。就降低CO的平衡浓度和相对于H₂O的浓度增加成比例地提高反应速率而言，独立的工艺是有利的。因此，在合成气中H₂O的浓度不够的情况下，可以在该工艺中加入蒸汽，以便增加CO的转化。然而，高压蒸气的供给增加了该工艺的成本。

在气化工艺中，水煤气变换反应中可能需要额外的高压蒸汽，从而提高H₂/CO的比值。然而，生产这种高压蒸汽，需要额外的水资源和水净化/热交换设备。

发明内容

技术问题

因此，考虑到相关技术中遇到的问题做出了本发明，并且本发明一个方面提供了一种用于含碳燃料的集成气化装置，其中，将在含碳燃料的气化过程中产生的高压蒸汽直接用于干燥含碳燃料，并且将由上述干燥工艺得到的蒸汽直接用于水煤气变换工艺。

技术方案

在本发明的实施方案中，用于含碳燃料的集成气化装置可以包括气化器，以使含碳燃料和气化剂反应以产生合成气，其中所述气化器包括热交换器；闪蒸干燥器，其使用热交换器中产生的高压蒸汽降低供入闪蒸干燥器中的含水的含碳燃料的含水量；以及水煤气变换反应器，使从闪蒸干燥器中排出的蒸汽与合成气反应产生氢气和二氧化碳。

在本发明的实施方案中，含碳燃料可以选自低级煤、生物质和石油焦炭构成的组，并且其实例可以包括烟煤、次烟煤、褐煤、废木材、棕榈副产品、玉米秸秆、甘蔗等。

在本发明的实施方案中，供给到闪蒸干燥器中的含碳燃料的含水量可以为含碳燃料总重量的10-60重量％。

在本发明的实施方案中，供给到闪蒸干燥器中的含碳燃料可以具有2mm或更小的颗粒尺寸。

在本发明的实施方案中，供给到闪蒸干燥器中的蒸汽可以具有260-500℃的温度。