用于聯(lián)產(chǎn)合成氣和高級(jí)煤的集成干燥-氣化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)要求2012年12月20日提交的韓國(guó)申請(qǐng)No. 2012-0149326的優(yōu)先權(quán)，其全 文以引用的方式并入本文。
[0002] 本發(fā)明涉及用于由含水煤聯(lián)產(chǎn)合成氣和高級(jí)（優(yōu)質(zhì)）煤的氣化工藝。更具體地， 本發(fā)明涉及一種氣化工藝以及用于實(shí)現(xiàn)該氣化工藝的集成干燥-氣化系統(tǒng)；在該工藝中， 使用合成氣的熱量來(lái)干燥含水煤（進(jìn)料）的干燥器設(shè)置在氣化器之前，由此能夠容易地通 過(guò)非機(jī)械閥型傳輸裝置使經(jīng)干燥的煤傳輸?shù)綒饣髦?，并且能夠?lián)合生產(chǎn)合成氣和含有極 少量水的優(yōu)質(zhì)煤。
【背景技術(shù)】
[0003] 通常，氣化工藝是在氣化劑（例如，氧氣、蒸汽、二氧化碳或其混合物）的供給下利 用氣化反應(yīng)將含碳進(jìn)料（如煤、生物質(zhì)等）轉(zhuǎn)化為含有氫氣和一氧化碳作為主要成分的合 成氣的一系列過(guò)程。在這種情況下，術(shù)語(yǔ)"合成氣"通常是指包含CO和凡的氣體混合物。 這種氣化工藝的典型的反應(yīng)機(jī)制的示例由以下反應(yīng)式1至3表示。
[0004][反應(yīng)式1]
[0005] C+l/202-CO(部分氧化）
[0006][反應(yīng)式2]
[0007] C+H20-C0+H2(蒸汽重整）
[0008][反應(yīng)式3]
[0009] C+C02- 2C0(二氧化碳重整）
[0010] 最近，氣化工藝已經(jīng)分化到不同的技術(shù)以用于生產(chǎn)多種化合物，而且其應(yīng)用領(lǐng)域 也得以擴(kuò)展以生產(chǎn)各種產(chǎn)品，包括電力。具體地，已知?dú)饣に嚳梢詰?yīng)用于使用合成氣中所 含的氫氣和一氧化碳進(jìn)行的發(fā)電、制氨、煉油等領(lǐng)域，所述合成氣是氣化工藝的主要產(chǎn)物； 它可以用于生產(chǎn)柴油、噴氣燃料、潤(rùn)滑基礎(chǔ)油、石腦油等，其采用合成氣作為由以下反應(yīng)式4 所示的費(fèi)-托反應(yīng)的進(jìn)料；并且，它可以用于生產(chǎn)高附加值的化學(xué)物質(zhì)，如乙酸、烯烴、二甲 醚、醛、燃料、添加劑等，其使用了由合成氣制備得到的甲醇（按照以下反應(yīng)式5所示）。關(guān) 于該氣化工藝，在費(fèi)-托反應(yīng)工藝和甲醇合成工藝的情況下，優(yōu)選的是一氧化碳與氫氣的 比率為約1:2。
[0011] [反應(yīng)式4]
[0012] nC0+2nH2-CnH2n+nH20
[0013][反應(yīng)式5]
[0014] C0+2H2-CH3OH
[0015] 但是，在上述反應(yīng)式2所示的由蒸汽重整反應(yīng)獲得合成氣以及上述反應(yīng)式3所示 的由二氧化碳重整反應(yīng)獲得合成氣的情況下，一氧化碳與氫氣的比率未達(dá)到1:2。因此，一 般通過(guò)使蒸汽重整反應(yīng)、部分氧化反應(yīng)和/或一氧化碳重整反應(yīng)后所得反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行水煤 氣變換反應(yīng)、或者通過(guò)向所述反應(yīng)產(chǎn)物額外地供應(yīng)氫氣，從而可將一氧化碳與氫氣的比率 調(diào)整為約1:2。
[0016][反應(yīng)式6]
[0017] OHH2O-C02+H2
[0018]同時(shí)，由于煤這種氣化工藝的典型原料大量分散在世界各地廣大區(qū)域中，其能夠 取代目前廣泛使用的石油作為燃料來(lái)源，因此再次吸引了人們相當(dāng)大的關(guān)注。此外，由于近 來(lái)備受關(guān)注的生物質(zhì)也能夠通過(guò)各種不同的處理工藝轉(zhuǎn)化為各種燃料和平臺(tái)化合物的基 本組分，所以已知有技術(shù)將生物質(zhì)作為氣化反應(yīng)的原料。
[0019] 然而，上述氣化工藝的原料含有大量的水。例如，按照煤的性質(zhì)如熱值、水分含量、 雜質(zhì)等，將其分為高級(jí)煤和低級(jí)煤。在此，已知的是低級(jí)煤（褐煤等）的儲(chǔ)量約占全世界煤 炭?jī)?chǔ)量總額的45%。特別是，如果煤中水的含量高，其在可儲(chǔ)存性、可加工性和運(yùn)輸?shù)确矫?變差，因此在氣化反應(yīng)之前除去煤中的水消耗了大量的能量。
[0020] 與此相關(guān)，美國(guó)專利No. 5, 695, 532和5, 685, 138公開了這樣的技術(shù)，其通過(guò)在氣 化反應(yīng)器之前設(shè)置干燥器，并且將氣化反應(yīng)器中生成的高溫合成氣再循環(huán)至所述干燥器 中，從而利用合成氣的熱量干燥含水碳質(zhì)原料。
[0021] 然而，為了在高壓下向運(yùn)行中的氣化器提供經(jīng)干燥的原料，要求經(jīng)干燥的原料的 供應(yīng)壓力高于氣化器的運(yùn)行壓力。通常，為了向氣化器提供經(jīng)合成氣干燥的原料（干煤）， 使用了加壓原料供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括緩沖料箱和壓力閉鎖料斗。但是，這種加壓原料供給 系統(tǒng)是有問(wèn)題的，因?yàn)樗前嘿F的和復(fù)雜的，而且必須仔細(xì)地調(diào)節(jié)其操作邏輯。特別是，當(dāng) 干燥的煤被運(yùn)送到采用壓力閉鎖料斗的氣化器中時(shí)，干燥的煤首先被轉(zhuǎn)移到緩沖料箱，然 后干燥的煤經(jīng)壓力閉鎖料斗加壓后與載氣一起被供給至氣化器中。這種情況下，對(duì)閥的操 作、壓力閉鎖料斗的加壓和減壓等必須進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
[0022] 此外，合成氣在高溫下（1000到1500°C)從氣化器中排出，而具有相對(duì)低溫度（約 500°C)的合成氣也可以用于干燥含水煤。出于這個(gè)原因，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了提供合適的 用于干燥引入至干燥器的含水原料的熱能，在氣化器之后設(shè)置熱交換器從而將原料的溫度 降低至合成氣的溫度，然后回收或冷卻原料至適合于后續(xù)處理（例如，水煤氣變換反應(yīng)）的 溫度下。
[0023] 在這種情況下，通過(guò)干燥器干燥固體燃料；特別地，干燥的煤具有比含水煤更高的 品質(zhì)。因此，如果能夠制得這種優(yōu)質(zhì)固體燃料（即，干煤）從而使得它被用作氣化反應(yīng)的原 料，以及應(yīng)用于其它用途，則整個(gè)工藝的附加值得以增加。然而，為了生產(chǎn)用于氣化反應(yīng)的 原料和優(yōu)質(zhì)的固體燃料（煤），使用上述包括緩沖料箱和壓力閉鎖料斗的增壓系統(tǒng)不可避 免地增大了設(shè)備的尺寸，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備投資成本和運(yùn)行成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 于是，為解決上述問(wèn)題而設(shè)計(jì)了本發(fā)明；本發(fā)明的目的是克服通過(guò)使合成氣再循 環(huán)將氣化反應(yīng)生成的合成氣的熱能僅用于干燥設(shè)置在氣化反應(yīng)器前面的干燥器中的原料 時(shí)所存在的常規(guī)問(wèn)題，從而提供更多的益處。
[0025] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一個(gè)方面提供了一種聯(lián)合生產(chǎn)合成氣和優(yōu)質(zhì)煤的氣 化方法，其包括如下步驟：a)將含水煤供給至干燥器中；b)在干燥器中干燥所述含水煤， 其中通過(guò)使所述含水煤與從氣化步驟再循環(huán)至干燥器中的合成氣接觸以供應(yīng)干燥所述含 水煤所需的熱能；C)采用固-氣分離將從干燥器中排出的干煤和合成氣分離，然后回收分 離所得的合成氣；d)回收分離所得的干煤的一部分，同時(shí)采用環(huán)封型傳輸裝置將剩余的分 離所得的干煤以流體狀態(tài)輸送至氣化器中，通過(guò)多個(gè)端口向所述環(huán)封型傳輸裝置供應(yīng)充入 氣；e)對(duì)輸送至氣化器中的干煤進(jìn)行氣化以制備合成氣；以及f)直接使從氣化器中排出的 400-1500°C的合成氣再循環(huán)，而不使所述合成氣通過(guò)熱交換器，其中，所述干燥器提供用于 生產(chǎn)從所述含水煤中分離和回收的干煤以及輸送至氣化步驟的干煤所必需的干燥能力。
[0026] 該氣化方法還可以包括分離和回收焦油的步驟，所述焦油是在干燥所述含水煤的 步驟中產(chǎn)生的，或者包含在回收合成氣的步驟c)的合成氣中。
[0027]本發(fā)明第二方面提供了一種集成干燥-氣化系統(tǒng)，其包括：氣化器；干燥器，其設(shè) 置在所述氣化器之前，通過(guò)使含水煤與自所述氣化器再循環(huán)的合成氣相接觸進(jìn)行干燥，然 后排出干煤和合成氣；固-氣分離器，用于分離從所述干燥器中排出的所述干煤和合成氣； 回收單元，用于分離和回收從所述固-氣分離器中分離的一部分干煤；以及環(huán)封型傳輸單 元，用于將剩余的未由所述回收單元回收的干煤輸送至所述氣化器，并且其包括多個(gè)充入 氣入口，其中從所述氣化器中排出的所述合成氣不通過(guò)熱交換器而直接再循環(huán)至所述干燥 器，并且所述干燥器提供用于生產(chǎn)從所述含水煤中分離和回收的干煤以及輸送至氣化步驟 的干煤所必需的干燥能力。
[0028]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，所分離和回收的干煤可以形成丸粒、團(tuán)塊或顆粒。
[0029]另外，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的氣化方法中，與利用設(shè)置在氣化器后的熱交換 器先將從氣化器中排出的700至1500°C的合成氣冷卻到300至500°C然后再回收至干燥器 的情況相比，能夠?qū)⒑海ê浚?0至50重量％ )的干燥能力提高3至4倍。
[0030] 如上所述，根據(jù)本