用于碳燃料的包括氣流輸送干燥器的氣化組合設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請要求2012年12月26日提交的韓國申請N0.2012-0153791的優(yōu)先權(quán)。
[0002]本發(fā)明涉及一種用于含碳燃料的、包括閃蒸干燥器的集成氣化裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]為了產(chǎn)生電能、化學(xué)材料和合成燃料，或者為了實(shí)現(xiàn)其多種應(yīng)用，化石燃料(如煤)可被氣化。氣化是指通過烴類燃料和氧氣在非常高的溫度下的不完全燃燒生產(chǎn)合成氣，所述合成氣由一氧化碳和氫氣構(gòu)成，因此產(chǎn)生的氣體具有比原材料更高的效能，并且可以以造成較少環(huán)境污染的材料的形式排放。
[0004]通常在氣化之前對含碳燃料進(jìn)行干燥。這是因?yàn)榫哂械秃康娜剂峡梢愿菀椎厝紵⑶铱梢愿行У貧饣?。然而，在使用高含水量的燃?例如劣質(zhì)煤和生物質(zhì))的情況下是有問題的，因?yàn)槠涿撍璧某杀靖?，并且由于水的存在其難以進(jìn)行氣化。例如，生物質(zhì)(如玉米秸桿)具有如此高的含水量以至于其不能用于燃料氣化。當(dāng)使用具有高含水量的含碳燃料時(shí)，燃料中的水可能降低流動(dòng)性，還可能在燃料的處理和運(yùn)輸過程中頻繁導(dǎo)致堵塞，并且從燃料中除去水需要高的成本和能量。
[0005]為了降低燃料的含水量從而提高氣化效率，需要將大量的熱傳遞至干燥對象，因此應(yīng)當(dāng)制造具有適用于此目的的形狀和尺寸的干燥器。目前，在典型的常壓干燥器中，通過熱供應(yīng)和保留時(shí)間降低高含水量燃料的含水量具有限制性，其不期望地降低了氣化裝置的效率。
[0006]在氣化工藝過程中通過熱回收所產(chǎn)生的蒸汽被間接地用作干燥器的熱源的情況下，還額外地需要用于熱交換器的成本。另外，在含碳燃料處理之后，從干燥器中排出的氣體可能在僅通過徹底的熱回收和純化設(shè)施之后就被排放到大氣中，因此還額外地需要用于其的設(shè)施成本。
[0007]通過氣化工藝生產(chǎn)的合成氣經(jīng)過純化工藝和重整工藝從而制備化學(xué)制品或合成燃料。純化工藝能夠從合成氣中除去細(xì)粉、硫、汞、二氧化碳等物質(zhì)，重整工藝使合成氣的組成得以調(diào)整。由此，認(rèn)為合成氣中h2/co的比值對生產(chǎn)化學(xué)制品而言是重要的，并且取決于最終產(chǎn)品，其所需的值也不同。例如，在費(fèi)-托(F-T)工藝中，H2/C0的比值應(yīng)設(shè)置為2:1。
[0008]通常，調(diào)節(jié)H2/C0的比值的示例性工藝是水煤氣變換工藝，其在高壓(例如12-30巴)條件下使用催化劑通過下述方案I進(jìn)行反應(yīng)。
[0009][方案I]
[0010]OHH2O — H2+C02
[0011]水煤氣變換工藝可以根據(jù)催化劑的使用條件進(jìn)行分類，其大致分為含硫變換過程(約270-510°C )和低硫變換過程(約177-316°c )，這取決于是否在使用前從合成氣中除去雜質(zhì)，或是否從合成氣中除去雜質(zhì)后再使用，所述雜質(zhì)例如為H2S。就降低CO的平衡濃度和相對于H2O的濃度增加成比例地提高反應(yīng)速率而言，獨(dú)立的工藝是有利的。因此，在合成氣中H2O的濃度不夠的情況下，可以在該工藝中加入蒸汽，以便增加CO的轉(zhuǎn)化。然而，高壓蒸氣的供給增加了該工藝的成本。
[0012]在氣化工藝中，水煤氣變換反應(yīng)中可能需要額外的高壓蒸汽，從而提高H2/C0的比值。然而，生產(chǎn)這種高壓蒸汽，需要額外的水資源和水凈化/熱交換設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]技術(shù)問題
[0014]因此，考慮到相關(guān)技術(shù)中遇到的問題做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明一個(gè)方面提供了一種用于含碳燃料的集成氣化裝置，其中，將在含碳燃料的氣化過程中產(chǎn)生的高壓蒸汽直接用于干燥含碳燃料，并且將由上述干燥工藝得到的蒸汽直接用于水煤氣變換工藝。
[0015]技術(shù)方案
[0016]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，用于含碳燃料的集成氣化裝置可以包括氣化器，以使含碳燃料和氣化劑反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣，其中所述氣化器包括熱交換器；閃蒸干燥器，其使用熱交換器中產(chǎn)生的高壓蒸汽降低供入閃蒸干燥器中的含水的含碳燃料的含水量；以及水煤氣變換反應(yīng)器，使從閃蒸干燥器中排出的蒸汽與合成氣反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。
[0017]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，含碳燃料可以選自低級煤、生物質(zhì)和石油焦炭構(gòu)成的組，并且其實(shí)例可以包括煙煤、次煙煤、褐煤、廢木材、棕櫚副產(chǎn)品、玉米秸桿、甘蔗等。
[0018]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，供給到閃蒸干燥器中的含碳燃料的含水量可以為含碳燃料總重量的10-60重量％。
[0019]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，供給到閃蒸干燥器中的含碳燃料可以具有2_或更小的顆粒尺寸。
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，供給到閃蒸干燥器中的蒸汽可以具有260-500 V的溫度。
[0021]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，供給到閃蒸干燥器中的蒸汽可以具有12-44巴的壓力。
[0022]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，從閃蒸干燥器中排出的含碳燃料的含水量可以為含碳燃料總重量的1-10重量％。
[0023]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，從閃蒸干燥器中排出的蒸汽可以具有198_350°C的溫度。
[0024]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以將含碳燃料和蒸汽供給至閃蒸干燥器的底部，然后從閃蒸干燥器的頂部排出。
[0025]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以將含碳燃料和蒸汽供給至閃蒸干燥器的頂部，然后從閃蒸干燥器的底部排出。
[0026]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，該裝置還可以包括凈化器，其用于從閃蒸干燥器所排出的蒸汽中分離出細(xì)顆粒。
[0027]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，閃蒸干燥器可以包括高壓供料器，用于供給含碳燃料；干燥管，用于供給蒸汽；旋風(fēng)分離器，用于分離蒸汽和含碳燃料；過濾器，用于從由旋風(fēng)分離器分離所得的蒸汽中分離出細(xì)顆粒；以及儲(chǔ)存罐，用于存儲(chǔ)含碳燃料。
[0028]通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，能更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0029]在對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述之前，必須指出的是，在本說明書和權(quán)利要求書中所用的術(shù)語和用詞不應(yīng)被解釋為受限于通常的含義或字典的定義，而應(yīng)在這樣的原則的基礎(chǔ)上解釋為具有與本發(fā)明技術(shù)范圍相關(guān)的含義和概念，根據(jù)所述原則發(fā)明者能夠適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語所暗示的概念，從而最好地描述他或她所知道的用于實(shí)施本發(fā)明的方法。
[0030]有益效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將氣化工藝過程中產(chǎn)生的高壓蒸汽直接用于干燥具有高含水量的含碳燃料(如低質(zhì)煤)，并且將上述干燥工藝所產(chǎn)生的蒸汽直接用于水煤氣變換工藝，從而降低了投資成本，提高了氣化效率，而且由于利用了含碳燃料所含的水分因此節(jié)省了整個(gè)工藝所使用的水源。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，使用了由氣化工藝產(chǎn)生的高壓蒸汽，無需使用傳統(tǒng)的合成氣或燃?xì)猓粫?huì)發(fā)生由此引入焦油或細(xì)顆粒的情況，因此防止了煤的污染并使得易于回收細(xì)煤顆粒。此外，由于使用了高壓蒸汽，可以抑制管道腐蝕，并且更容易控制含氧量。
[0033]此外，根據(jù)本發(fā)明，與使用常規(guī)的常壓干燥器相比，使用閃蒸干燥器能夠產(chǎn)生額外的高壓蒸汽，使得這樣的蒸汽可以用于水煤氣變換工藝。
【附圖說明】
[0034]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于含碳燃料的集成氣化裝置的方框圖；
[0035]圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的用于含碳燃料的集成氣化裝置的方框圖；以及
[0036]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的閃蒸干燥器的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]通過以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述，能更清楚地理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。在全部附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于表示相同或類似的組件。
[0038]在以下描述中，需要注意的是，當(dāng)與本發(fā)明相關(guān)的公知技術(shù)可能使本發(fā)明的主旨不清楚時(shí)，其詳細(xì)描述將被省略。
[0039]另外，在以下描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等用于區(qū)分某個(gè)部件與其它部件，但這些部件的結(jié)構(gòu)不應(yīng)當(dāng)理解為受到該術(shù)語的限制。
[0040]下文中，將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以使用閃蒸干燥器，其能夠直接使用氣化工藝中通過熱回收所產(chǎn)生的高壓蒸汽從而來干燥含碳燃料，并且能夠?qū)崿F(xiàn)干燥對象的短的保留時(shí)間。由此，采用高溫高壓蒸汽可以使含碳燃料的含水量降低至1-10%。因此，可以減小氣化器的尺寸，并且可以降低耗氧量，最終提高氣化工藝的總效率。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，閃蒸干燥器中所使用的蒸汽被用于水煤氣變換工藝，從而增加了整個(gè)工藝的熱效率。此外，由于利用了含碳燃料中所含的水分，可以減少整個(gè)工藝所使用的水資源。
[0043]特別是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將氣化器中使用的高含水量的含碳燃料研磨至2_或更小的尺寸。所輸送的含碳燃料經(jīng)加壓、貯存，然后使用高壓供料器供應(yīng)至閃蒸干燥器。對于作為閃蒸干燥器中的干燥介質(zhì)的蒸汽，可以直接使用高壓蒸汽，所述高壓蒸汽是在使用合成氣冷卻器、HRSG(廢熱回收蒸汽發(fā)生器)等的氣化工藝所產(chǎn)生的熱的回收過程中形成的。將高溫高壓的蒸汽供給至閃蒸干燥器中，使熱量迅速地從干燥介質(zhì)傳遞至干燥對象，從而在數(shù)秒的保留時(shí)間內(nèi)使所供給的含水量為約10-60%的含碳燃料中的水蒸發(fā)，得到含水量為約1-10%的含碳燃料。
[0044]采用分離器(例如旋風(fēng)分離器)從蒸汽中分離出干燥的含碳燃料。將分離的干燥的含碳燃料供給至氣化器，使其與氣化劑(如氧氣、水蒸汽、二氧化碳等)反應(yīng)，由此合成合成氣。氣化器中制得的合成氣具有800-1000°C的高溫，可在1-50個(gè)大氣壓下排放，而且，氣化器中排出的合成氣的溫度和壓力的范圍可能因氣化器的種類和體積而有所不同。本發(fā)明所用氣化器可以包括任意氣化器，其包括夾帶流氣化器、高速流化床氣化器等。
[0045]所產(chǎn)生的合成氣通過熱交換器，然后通過凈化器，之后經(jīng)歷水煤氣變換工藝。為了按照預(yù)期有效地改變氣體的組成，可以引入額外的蒸汽。該蒸汽為經(jīng)過除塵器所獲得的蒸汽，所述除塵器位于閃蒸干燥器之后。使經(jīng)過水煤氣變換工藝后具有預(yù)期組成的合成氣經(jīng)過脫硫、0)2脫除等處理，隨后進(jìn)行用于制備化學(xué)制品的反應(yīng)(例如，F(xiàn)-T工藝、甲醇合成)，從而制備化學(xué)制品。<