使用整合有水煤气变换催化剂的干燥器的气化工艺和气化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请要求于2012年12月11日递交的韩国专利申请N0.KR 2012-0143677的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。
[0002]本发明涉及使用整合有水煤气变换催化剂的干燥器的气化工艺及气化系统。更具体地，本发明涉及用于气化的工艺和系统，其中在使用含水的含碳原料的同时，在气化器之前设置整合有水煤气变换催化剂的干燥器以产生蒸汽，从而由干燥器产生的蒸汽能够用于增加氢气的产量，并且相比于原料，合成气的产量能够得到最大化。
【背景技术】
[0003]通常来说，气化工艺是在供应气化剂(例如，氧气、水蒸汽、二氧化碳或其混合物)的条件下，利用气化反应将含碳原料(例如，煤、生物质等)转化成合成气的一系列工艺，所述合成气包含氢气和一氧化碳作为主要成分。在这种情况中，术语“合成气”广义上是指人工制造的气体，而非天然产生的气体，而狭义上是指包含一氧化碳和氢气的气体混合物。这种气化工艺的典型的反应机理的例子由如下反应式I至3表示。
[0004][反应式I]
[0005]C+l/202— CO (部分氧化)
[0006][反应式2]
[0007]C+H20 — C0+H2 (蒸汽重整)
[0008][反应式3]
[0009]C+C02— 2C0 ( 二氧化碳重整)
[0010]近年来，气化工艺已经演化为多种技术以用于制备各种化合物，并且其应用领域已经得到扩展以制造各种产品，包括电能。具体来说，已知的是:使用包含在合成气(气化工艺的主要产物)中的氢气，气化工艺可以应用于发电、制备氨、提炼油等；使用合成气作为由以下反应式4表示的费托反应的原料，气化工艺可以用于制造柴油、航空发动机油(jet oil)、润滑油基油、石脑油等；以及，使用由合成气制备的甲醇，气化工艺可以用于产生高附加值的化学物质，例如乙酸、烯烃、二甲醚、乙醛、燃料、添加剂等，如以下反应式5所示。关于气化工艺，在费托工艺和甲醇合成工艺的情况中，优选的是一氧化碳与氢气的比例大约为1:2。
[0011][反应式4]
[0012]nC0+2nH2— C ηΗ2η+ηΗ20
[0013][反应式5]
[0014]C0+2H2—CH3OH
[0015]然而，在通过由上述反应式2所表示的蒸汽重整反应和由上述反应式3代表的二氧化碳重整反应获得的合成气的情况中，一氧化碳与氢气的比例达不到1:2。因此，通常来说，通过使在蒸汽重整反应、部分氧化反应和/或一氧化碳重整反应之后获得的反应产物进行水煤气变换反应、或通过向反应产物中额外供应氢气，可以将一氧化碳与氢气的比例调整为约1:2。
[0016][反应式6]
[0017]OHH2O — C02+H2
[0018]同时，由于煤(气化工艺中通常的原料)在全世界范围内大量且广泛地分布，因此其作为能够替代目前通常使用的石油的燃料来源，再次吸引了相当多的关注。进一步地，由于最近受到关注的生物质通过各种处理方法也能够被转化成为各种燃料和石油化合物的基础组分，因此将生物质应用到气化反应的原料中的技术是已知的。
[0019]然而，气化工艺中的上述原料包含大量的水。例如，根据煤的性质，例如热值、含水量、杂质等，煤被分为高级煤和低级煤。此处，已知低级煤(褐煤等)的储备量占全世界煤储备总量的大约45%。特别地，当煤中的含水量高时，煤的可储存性、可处理性、运输性等变得很差，所以在气化反应之前，消耗了大量的能源以从煤中除去水分。
[0020]关于此，美国专利N0.5，695，532和N0.5，685，138公开了使用合成气的热量来干燥含水的含碳原料的技术，该技术通过将干燥器设置在气化反应器之前，并且将从气化反应器中产生的高温合成气回收到所述干燥器中而实现。
[0021]然而，上述技术除了将高温合成气中的热能用于干燥含水的含碳原料之外，没有实现其他优点。因此，需要开发一种能够实现额外的优点的气化工艺。
【发明内容】
[0022]因此，设计了本发明以用于解决上述问题，并且本发明的目的在于，通过回收产物来克服仅利用气化反应所产生的产物的热能来干燥干燥器(设置在气化反应器之前)中的原料的常规问题，由此提供了额外的优点。
[0023]为了完成上述目的，本发明的第一方面提供了一种气化方法，包括以下步骤:a)向整合有水煤气变换反应催化剂的干燥器中供应含水的含碳原料山)使干燥器内的所述含水的含碳原料干燥，同时使用所述蒸汽作为反应物进行水煤气变换反应；c)对所述干燥的含碳原料和所述水煤气变换反应产物进行固气分离；d)在气化剂的存在下使所述干燥的含碳原料气化以获得气化产物；和e)将一部分的所述气化产物回收至步骤b)中的所述干燥器中，从而为干燥所述含水的含碳原料提供能源。
[0024]本发明的第二方面提供了一种气化系统，包括:气化器，其包括气化剂入口和干燥含碳原料的入口 ；干燥器，其整合有水煤气变换反应催化剂并且排出含碳原料和水煤气变换反应产物，所述含碳原料通过回收自所述气化器的一部分气化产物而得到干燥；和固-气分离器，其对从所述干燥器中排出的干燥的含碳原料和水煤气变换反应产物进行分离，并且其与所述气化器的所述干燥含碳原料的入口连接。
【附图说明】
[0025]通过以下的详细描述并结合附图，能更清楚地理解本发明的上述目的和其它目的、特征和优点，其中:
[0026]图1示出根据本发明的一个实施方案的示例性构造的图示，其中承载(施加)于整体结构上的水煤气变换催化剂被设置在干燥器的WGS反应区内；
[0027]图2示出根据本发明的另一个实施方案的示例性构造的图示，其中圆筒状干燥器的WGS反应区的内壁涂覆有水煤气变换催化剂；
[0028]图3示出根据本发明的另一个实施方案的示例性构造的图示，其中设置在干燥器的WGS反应区中的多个管的各自内壁上涂覆有水煤气变换催化剂；
[0029]图4示出根据本发明的一个实施方案的气化工艺的示意图，其中整合有水煤气变换反应催化剂层的干燥器设置在气化器之前；
[0030]图5a至图5d分别示出根据本发明实施方案的二氧化碳重整反应和热裂解反应的温度，气化产物组分的变化的图表；
[0031]图6示出根据本发明实施方案的二氧化碳重整反应和热裂解反应的温度，碳的转化比的变化的图表；
[0032]图7示意性地示出了根据本发明的另一个实施方案的气化工艺，其中整合有水煤气变换反应催化剂层的干燥器被置于气化器之前，并且二氧化碳被供应到气化器中的稀释的氧气区(还原区)以及燃烧区(氧化区)中。
[0033][附图标记]
[0034]10、20、30:干燥器的WGS反应区
[0035]11、21:圆筒状内壁
[0036]12、22、33:WGS 催化剂
[0037]12a:低温范围WGS催化剂
[0038]12b:高温范围WGS催化剂
[0039]13 =WGS催化剂之间的间隔
[0040]30:外壳
[0041]31:外壳的内部空间
[0042]32:管
[0043]100:干燥器
[0044]101:干燥器的下部
[0045]102:干燥器的上部
[0046]200:分离器
[0047]300:气化器
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