048]301:氧化区
[0049]302:气化区
【具体实施方式】
[0050]以下将参照附图对本发明优选的实施方案进行详细描述。
[0051]当结合附图进行以下详细描述时，本发明的上述和其它目的以及新的特征将更加全面地体现。然而，应当清楚地理解附图仅用于示例的目的，而不旨在限制本发明。
[0052]含碳原料
[0053]根据本发明的一个实施方案，应当理解的是所述“含碳原料”广义上包括能够用于制备合成气的固体、液体和气态的含碳物质。含碳物质的实例可包括但不限于，生物质(植物物质，例如草本植物物质、木本植物物质等、和动物物质)、煤(无烟煤、烟煤(沥青煤、褐煤、泥煤等)、等级活性炭等)、有机废物、页岩油、焦炭、焦油等。这些含碳物质可单独使用或组合使用。含碳原料中的碳含量可以为20wt%以上，特别是3(^1:%至80wt%，并且更特别是 4(^1:%至 70wt%。
[0054]优选地，当使用含水的含碳原料或者含碳原料浆液时，将适合实现本发明的优点。更优选地，可以使用含水的煤。在这种情况中，含水的煤中的含水量可以是20被％至70wt%，特别是2(^1:%至50wt%，并且更特别是2(^1:%至40wt%。当以楽液的形式使用含碳原料时，楽液中固体的含量可以是3(^1:%至80wt%。
[0055]此外，所述含碳原料(特别是煤)可以被粉碎成颗粒大小为50 μ m至6000 μ m，特别是50 μπι至1000 μm，并且更特别是100 μπι至500 μm，然后可以被引入到干燥器中。
[0056]干燥器
[0057]根据本发明的一个实施方案，结合整合有水煤气变换水煤气变换(WGS)催化剂(WGS催化剂层或WGS催化剂筛)的干燥器(干燥区)布置在气化器之前。对所述干燥器的形成形式没有特别限制，只要所述干燥器能够结合整合WGS催化剂即可。如果需要，为了使所述干燥器结合WGS催化剂，可以改变具体类型的干燥器的内部设计。与此相关，干燥器的实例可包括气流干燥器或闪蒸干燥器、流化床干燥器、旋转干燥器、旋转列管式干燥器等。然而，为了有效地去除水，有利的是使用气动干燥器或闪蒸干燥器作为干燥器，由于水易于扩散，因此其能够快速地干燥煤。
[0058]在该实施方案中，将干燥器和WGS催化剂整合在一起的原因在于:能够降低设备的投资成本，因为这样可以省略常规的设置在气化器之后的WGS工艺，该工艺的目的是调节合成气中的H2/C0摩尔比，或者可以减小工艺体积；包含在原料中的水可用于WGS反应，而不需要额外供应蒸汽；以及当向一个或多个气化区(稀释的氧气区)以及燃烧区供应二氧化碳(CO2)(作为用于后续气化反应中的气化剂)时，能够使C-CO2反应最大化，并且因此可以减少原料的使用。
[0059]同时，根据本发明的一个实施方案，有利的是将所述WGS催化剂设计为其与回收至干燥器的气化产物接触(即，其与气化产物进行热交换)以产生蒸汽，并且该蒸汽最大程度地用作水煤气变换反应的反应物。例如，在干燥器的下部设置有回收的气化产物入口和含水的含碳原料入口的情况中，当WGS催化剂设置在与干燥器的下部相对的部分，即设置在干燥器的上部时，能够有效地转化大量的通过干燥原料而产生的蒸汽。相反地，在干燥器的上部设置有回收的气化产物入口和含水的含碳原料入口的情况中，WGS催化剂可以设置在干燥器的下部。
[0060]此外，在该实施方案中，WGS催化剂可以以各种形状和各种方法而整合地设置在干燥器中。
[0061]图1a和Ib分别示出了示例性的构造，其中WGS催化剂设置在干燥器的WGS反应区内。
[0062]如图1a所示，WGS反应区10是圆筒状的，涂覆或承载有WGS催化剂的整体结构12插入(放入)到由WGS反应区10的内壁11所限定的空间内。
[0063]在本说明书中，所述“整体结构”是指一种模制体，包括多个用于使气体和固体颗粒(原料颗粒)通过的直线或弯曲的内部通道。
[0064]具体来说，由于多个内部通道从整体结构的入口端延伸到其出口端，所以有利的是，将这些内部通道设计为使催化剂与蒸汽和气化产物(CO)的接触面积尽可能的大。特别地，在该实施方案中，所述整体结构的内部通道必须具有合适的尺寸和形状，从而使干燥的原料颗粒(特别是煤颗粒)和气态的气化产物通过。所述整体结构可由氧化铈、氧化锆、氧化钛、二氧化硅等制成，并且可以通过将成批的混合物挤压成为整块的模制体，然后干燥并煅烧所述整块的模制体而形成。
[0065]例如，当使用颗粒尺寸为300 μ m至500 μ m的含碳原料(特别是煤)时，整体结构的内部通道在流向方向上的尺寸(直径)为0.5cm以上，特别是0.5cm至5cm。在这种情况中，优选的是，将由气化器排出并且回收至干燥器中的气化产物加压至足够的压力以使干燥的原料颗粒上升。
[0066]同时，将WGS催化剂施加到或承载于所述整体结构的内部通道的表面上。该涂覆或承载方法是本领域众所周知的。涂覆或承载方法的例子可包括浸涂法、浸渍法、喷涂法、蒸发法、旋涂法、溅射法等。
[0067]WGS催化剂分为适用于高温范围(350?450°C )的WGS催化剂和适用于低温范围(190?250°C )的WGS催化剂。此处，可以使用Fe203/Cr203基催化剂作为在高温范围的WGS催化剂，可以使用CuO/ZnO基催化剂作为在低温范围的WGS催化剂。此外，可以使用各种本领域众所周知的WGS催化剂。例如，可以使用负载有稀土氧化物(例如，Re)的铂族金属催化剂(Pt、Pd、Rh、Ru、Ir等)，或者可以使用将上述适用于高温范围和低温范围的WGS催化剂与稀土元素或铂族金属一起浸渍而获得的复合催化剂(具有改善的耐硫性)。
[0068]此外，如图1b所示，施加到或承载于所述整体结构上的WGS催化剂可以分为两个WGS催化剂区。具体来说，配置所述WGS催化剂使得在气流方向上连续设置有高温范围WGS催化剂区和低温范围WGS催化剂区。在图1b所示的实施方案中，低温范围WGS催化剂12a设置在WGS反应区10的上部，高温范围WGS催化剂12b设置在其下部。在这种情况中，在低温范围WGS催化剂12a和高温范围WGS催化剂12b之间可以形成空间13，或者低温范围WGS催化剂12a的底面和高温范围WGS催化剂12b的上表面可以彼此接触，只要能够保持内部通道的连续性即可。
[0069]图2示出了根据本发明的另一个实施方案的示例性构造，其中圆筒状干燥器的WGS反应区的内壁涂覆有水煤气变换(WGS)催化剂。
[0070]如图2所示，WGS反应区20的内壁21涂覆有WGS催化剂22。在这种情况中，WGS催化剂的厚度可为0.0lmm至2mm，特别是0.02mm至2mm。将该实施方案与上述的实施方案进行比较，由于WGS催化剂的面积相对较小，因此WGS反应效率低，然而，其能够显著地克服由于使用整体结构而导致的压降、以及固体干燥煤颗粒的流动性劣化等问题。此外，WGS反应区20的内壁21还可以分别独立地涂覆有上述的高温范围WGS催化剂和低温范围WGS催化剂。
[0071]图3示出了根据本发明的另一个实施方案的示例性构造，其中设置在干燥器的WGS反应区中的多个管的各自的内壁上涂覆有水煤气变换(WGS)催化剂。
[0072]如图3所示，配置干燥器的WGS反应区30使得在在外壳30的内部空间31内排布有多个彼此平行的管32。进一步地，每个管32的内壁涂覆有WGC催化剂33。此处，每个管32的直径可以为0.5cm至5cm，并且可以由