用于联产合成气和高级煤的集成干燥-气化工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请要求2012年12月20日提交的韩国申请No. 2012-0149326的优先权，其全 文以引用的方式并入本文。
[0002] 本发明涉及用于由含水煤联产合成气和高级（优质）煤的气化工艺。更具体地， 本发明涉及一种气化工艺以及用于实现该气化工艺的集成干燥-气化系统；在该工艺中， 使用合成气的热量来干燥含水煤（进料）的干燥器设置在气化器之前，由此能够容易地通 过非机械阀型传输装置使经干燥的煤传输到气化器中，并且能够联合生产合成气和含有极 少量水的优质煤。
【背景技术】
[0003] 通常，气化工艺是在气化剂（例如，氧气、蒸汽、二氧化碳或其混合物）的供给下利 用气化反应将含碳进料（如煤、生物质等）转化为含有氢气和一氧化碳作为主要成分的合 成气的一系列过程。在这种情况下，术语"合成气"通常是指包含CO和凡的气体混合物。 这种气化工艺的典型的反应机制的示例由以下反应式1至3表示。
[0004][反应式1]
[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] 最近，气化工艺已经分化到不同的技术以用于生产多种化合物，而且其应用领域 也得以扩展以生产各种产品，包括电力。具体地，已知气化工艺可以应用于使用合成气中所 含的氢气和一氧化碳进行的发电、制氨、炼油等领域，所述合成气是气化工艺的主要产物； 它可以用于生产柴油、喷气燃料、润滑基础油、石脑油等，其采用合成气作为由以下反应式4 所示的费-托反应的进料；并且，它可以用于生产高附加值的化学物质，如乙酸、烯烃、二甲 醚、醛、燃料、添加剂等，其使用了由合成气制备得到的甲醇（按照以下反应式5所示）。关 于该气化工艺，在费-托反应工艺和甲醇合成工艺的情况下，优选的是一氧化碳与氢气的 比率为约1:2。
[0011] [反应式4]
[0012] nC0+2nH2-CnH2n+nH20
[0013][反应式5]
[0014] C0+2H2-CH3OH
[0015] 但是，在上述反应式2所示的由蒸汽重整反应获得合成气以及上述反应式3所示 的由二氧化碳重整反应获得合成气的情况下，一氧化碳与氢气的比率未达到1:2。因此，一 般通过使蒸汽重整反应、部分氧化反应和/或一氧化碳重整反应后所得反应产物进行水煤 气变换反应、或者通过向所述反应产物额外地供应氢气，从而可将一氧化碳与氢气的比率 调整为约1:2。
[0016][反应式6]
[0017] OHH2O-C02+H2
[0018]同时，由于煤这种气化工艺的典型原料大量分散在世界各地广大区域中，其能够 取代目前广泛使用的石油作为燃料来源，因此再次吸引了人们相当大的关注。此外，由于近 来备受关注的生物质也能够通过各种不同的处理工艺转化为各种燃料和平台化合物的基 本组分，所以已知有技术将生物质作为气化反应的原料。
[0019] 然而，上述气化工艺的原料含有大量的水。例如，按照煤的性质如热值、水分含量、 杂质等，将其分为高级煤和低级煤。在此，已知的是低级煤（褐煤等）的储量约占全世界煤 炭储量总额的45%。特别是，如果煤中水的含量高，其在可储存性、可加工性和运输等方面 变差，因此在气化反应之前除去煤中的水消耗了大量的能量。
[0020] 与此相关，美国专利No. 5, 695, 532和5, 685, 138公开了这样的技术，其通过在气 化反应器之前设置干燥器，并且将气化反应器中生成的高温合成气再循环至所述干燥器 中，从而利用合成气的热量干燥含水碳质原料。
[0021] 然而，为了在高压下向运行中的气化器提供经干燥的原料，要求经干燥的原料的 供应压力高于气化器的运行压力。通常，为了向气化器提供经合成气干燥的原料（干煤）， 使用了加压原料供给系统，该系统包括缓冲料箱和压力闭锁料斗。但是，这种加压原料供给 系统是有问题的，因为它是昂贵的和复杂的，而且必须仔细地调节其操作逻辑。特别是，当 干燥的煤被运送到采用压力闭锁料斗的气化器中时，干燥的煤首先被转移到缓冲料箱，然 后干燥的煤经压力闭锁料斗加压后与载气一起被供给至气化器中。这种情况下，对阀的操 作、压力闭锁料斗的加压和减压等必须进行精确调节。
[0022] 此外，合成气在高温下（1000到1500°C)从气化器中排出，而具有相对低温度（约 500°C)的合成气也可以用于干燥含水煤。出于这个原因，在现有技术中，为了提供合适的 用于干燥引入至干燥器的含水原料的热能，在气化器之后设置热交换器从而将原料的温度 降低至合成气的温度，然后回收或冷却原料至适合于后续处理（例如，水煤气变换反应）的 温度下。
[0023] 在这种情况下，通过干燥器干燥固体燃料；特别地，干燥的煤具有比含水煤更高的 品质。因此，如果能够制得这种优质固体燃料（即，干煤）从而使得它被用作气化反应的原 料，以及应用于其它用途，则整个工艺的附加值得以增加。然而，为了生产用于气化反应的 原料和优质的固体燃料（煤），使用上述包括缓冲料箱和压力闭锁料斗的增压系统不可避 免地增大了设备的尺寸，进而导致设备投资成本和运行成本增加。
【发明内容】
[0024] 于是，为解决上述问题而设计了本发明；本发明的目的是克服通过使合成气再循 环将气化反应生成的合成气的热能仅用于干燥设置在气化反应器前面的干燥器中的原料 时所存在的常规问题，从而提供更多的益处。
[0025] 为了达到上述目的，本发明第一个方面提供了一种联合生产合成气和优质煤的气 化方法，其包括如下步骤：a)将含水煤供给至干燥器中；b)在干燥器中干燥所述含水煤， 其中通过使所述含水煤与从气化步骤再循环至干燥器中的合成气接触以供应干燥所述含 水煤所需的热能；C)采用固-气分离将从干燥器中排出的干煤和合成气分离，然后回收分 离所得的合成气；d)回收分离所得的干煤的一部分，同时采用环封型传输装置将剩余的分 离所得的干煤以流体状态输送至气化器中，通过多个端口向所述环封型传输装置供应充入 气；e)对输送至气化器中的干煤进行气化以制备合成气；以及f)直接使从气化器中排出的 400-1500°C的合成气再循环，而不使所述合成气通过热交换器，其中，所述干燥器提供用于 生产从所述含水煤中分离和回收的干煤以及输送至气化步骤的干煤所必需的干燥能力。
[0026] 该气化方法还可以包括分离和回收焦油的步骤，所述焦油是在干燥所述含水煤的 步骤中产生的，或者包含在回收合成气的步骤c)的合成气中。
[0027]本发明第二方面提供了一种集成干燥-气化系统，其包括：气化器；干燥器，其设 置在所述气化器之前，通过使含水煤与自所述气化器再循环的合成气相接触进行干燥，然 后排出干煤和合成气；固-气分离器，用于分离从所述干燥器中排出的所述干煤和合成气； 回收单元，用于分离和回收从所述固-气分离器中分离的一部分干煤；以及环封型传输单 元，用于将剩余的未由所述回收单元回收的干煤输送至所述气化器，并且其包括多个充入 气入口，其中从所述气化器中排出的所述合成气不通过热交换器而直接再循环至所述干燥 器，并且所述干燥器提供用于生产从所述含水煤中分离和回收的干煤以及输送至气化步骤 的干煤所必需的干燥能力。
[0028]根据本发明一个实施方案，所分离和回收的干煤可以形成丸粒、团块或颗粒。
[0029]另外，根据本发明一个实施方案的气化方法中，与利用设置在气化器后的热交换 器先将从气化器中排出的700至1500°C的合成气冷却到300至500°C然后再回收至干燥器 的情况相比，能够将含水煤（含水量：20至50重量％ )的干燥能力提高3至4倍。
[0030] 如上所述，根据本