[发明专利]干燥和气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及干燥和随后气化含碳物质的方法，并特别涉及利用具有高 含水量的含碳物质的方法。

背景技术

近来，减少CO₂排放在全球范围内已变得日益重要，尤其是减少与目 前严重依赖燃煤电厂的世界电力供应的生产相关的CO₂排放。生物质是 可再生能源，由于可用于基底负载发电，所以可提供真正的煤替代物。然 而，生物质因两个原因无法对地区或全球能源市场起到重要作用。

1.生物质通常具有非常高的30～80％的含水量。这通常导致更大且更 贵的锅炉设备以及更低的热能-电能转换效率。

2.生物质分布在广袤的土地上，使其收集和向中心电厂的运输极其昂 贵。

但是，在昆士兰利用甘蔗渣以及在斯堪的纳维亚(Scandinavia)利用 废木材，广泛实施了低效率的开放式循环发电。由于从规模经济性考虑汽 轮机的尺寸不能缩小，所以这些开放式循环电厂的规模倾向于超过5 MW_e。在生物质可利用率较低的地区(世界上大多数地区)，5MW_e对于 利用开放式循环发电的可行的生物质电厂而言太大了。

在第二次世界大战期间，生物质气化炉普遍用于为四程发动机提供动 力。例如，利用木炭的炭发生器气体(合成气)系统和鼓风式下向通风气 化炉(air blown down draft gasifier)在汽油限量供应时期为许多车提供动 力。该方法具有一些优点，其原因是往复式内燃机的尺寸经济地缩小，并 且在农村地区有对这些发动机的维修支持。农村地区还易于具有更高的单 位面积生物质密度。令人遗憾的是，下通风炭气体系统不能接受各种生物 质，并且它们可接受的木材或炭必须小心地进行大小分级和干燥。

流化床气化炉接受各种生物质并具有宽的尺寸分布，但由于焦油遗留 物过多，所以传统上不能用于往复式内燃机。

一些生物质，例如粪肥在禽舍和饲料场相对浓缩。令人遗憾的是，这 些生物质在接近100℃的温度下放出氨气，并且在150至300℃的温度下放 出含硫化合物，如H₂S和COS。此外，来自禽舍的废弃物常常包括也可 用作生物质燃料源的死禽，但是这些死禽在加热至约300℃的温度时放出 氰化氢。

用100米宽的澳大利亚本地植物如糖桉树和小桉树带来防护澳大利亚 的绵羊和小麦产区的趋势已得到了一些农业合作社的鼓励。这种防护有利 于小麦田免于风干并且为绵羊提供了掩蔽所。这已得到鼓励，以通过得自 糖桉树的木材和得自小桉树的桉树油来使农民的收入多样化。类似的防护 农用土地的趋势在美国和斯堪的纳维亚都是明显的，前者着重考虑种植木 质柳枝稷(switch grass)，后者着重种植杂交杨柳树。

这些提案将增加农村地区的生物质的量，并使这些地区更耐干旱。令 人遗憾的是，由于与木材相比具有很高的含水量，所以得自这些活动的生 物质的质量倾向于较低。这是由于叶子以及用于回收桉树油和其它香精油 的煮沸浆的比例较高导致的结果。茶树油生物质具有类似的问题。

已经进行了一些努力来提高劣质煤发电的效率并减少其后续的CO₂排 放，使其与利用所谓优质煤的电厂相当。

劣质煤例如褐煤和次烟煤的困难在于它们的高含水量，这通常导致锅 炉装置更大且更昂贵，并且转换效率更低。

一种试图提高褐煤发电效率和减少CO₂排放的方法是IDGCC方法 (一体化干燥气化联合循环)。IDGGC使用鼓风式流化床气化炉将褐煤转 变成燃料气体。IDGCC工艺首先干燥褐煤除去表面含水量，然后再将其 送进气化炉。一体化的干燥思路通过使原煤与离开气化炉的热气体直接接 触而在压力下除去原煤的表面水分。然后，干煤直接进入气化炉，清洁冷 却的增湿气体，并将其送至气轮机联合循环装置。使用空气作为气化剂， 气体的热值非常低，但它对于气轮机中的燃烧而言是可接受的。通过将煤 干燥和气体冷却一体化，IDGCC工艺的成本显著降低，同时通过联合循 环获得了高效率和低CO₂排放。

在IDGCC工艺中，气化炉在超过950℃的温度下运行，并利用空气和 一些蒸汽作为气化剂。从顶部离开气化炉的热气体经过旋风器，旋风器将 携带的大多数粉尘送回气化炉。该气体随后在气轮机中燃烧。