[发明专利]用于在间接加热的气化过程中制备焦炭的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在间接加热的气化过程中制备焦炭的方法，其中向气化反应器供应煤颗粒，并将气化过程中供应的工艺气体(process gas)在气化反应器中还原为合成气，由此将合成气移出气化反应器。本发明还涉及实施所述方法的装置。

背景技术

煤是一种基础物质，其不仅是我们最重要的能源，还是许多类型工艺中的重要化学物质。煤的强还原电位被用于例如用煤还原铁矿石的冶金工艺中。此外，从钢铁工业回收氧化性残余物料是煤利用的一个例子。这些工艺目前主要基于经预处理以获得对于例如焦炭炉中的工艺过程的强度和性质合适的化石煤。如果可引入再生煤(基于生物质)，应能够减少来自这些类型的工艺的二氧化碳排放。本专利描述一种用于在生物质的间接加热气化过程中通过对煤进行碳化来制备用作例如还原剂的煤/焦炭的方法。

气化是一种从固体燃料产生气态燃料的方法。该技术被用于煤、残余煤产物、石油残余物、废物和生物质。该反应是基于以下事实，即氧化性气体(例如CO₂和H₂O)被加热，并与煤([C]还原剂)反应，其间形成一氧化碳(CO)和氢气(H₂)，其中热量被用来驱动吸热的反应。一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的气体混合物通常被称为合成气。

常规的气化方法是在供应过热蒸汽下以远远低于化学计量的方式燃烧煤。燃烧向装置供应热量和燃烧废气(CO₂和H₂O)。没有燃烧但过热的煤与废气和供应的蒸汽反应。煤(C)将二氧化碳(CO₂)还原为一氧化碳(CO)，并将水蒸气(H₂O)还原为氢气(H₂)。所用的热量降低温度，并且反应性下降。煤的反应性很大程度依赖于温度，同时反应的平衡性也依赖于温度。虽然存在基于空气的燃烧，但是基于氧气的燃烧仍是目前与气化相关的用于燃烧的主要方法。

煤、残余煤产物、石油残余物、废物和生物质气化的问题在于它们不是均质材料，而是在反应过程中释放出的不同重量的组分(焦油)和复杂的组分(芳族物)。这些组分不能可靠地反应，而必须在可使用合成气，或进一步将合成气精炼为液体烃或其它燃料之前进行后续分离。

在气化反应之前，可通过将煤、残余煤产物、石油残余物、废物和生物质热解而分离这些具有不同重量的组分(焦油)和复杂组分(芳族物)。此时获得的且由可冷凝产物和气体组成的热解产物可以用作气化工艺中的燃料。在上述的气化中，热解反应是工艺的一部分。但是，具有不同重量的组分(焦油)和复杂的组分(芳族物)与工艺中想要得到的合成气在同一反应器中。因此，在没有例如冷凝、包壳(cladding)等反应器本身存在的物理问题下，具有不同重量的组分(焦油)和复杂的组分(芳族物)的处理成为气化工艺有效性的限制因素。

以前从US4007014已知一种用于使活性炭再活化的装置和方法。该装置包括干馏反应器和向其供应活性炭的内反应器，其中将提供的活性炭再活化，这是因为蒸汽形式的反应器气体与向下传入内反应器的活性炭接触。为了使反应器气体能够进入内反应器中，反应器在其夹套表面中设置有开口，即在干馏反应器和内反应器之间发生气体交换。这与本发明的基本原理之一恰恰相反。

以前从SE532711已知一种用于制备合成气的方法和装置，其中反应器的间接加热通过反应器中存在的燃烧器进行。

发明内容

本发明的主要目的涉及一种方法和装置，其通过使用间接加热的气化反应器，能够管控上述的合成气净化和物理性限制现象的问题。

在间接加热的气化过程中的煤的同步碳化(carburization)是指用于碳化的热量可从用于气化工艺的反应器获得。为此目的而设计、并具有单独料流的加热反应器布置在气化反应器中。用于煤的加热反应器被气化反应器内部的辐射间接加热。在已经焦化的煤在底部出料前，为了在气化反应器中被加热处理至高温，煤被进料入该内加热反应器的顶部。气体向上通过反应器而煤向下通过。此逆流运动使反应器的温度和组成变化达到均衡。较重的组分(如芳族物)可依靠反应器中的高温而裂解成较小的分子。焦化而来的可燃气体被返回并与生物质热解放出的燃料气体混合。全部燃料气体体积可用于干燥、热解、焦化和气化的加热要求。如果产生任何余量，它可以有利地用于进一步的能量要求等。

本发明的目的和特征通过以下的独立权利要求的特征所给出的方法和装置来实现。本发明的优选实施方案限定于从属权利要求中。

附图说明