專利名稱：從煤和生物質(zhì)制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)以及使用所述系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從煤和生物質(zhì)制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)以及使用所述系統(tǒng) 制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的方法，更具體地，涉及從煤和生物質(zhì)制備固體、液體和氣 體產(chǎn)物的系統(tǒng)以及使用所述系統(tǒng)制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的方法，其中系統(tǒng)操作僅依 賴于在上述系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱在熱解爐和氣化爐之間的完整循環(huán)以及在沒有將任何外源性 熱供入上述系統(tǒng)的情況下熱平衡的實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
煤或生物質(zhì)熱解需要供應(yīng)能量以去除水和提取揮發(fā)物進(jìn)而獲得熱解產(chǎn)物。 Encoal工藝由產(chǎn)生的熱燃料氣體供應(yīng)能量。Lurgi工藝由在氣化爐底部注入氧氣燃燒一定 量的煤供熱。
例如美國(guó)專利4578175公開了使粉碎的煤在包括快速熱解和熱解焦流化床氣化 的工藝組合中反應(yīng)，其中通過管線將來自氣化爐的部分熱焦連續(xù)加入熱解爐中以提供熱 解熱。取決于具體設(shè)備的熱損失和管線大小等，以在所述管線中的焦流量與煤流量之比 表示的供入熱解爐中的固體的重量比可在約1.5 1至約4 1之間變動(dòng)。
例如美國(guó)專利5401364提供了用工藝過程中衍生的熱值變化可控的氣體燃料熱 處理非結(jié)塊、非焦化煤的方法，其中將工藝過程中衍生的離開分離系統(tǒng)的氣體燃料與輔 助燃料和空氣混合并在第一燃燒器中燃燒，從而產(chǎn)生具有所需化學(xué)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)物，然 后將燃燒產(chǎn)物再與工藝過程中衍生的氣體燃料混合以調(diào)和燃燒產(chǎn)物進(jìn)而獲得其隨后引入 熱解爐中所需的出口溫度和質(zhì)量流速。
US 4704135公開了將煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)物的裝置，其中在至少約 260°C的溫度下、在含氫氣體存在下使煤進(jìn)行熱解反應(yīng)；在至少約482°C的溫度下使所得 固體殘留物與氧氣和蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng)，從而產(chǎn)生熱解反應(yīng)所需的含氫氣體和生成固體 產(chǎn)物。將在氣化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱傳遞給熱解反應(yīng)，從而除控制通過熱解反應(yīng)室的氣體溫 度的裝置外，所述設(shè)備不需要任何外源性熱。將在熱解反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體部分冷卻獲得 液體和氣體產(chǎn)物，上述氣體部分優(yōu)選先進(jìn)行Fischer-Tropsch反應(yīng)。
上述現(xiàn)有技術(shù)具有如下缺點(diǎn)雖然熱解熱可部分或全部來自在氣化反應(yīng)中產(chǎn)生 的熱，但不可能實(shí)現(xiàn)在所述系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱在熱解爐和氣化爐之間的完整熱循環(huán)，因?yàn)?只是將在氣化反應(yīng)中產(chǎn)生的部分最終產(chǎn)物循環(huán)至熱解爐中，上述部分帶有的用于熱解反 應(yīng)的熱是放出的氣化熱的一部分而非全部；由于只是將在氣化反應(yīng)中產(chǎn)生的部分最終產(chǎn) 物循環(huán)至熱解爐中，仍需要高溫氣化產(chǎn)物的冷卻器以將上述剩余的最終產(chǎn)物冷卻，因此 不能省去非常昂貴的氣化產(chǎn)物冷卻器，且上述系統(tǒng)的操作和維護(hù)的成本和復(fù)雜程度非常 高；尤其是例如US 4704135公開的裝置將熱解爐和氣化爐結(jié)合在一起，其只是在常壓或 低壓和低溫而非工業(yè)化工藝的高壓和高溫下操作，此外，593-871°C的氣化溫度的確不是 真正的工業(yè)工藝氣化溫度，因?yàn)樵谠摐囟认聝H發(fā)生微弱和少量的氣化反應(yīng)，從而在該氣化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱非常有限。
在氣化中，從氣化爐出來的合成氣可高達(dá)1100-1600攝氏度。為了將來自氣化 反應(yīng)的產(chǎn)物冷卻和回收高溫合成氣帶有的能量，人們不得不建造非常昂貴的熱輻射合成 氣冷卻器(RSC)。實(shí)際上，RSC的成本通常比氣化爐本身還要高幾倍。理由是顯而易 見的，因?yàn)镽SC需要特種材料以在具有H2、CO、H2S>蒸汽和CO2等的還原環(huán)境中耐受 高于約1400攝氏度的高溫和高達(dá)60巴的壓力。此外，RSC結(jié)垢可大大降低傳熱效率。
工業(yè)現(xiàn)行的另外一種合成氣冷卻方法為激冷，直接用大量水把高溫合成氣快速 冷卻到飽和溫度，隨操作壓力不同，一般為300 400攝氏度。該種冷卻方式把高溫氣 體直接降至低溫，雖然造價(jià)比合成氣冷卻器低，但是在冷卻過程中損失大量熱量，使系 統(tǒng)的能量效率大大降低。
US 5713312、US 7587995和US 2003/0089038公開了幾種具有不同結(jié)構(gòu)和不同 操作條件的合成氣冷卻器；US 7730616公開了在氣化爐中將合成氣冷卻的方法，然而上 述冷卻器和冷卻合成氣的方法仍具有上述不足，包括操作和維護(hù)成本高。上述文獻(xiàn)在此 全文引入以作參考。
到目前為止，不存在一種從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的工業(yè)系統(tǒng)或方法， 其中其操作僅依賴于在上述系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱在熱解爐和氣化爐之間的完整循環(huán)，以及在 沒有將任何外部熱源的熱供入上述系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)熱平衡。
發(fā)明概述
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本申請(qǐng)的發(fā)明人目的在于從將煤和生物質(zhì)轉(zhuǎn) 化為固體、液體和氣體產(chǎn)物的現(xiàn)有系統(tǒng)或方法中省去非常昂貴的熱輻射合成氣冷卻器， 同時(shí)確保熱解熱全部由放出的氣化熱供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)在所述系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱在熱解爐和氣化 爐之間的完整循環(huán)，在沒有將任何外部熱源的熱供入所述系統(tǒng)中的情況下實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng) 的熱平衡。本申請(qǐng)的發(fā)明人令人驚訝地發(fā)現(xiàn)上述本發(fā)明目的可通過將高溫氣化產(chǎn)物流激 冷并將所得溫度降低的氣化合成氣再循環(huán)至熱解爐中實(shí)現(xiàn)。
上述本發(fā)明的系統(tǒng)或方法可省去非常昂貴的熱輻射合成氣冷卻器(RSC)，而不 會(huì)對(duì)其操作和最終產(chǎn)物帶來任何不利影響，因此大大提高了其操作熱效率，相反其操作 和維護(hù)成本顯著降低。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供從煤和生物質(zhì)制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，其 中系統(tǒng)操作僅依賴于在所述系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱在熱解爐和氣化爐之間的完整循環(huán)以及在沒 有將任何外部熱源的熱供入上述系統(tǒng)的情況下熱平衡的實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一目的是提供通過使用上述所述系統(tǒng)從煤和生物質(zhì)制備固體、液體 和氣體產(chǎn)物的方法。
本發(fā)明第一方面提供了從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括
i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；
)第一鎖斗系統(tǒng)
iii)煤熱解爐；
iv)第二鎖斗系統(tǒng)
ν)煤氣化爐；
vi)與熱解爐連接的焦油回收單元；
其特征在于，所述系統(tǒng)還含有
vii)激冷單元；
viii)固體氣體分離器；
上述部件i)-ν)和vii)-viii)通過管線依次連接，和
ix)通過上述激冷單元和固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線；
其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線和激冷單元允許將來自激冷單元 或氣化爐的合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的 范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
在上述系統(tǒng)中，所述激冷單元可優(yōu)選地為部分激冷單元，在該部分激冷單元 中，包括合成氣流和液態(tài)渣的氣化產(chǎn)物流的溫度被降低至足以使液態(tài)渣變?yōu)楣腆w的溫度 或更低的溫度，所述部分激冷單元可更優(yōu)選地包括用于另外將水加入和/或?qū)碜越褂?回收單元的部分最終合成氣供入所述激冷單元的管線和噴嘴。所述第二鎖斗系統(tǒng)可用焦 漿槽和與所述槽連接的泵代替，優(yōu)選將水加入所述焦?jié){槽中形成焦?jié){。
在上述系統(tǒng)中，所述固體氣體分離器可為旋風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)機(jī)級(jí)聯(lián)、隔膜和/或過 濾器，所述系統(tǒng)還可包括與熱解爐和第二鎖斗系統(tǒng)或煤漿槽之間的管線連接的煤去活冷 卻器以將來自熱解爐的部分焦冷卻從而制備提質(zhì)煤。優(yōu)選，所述焦油回收單元為冷凝 器，在氣化爐中產(chǎn)生的爐渣最后排入水槽中以進(jìn)行水淬處理。
上述系統(tǒng)還可包括用于將來自所述焦油回收單元的部分最終合成氣燃燒，然后 將燃燒產(chǎn)物供入熱解爐中以向熱解反應(yīng)提供熱的合成氣燃燒器。
在上述系統(tǒng)上，所述氣化爐可含有氧氣和/或空氣入口以及任選的蒸汽入口。
本發(fā)明第二方面提供了從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括
i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；
ii)第一鎖斗系統(tǒng)
iii)煤熱解爐；
iv)漿料槽
ν)泵
vi)煤氣化爐；
vii)與熱解爐連接的焦油回收單元；
其特征在于，所述系統(tǒng)還含有
viii)激冷單元；
ix)固體氣體分離器；
上述部件i) -vi)和viii) -ix)通過管線依次連接在一起，和
χ)通過上述激冷單元和固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線；
其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線和激冷單元允許將來自激冷單元 或氣化爐的合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
本發(fā)明第三方面提供了從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括
i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；
)第一鎖斗系統(tǒng)
iii)煤熱解爐；
iv)漿料槽
ν)泵
vi)氣化爐；
vii)與熱解爐連接的焦油回收單元；
其特征在于，所述系統(tǒng)還含有
viii)固體氣體分離器；
上述部件i)-vi)和viii)通過管線依次連接在一起，和
ix)經(jīng)過上述固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線；其中 用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線以及將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成氣流出口附 近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而允許將來自氣化爐的合成氣供入熱解爐中，由此保證 將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
在本發(fā)明中，所述“氣化爐內(nèi)合成氣流出口附近區(qū)域”是指激冷介質(zhì)噴入該區(qū) 域中既不會(huì)影響氣化爐內(nèi)氣化反應(yīng)的順利進(jìn)行，又可最有效地對(duì)流經(jīng)所述合成氣流出口 的合成氣流進(jìn)行激冷，特別是部分激冷的區(qū)域。
本發(fā)明第四方面提供了從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括
i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；
)第一鎖斗系統(tǒng)
iii)煤熱解爐；
iv)第二鎖斗系統(tǒng)
ν)煤氣化爐；
vi)與熱解爐連接的焦油回收單元；
其特征在于，所述系統(tǒng)還含有
vii)固體氣體分離器；
上述部件i)-V)和vii)通過管線依次連接在一起，和
viii)經(jīng)過上述固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線；
其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線以及將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合 成氣流出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而允許將來自氣化爐的合成氣供入熱解爐 中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外 部熱源。
在上述本發(fā)明第一至于第四方面的系統(tǒng)中，所述熱解爐的操作溫度可為約 300-700°C,優(yōu)選約300-600°C，最優(yōu)選約300-500°C，操作壓力可不大于約95-99巴、例 如約75-79巴，優(yōu)選不大于約50巴，最優(yōu)選不大于約45巴；同時(shí)所述氣化爐的操作溫度可為1100-1700°C，優(yōu)選1200-1600°C，最優(yōu)選1200-1500°C，操作壓力可不大于約100 巴、例如約80巴，優(yōu)選不大于約55巴，最優(yōu)選不大于約50巴，所述熱解爐的操作壓力 一般可比所述氣化爐的操作壓力低約1-5巴。
在上述本發(fā)明第一至第四方面的系統(tǒng)中，溫度低于約900°C的合成氣可在固體氣 體分離后進(jìn)入所述熱解爐中。
在上述本發(fā)明第一至第四方面的系統(tǒng)中，在第一鎖斗加壓系統(tǒng)與熱解爐之間， 可加入額外干燥器，將進(jìn)入熱解爐的煤料干燥至含水量小于5%，干燥溫度80-250攝氏 度，優(yōu)選100-250攝氏度，更優(yōu)選120-200攝氏度。
在上述本發(fā)明第一至第二方面的系統(tǒng)中，可省去激冷單元，將激冷介質(zhì)噴入氣 化爐內(nèi)合成氣流出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，所述激冷介質(zhì)包括水、合成氣和/ 或二氧化碳。
本發(fā)明第五方面提供了從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的方法，所述方法依次 包括以下步驟
a)將煤粉碎和任選干燥獲得粉碎和任選干燥的煤；
b)將粉碎和任選干燥的煤供入第一鎖斗系統(tǒng)以將所述煤加壓；
c)將加壓后的煤供入熱解爐中，并在熱解爐中將煤熱解為熱解氣流和焦；
d)將在熱解爐中產(chǎn)生的焦供入第二鎖斗系統(tǒng)中以將所述焦進(jìn)一步加壓或供入漿 料槽中；
e)將進(jìn)一步加壓的焦或通過泵加壓的焦?jié){料供入氣化爐中，并在氣化爐中將所 述進(jìn)一步加壓的焦或所述焦?jié){料氣化成合成氣流和爐渣；
f)將所述合成氣流和爐渣由氣化爐供入激冷單元中或?qū)⒓だ浣橘|(zhì)噴入氣化爐內(nèi) 合成氣流出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而將所述合成氣流的溫度降低至低于氣 化爐的操作溫度但高于熱解爐的操作溫度的范圍內(nèi)；
g)任選將爐渣從激冷單元或氣化爐供入水槽中以進(jìn)行水淬處理；
h)將合成氣從激冷單元或氣化爐供入固體氣體分離器中以將其分離為固體飛灰 和純合成氣；
i)將純合成氣循環(huán)至熱解爐中以使熱解爐的操作溫度保持在熱解反應(yīng)所需的范 圍內(nèi)；和
j)將純合成氣與熱解氣流一起從熱解爐供入焦油回收單元中以將其分離為最終 合成氣和焦油，
其中將純合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng) 所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
在上述方法中，可優(yōu)選在激冷單元中將所述合成氣流部分激冷，所述方法還可 包括不將來自熱解爐的部分焦供入第二鎖斗系統(tǒng)或漿料槽中，而是冷卻去活以獲得提質(zhì) 煤，其中將氧氣和/或空氣以及任選的蒸汽供入氣化爐中。
在上述方法中，可將水和/或來自焦油回收單元的最終合成氣的一部分供入激 冷單元以將合成氣流激冷，可燃燒來自所述焦油回收單元的部分最終合成氣，然后將燃 燒產(chǎn)物供入熱解爐以向熱解反應(yīng)提供熱。
在上述方法中，可不將氣化爐中的所述合成氣料流供入激冷單元中，而是將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成氣流出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而可將來自氣化爐 的合成氣流直接供入固體氣體分離器中，激冷介質(zhì)可包括合成氣、水和/或二氧化碳。
在上述方法中，在氣化爐中產(chǎn)生的合成氣流可在氣化爐中向上或向下流動(dòng)，所 述粉碎和任選干燥的煤的粒度分布取決于氣化爐的要求。
在上述方法中，可將煤直接液化催化劑如便宜的FeS或FeS(1_x)(其中I-X為約 0.7-0.9)加入熱解爐中以將焦油轉(zhuǎn)化為合成油，也可將用于水煤氣反應(yīng)的高溫酸性反應(yīng)催 化劑加入熱解爐和/或氣化爐中，尤其是熱解爐的底部。
在本發(fā)明中，由于只是將熱焦而非所有煤氣化，氣化爐中的氧消耗明顯更小， 因此所用空氣分離單元較小，這又導(dǎo)致成本大大降低。特別是，通過將高溫氣化產(chǎn)物流 部分激冷和將所得溫度降低的合成氣再循環(huán)至熱解爐中，不僅避免了使用非常昂貴的熱 輻射合成氣冷卻器，而且在循環(huán)合成氣與粉碎和任選干燥的煤之間發(fā)生熱交換從而將至 少大部分或甚至幾乎所有熱解反應(yīng)所需的熱從循環(huán)合成氣傳遞給待熱解的煤，結(jié)果大大 提高了所述系統(tǒng)和方法的熱效率。
附圖描述


圖1示出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的第一個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案使用向下流動(dòng) 的干物料氣化爐，其中通過另外將水加入激冷單元中將高溫氣化產(chǎn)物流部分激冷。
圖2示出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的第二個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案使用向下流動(dòng) 的物料氣化爐，其中通過另外將來自焦油回收單元的循環(huán)合成氣和任選的水加入激冷單 元中將高溫氣化產(chǎn)物流部分激冷。
圖3示出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的第三個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案使用向下流動(dòng) 的干物料氣化爐，其中通過將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成氣流出口附近區(qū)域中將高溫合 成氣流激冷，且合成氣料流在氣化爐中向上流動(dòng)。
圖4示出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的第四個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案與圖2所示相 同，只是用漿料槽和與所述槽連接的泵代替第二鎖斗系統(tǒng)。
圖5示出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的第五個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案與圖3所示相 同，只是用漿料槽和與所述槽連接的泵代替第二鎖斗系統(tǒng)。
圖6示出了本發(fā)明系統(tǒng)和方法的第六個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案使用干物料向 下流動(dòng)的氣化爐，其中用水將高溫氣化產(chǎn)物流在激冷單元中部分激冷，并將來自焦油回 收單元的部分最終合成氣在合成氣燃燒器中燃燒的產(chǎn)物供入熱解爐中，以向熱解反應(yīng)供 熱。
為清楚起見，將部件/單元或供入/取出的材料及其標(biāo)號(hào)列在下表中。
表權(quán)利要求
1.一種從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)含包括 i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器； )第一鎖斗系統(tǒng)iii)煤熱解爐；iv)第二鎖斗系統(tǒng) ν)煤氣化爐；Vi)與熱解爐連接的焦油回收單元； 其特征在于，所述系統(tǒng)還含有 Vii)激冷單元； Viii)固體氣體分離器；上述部件i)-V)和vii)-viii)通過管線依次連接，和ix)通過上述激冷單元和固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線.一入 ，其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線和激冷單元允許將來自上述激冷單元 或氣化爐的合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的 范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述激冷單元為部分激冷單元，在該部分激冷單元 中，包括合成氣流和液態(tài)渣的氣化產(chǎn)物流的溫度被降低至足以使液態(tài)渣變?yōu)楣腆w的溫度 或更低的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述部分激冷單元包括用于另外將水加入該單元中的 管線和噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述部分激冷單元包括用于將來自焦油回收單元的部 分合成氣供入所述激冷單元的管線和噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述部分激冷單元含有用于另外將水加入該單元中的 管線和噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中用焦?jié){槽和與所述槽連接的泵代替所述第二鎖斗系
統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中將水加入所述焦?jié){槽中形成焦?jié){。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中固體氣體分離器為旋風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)機(jī)級(jí) 聯(lián)、隔膜和/或過濾器。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括與熱解爐和第二鎖斗系 統(tǒng)或焦?jié){槽之間的管線連接的煤去活冷卻器以將來自熱解爐的部分焦冷卻從而制備提質(zhì) 某。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述焦油回收單元為冷凝器。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中將在氣化爐中產(chǎn)生的爐渣最終排入 水槽中以進(jìn)行水淬處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于將來自所述焦油回 收單元的部分合成氣燃燒和然后將燃燒產(chǎn)物供入熱解爐以向熱解反應(yīng)提供熱的合成氣燃燒器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述氣化爐含有氧氣和/或空氣入口以 及任選的蒸汽入口。
14.一種從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；ii)第一鎖斗系統(tǒng)iii)煤熱解爐；iv)漿料槽V)泵Vi)煤氣化爐；Vii)與熱解爐連接的焦油回收單元； 其特征在于，所述系統(tǒng)還含有 Viii)激冷單元； ix)固體氣體分離器；上述部件i)-vi)和viii)-ix)通過管線依次連接，和χ)通過上述激冷單元和固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線.一入 ，其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線和激冷單元允許將來自激冷單元或氣 化爐的合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍 內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
15.—種從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；ii)第一鎖斗系統(tǒng)iii)煤熱解爐；iv)漿料槽V)泵Vi)煤氣化爐；Vii)與熱解爐連接的焦油回收單元； 其特征在于，所述系統(tǒng)還含有 Viii)固體氣體分離器；上述部件i)-Vi)和Viii)通過管線依次連接，和ix)通過上述固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線； 其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線以及將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成 氣出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而允許將來自氣化爐的合成氣供入熱解爐中， 由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱 源。
16.一種從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括i)煤粉碎機(jī)和任選的煤干燥器；ii)第一鎖斗系統(tǒng)iii)煤熱解爐；iv)第二鎖斗系統(tǒng)ν)煤氣化爐；Vi)與熱解爐連接的焦油回收單元；其特征在于，所述系統(tǒng)還含有Vii)固體氣體分離器；上述部件i)-V)和Vii)通過管線依次連接，和Viii)通過上述固體氣體分離器的用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線；其中用于將氣化爐與熱解爐連接在一起的管線以及將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成 氣出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而允許將來自氣化爐的合成氣供入熱解爐中， 由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱 源。
17.根據(jù)權(quán)利要求1和14-16中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述熱解爐的操作溫度為 300-700°C,操作壓力不大于99巴。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述熱解爐的操作溫度為300-500°C，操作壓力不 大于45巴。
19.根據(jù)權(quán)利要求1和14-16中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述氣化爐的操作溫度為 1100-1700°C,操作壓力不大于100巴。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中所述氣化爐的操作溫度為1200-1500°C，操作壓力 不大于50巴。
21.根據(jù)權(quán)利要求1和14-16中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述熱解爐的操作壓力比所述氣 化爐的操作壓力低1-5巴。
22.根據(jù)權(quán)利要求1和14-16中任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中在固體氣體分離后溫度低于900°C 的合成氣進(jìn)入所述熱解爐中。
23.根據(jù)權(quán)利要求1或14的系統(tǒng)，其中省去激冷單元，并將激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合 成氣流出口附近的區(qū)域中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述激冷介質(zhì)包括水、合成氣和/或二氧化碳。
25.一種使用根據(jù)前述權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)的系統(tǒng)從煤制備固體、液體和氣體產(chǎn)物 的方法，所述方法依次包括以下步驟a)將煤粉碎和任選干燥獲得粉碎和任選干燥的煤b)將粉碎和任選干燥的煤供入第一鎖斗系統(tǒng)以將所述煤加壓；c)將加壓的煤供入熱解爐中，并在熱解爐中將煤熱解為熱解氣流和焦；d)將在熱解爐中產(chǎn)生的焦供入第二鎖斗系統(tǒng)中以將所述焦進(jìn)一步加壓或供入漿料槽中；C)將進(jìn)一步加壓的焦或通過泵加壓的焦?jié){供入氣化爐中，并在氣化爐中將所述進(jìn)一 步加壓的焦或所述焦?jié){氣化成合成氣流和爐渣；f)將所述合成氣流和爐渣由氣化爐供入激冷單元中或?qū)⒓だ浣橘|(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成 氣流出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而將所述合成氣流的溫度降低至低于氣化爐 的操作溫度但高于熱解爐的操作溫度的范圍內(nèi)；g)任選將爐渣從激冷單元或氣化爐中排入水槽中以進(jìn)行水淬處理；h)將合成氣從激冷單元或氣化爐供入固體氣體分離器中以將其分離為固體飛灰和純 合成氣；i)將純合成氣循環(huán)至熱解爐中以使熱解爐的操作溫度保持在熱解反應(yīng)所需的范圍 內(nèi)；禾口j)將純合成氣與熱解氣流一起從熱解爐供入焦油回收單元中以將其分離為最終合成 氣和焦油。其中將純合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需 的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在激冷單元中將所述合成氣流部分激冷。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，所述方法還包括不將來自熱解爐的部分焦供入第二鎖斗 系統(tǒng)或漿料槽中，而是將其冷卻去活以獲得提質(zhì)煤。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中將氧氣和/或空氣以及任選的蒸汽供入氣化爐中。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中將水和/或來自焦油回收單元的最終合成氣的一部 分供入激冷單元以將合成氣流激冷。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中將來自所述焦油回收單元的部分最終合成氣燃燒， 然后將燃燒產(chǎn)物供入熱解爐中以向熱解反應(yīng)提供熱。
31.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中不將氣化爐中的合成氣流供入激冷單元中，而是將 激冷介質(zhì)噴入氣化爐內(nèi)合成氣流出口附近區(qū)域中以將合成氣流激冷，從而將來自氣化爐 的合成氣流直接供入固體氣體分離器中。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中激冷介質(zhì)包括合成氣、水、和/或二氧化碳。
33.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中在氣化爐中產(chǎn)生的合成氣流在氣化爐中向上或向下 流動(dòng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述粉碎和任選干燥的煤的粒度分布取決于氣化爐 的要求。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求25-34中任一項(xiàng)的方法，其中將煤直接液化催化劑加入熱解爐 中以將焦油轉(zhuǎn)化成合成油。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中煤直接液化催化劑為FeS或FeS(1_x)，其中1_X為 0.7-0.9。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求25-34中任一項(xiàng)的方法，其中將用于水煤氣反應(yīng)的高溫酸性反 應(yīng)催化劑加入熱解爐和/或氣化爐中。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及從煤和生物質(zhì)制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的系統(tǒng)以及使用所述系統(tǒng)制備固體、液體和氣體產(chǎn)物的方法，其中系統(tǒng)操作僅依賴于上述系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱在熱解爐和氣化爐之間的完整循環(huán)以及在沒有將任何外源性熱供入上述系統(tǒng)情況下熱平衡的實(shí)現(xiàn)，因此大大提高了該系統(tǒng)的熱效率，并可從所述系統(tǒng)中省去高成本的熱輻射合成氣冷卻器(RSC)，其中激冷單元和噴入氣化爐內(nèi)合成氣流出口附近區(qū)域中的激冷介質(zhì)將合成氣流激冷，從而允許將來自激冷單元或氣化爐的合成氣供入熱解爐中，由此保證將熱解爐的操作溫度控制在熱解反應(yīng)所需的范圍內(nèi)，而無需熱解反應(yīng)的外部熱源。
文檔編號(hào)C10J3/72GK102021035SQ20101057480
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者C·A·卡布雷拉, 劉科, 秦強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京低碳清潔能源研究所