专利名称：碳化物热分解重整方法及其装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及碳化物热分解重整方法及其装置，其通过连接热分解炉和还原反应 炉，从而在低温(600 IOO(TC)的热分解炉热分解体积大的碳化物以减少体积，并在高温 (1200°C)的小型还原反应炉有效重整所有碳以制造最大量的合成气。
背景技术：
有技术的热分解利用方法为，利用燃烧体积大的碳化物的一部分所产生的热提高 温度，从而使碳化物热分解以变成烟气和固体状态的残余物(主要为焦油或焦炭)，以此减 少体积，并通过燃烧烟气替代燃烧碳化物的一部分，且通过热交换器将剩余的热用作蒸汽， 而固体的残余物将埋掉。最近，出现了通过提高烟气的燃烧温度，从而使固体残余物(焦油或焦炭)气化以 生成合成气的装置。因烟气是有毒性的混合气体，不能分离排放至大气，因此，主要是在燃 烧室经焚烧之后排放。传统的热分解-气化炉(Pyrolysis-Gasification reactor)通过燃烧烟气提供 热分解所需热量，并向用于重整热分解产生的焦油或焦炭的气化炉(还原反应炉)供应热 量。但是，利用空气或氧气燃烧烟气所能获得的高温气体为1650°C以下，因此，将气化炉的 内部温度维持在最低1200°C大为不足，通过气化炉的低温不能生成足够的合成气。另外，若将体积大的碳化物直接投入气化炉，则热损失过大。因气化炉需维持 1200°C以上的温度，因此，若气化炉变大，则会随之增加其热损失。本发明人在不参考最初 实验发表的大韩民国专利注册第391121号及US6，790，383 B2所公开的技术(在1200°C以 上温度情况下，无需催化剂即可产生重整反应)的情况下，尝试了现有技术的方法。
发明内容
发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种碳化物热分解重整方法及其装 置，其通过连接热分解炉和还原反应炉，从而在低温(600 IOO(TC)的热分解炉热分解体 积大的碳化物以减少体积，并在高温(1200°C )的小型还原反应炉有效重整所有碳以制造最 大量的合成气。S卩，在上述重整过程中，以最少的热损失和最少量的碳消耗，生成最大量的合成 气。小型化设计还原反应炉的大小并通过热分解缩小碳化物之后注入还原反应炉，而热分 解所需热量不通过碳化物的消耗来获得，而是利用还原反应炉的残余热量，从而无碳化物 消耗的情况下重整所有碳。为了最大限度地减少碳化物的燃烧，氧气或空气绝不能流入热 分解炉，需在还原反应炉重整烟气或残余焦油或焦炭，并通过连接合成热分解炉和高温重 整即(大韩民国注册专利第637340号)达到上述目的。另外，从在传统的热分解炉通过热交换获得利用锅炉蒸汽的水平的能源再生，升 级到制作高价的合成气，从而形成较多碳化物清洁能源资源。合成气的利用方式如下①合 成气通过燃料电池(Fuel cell)发电；②水转移反应(water shift reaction)产生氢气；③经液化制造液体燃料(甲醇、DME等)。从原油生产的所有石油化学产品都成合成气开始。
为了达到上述目的，本发明碳化物热分解重整方法，包括第一步骤，向热分解炉供应 碳化物并经热分解生成烟气(flue gas)；第二步骤，向还原反应炉供应上述烟气，并用氧气 燃烧供应至氧化反应炉(syngas burner)的氢气或合成气，从而将所生成的水蒸气或水蒸 气和二氧化碳供应至上述还原反应炉；及第三步骤，在上述还原反应炉对上述烟气进行重 整反应以生成合成气。另外，本发明碳化物热分解重整装置，包括热分解炉，连接于还原反应炉一侧，并 将经热分解碳化物所生成的烟气供应至上述还原反应炉；氧化反应炉(syngas burner)，连 接于上述还原反应炉另一侧，并将用氧气燃烧所供应的氢气或合成气所生成的水蒸气或水 蒸气和二氧化碳供应至上述还原反应炉；及还原反应炉，对上述烟气进行重整反应以生成 合成气；其中，在上述还原反应炉所生成的合成气的一部分，供应至上述热分解炉以分解上 述碳化物，而在上述还原反应炉所生成的合成气的剩余部分，通过形成于上述还原反应炉 上部的合成气流出口保存于合成气贮存槽，而且，通过形成于上述热分解炉上部的烟气流 出口，排出上述烟气和供应至上述热分解炉的合成气，从而通过形成于上述还原反应炉下 部的烟气流入口供应至上述还原反应炉。即，设置独立于还原反应炉的热分解炉以减少碳化物体积，从而无需将还原反应 炉设计成必要以上的大小，而在整合热分解炉和还原反应炉的系统中，减少体积大的碳化 物的体积并将固体的焦油或焦炭或烟气(flue gas)注入还原反应炉，以在1200°C的高 温下重整，而且，使经重整的气体的一部分循环至热分解炉以将热分解炉的温度维持在 60(T100(TC，经热分解的烟气和合成气的混合气体重新注入还原反应炉进行重整，且从热 分解炉下降的焦油或焦炭也在还原反应炉进行重整。如上所述，使烟气和合成气循环至热分解炉和还原反应炉，以与在氧化反应炉生 成的超高温气体(氢气和(X)2气体)混合，从而使还原反应炉维持1200°C的温度，并使热分解 炉维持60(Ti00(rc的温度，而碳化物中的所有碳都将无损失地被重整并保存于合成气贮存槽。
在将大体积的碳化物，尤其是将生物质(biomass)或一般垃圾等重整生成合成气，进 而生成氢气的过程中，为提高高温重整机的效率，需小型化设计重整机体积，从而减少热损 失，节省制作费用。为此，需减少碳化物体积，从而利用热分解炉缩小为烟气(flue gas)和 焦油或焦炭并透入至还原反应炉。另外，热分解所需的热源利用还原反应炉的残余热，从而 无需为热分解的单独的热源。较之现有技术中燃烧碳化物的一部分进行热分解的技术，因 利用还原反应炉的残余热，从而可重整碳化物中的所有碳，提高重整的合成气的效率。尤其是，若对作为生物质的甘蔗或棕榈树等利用本发明热分解重整方法，则不会 生成残余物，所有的碳都将被重整。若通过液化所生成的合成气制作甲醇(MeOH)，则较之 现有技术的甲醇生产方法，实现更有效的燃料生产，而且，此种方法不会生成残余物。在现 有技术的方法中，将剩余的热量以锅炉的蒸汽的方式保存，但在本发明的方法中，可以合成 气、氢气或甲醇等各种形式的能源保存并运输。因没有流入热分解炉和还原反应炉内的氧气，从而不生成二次污染物质，合成气的净化过程非常便利。
图1为本发明碳化物热分解重整装置概略图。附图编号说明 10 热分解炉 12 碳化物流入口 20 氧化反应炉(syngas burner) 31 合成气流出口 33 滚轴 50 热交换机
11 烟气流出口 13 二氧化碳流入口 30 还原反应炉 32 烟气流入口
40 合成气贮存槽 60 收集器。
具体实施例方式下面，结合附图对本发明较佳实施例进行详细说明。在说明本发明的过程中，若认 为对相关已公开结构或功能的具体说明引起对本发明主要思想的混淆，则将省略对其进行 的说明。如图1所示，本发明较佳实施例碳化物热分解重整方法，包括第一步骤，热分解 供应至热分解炉10的碳化物生成烟气(flue gas);第二步骤，向还原反应炉30供应上述烟 气，并将在氧化反应炉(syngas burner) 20生成的水蒸气或水蒸气和二氧化碳供应至还原 反应炉30 ；及第三步骤，在还原反应炉30对上述烟气进行重整反应以生成合成气；而较之 传统重整方法，还原反应炉30的热源是在氧化反应炉(syngas burner>20中燃烧氢气或合 成气和氧气所生成的超高温(约180(Γ2(ΚΚΓΟ水蒸气或水蒸气和二氧化碳，而且重整从热 分解炉10流入的烟气。此时，从热分解炉10流入还原反应炉30的除烟气之外还可包括焦 油(tar)及/或焦炭(cokes)，而且焦油及/或焦炭也一并被重整，而若在热分解炉10下部 连接形成还原反应炉30，则在热分解炉10生成的焦油及/或焦炭自然下降而供应至还原反 应炉30。可将在第三步骤中生成的合成气的一部分，供应至热分解炉10以分解碳化物，而 在第三步骤中所生成的合成气的剩余部分，通过热交换机50保存于合成气贮存槽。此时， 保存合成气贮存槽40的合成气的一部分供应至氧化反应炉20并利用氧气燃烧。若将在第三步骤中生成的合成气的一部分供应至热分解炉10，则将形成碳化物热 分解所生成的烟气和供应至热分解炉10的合成气一同排出并重新供应至还原反应炉30的 循环。热分解碳化物的热分解炉10的内部温度维持在60(Γ1000 ，而还原反应炉30的 内部温度维持在1200°C以上，另外，碳化物投入至热分解炉10的上部，而剩余无机物搜集 在形成于还原反应炉30下部的搜集器60。
另外，如图1所示，本发明较佳实施例碳化物热分解重整装置，包括热分解炉10，将经 热分解碳化物所生成的烟气供应至还原反应炉30 ；氧化反应炉(syngas burner) 20，将用 氧气燃烧所供应的氢气或合成气所生成的水蒸气或水蒸气和二氧化碳供应至还原反应炉30 ；及还原反应炉30，对烟气进行重整反应以生成合成气；其中，在还原反应炉30所生成的 合成气的一部分供应至热分解炉10，而在还原反应炉30所生成的合成气的剩余部分保存 于合成气贮存槽40，而且，供应至热分解炉10的合成气在通过热分解炉10的过程中生成 上述合成气，并与上述合成气一同重新流入还原反应炉30，且与从上述氧化反应炉20流出 的超高温水蒸气或水蒸气和二氧化碳混合以重整上述烟气。即，形成起到循环媒介作用的 碳化物热分解重整装置(Integrated Pyrolysis-Reformer System, IPRS)，其使在还原反 应炉30所生成的合成气的一部分在热分解炉10及还原反应炉30循环，以热分解上述碳化 物，并将上述烟气供应至还原反应炉30进行重整。还原反应炉30倾斜连接至热分解炉10下部，而氧化反应炉20连接至还原反应炉 30侧面下部。此时，还原反应炉30以水平线为准倾斜约60°左右，但只要是可使在热分解 炉10所生成的焦油及/或焦炭自然下降而供应至还原反应炉30的倾斜度，可变化上述倾 斜度，而且，可在倾斜面设置滚轴33或传送带(moving belt)等。在热分解炉10上部形成碳化物流入口 12，而通过从下部流入的约1200°C的合成 气、水蒸气及二氧化碳，使整个热分解炉10的温度维持在约60(Ti00(rc。经热分解的烟气 和所供应的合成气通过形成于热分解炉 ο上部的烟气流出口 11排出，并通过形成于还原 反应炉30下部的烟气流入口 32流入还原反应炉30。在热分解炉10所生成的焦油及/或 焦炭下降并流入还原反应炉30。在还原反应炉30所生成的合成气的一部分流入热分解炉 10，以在将内部温度维持在60(Ti00(rc的同时，通过热分解碳化物生成烟气和焦油及/或 焦炭，而剩余合成气保存于合成气贮存槽40，另外，上述烟气和焦油及/或焦炭流入还原反 应炉30。氧气及空气不流入热分解炉10及还原反应炉30，而且不在热分解炉10及还原反 应炉30内进行燃烧(氧化反应)。还原反应炉30利用从氧化反应炉(syngas burner) 20流入的超高温(约 180(Γ 000°Ο的水蒸气和二氧化碳，使整个还原反应炉30维持1200°C以上的温度，而且在 将从热分解炉10流入的所有烟气和焦油及/或焦炭的碳重整为CO气体的同时，使所有氢 还原为氢气。此时，所生成的合成气的一部分流入热分解炉10，以将热分解炉内部温度维持 在约60(Ti(KKrc，而剩余合成气保存于合成气贮存槽40。在氧化反应炉20中，利用氧气燃烧保存于合成气贮存槽40的合成气的一部分生 成超高温的水蒸气和二氧化碳，以向进行吸热反应的还原反应炉30供应热量。此时，可通 过过量供应氧化反应炉20所供应的合成气，完全消耗氧化反应炉20内的氧气。这样消耗 剩余氧气，彻底防止向还原反应炉30内的氧气流入，从而提高重整反应(还原反应)效率。 本发明较佳实施例碳化物热分解重整装置，与通过注入氧气及空气燃烧一部分碳化物，以 利用燃烧热进行热分解或燃烧烟气，从而用作重整反应的热源的传统重整装置不同。在本 发明中，只在氧化反应炉20进行氧化反应，而在热分解炉10和还原反应炉30内不会流入 任何氧气。本发明在本发明人的大韩民国注册专利第637340号的高温重整技术中结合热分 解技术，以将在还原反应炉30所生成的合成气作为热源，重整流入热分解炉10的碳化物的 所有碳，从而制作作为高级燃料的合成气。残留于还原反应炉30的少量残余无机物质为 灰，将被搜集器60搜集。通过碳化物流入口 12会进入大量空气，而此时，可通过形成于热分解炉10—侧的二氧化碳流入口 13注入预热的二氧化碳，以驱出空气(flush out or degas)。此时，通过 二氧化碳流入口 13流入的二氧化碳，可在热交换机50中与通过合成气流出口 31排出的合 成气进行热交换而完成预热。下面，结合图1说明上述结构的本发明较佳实施例碳化物热分解重整装置的功 能及作用。本发明较佳实施例碳化物热分解重整装置是更具实用性地改进本发明人的大韩 民国注册专利第637340号的高温重整机的，包括维持60(Tl00(rC温度的热分解炉10、生成 超高温水蒸气和二氧化碳的氧化反应炉20及可将内部温度维持在1200°C以上的还原反应 炉30。若在氧化反应炉20利用氧气燃烧氢气或合成气，则将生成超高温(约 180(T200(TC)的水蒸气或水蒸气和二氧化碳。上述超高温气体在通过还原反应炉30上升 的过程中，将还原反应炉30的内部温度维持在1200°C以上。还原反应炉30的内部温度可 通过注入氧化反应炉20的氧气量调节。从热分解炉10流入还原反应炉30的所有烟气将 被重整，而从热分解炉10下降的焦油及/或焦炭也都被重整，而这样所生成的合成气将聚 集在还原反应炉30上部。1200°C以上的合成气的一部分流入热分解炉10，以热分解碳化物，而剩余合成气 通过流出口 31保存于合成气贮存槽40。热分解在约在60(Ti00(rc的温度发生，而所生成 的烟气与流入热分解炉10的合成气一起，通过烟气流出口 11流入形成于还原反应炉30的 烟气流入口 32。上述烟气在通过还原反应炉30的过程中重整变成合成气。通过使上述合 成气的一部分在热分解炉10和还原反应炉30中循环，在热分解炉10中生成烟气并将上述 烟气移动至还原反应炉30进行重整，因此，合成气持续增加，而剩余合成气通过合成气流 出口 31保存于合成气贮存槽40，而且，保存于合成气贮存槽40的合成气的一部分供应至氧 化反应炉20进行燃烧，以提供还原反应炉30所需热量。通过持续生成合成气并使其一部分持续循环，从而形成将热分解炉10和氧化反 应炉20连接至还原反应炉30的综合联合循环(Integrated combined cycle)。上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以 对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种碳化物热分解重整方法，包括第一步骤，向热分解炉供应碳化物并经热分解生成烟气(flue gas)；第二步骤，向还原反应炉供应上述烟气，并用氧气燃烧供应至氧化反应炉(syngas burner)的氢气或合成气，从而将所生成的水蒸气或水蒸气和二氧化碳供应至上述还原反 应炉；及第三步骤，在上述还原反应炉对上述烟气进行重整反应以生成合成气。
2.根据权利要求1所述的碳化物热分解重整方法，其特征在于将在上述第三步骤所 生成的合成气的一部分供应至上述热分解炉以对上述碳化物进行热分解。
3.根据权利要求1或2所述的碳化物热分解重整方法，其特征在于上述热分解炉的 内部温度为600 1000°C，而上述还原反应炉的内部温度为1200°C以上。
4.根据权利要求1或2所述的碳化物热分解重整方法，其特征在于在上述第一步骤 中，将在上述碳化物的热分解时所产生的焦油(tar)及/或焦炭(cokes)也供应至上述还原 反应炉进行重整反应。
5.一种碳化物热分解重整装置，包括热分解炉，连接于还原反应炉一侧，并将经热分解碳化物所生成的烟气供应至上述还 原反应炉；氧化反应炉(syngas burner )，连接于上述还原反应炉另一侧，并将用氧气燃烧所供应 的氢气或合成气所生成的水蒸气或水蒸气和二氧化碳供应至上述还原反应炉；及还原反应炉，对上述烟气进行重整反应以生成合成气；其中，在上述还原反应炉所生成的合成气的一部分，供应至上述热分解炉以分解上述 碳化物，而在上述还原反应炉所生成的合成气的剩余部分，通过形成于上述还原反应炉上 部的合成气流出口保存于合成气贮存槽；而且，通过形成于上述热分解炉上部的烟气流出口，排出上述烟气和供应至上述热分 解炉的合成气，从而通过形成于上述还原反应炉下部的烟气流入口供应至上述还原反应 炉。
6.根据权利要求5所述的碳化物热分解重整装置，其特征在于上述还原反应炉倾斜 连接至上述热分解炉下部，而上述氧化反应炉(syngas burner)连接至上述还原反应炉侧 面下部。
全文摘要
本发明涉及一种气化系统，其在低温(600～1000℃)下热分解体积大的碳质原料以显著减少体积，并在1200℃下把热分解产物转移至小型重整炉有效的把热分解产物转化为合成气。碳质材料(Carbonaceousmaterial)是指以碳为构成元素的所有物质，在此包括所有形式的矿石燃料、生物质(biomass)、海洋植物群、动物性废弃物和工业有机废弃物。热分解反应是指在600~1000℃的温度下，生成C1-C8烟气、烧焦物和焦炭。重整反应更确切地定义为在1200℃下碳原子跟蒸汽或二氧化碳气体反应，从而CO气体和整个氢原子重整为还原的H2气体。这也归类为吸热还原反应。不论物态或化学态的碳，在1200℃跟蒸汽或二氧化碳气体反应，从而重整为CO和H2气体被命名为合成气。在上述反应中不需要催化剂。
文档编号C10J3/00GK102083946SQ200880129690
公开日2011年6月1日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年6月12日
发明者金显泳 申请人:金显泳