CN105051167B9 - 碳燃料气动干燥器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于碳燃料的气动传输干燥器，反应器中产生的合成气在所述干燥器中流动以被冷却。所述用于碳燃料的气动传输干燥器形成为包括：进口单元，其形成为狭窄的管状形状使得合成气和碳燃料流入其中；管状的干燥单元，在干燥单元中，通过进口单元流入的高温的合成气被冷却，碳燃料的水分含量被降低，并且干燥部分的直径大于进口单元的直径；以及传输单元，传输单元形成为具有比干燥单元的直径更小的直径的管状形状，使得通过干燥单元的合成气和碳燃料的流动速度增大并且形成为在预定的区域中弯曲，使得合成气和碳燃料的流动方向改变。

Description

碳燃料气动干燥器

技术领域

以下公开涉及一种碳燃料气动干燥器，且特别地涉及一种能够利用 气化的合成气有效地干燥碳燃料并防止干燥器的材料腐蚀的碳燃料气 动干燥器。

背景技术

气化是一种由固态燃料产生可燃烧的气态燃料的技术，该技术具 有很长的历史且仍然处于发展中。人们以前使用的燃料经历了从树、 煤、气体、油、电等等的变化，这些燃料中的一部分仍然被用于烹饪 和取暖。

自从十八世纪后期英国的工业革命开始以来，碳燃料(通常称为 煤——分为烟煤、次烟煤、褐煤、无烟煤等)已经被用于工业目的。 在历史上，焦炭代替木炭(charcoal)作为用于金属工业的还原剂， 或者煤被用于城市燃气。由碳燃料气化而获得的可燃烧的气态燃料被 称为合成气(synthesis gas)，这表示合成气是人工产生的并且与天然 地埋在地球的地面下的天然气(natural gas)不同。最初，合成气已 经被用于城市街道照明且然后用于代替固态燃料或产生化学燃料。最 近，合成气被用于产生动力或产生合成燃料。

在这一方面，题为“用于使含碳燃料气化的装置”的(在2009 年8月13日提交的)US专利申请No.12/737,823公开了一种用于使 含碳燃料气化的装置。

碳燃料的气化产生主要由通过在氧化剂被供应至反应器时碳燃 料的氧化反应以及通过碳燃料与反应器中产生的气体——例如二氧 化碳、蒸汽和氢气——的氧化-还原反应而产生的氢气和一氧化碳构 成的合成气。

因此获得的合成气是热的气体且可以被用于整体气化联合循环 (IGCC)或费-托(Fischer-Tropsch)工艺，其中大致需要用于将热 的合成气冷却至特定温度的热交换器。

常规地，由于在复杂的气化设备中已经采用了单独的、大型的热 交换器以便冷却在反应器中产生的热的合成气，因此存在如下问题： 复杂的气化设备的尺寸增大且安装成本增加。

发明内容

技术问题

本发明的实施方式涉及提供一种碳燃料气动干燥器，所述碳燃料 气动干燥器能够通过使反应器中产生的合成气循环以便将合成气与 具有大量水分的碳燃料混合而冷却合成气并且同时干燥碳燃料，无需 任何单独的热交换器。

本发明的另一实施方式涉及提供一种碳燃料气动干燥器，所述碳 燃料气动干燥器能够通过将碳燃料均匀分布而有效地干燥被喷射的 碳燃料，并且能够防止在合成气的线速度高时由高速传输的碳燃料可 能引起的材料腐蚀。

技术解决方案

在一个总体方面，碳燃料气动干燥器——在反应器中产生的合成 气被进给至所述碳燃料气动干燥器中并在所述碳燃料气动干燥器中 被冷却——包括：进给部分，所述进给部分形成为狭窄的管，合成气 和碳燃料经由所述进给部分被进给；干燥部分，所述干燥部分形成为 具有比进给部分更大的直径的管，在所述干燥部分中经由进给部分进 给的热的合成气被冷却且碳燃料的水分含量被降低；以及传输部分， 所述传输部分形成为具有比所述干燥部分更小的直径的管，使得已经 通过所述干燥部分的合成气和碳燃料的流动速度增加，其中，所述传 输部分包括弯曲部，使得合成气和碳燃料的流动方向被改变。

所述进给部分或干燥部分可包括至少一个喷嘴单元，所述至少一 个喷嘴单元沿切线方向被安装在所述进给部分或干燥部分的外周表 面上以便将碳燃料喷射至其中，使得碳燃料螺旋形地流入。

所述喷嘴单元可包括设置在所述进给部分或所述干燥部分的外 周表面上的不同高度处的两个或更多个喷嘴。

所述喷嘴单元可朝向传输部分向上地倾斜。

通过包括在喷嘴单元中的喷嘴所喷射的燃料与通过包括在喷嘴 单元中的其他喷嘴所喷射的燃料可以具有不同的特性。

传输部分可包括防磨损腔室，所述防磨损腔室具有向外突出的弯 曲部，使得流入所述弯曲部中的碳燃料的颗粒沿一个方向旋转。

防磨损腔室可包括安装在其外周表面上以便向防磨损腔室中喷 射吹扫气体的吹扫气体喷射喷嘴。

一个或多个吹扫气体喷射喷嘴可以沿切线方向安装在防磨损腔 室的外周表面上。

所述干燥部分可包括第二喷嘴单元，使得具有通过进给部分进给 并且具有不同特性的燃料被喷射至干燥部分中。

一个或多个第二喷嘴单元可被沿切线方向安装在所述干燥部分 的外围表面上。

通过所述进给部分进给至干燥部分中的碳燃料的水分含量可以 在20wt％至60wt％之间。

从所述干燥部分排出的碳燃料的水分含量可以在1wt％至10wt％ 之间。

通过进给部分被进给至干燥部分的合成气的压力可以在1atm至 50atm之间。

技术效果

根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器的优点在于通过使 反应器中产生的热的合成气循环从而使热的合成气与具有很多水分 的碳燃料在干燥部分中混合，能够同时执行冷却合成气并且干燥碳燃 料，而无需附加的热交换器。

此外，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器中，通过沿 切线方向在具有管状形状的进给部分的外周表面上安装喷嘴单元使 得碳燃料螺旋状地流入进给部分中，能够将热的合成气与碳燃料平稳 且均匀地混合。

另外，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器中，能够获 得适当的碳燃料干燥速率，并且能够在干燥过程中抑制碳燃料的挥发 物，使得进给至具有较大直径的干燥部分中的碳燃料分布在较大的空 间中并且所述碳燃料与进给至其中的热的合成气具有更长的接触时 间。

此外，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器中，通过在 传输部分的弯曲部处提供吹扫气体喷射单元以在合成气的线速度较 大时在快速运动的碳燃料中产生涡流，从而能够减小由碳燃料可能引 起的传输部分的内壁上的材料腐蚀。

另外，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器中，通过喷 射具有不同水分含量或者粒度的燃料能够获得第二喷射燃料的目标 干燥速率，并且两种燃料能够在干燥部分中有效地混合，而无需混合 器。

从以下详细说明、附图和权利要求中其他特征和方面将变得明 显。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器的示意性前视 图；

图2是根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器的示意性前视 图，其中安装有喷嘴单元；

图3是根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器的进给部分的 示意性俯视图；

图4是根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器的传输部分的 示意性前视图；

图5是根据本发明的另一实施方式的碳燃料气动干燥器的传输部 分的示意性前视图。

[主元件的详细描述]

1：碳燃料气动干燥器

100：进给部分

110：喷嘴单元

200：干燥部分

300：传输部分

310：防磨损腔室

320：吹扫气体喷射喷嘴

具体实施方式

从参考附图的在下文中陈述的实施方式的以下描述中，本发明的 优点、特征和方面将变得明显。但是，本发明可以以不同的形式实施 且不应被认为是被限制于在此描述的实施方式。相反，这些实施方式 被提供为使得本公开是完整和全面的，且将本发明的范围完全传递给 本领域普通技术人员。在此使用的术语仅仅是为了描述特殊的实施方 式的目的且并不意在限制示例实施方式。如在此使用的，“一”、“一 个”和“所述”还被用于包括多个的形式，除非在上下文中清楚地另 有所指。还应当理解的是，在本说明书中使用的术语“包括”和/或 “具有”指的是具有所描述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或 部件，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、 部件和/或组的存在。

在下文中，将参考附图而详细描述示例实施方式。

本发明中的碳燃料应在较宽范围地概念性理解为含碳燃料 (carbonaceous fuel)。

根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1涉及一种如下碳燃 料气动干燥器1——在反应器中生成的合成气流入所述碳燃料气动 干燥器1中并在所述碳燃料气动干燥器1中被冷却——主要包括进给 部分100、干燥部分200和传输部分300并且是气动干燥器的类型。

所述反应器用于通过使用碳燃料的气化过程而产生合成气。在这 一方面，气化表示将碳燃料转化为燃料气体，其中通过利用碳燃料的 燃烧热使碳燃料与蒸汽反应产生合成气。

在此，碳燃料是煤原料且包括低级煤(水分含量高的煤)、烟煤、 次烟煤、褐煤等。此外，合成气包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮 气、蒸汽、甲烷等。

从反应器排出的合成气可以被进给至燃气涡轮机等以便被用于 产生动力，例如整体气化联合循环(IGCC)或可以被用于费-托工艺， 在费-托工艺中利用Fe或Co催化剂由合成气产生液态氢。

在反应器中产生的合成气是具有500℃至1600℃的高温的热气 体，且可以在1atm至50atm下被排出。从反应器排出的合成气的温 度和压力的范围并不限于上文描述的那些范围，而是可以根据本发明 中包括的反应器所采用的气化器的类型和容量而进行各种修改。

首先，进给部分100形成为狭窄的管，由反应器排出的合成气以 及碳燃料经由所述进给部分被进给。

干燥部分200形成为具有比进给部分100更大的直径的管——在 干燥部分200中，经由进给部分100进给的热的合成气被冷却且碳燃 料的水分含量降低——使得碳燃料在干燥部分200中均匀地分散并 与合成气具有长的接触时间。

干燥部分200具有比进给部分100更大的直径，使得碳燃料和合 成气可以在干燥部分200中平缓且均匀地混合。例如，干燥部分200 可以形成为具有从0.5m至1.5m的直径以及从1m至5m的长度。

即：在干燥部分200中，具有很多水分含量的碳燃料与热的合成 气将相互接触以便交换热，由于碳燃料的水分吸收合成气的热以蒸 发，因此合成气的温度降低且碳燃料的水分减少，且干燥的碳燃料被 进给返回至反应器以成为合成气的原料。

在此，进给至干燥部分200的碳燃料的水分含量优选地从20wt％ 至60wt％。在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器中，如果 水分含量低于20wt％，则合成气的冷却效率降低，而如果水分含量 高于60wt％，则由于进给至反应器中的碳燃料的水分含量过高而降 低制造效率。

进给部分100或干燥部分200可以包括至少一个喷嘴单元110， 所述至少一个喷嘴单元110沿切线方向被设置在外周表面上，并且喷 射碳燃料，使得碳燃料螺旋形地流入进给部分100中。

喷嘴单元110沿切线方向安装在外周表面上，碳燃料所喷射通过 的端部定位在进给部分100或干燥部分200的内部。

图2是示意性示出喷嘴单元110的安装方向的立体图，碳燃料通 过所述喷嘴单元110被喷射至进给部分100，在进给部分100中喷嘴 110可以朝向干燥部分200向上倾斜，使得通过喷嘴单元110喷射的 碳燃料更加容易地流至干燥部分200。

图3是示意性示出喷嘴单元110的安装方向的俯视图，碳燃料经 由所述喷嘴单元110而被喷射至进给部分100，在进给部分100中两 个或更多个喷嘴可以被安装在进给部分100的外周表面上，所述两个 或更多个喷嘴以预定的距离间隔开，使得在进给部分100中平滑地产 生碳燃料的螺旋状流。

换言之，根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1可包括相 对于干燥部分向上或向下倾斜的喷嘴单元，并且特别是如果使用如图 5所示的相对于干燥部分向上倾斜的喷嘴单元，则例如碳之类的喷射 物质可以被更均匀地分布。

通过这种构造，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1 中，由多喷嘴110在进给部分100中产生碳燃料的螺旋流，所述多喷 嘴110具有彼此对称的多个喷嘴，使得促进在干燥部分200中的分散， 延长了停留时间且可以减小由于碳燃料的颗粒引起的在内表面上的 腐蚀。

传输部分300被形成为具有比干燥部分200更小的直径的管从而 增大通过干燥部分200的合成气和碳燃料的流动速度，并且具有弯曲 部以便改变被旋风分离器排出的碳燃料和合成气的流动方向。

如图1所示，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1中， 被进给至进给部分100——该进给部分100是狭窄的管——的碳燃料 和合成气在通过具有更大直径的干燥部分200时的流动速度减小，且 在通过具有更小直径的传输部分300时的流动速度又被增大。

在此，由于传输部分300仅仅用于传递碳燃料和合成气，因此可 通过用轴管构造传输部分300来减小原料成本和制造成本。

如图1和图4所示，传输部分300可以包括防磨损腔室310，所 述防磨损腔室310具有朝外突出的弯曲部，使得在弯曲部中流动的碳 燃料的颗粒沿一个方向旋转。

在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1中，碳燃料的颗 粒的流动方向被改变为螺旋流，使得防止从干燥部分200排出的通过 传输部分300的碳燃料的高速颗粒直接地撞击传输部分300的内壁上 的弯曲部，并且从而防止材料腐蚀。

防磨损腔室310还可以包括吹扫气体喷射喷嘴320，所述吹扫气 体喷射喷嘴320安装在外周表面上并且喷射吹扫气体。流进传输部分 300的碳燃料和合成气的高速颗粒的流动方向可以根据吹扫气体的 喷射方向而改变。

在图4中，两个吹扫气体喷射喷嘴320被示出为朝向防磨损腔室 310的中央，通过所述防磨损腔室310从干燥部分200传递的碳燃料 和合成气可以在弯曲90度的同时排放至下一工艺或被旋风分离器排 出。

因此，碳燃料的高速颗粒不撞击内壁而是螺旋形地流动以便排放 至外部，使得传输部分300的腐蚀可以最小化。

此外，至少一个吹扫气体喷射喷嘴320可以沿切线方向安装在防 磨损腔室310上，如图5所示。在这种情况下，在防磨损腔室310中， 旋转球用作由合适的气体吹扫产生碳燃料的颗粒的一个方向的旋转 而形成的缓冲垫，使得碳燃料的颗粒不直接撞击弯曲部的内壁而是可 以平滑地改变流动方向以便被排放至外部。

换言之，由于碳燃料的颗粒在该腐蚀腔室310中沿一个方向旋转 而使防磨损腔室310产生旋转球，所述旋转球用作缓冲垫，使得从干 燥部分200以高速传递的碳燃料不直接撞击传输部300的内壁上的弯 曲部。此外，碳燃料的颗粒在防磨损腔室310中以合适的速度旋转之 后被排放，使得碳燃料的颗粒不被过度干燥。

此外，如图6所示，在碳燃料气动干燥器1中，多喷嘴110可以 被安装在干燥部分200的不同高度处，使得具有不同特性的燃料可以 被喷射至干燥部分200。

即：在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1中，通过包 括在喷嘴单元110中的喷嘴喷射的燃料可以与通过包括在所述喷嘴 单元110中的其他喷嘴喷射的燃料具有不同的特征。

通过这种构造，当两种或更多种燃料被混合且被用于燃烧或气化 时，其他类型的燃料通过喷嘴部分110被喷射，使得根据本发明的实 施方式的碳燃料气动干燥器1可以在干燥部分200中将两种燃料中的 每一种燃料干燥至期望的水分含量并且可以在干燥部分200中将所 述燃料很好地混合而无需使用任何混合装置。

作为示例，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1中， 具有高的水分含量以及低的热量的生物质——例如农业废弃物、木材 或污水泥浆——通过喷嘴110被喷射，而具有低的水分含量和高的热 量的碳燃料——例如煤——经由喷嘴110中的一个喷嘴而被喷射，使 得碳燃料补偿生物质的低热量且去除水分，从而使得上述物质适于燃 烧或气化。

此外，如图1所示，根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器 1可以包括如下流动路径，在所述流动路径中碳燃料和合成气被从底 部进给且经由顶部被排放。

即：合成气和碳燃料通过进给的合成气的压力而向干燥器的上方 移动并且交换热量以排出。

在此，在根据实施方式的碳燃料气动干燥器1中，当具有2mm 或更小的粒度的碳燃料被进给时，即使合成气的流体压力是低的，碳 燃料也可以被容易地向上排放。

此外，在根据本发明的实施方式的碳燃料气动干燥器1中，碳燃 料和合成气可以从顶部进给且经由底部排放。

当合成气经由反应器的顶部排放时，在根据实施方式的碳燃料气 动干燥器1中，通过经由顶部进给合成气，可以实现反应器和简单的 流动路径设计，使得减小了用于复杂的气化设备的制造成本且改进了 占用空间。

因此，在根据实施方式的碳燃料气动干燥器1中，通过进给具有 很多水分的碳燃料和热的合成气，合成气可以被冷却而无需用于冷却 高温的合成气的较大的热交换器。此外，由于不需要用于调节进给至 反应器中的碳燃料的水分的附加的干燥器，因此设备是简单的且减小 了设备成本。

在根据实施方式的碳燃料气动干燥器1中，为了提高在使用合成 气的后来的工艺——例如费-托工艺——中的效率，从干燥部分200 排放的合成气的温度优选地在150℃和300℃之间。此外，已经通过 干燥部分200的碳燃料优选地具有在1wt％和10wt％之间的水分含 量，以便提高反应器中的合成气的生产效率。

本发明并不限于上述示例实施方式，而是可以以多种方式应用， 且可以被本发明所属领域的技术人员进行各种改变，而不脱离权利要 求要求保护的本发明的要旨。

Claims (6)

1.一种碳燃料气动干燥器，在反应器中产生的合成气从底部被 进给至所述碳燃料气动干燥器中并在所述碳燃料气动干燥器中被冷 却，所述碳燃料气动干燥器包括：

进给部分，所述进给部分形成为狭窄的管，合成气和碳燃料经由 所述进给部分被进给；

干燥部分，所述干燥部分形成为具有比所述进给部分更大的直径 的管，在所述干燥部分中，经由所述进给部分进给的热的合成气被冷 却并且所述碳燃料的水分含量被降低；以及

传输部分，所述传输部分包括防磨损腔室和至少一个吹扫气体喷 射喷嘴，所述防磨损腔室形成为具有比所述干燥部分更小的直径的 管，使得已经通过所述干燥部分的所述合成气和所述碳燃料的流动速 度增大，并且所述防磨损腔室具有向外突出的弯曲部，使得所述合成 气和所述碳燃料的流动方向被改变，其中，所述至少一个吹扫气体喷 射喷嘴沿切线方向安装在所述防磨损腔室的外周表面上，其中，通过 所述防磨损腔室中的所述吹扫气体喷射喷嘴所喷射的吹扫气体使得 碳燃料颗粒沿一个方向旋转，从而产生用作缓冲件的旋转球，以及

多个喷嘴单元，所述多个喷嘴单元沿切线方向安装在所述进给部 分或所述干燥部分的外周表面上并且朝向所述干燥部分向上倾斜以 将碳燃料喷射至其中。

2.根据权利要求1所述的干燥器，其中，所述喷嘴单元包括设 置在所述进给部分或所述干燥部分的所述外周表面上不同高度处的 两个或更多个喷嘴。

3.根据权利要求2所述的干燥器，其中，通过包括在所述喷嘴 单元中的喷嘴所喷射的燃料与通过包括在所述喷嘴单元中的其他喷 嘴所喷射的燃料具有不同的特性。

4.根据权利要求1所述的干燥器，其中，经由所述进给部分进 给至所述干燥部分中的碳燃料的水分含量在20wt％至60wt％之间。

5.根据权利要求4所述的干燥器，其中，从所述干燥部分排出 的碳燃料的水分含量在1wt％至10wt％之间。

6.根据权利要求1所述的干燥器，其中，经由所述进给部分被 进给至所述干燥部分的合成气的压力在1atm至50atm之间。