气化含碳材料的方法及气化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种气化含碳材料的方法，包括：热解所述含碳材料以生产挥发物和焦化物；将所述焦化物与所述挥发物分离；气化所述焦化物；转化所述挥发物以生产产品气；以及使部分转化的挥发物和/或产品气通过催化剂床来净化产品气。本发明专利技术的方法能够提高气化效率。

Method for gasifying carbonaceous material and gasification system

The invention relates to a method of gasifying carbonaceous material includes: the pyrolysis of carbonaceous materials in the production of volatiles and coking; the coking and the volatiles separation; the gasification coking; converting the volatiles to produce gas; and volatiles and / or product gas through the catalyst bed to make partial conversion gas purification products. The method of the invention can improve the gasification efficiency.

【技术实现步骤摘要】
气化含碳材料的方法及气化系统本申请为申请日为2011年07月26日、申请号为2011800455726、名称为“气化含碳材料的方法及气化系统”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种气化含碳材料的方法及一种气化系统。
技术介绍
气化是指诸如含碳材料的固体或液体材料转变为气态燃料。对于化工和能源行业中的许多低排放技术而言，气化是感兴趣的问题。含碳材料的气化从概念上可以分为两个步骤，虽然这两个步骤之间不可能有明显的区别。当含碳材料(固体)被加热，从含碳材料中释放出包括含碳材料中的水分的气体和蒸气(“挥发物”)的混合物，留下固体残余物(“焦化物(char)”)。然后，挥发物和焦化物均与诸如H2O和O2的气化剂反应以形成产品气。诸如褐煤、泥煤、生物质和固体废物的低等级的含碳的燃料尤其适合于气化，这是由于它们高的气化反应性。然而，这些的低等级的燃料有几种特性，这些特性在设计和操作用于气化低等级的燃料的气化器时是必须考虑的。首先，低等级的燃料通常具有高挥发物的产率，例如对于某些类型的生物质而言是80(重量)％或更多(干基)。挥发物的焦油状组分的完全转化在气化器的设计中是最重要的考虑因素之一，因为焦油的去除是繁琐和昂贵的。其次，低等级燃料往往含有分散良好的碱金属和碱土金属(AAEM)物质，在热解和气化过程中，这些物质能够很容易地挥发。在气化产品气中挥发的AAEM物质能够造成气涡轮机/发动机部件的腐蚀/侵蚀。挥发的AAEM物质也可以与流化床气化器的床料(如砂子)反应，导致床料的团聚和去流化。另一方面，如果这些AAEM物质保留在焦化物中，它们可以是焦化物气化的优良的催化剂。第三，来自低等级燃料的焦化物和挥发物非常活泼。焦化物和挥发物之间的相互作用能够提高它们固有的金属物质(例如，褐煤中的Na和生物质中的K)的挥发，使焦化物结构失活，从而降低了焦化物的反应性。在最坏的情况下，挥发物与焦化物的相互作用实际上可以终止焦化物的气化。当存在挥发物与焦化物的相互作用时，提高气化温度不总是引起气化率显着提高。实际上，挥发物与焦化物的相互作用几乎影响气化的每一个方面。氧的消耗是设计和运行气化器以实现高效率的一个重要考虑因素。在许多气化器中，作为比焦化物更活泼的挥发物往往会优先与O2反应，留下较不活泼的焦化物用蒸汽和其他气化剂使其缓慢地被气化。一个更理想的情况是，较不活泼的焦化物与O2反应，而用蒸汽和其他气化剂使更活泼的挥发物被转化。粗制产品气会含有微量的焦油、已挥发的无机物(如碱)和污染形成物质(如NH3、HCN、H2S)。粗制产品气通常需要被净化，然后才能够作为例如涡轮机/发动机的气态燃料或作为用于化学合成的原料被利用。从气化产品气中去除诸如焦油状物质、AAEM蒸气、颗粒和H2S/NH3/HCl的各种不希望有的组分通常增加了气化工艺整体的复杂性，并且成为气化投资和运营成本整体的一个重要的部分。当通过液体(例如，水)洗涤去除这些不希望有的物质时，产生必须用很高的花费进一步处理的液体废物流。可以采用各种常规的催化剂使焦油转化。但是，这些催化剂往往很容易失活。因此，有需要使技术进步。
技术实现思路
依照本专利技术的一个方面，提供一种气化含碳材料的方法，所述方法包括以下步骤：热解所述含碳材料以生产挥发物和焦化物；将所述焦化物与所述挥发物分离；气化所述焦化物；转化所述挥发物以生产产品气；以及使部分转化的挥发物和/或产品气通过产品气净化区，诸如催化剂床。使部分转化的挥发物和/或产品气通过催化剂床导致几个效果，这些效果包括对焦油残余物和诸如无机污染物的其他杂质的去除，以及通过进行水煤气反应，提高所述产品气的氢含量，从而生产清洁的产品气。所述催化剂床可以包括焦化物或焦化物负载的催化剂的移动床。移动床可以是焦化物或焦化物负载的催化剂的非等温的移动床。焦化物或焦化物负载的催化剂可以由含碳材料(包括加入催化物质的含碳材料)的热解和/或部分气化来制备。在一实例中，该过程包括这样的步骤，即将用过的焦化物或焦化物负载的催化剂从催化剂床排出并气化所述用过的焦化物或焦化物负载的催化剂以回收(recuperate)它们的能量值。也可以将用过的或部分用过的焦化物或焦化物负载的催化剂作为是养分源的土壤改良剂而返回到田地并且/或者用于生物固碳(carbonbiosequestration)。在另一实施例中，所述催化剂床是一系列催化剂床之一。在本专利技术的一实施例中，热解含碳材料的步骤包括热解所述含碳材料并持续足够长的一段时间以基本上将所有所述含碳材料转化为挥发物和焦化物。在一实施例中，热解含碳材料的步骤包括用逆流的热气流加热所述含碳材料。所述热气可以由气化焦化物来制备。所述含碳材料可以经历同时的热解和(部分)气化。在一实施例中，气化所述焦化物的步骤包括使所述焦化物与气化剂反应。气化所述焦化物的步骤可以包括使所述焦化物与控制的量的含氧气体反应。执行气化步骤可以孤立于转化所述挥发物的步骤，以使挥发物与焦化物的相互作用最小化。依照本专利技术的另一方面，提供了一种处理由低等级的含碳材料的气化生产的粗产品气的方法，其中所述粗产品气包括部分转化的挥发物、焦油残余物和污染物，所述方法包括使所述粗产品气通过催化剂床。在一实施例中，处理所述粗产品气的方法包括使所述粗产品气通过催化剂床，且该催化剂床包括焦化物或焦化物负载的催化剂的移动床。从所述粗产品气中去除焦油残余物和诸如无机污染物的其他杂质。此外，与所述粗产品气相比，通过进行水煤气反应，提高了处理后的产品气的氢含量。所述方法可以包括在热解所述含碳材料之前干燥所述含碳材料的步骤。对于包括干燥所述含碳材料的步骤的方法的实施例，由干燥步骤产生的蒸汽可以用在转化所述挥发物的步骤中。依照本专利技术的另一方面，提供了一种用于气化含碳材料的气化系统，所述气化系统包括：一转化区，用于转化挥发物以生产产品气；一焦化物气化区，用于气化焦化物；一热解区，用于热解含碳材料，所述热解区以与所述转化区和所述焦化物气化区流体连通的方式设置，由此分离在所述热解区中形成的挥发物与焦化物并分别导至所述转化区和所述焦化物气化区；以及一产品气净化区，所述产品气净化区以与所述转化区流体连通的方式设置，由此部分转化的挥发物和/或产品气能够通过产品气净化区。以此方式，本专利技术的气化系统减少并通常使挥发物与焦化物的相互作用最小化。在一实施例中，所述热解区设置在所述转化区和所述焦化物气化区的中间。在一实施例中，所述产品气净化区包括催化剂床。可理解的是，所述催化剂床可以包括串联排列的多于一个的催化剂床。在本专利技术的各种实施例中，所述气化系统可以设置有用于将含碳材料引入所述热解区的入口，以及用于将诸如蒸汽和含氧气体的气化剂引入所述焦化物气化区的一个或多个入口。所述气化系统也可以设置有用于从所述催化剂床排出产品气的出口。在一实施例中，所述气化系统包括一气化容器，所述气化容器具有被限定于其中的所述转化区、焦化物气化区和热解区。在本专利技术的一实施例中，所述焦化物气化区设置在所述气化容器的下部。所述转化区可以设置在所述气化容器的上部。在一实施例中，所述焦化物气化区还设置有诸如闭锁式料斗的灰分排出装置，该装置与设置在所述气化容器的下部的出口可操作地相连。在本专利技术的一实施例中，所述热解区设置成将所述含碳材料在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气化含碳材料的方法，所述方法包括以下步骤：热解所述含碳材料以生产挥发物和焦化物；将所述焦化物与所述挥发物分离；气化所述焦化物；转化所述挥发物以生产产品气；以及使部分转化的挥发物和/或产品气通过催化剂床来净化产品气；其特征在于：至少气化所述焦化物的步骤和转化所述挥发物的步骤在同一容器中执行；在基本上不存在所述挥发物的情况下，主要氧气供应优先被焦化物消耗；焦化物气化产生的热气提供部分热源，该热源用于转化所述挥发物以生产产品气；部分转化的挥发物和/或产品气通过所述催化剂床来去除焦油残余物及其它有机和无机污染物。

【技术特征摘要】
2010.07.27 AU 2010903348;2010.12.06 AU 20109053561.一种气化含碳材料的方法，所述方法包括以下步骤：热解所述含碳材料以生产挥发物和焦化物；将所述焦化物与所述挥发物分离；气化所述焦化物；转化所述挥发物以生产产品气；以及使部分转化的挥发物和/或产品气通过催化剂床来净化产品气；其特征在于：至少气化所述焦化物的步骤和转化所述挥发物的步骤在同一容器中执行；在基本上不存在所述挥发物的情况下，主要氧气供应优先被焦化物消耗；焦化物气化产生的热气提供部分热源，该热源用于转化所述挥发物以生产产品气；部分转化的挥发物和/或产品气通过所述催化剂床来去除焦油残余物及其它有机和无机污染物。2.如权利要求1所述的方法，其中所述催化剂床含有焦化物、焦化物负载的催化剂或钛铁矿。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述催化剂床包括固体催化剂的移动床。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春柱，吴宏伟，穆罕默德·阿萨杜拉，王小山，
申请(专利权)人：科廷科技大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU