用于生产合成气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术以用于由任何含碳原料生产合成气的方法和装置为特征。在一些实施方案中，亚化学计量的量的氧气用于增强合成气的形成。在多个实施方案中，在原料转化成合成气的过程中，添加氧气和蒸汽。合成气可以被转化成诸如乙醇的醇或其他产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及用于将诸如纤维素生物质的含碳原料转化成合成气(synthesis gas)的工艺，以及涉及用于将合成气转化成诸如醇(如，乙醇)的产物的工艺。
技术介绍
合成气也称为合成气(syngas)，它是一种包括一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气体 的混合物。通常而言，合成气可以由任何含碳材料来生产。具体地，诸如农业废物、森林产 物、草和其他纤维素材料的生物质可以被转化成合成气。 合成气是化学和生物精制行业的平台中间体且具有非常多的用途。合成气可以被 转化成烷烃、烯烃、含氧化合物以及诸如乙醇的醇。这些化学品可以被共混成或直接用作柴 油燃料、汽油和其他液体燃料。合成气还可以被直接燃烧以产生热和动力。当由不同于化 石燃料的原料生产醇时，替代基于石油的燃料和燃料添加剂的醇类替代物可能是特别环境 友好的。 需要更成本有效地生产合成气的改进方法。还期望生产更高纯度且具有期望的H2 对CO的比的合成气的方法以促进合成气转化成诸如乙醇的其他产物。 专利技术概述 在一个方面，本专利技术提供了一种形成合成气的方法，该方法包括下述步骤 (a)在脱挥单元中使含碳原料脱挥以形成气相和固相；以及 (b)使气相和固相通过加热的反应容器以形成合成气， 其中步骤(a)是在以氧气的化学计量的量的约O. 1%到约25%之间的量的游离氧 存在下施行的，以使原料完全燃烧。 在一些实施方案中，游离氧的量小于氧气的化学计量的量的约10%，以使原料完 全燃烧。在其他实施方案中，游离氧的量小于氧气的化学计量的量的0. 5%，以使原料完全 燃烧。在某些实施方案中，游离氧的量在氧气的化学计量的量的约2%到约8%之间，以使 原料完全燃烧。 在一些实施方案中，步骤(a)是在添加的蒸汽存在下进一步施行的。添加的蒸汽可以小于水的化学计量的量的约50%的量存在，以使原料完全转化成一氧化碳和氢气。在一些实施方案中，添加的蒸汽以小于水的这种化学计量的量的约10%的量存在。 —些方法利用了最初包含一些水分的含碳原料。在一些实施方案中，第一量的蒸汽是来自含碳原料中最初的水分，第二量的蒸汽是在步骤(a)的过程添加的，且第一量的蒸汽和第二量的蒸汽的组合小于水的化学计量的量，以使原料完全转化成一氧化碳和氢气。在其他实施方案中，第一量的蒸汽和第二量的蒸汽的组合大于水的化学计量的量，以使 原料完全转化成一氧化碳和氢气。 在另一个方面，本专利技术提供了一种形成合成气的方法，该方法包括下述步骤 (a)在脱挥单元中使含碳原料脱挥以形成气相和固相；以及 (b)使气相和固相通过加热的反应容器以形成合成气， 其中步骤(a)是在以氧气的化学计量的量的约O. 1%到约50%之间的量的游离氧 存在下施行的，以使步骤(a)中产生的固相内包含的碳完全燃烧。 在此方面的一些实施方案中，游离氧的量小于氧气的化学计量的量的约25% (如，10%_20%)，以使步骤(a)中产生的固相内包含的碳完全燃烧。在某些实施方案中， 游离氧的量小于氧气的化学计量的量的约10%，以使步骤(a)中产生的固相内包含的碳完 全燃烧。 步(b)优选(虽然并不一定)是在蒸汽的存在下施行的。在一些实施方案中，在 步骤(b)中，游离氧对蒸汽(02/H20)的初始比小于约1。在一些实施方案中，此初始比小于 约0. 5，诸如在约0. 01到约0. 2之间。 当然，可以向步骤(a)和步骤(b)中都添加氧气。在一些实施方案中，步骤(a)是 在第一量的游离氧存在下施行的，以使原料完全燃烧，第一量是在氧气的化学计量的量的 约O. 1%到约10%之间，且步骤(b)是在第二量的游离氧存在下施行的，以使步骤(a)中 产生的固相内包含的碳完全燃烧，第二量是在氧气的化学计量的量的约O. 1%到约25%之 间。在某些实施方案中，游离氧的第一量小于氧气的化学计量的量的约1%，以使原料完全 燃烧，且游离氧的第二量小于氧气的化学计量的量的约10%，以使步骤(a)中产生的固相 内包含的碳完全燃烧。当向步骤(a)和步骤(b)中都添加氧气时，可以任选地在步骤(a) 的过程添加蒸汽。 上述方法中的任一种还可以包括下述子步骤(i)测量气相和/或固相的组成， (ii)根据预测的至少一些组成部分氧化成合成气来确定合适量的游离氧以及(iii)引入 包含合适量的游离氧的气体。 在一些实施方案中，在步骤(a)中进行脱挥可以是在催化剂的存在下施行的。催 化剂可以选自由钾、氢氧化钾、碳酸钾及其任意组合组成的组。 在一些实施方案中，在步骤(b)中形成合成气可以是在催化剂的存在下施行的。 此催化剂可以选自由镍、钴、铑及其所有组合和氧化物组成的组。 气相和固相在步骤(a)中的停留时间可以基本上是相同的或不同的。在一些实施 方案中，在步骤(a)的过程中至少部分地去除气相。例如，脱挥单元可以是多级单元，其中 气相和固相通过脱挥单元的至少一级，且在最后一级之前，从脱挥单元中去除气相的至少 一部分。 在某些实施方案中，只在第一级添加游离氧。在其他实施方案中，遍布脱挥单元的 多级添加不同量的氧气。可以在去除气相的至少一部分之前向脱挥单元中添加氧气。而且， 在去除气相的至少一部分之后，可以向脱挥单元中添加氧气。在一些实施方案中，在去除气 相的至少一部分之前，添加第一量的氧气，并在去除气相的至少一部分之后，添加第二量的 氧气。氧气的第一量可以不同于氧气的第二量。 在一些实施方案中，在步骤(b)之前，使固相与步骤(a)的过程中去除的气体相结合。任选地，在去除气相的至少一部分之后，可以引入一种或多种基本上惰性的气体。 在一些优选的实施方案中，与由不存在氧气时的相同方法产生的氢气对一氧化碳 的比相比，在步骤(a)和/或步骤(b)的过程中存在游离氧减小了合成气中的氢气对一氧 化碳的比。H2/C0比(由步骤(b)产生的)可以在约0. 75到约1. 5之间，诸如约0. 8、0. 9、 1.0、1. 1U.2、1.3或1.4。在其他实施方案中，由步骤(b)产生的4/C0比高于1.5，但低于 不存在添加的游离氧时所产生的比。 在一些优选的实施方案中，与由不存在游离氧的相同方法产生的合成气的量相 比，存在游离氧增大了所产生的合成气的量。在一些实施方案中，与由不存在游离氧的相同 方法产生的热解产物的量相比，存在游离氧减小了热解产物的量。在步骤(a)和/或步骤 (b)中存在游离氧还可以提高步骤(b)中所产生的合成气的纯度。 在一些实施方案中，脱挥单元中的工艺温度至少在步骤(a)的过程中的一个点(point)大于约900° F。脱挥单元中的最大工艺温度优选小于约1400° F。 在一些实施方案中，加热的反应容器中的工艺温度至少在步骤(b)的过程中的一个点大于约1400。F。加热的反应容器中的最大工艺温度优选小于约2200° F。 —些实施方案包括将步骤(a)中产生的流引入到构建有用于包括氧气(诸如空气)的气体的输入的反应器中，其中流的至少一些被部分氧化以产生另外的合成气。 一些其他实施方案包括将步骤(b)中产生的流的至少一些引入到构建有用于包括氧气的气体的输入的反应器中，其中流的至少一些被部分氧化以产生另外的合成气。当然，来自步骤(a)和步骤(b)的流都可以被部分氧化以生成合成气。 本专利技术的另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成合成气的方法，所述方法包括下述步骤：（ａ）在脱挥单元中使含碳原料脱挥以形成气相和固相；以及（ｂ）使所述气相和所述固相通过加热的反应容器以形成合成气，其中步骤（ａ）是在以氧气的化学计量的量的约０．１％到约２５％之间的量的游离氧存在下施行的以使所述原料完全燃烧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特E克莱珀，阿里葛尔特塞玛，沙基尔H特米兹，弗朗西斯M费拉罗，罗纳德C斯蒂茨，杰罗德霍曼，海因茨尤尔根罗伯塔，
申请(专利权)人：雷奇燃料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]