用于生产合成气和醇的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的特征为用于在将含碳原料转化为合成气之前热解或焙烧含碳原料的方法和装置。在一些实施方案中，首先通过焙烧和／或热解预处理生物质，然后进行脱挥发分和／或蒸汽重整以生产合成气。可以采用与新鲜生物质结合的这样的预处理过的生物质的各种混合物来生产合成气。合成气可以被转化为醇例如乙醇，或被转化为其他产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将含碳材料(例如生物质)转化为合成气和其他下游产物(例如醇) 的灵活的、有效的并且可缩放的方法和系统。
技术介绍
合成气(synthesis gas)(以下称为“合成气(syngas) ”)是气体的混合物，主要 包含氢(H2)和一氧化碳(CO)。合成气基本上是含有元素碳(C)、氢(H)和氧(0)的稳定分 子的气体混合物。如本领域中所熟知的，合成气是化学工业和生物精制工业中的平台中间 体(platform intermediate)，并且具有十分广泛的用途。合成气可以被转化为烷烃、烯烃、 含氧物质(oxygenate)和醇。这些化学品中的一些可以共混为柴油、汽油和其他液体燃料， 或直接作为这些燃料使用。合成气也可以直接被燃烧以产生热和动力。原则上，可以由几乎任何含有C、H和0的材料生产合成气。这样的材料一般 包括化石资源，例如天然气、石油、煤和褐煤；以及可再生资源，例如木质纤维素生物质 (lignocellulosic biomass)和各种富含碳的废材料。由于与化石资源相关联的不断上升 的经济成本、环境成本和社会成本，优选的是利用可再生资源生产合成气。当使用生物质原料时，原料成本的很大部分归因于与将原料从它们的生产地点移 动至它们的进一步转化或使用的地点相关联的处理。处理固体形式的生物质是高成本的， 这有许多原因，包括所需要的操作的数量和原料的低堆密度，这造成高运输成本。此外，已经估计在美国超过10亿吨干生物质可以用于向可再生的燃料的转化。然 而，这种生物质的大部分位于偏僻的地点。由于运输成本，生物质的经济运输通常被限于至 多约75英里的距离。因此，相当大量的原料位于超出可以使用标准方法进行经济运输的范 围之外的地点。考虑到本领域的上述的限制，需要用于将含碳原料例如生物质转化为合成气，然 后可以将合成气转化为醇或其他产物的改进的方法和装置。优选地，改进的方法将减轻与 运输相关联的一些经济负担。专利技术概述在关于方法的第一方面，本专利技术提供一种形成合成气的方法，所述方法包括以下 步骤(a)热解或焙烧含碳第一进料以形成热解过的第一进料或焙烧过的第一进料；以及 (b)将热解过的第一进料或焙烧过的第一进料转化为合成气。步骤(a)可以在催化剂的存 在下进行。所述方法还可以包括将未被热解或焙烧的第二进料转化为合成气。所述方法还可以包括结合热解过的第一进料或焙烧过的第一进料和未被热解或焙烧的第二进料，使得热 解过的第一进料或焙烧过的第一进料和第二进料都被转化为合成气。在一些实施方案中，所述方法包括热解含碳第一进料以形成热解过的第一进料， 焙烧含碳第二进料以形成焙烧过的第二进料，以及将热解过的第一进料和焙烧过的第二进 料转化为合成气。在一些实施方案中，所述方法包括将焙烧过的第一进料引入热解反应器 中以形成热解过的第一进料。所述方法可以至少部分在催化剂的存在下进行。可以通过使热解过的第一进料或焙烧过的第一进料通过加热的反应容器例如蒸 汽重整装置(steam reformer)或部分氧化反应器(partial-oxidation reactor)以形成 合成气，来将热解过的第一进料或焙烧过的第一进料转化为合成气。在一些实施方案中，转 化为合成气包括以下子步骤(i)在脱挥发分单元中使热解过的第一进料或焙烧过的第一 进料脱挥发组分以形成气相和/或固相；以及(ii)使气相和/或固相通过加热的反应容器 以形成合成气。某些实施方案提供将热解过的第一进料或焙烧过的第一进料和未被热解或焙烧 的第二含碳进料转化为合成气。某些实施方案包括热解含碳第一进料以形成热解过的第一 进料，焙烧含碳第三进料以形成焙烧过的第三进料，以及将热解过的第一进料、第二进料和 焙烧过的第三进料转化为合成气。其他实施方案在将材料转化为合成气之前结合热解过的 第一进料或焙烧过的第一进料和第二进料。在一些实施方案中，方法包括将热解过的第一进料或焙烧过的第一进料和第二进 料转化为合成气。这种特定的方法包括以下步骤(i)在脱挥发分单元中使热解过的第一 进料或焙烧过的第一进料和第二进料脱挥发组分以形成气相和/或固相；以及(ii)使气相 和/或固相通过加热的反应容器以形成合成气。还可以将焙烧过的第一进料引入热解反应 器中以形成热解过的第一进料。一些实施方案提供了一种形成合成气的方法，所述方法包括以下步骤(i)在脱 挥发分单元中使热解过的第一进料或焙烧过的第一进料脱挥发组分以形成气相和固相；以 及(b)使气相和固相通过加热的反应容器以形成合成气。可选择地在催化剂的存在下的含碳进料的热解可以形成第一进料。或者，可选择 地在催化剂的存在下的含碳进料的焙烧可以形成第一进料。未被热解或焙烧的第二进料可 以与第一进料混合并且被转化为合成气。在一些实施方案中，热解过的第一进料或焙烧过 的第一进料和第二进料二者都被转化为合成气。某些实施方案包括热解含碳第一进料以形成热解过的第一进料，焙烧含碳第三进 料以形成焙烧过的第三进料，以及将热解过的第一进料、第二进料和焙烧过的第三进料转 化为合成气。可以在将热解过的第一进料或焙烧过的第一进料和第二进料转化为合成气之 前结合热解过的第一进料或焙烧过的第一进料和第二进料。焙烧过的第一进料可以用于形 成热解过的第一进料。一些实施方案采用用于上文所描述的方法的至少一些步骤的模块单元。一些实施方案还包括将合成气转化为产物的步骤，所述产物例如选自由醇、烯烃、 醛、烃、醚、氢气、氨和/或乙酸组成的组的产物。所述烃可以是直链的或支链的C5-C15烃。 所述醇可以是甲醇和/或乙醇。第二方面涉及用于实施本专利技术的一些实施方案的装置。在这些实施方案中的一些中，提供了一种用于生产合成气的装置，所述装置包括与脱挥发分单元连通的热解反应器 和/或焙烧反应器，所述脱挥发分单元与加热的反应容器连通。在一些实施方案中，热解反 应器、焙烧反应器或所有这两种反应器适合于含有用于热解或焙烧的一种或多种催化剂。在一些实施方案中，所述装置还包括用于结合热解过的进料和未被热解的进料的 设备。在一些实施方案中，所述装置还包括用于结合焙烧过的进料和未被焙烧的进料的设 备。该方面的一些实施方案提供了 一种用于生产合成气的装置，所述装置包括与用于 结合热解过的第一进料或焙烧过的第一进料和未被热解或焙烧的第二进料的设备连通的 热解反应器和/或焙烧反应器(其可以是催化的)，其中所述设备与用于将第一进料和第二 进料转化为合成气的合成气反应器连通。某些装置包括用于结合热解过的进料和焙烧过的进料的设备，其中所述设备与 (i)热解反应器和/或焙烧反应器和(ii)合成气反应器连通。合成气反应器可以包括与加 热的反应容器连通的脱挥发分单元。本专利技术的一些装置还包括用于将合成气转化为产物例如C1-C4醇(例如甲醇和/ 或乙醇)的产物反应器，其中所述产物反应器与合成气反应器连通。本专利技术的实施方案的详述本详述以例子的方式而非限制的方式阐述本专利技术的原理。本描述将使本领域的技 术人员能够进行和使用本专利技术，并且描述了本专利技术的几种实施方案、修改、变化形式、替代 形式和用途，包括目前被认为是实施本专利技术的最佳方式的内容。还应注意的是，如本说明书 和所附的权利要求中所用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(th本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成合成气的方法，所述方法包括以下步骤：（ａ）热解或焙烧含碳第一进料以形成热解过的第一进料或焙烧过的第一进料；以及（ｂ）将所述热解过的第一进料或所述焙烧过的第一进料转化为合成气。

【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：利奥曼热，威廉B舍费尔，
申请(专利权)人：雷奇燃料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]