用于产生氢和电的热还原气化方法技术

用于从废有机材料产生合成气的装置，所述装置由热还原气化反应器组成，所述反应器是具有用于气化有机材料的干燥和挥发区以及用于将气化的有机材料转变成合成气的转化区的旋转反应器。将固体废有机材料进料到反应器，该反应器将所述固体材料加热到约６００℃至约１０００℃的温度。由所述装置产生的合成气基本是氢和一氧化碳。将所述装置与发电系统组合用于制造净化的氢和电。备选地，可以将所述合成气用作氢源。将所述合成气净化，将所述组成改变成富集氢的内容物，并且将所述氢从其它补充所述合成气的气体离析出。备选地，可以将所述合成气发酵形成有机醇和有机酸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1) 专利
本专利技术一般而言涉及用于气化有机材料的方法和装置，并且更具体而 言涉及用于从具有固定氢的废有机材料诸如生物质、城市固体废物、废轮 胎、汽车粉碎残余物和农业废物产生分子氢的方法和装置。2) 现有技术本领域中已知的是，煤由热造成的热解可用于生产类似石油的馏出物，它的气体形态被称为合成原油(syncrude)。在类似方法中，由天然气的部分 氧化的燃烧形成气体燃料，从而形成氢和一氧化碳的气体混合物。此具有 优异还原性质的气体混合物通常称为合成气或转化气，并且经常将它用在 炼铁和炼钢中，将氧化铁在相对低温下金属化成铁。除了炼铁之外，转化 气不经常用作热源因为它们具有比天然气更低的热含量。甲烷的燃烧热是 21528 BTU/Lb或907 BTU/立方英尺。氢的燃烧热是51552 BTU/Lb或273 BTU/立方英尺，并且一氧化碳的燃烧热是4242 BTU/Lb或330 BTU/立方 英尺。基于体积，转化气具有天然气热含量的约三分之一，然而，基于重 量，假定有相等摩尔百分率的一氧化碳和氢，所述混合物的燃烧热为7489 BTU/Lb。基于重量，氢具有比天然气高得多的热含量。氢唯一的燃烧产 物是水，因此作为燃料具有非常低的环境影响。因为它的高燃烧热和环境 友好性，已经将氢认定为选择用来补充或代替汽油的燃料。也认为氢比石 油基的燃料对于操作有较少危险，因为它是如此挥发性以致如果意外释 放，则它将容易地分散，并且分散的速率如此之快，以致于将有充分数量 以致存在爆炸水平的可能性最小化。相反，仅有一部分汽油是挥发性。许多州，最显著的是加利福尼亚，己经启动研究以评价为通过氢或混 合系统提供动力的汽车及其他车辆提供氢分配网络的可行性。所述研究一般确定了两个可行的解决方案， 一个是沿着电力网，产生设施使用电而产 生氢，和另一个是在中央产生氢，然后作为压縮气体或低温液体分配。所 述解决方案认为，大多数能量源基本上是集中的，或者作为大的产生设施 像水电站、煤厂或核电站或作为带有油罐区的精炼厂。虽然存在规模经济， 但是大量的电生成设施在所述电网上具有显著的能量损失，并且由分配网 络本身的投资成本进一步增加能量的成本。来自裂化设施诸如精炼厂的 氢，或者作为压縮气体或者作为管道气体的分配具有增加的分配费用，并 且依赖石油。需要的是可以可靠地或者直接或者间接产生燃料的系统用作氢源，其 中所述系统将基本上是独立式的，并且能利用用于动力的非常规材料。所 述系统优选应当仅需要最小的分配网络并且，在需要时，能补充现有的电 力网。专利技术概述本专利技术提供用于热加工初级或者次级来源的有机基原料以便提取挥发 性有机蒸气并选择性生产不可冷凝的合成气的方法和装置，所述合成气富 有氢和一氧化碳，用作化学加工的初级原料或用作燃料。本专利技术提供单一 或混合来源的天然或合成有机材料和高度可变的颗粒大小和形状的环境 安全的、有效的和多用途的加工。本专利技术也提供用于产生烧焦物的方法和装置，所述烧焦物是基本上惰 性材料的玻璃质掺合物，所述的基本上惰性材料是填埋安全和/或具有作为 玻璃质材料商业应用的。具有商业应用的玻璃质材料的实例是砖、瓦、颜 料、填料和陶瓷。本专利技术也提供将尺寸过大的残留材料与来自要被玻璃化 的材料的烧焦物相分离。特别是，本专利技术提供具有两个邻近的炉膛反应区的单一旋转反应器， 所述的两个邻近的炉膛反应区是作为干燥和挥发区域的第一区和作为转 化区的第二区，其中所述区由具有流体连接所述两个反应区的孔的内部耐 熔堰分开。在两个反应区的每一个中，可以选择性控制内部气体气氛的温 度、压力和化学特性，以实现需要符合所需运转目标的汽化烃气的挥发、 裂化、离解和/或转化的程度。将固体废有机材料经由装有气锁的输送机注9入所述反应器的第一区中。所述气锁封闭大部分环境空气，并且特别是氮。所述旋转反应器具有用于加热废有机材料到温度为约500°C至约600°C的 第一区氧-燃料(oxy-fiid)燃烧器。所述燃烧器采用基本上无氮气的氧气。 所述燃料典型是天然气、丙垸、丁烷、燃料油、煤粉或它们的惨合物。第 一区氧-燃料燃烧器提供火焰，将所述火焰基本上引导到进料材料之上，以 便所述进料材料的燃烧是最少的。通过本专利技术的方法，当新的有机进料材 料进入所述反应器时，将其快速加热。通过所述的内部堰，将所述附加的 有机进料材料保持在干燥和挥发区，并且与预先加热的残留固体物质在物 质的共同床中混合，直到新的进料材料完全干燥并挥发。干燥并挥发的残 留固体物质和得到的生产气体通过所述耐熔堰进入反应器的转化区域。反 应器的转化区域具有同样基本上引导到物质床之上的第二区氧-燃料燃烧 器，并在约600。C至约1000°C的量级上提供足够的热量，以引起所述挥 发的有机材料热裂化和离解，从而形成富有氢和一氧化碳的合成气。在旋转反应器的出口，存在气体排放管，富氢的气体混合物通过它离 开，和排放口，所述灰分残余物通过它离开。取决于所述进料材料的组成，可以存在加入水、氧气，或者甚至补充 燃料的需要，并且所述反应器在第二区可以具有富集注射口，它可以使所 述合成气体混合物的化学计量向具有更高燃烧热或更高重量百分比的分 子氢的气体移动。例如，如果需要所述气体混合物具有更高百分比的氢， 则为了确保更大百分比的挥发性有机物分解成一氧化碳和氢，所述富集注 射口可用于加入水。在水中的氧气氧化所述碳，从而生成一氧化碳和氢。 因为所述反应是吸热的，它也可能必须降低通过量，以保证温度是足够热 的，从而保持向氢移动的合成气反应平衡。如果更低水平的氢是可接受的， 则所述富集注射口可用于加入燃料和/或降低温度并提高通过量。如果废有 机材料具有特别高的碳含量，诸如聚丙烯或聚乙烯，则富集注射口可用于 注入纯氧而将所述碳氧化成一氧化碳和氢。可以将由所述装置产生的合成气提纯(即，利用旋风和过滤装置、活性 碳层、涤气器、变换反应器(shiftreactors)、氢筛分、氢分离、筛分，及其 它提纯装置)，以便它适于燃料电池、运输、化学、工业、药物、能量、和 食品工业应用。备选地，可以将由所述装置产生的合成气通过发酵过程变成有机酸和 醇。在经过气体洗涤系统以后，然后将合成气经过生物反应器，所述生物 反应器通常是大发酵罐，其中含有特殊厌氧菌的水溶液消耗来自所述合成 气的一氧化碳和氢，并产生有机醇和酸。然后可以将这些产品分别回收作为高附加值的产品。在TRG合成气中含有的烃气不被所述细菌消耗，并 与二氧化碳和氮气一起经过所述发酵过程，作为残余气体。残留的发酵气 称为FermGas，它具有一些热值。FermGas可用于提供TRG反应器的燃料 或经由涡轮机用于产生电力或者收集用于随后的使用。工种设计所述装置以便它可以接收多种可再生的有机进料材料，并特 别是城市、农业和某些工业产生的废物流。用于所述装置的进料在附近或 将在附近，并且由公众以垃圾的方式连续产生的。在除了运送成本外基本 上免费的成本下，规模经济更多地由燃料供应的现成可利用性补偿。在所述方法中，将废有机材料机械地计量到TRG反应器的干燥和挥发 区域中，并通过热传递方法迅速加热到约500。C至约600。C的温度，所述 热传递方法在区1优选包括至少一个挥发氧-燃料燃烧器。通过基本上限制 所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从废有机材料产生合成气的装置，所述装置包含：　旋转反应器，所述的旋转反应器具有第一区和第二区，所述第一区是干燥和挥发炉膛反应区，并且第二区是转化炉膛反应和热解区，其中通过基本上限制给料废有机材料的堰将所述区分开，将所述给料废有 机材料进料到所述反应器中直到所述废有机材料完全干燥并且挥发至少一部分所述有机材料；　具有气锁的固体废有机材料输送机，所述的固体废有机材料输送机将所述废有机材料进料到所述旋转反应器第一区；　具有火焰的第一区氧－燃料燃烧器，所述第一 区氧－燃料燃烧器用于将所述废有机材料加热到约５００℃至约６００℃的温度，其中与所述第一区燃烧器火焰接触的挥发的有机材料被热裂解并且部分氧化；　具有火焰的第二区氧－燃料燃烧器，所述第二区氧－燃料燃烧器用于将干燥的废有机材料加热到约６００ ℃至约１０００℃的温度，其中将第二区中干燥的废有机材料加热成作为残留物质的烧焦物，并且由此产生另外的挥发的有机材料，其中与所述第二区燃烧器火焰接触的所述挥发的有机材料被热裂解、氧化并转化，在其中形成富有气态氢和一氧化碳的合成气；　气体 排放管，所述合成气通过所述气体排放管离开；　固体排放收集滑槽，所述残留物质通过所述固体排放收集滑槽离开；和　所述第二区中的富集注射口，用于调节所述合成气的组成。...

【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：爱德华N博蒂内利，谢里尔A杜马，格伦D杜马，
申请(专利权)人：济阿冶金加工公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]