使用加压多级逐渐扩大流化床气化器将生物质转化为合成气、然后通过氧吹自热重整炉减少甲烷和焦油的方法技术

本发明专利技术提供了通过使用加压多级逐渐扩大流化床气化器将生物质转化为合成气以消除或减少甲烷、挥发物（如ＢＴＸ）和焦油的形成的系统和方法。该气化器可包括可通过进料管接收生物质进料和通过氧气进料管接收氧气的反应级。该气化器还可包括流化床段，该流化床段可被配置为接受来自第一级的产物、混合它们和进行流化床活动。气化器还可具有分离段，该段可被配置为从合成气产物中分离流化床介质和颗粒物质。气化系统还可包括氧吹催化自热反应器和深冷空气分离单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用加压多级逐渐扩大流化床气化器将生物质转化为合成气、然后通过氧吹自热重整炉减少甲烷和焦油的方法本申请要求于2008年8月18日提交的美国临时申请No. 61/089，869和于2009 年4月17日提交的美国临时申请No. 61/170，494的优先权，其全部内容在此通过引用方式结合在本文中。
技术介绍
根据美国能源部(USDOE)的信息，这五年间(2005-2010年)将会看到气化工业的持续发展。到2010年的全球产量预期超过70，OOOMWth的合成气产量，它们来自155个工厂和451个气化器。USDOE研究表明，正在计划的许多气化工厂将会选择高温氧吹排渣型气化器(high temperature, oxygen-blown, slagging entrained gasifier),例如由 Shell、 GE Energy、ConocoPhillip和其他厂商供应的那些气化器。到2010年，可以预期，Shell气化器将占全球总市场的43 %，Sasol Lurgi将会下滑到27 %的占有量，GE Energy气化器将会下降到全球市场的24%。根据对近期(2010年) 原料选择的快速估计，煤炭仍然将维持它的领先地位，紧接着是石油(包括燃油、炼油厂残渣、石脑油等)和天然气。生物质预期将占2010年所生产的合成气的约2-3%，但是这一数字预期到2015年将会上升到4-5%。工业水平的生物质气化是相对新的行业。大部分该活动均使用气吹气化器，以制备用于蒸汽锅炉应用的低BTU气体。目前正通过使用氧吹气化器来完成有限量的生物质转化，以制备用于涡轮的合成气体(合成气)燃料。在这两种情况下，该方法的目的在于增加终产物中甲烷的含量，从而获得成比例增高的热值。根据本专利技术的一方面，生物质气化的一个目标可与以上内容完全相反，其目标可为降低合成气体(合成气)中甲烷的量，从而产生更想要的用来制备其他化学物质例如氨、 二甲醚、甲醇等的起点。在这些情况下，甲烷可为具有较小丰度的副产物，在一些情况下，在化学转化过程中，甲烷可产生严重不足。试图硬性使用现有的气化器可能不能满足想要的目的。因此，需要新的气化器，其可以提高生物质向包含降低量的甲烷、挥发物(例如BTX)和焦油的合成气的转化。
技术实现思路
本专利技术提供了用于将生物质转化为合成气体(合成气)的系统和方法。本文描述的本专利技术的不同方案都可以应用到以下所述的任何特定应用，或用于任何其他类型的合成气产生或来自生物质的其他产物。本专利技术可作为单独系统或方法应用，或作为整合系统 (例如气化器、生物质气化系统或使用来自气化系统的产物的任何其他系统)的一部分。应该理解，本专利技术的不同方面可以单独、共同或相互组合想到。本专利技术提供了用于将生物质转化为合成气的新方法和工艺，该合成气为包括氢气 (H2)和一氧化碳(CO)的气体混合物，其中终产物组成中的甲烷(CH4)、挥发物和焦油的含量可以减低。进入气化器的输入流可包括室外干燥的(field dried)生物质(5_25%固有水分含量)，且如果需要的话包含控制量的氧气(O2)、蒸汽(H2O)和二氧化碳(CO2)。气化可在加压环境(例如15-300psig)中进行，且可利用流化床反应器，该流化床反应器的特征为具有过渡区域的逐渐扩大的床体，从而气化器的三个区域的几何学与几种其他新型化学和构造设计实施方式结合，可以优化各个区域内的停留时间，并可有利于潜在的化学反应动力学，以产生想要的气体产物。取决于位置的不同，气化器内的温度可为 1,450° F-2，000° F。生物质可被深度注入到流化床气化器的最低段中，从而所产生的甲烷、焦油和其他挥发物组分可被转化为它们的不同的平衡组分。本专利技术阐明了提出的方法，在一些实施方式中，该方法可为能量中性的，可不需要任何外部/附加能量来源来维持运行。最后，本专利技术可为碳管理和碳控制提供显著的益处。该气化器可以以化学剂量模式小心地运行，该模式可留下2-10%的为高价值生物炭和无机矿质灰混合物的形式的生物质原料，当被回收的时候，可作为优质肥料和土壤增强剂被销售和再循环。当根据以下描述和所附附图理解本专利技术时，将会更好地明白和理解本专利技术的其他目的和优势。尽管以下描述可能包含本专利技术特定实施方式的具体细节，但这不应该被理解为限制本专利技术的范围，而是用于阐明本专利技术的优选实施方式。对于本专利技术的每一方面而言， 如本文所示的，本领域普通技术人员所熟知的多种变型是可能的。因而可在不偏离本专利技术精神的前提下，在本专利技术的范围内做出多种改变和变型。援引加入本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用方式结合在本文中， 就好像这些出版物、专利或专利申请的每一个均具体和单独地通过引用方式结合在本文中一样。附图说明通过所附权利要求书具体阐明本专利技术的新特征。通过参考以下阐述利用了本专利技术原理的示例性实施方式的详细描述和附图，将会更好地理解本专利技术的特征和优势，在如下附图中图1显示根据本专利技术实施方式的气化器和气化系统。图2显示如下分析结果观察作为反应级不同压力范围下表面速度的函数的床体直径。图3显示如下分析结果观察作为流化级不同压力范围下表面速度的函数的床体直径。图4为显示自由射流扩散角(θ )的一些实验值(当以小于7. 5的Do/Dp比运行时获得的)与限定的两相弗劳德数(Froude number)之间关系的图。图 5 显示自热重整过程(autothermal reforming process)的例子。图6显示逐渐增加的氧气进料对排出气体中H2、C0和CH4的浓度可能具有的影响， 以及对自热重整炉的排出气体温度的影响。图7显示逐渐增加的氧气进料对系统中H2、CO和CH4总摩尔数的影响。图8显示从具有10重量％水分的玉米棒生物质进料进行氨合成的例子。图9显示来自具有10重量％水分的玉米棒生物质进料的气化器输入和输出。图10显示从具有23重量％水分的玉米棒生物质进料进行氨合成的例子。图11显示来自具有23重量％水分的玉米棒生物质进料的气化器输入和输出。图12显示可用于氨合成应用的可能的气化器几何学。具体实施例方式尽管已经显示和在此描述了本专利技术的优选实施方式，本领域普通技术人员理解， 这些实施方式仅是作为示例提供的。在不偏离本专利技术的情况下，本领域普通技术人员可以做出不同的改变、变化和替代。应该明白，可以使用本文描述的本专利技术实施方式的不同替代方式实施本专利技术。本专利技术提供了通过使用加压多级逐渐扩大(pressurized multi-stage progressively expanding)流化床气化器将生物质转化为合成气以消除、最小化或减少甲烷、挥发物和焦油的形成的系统和方法。该流化床可包含流化介质，该流化介质的范围为从沙子到橄榄石颗粒。橄榄石具有能够将大量焦油转化为合成气的另外的益处。本专利技术还公开了气化器下游的氧吹自热重整炉的应用。在该氧吹自热重整炉中， 仍然存在于热气中的任何残留焦油和苯、甲苯和二甲苯可被重整为另外的合成气。自热重整炉还可将气化器流出流中存在的大部分甲烷转化为另外的合成气。该重整炉可维持有效热回收所需的高合成气温度。本文所描述的本专利技术的不同方面可应用到下述任何特定应用中或任何其他类型的气化系统中。本专利技术可作为单独的系统或方法或应用的一部分应用，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种加压流化床气化器，其包括：多个级，其中，后一级与前一级成流体连通，且后一级的横截面面积比前一级大；被配置为向级输送生物质进料的进料入口；被配置为接收来自一个或多个级的合成气的出口，所述级位于接收生物质进料的级的下游。

【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：萨拉布杰特·S·兰德哈瓦，
申请(专利权)人：辛吉斯特公司，
类型：发明
国别省市：US