无焦油气化系统和方法技术方案

公开了一种新的无焦油气化方法和系统，其包括在两段气化器中的两个分开反应区中使再循环的干固体部分燃烧和将包含含碳材料的浆料原料干燥，从而产生包含合成气的混合物产物。然后在引入浆料原料以前在气化器的第二段反应区中将从高温第一段反应区中产生的合成气淬火。因此取决于所用含碳原料的类型，离开气化器的第二段反应区的最终合成气的温度缓和至约３５０－９００°Ｆ，这低于容易形成焦油的温度。

【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通常用于将固体原料如含碳材料转化成理想的气态产物如合成气的气化系统和方法。该气化系统和方法必须设计成简单，又能使碳转化效率最大的。
技术介绍
已开发了关于含碳材料气化的三类基本系统和方法。它们是(1)固定床气化， (2)流化床气化和( 悬浮气化或气流床气化(entrainment gasification)。本专利技术涉及第三类系统和方法-悬浮气化或气流床气化。更特别地，本专利技术涉及用于含碳材料气化的两段气流床气化系统和方法。可通过使低温第二段的浆料进料速率最大，从而使用第一段气化器产生的热将水从浆料中蒸发而开发了两段气化器设计的灵活性。然后将离开第二段气化器的碳和未转化碳分离并以干形式再循环回至第一段气化器中，因此使高温第一段中的需氧量最小，并使气化器的转化效率最大。供入低温第二段的一个问题是没有充分破坏在煤或石油焦热解期间产生的焦油。 当合成气冷却时，未被破坏的焦油冷凝，从而使热交换表面结垢或堵塞下游过滤器。需要允许增加加入气化反应器的低温第二段中的原料，同时使焦油产量最小的技术。专利技术概述历史上，焦油形成是热交换表面结垢和下游过滤器堵塞的主要问题来源。与先前的系统相比，本专利技术气化方法和系统显著更简化，且对于构制和维护来说更便宜，同时防止焦油形成。本专利技术系统和方法的使用使储存在含碳原料中的能量回收率最大。本专利技术涉及在两段气化器的两个分开的反应器区中使再循环的干固体燃烧和将含碳浆料原料干燥，从而生产包含合成气的混合物产物。然后将由气化器的高温第一段反应区生产的合成气在第二段反应区中淬火成低温合成气。然后将浆料原料弓丨入第二段中以降低离开气化器第二段反应区的最终合成气的温度。降低温度以便在发生焦油形成的温度以下。取决于所用原料的类型，该温度为大约350-900° F。本专利技术某些实施方案涉及一种使含碳材料气化的方法，其包括以下步骤a)将干原料弓I入反应器下部并在其中与包含含氧气的气体或蒸汽的气流部分燃烧，从而放热并形成包含合成气和熔渣的产物；b)使来自步骤a)的合成气向上通入反应器上部，从而通过一种或多种冷却剂将来自步骤a)的合成气冷却；C)将颗粒含碳材料在液体载体中的浆料在反应器上部用来自步骤b)的冷却合成气干燥，从而形成包含固体料流和气流的混合物产物；d)使混合物产物通过分离装置，从而将固体料流与气流分离；和e)使固体料流再循环回至反应器下部。在该方法中，将在反应器下部生产的热合成气向上输送，从而使引入第二段中的冷却剂加热和/或蒸发，使得在第二段中形成的混合物产物的温度降低。本专利技术另一方面涉及一种气化含碳材料的系统，其包括a)反应器下部，其用于干原料与包含含氧气的气体或蒸汽的气流部分燃烧以产生热和包含合成气和熔渣的产物，其中反应器下部包括一个或多个用于引入气流和干原料的分散装置；b)反应器上部，其用于冷却来自所述反应器下部的合成气，其后将颗粒含碳材料在液体载体中的浆料用冷却合成气干燥以生产包含固体料流和气流的混合物产物；c)分离装置，其用于将固体料流与气流分离。在该系统中，将在反应器下部生产的热合成气向上输送，从而使引入第二段中的冷却剂加热和/或蒸发，使得第二段中形成的混合物产物的温度降低。在本专利技术某些实施方案中，反应器下部的温度保持在1500-3500 ° F，优选 2000-3200° F。反应器下部内的压力保持在14. 7-2000psig，但优选50-1500psig。在引入浆料以前，反应器上部的温度保持在600-2000° F，优选800-1800° F。在引入浆料以前， 反应器上部的压力保持在14. 7-2000psig，但优选50-1500psig。离开反应器上部且在进入分离装置以前的混合物产物温度为300-1200° F，优选；350-900° F，最优选400-700° F。 在本专利技术某些实施方案中，反应器上部包括一个或多个用于引入包含在液体载体中的颗粒含碳材料的浆料的分散装置。反应器上部还包括一个或多个用于引入冷却剂的进料装置。 反应器下部包括一个或多个用于引入包含含氧气的气体或蒸汽的气流的分散装置。在本专利技术某些实施方案中，将冷却剂以10-120英尺每秒，优选15-100英尺每秒， 最优选20-80英尺每秒的进料速率弓I入反应器上部。将包含含氧气的气体或蒸汽的气流以 20-120英尺每秒，但优选20-90英尺每秒的进料速率引入反应器下部。将包含在液体载体中的颗粒含碳材料的浆料以10-80英尺每秒的进料速率引入反应器上部。在本专利技术某些实施方案中，载液可以为水、液体CO2、石油液体或其任何混合物。颗粒含碳材料可以为煤、褐煤、石油焦及其任何混合物。根据本专利技术实施方案的冷却剂可以为水或再循环合成气或其任何混合物。含氧气的气体可以为空气、富氧空气、氧气或其任何混合物。在本专利技术某些实施方案中，包含颗粒含碳材料的浆料具有基于浆料总重量为 30-75重量％，但优选45-70重量％的固体浓度。附图简述为更详细地描述本专利技术实施方案，现在参考附图，其中附图说明图1为代表本专利技术一个实施方案的气化系统的示意性描述和工艺流程图的图示。优选实施方案详述以下各个本专利技术实施方案的详述参考附图并阐明可实践本专利技术的具体实施方案。 该实施方案意欲足够详细地描述本专利技术的方面以使本领域技术人员实践本专利技术。可使用其它实施方案并且可不偏离本专利技术范围地作出改变。因此，以下详述不具有限制意义。本专利技术的范围仅通过所附权利要求连同该权利要求授权的全部等效范围限定。 参考图1，本专利技术一个实施方案提供一种包括反应器下部30和反应器上部40的气化反应器，通常由参考数字10表示。反应器下部30限定气化方法的第一段反应区，而反应器上部40限定气化方法的第二段反应区。 再次参考图1，将再循环碳和包含含氧气的气体和/或蒸汽的料流在高压下通过分散装置60和/或60a引入气化反应器10下部30。在某些实施方案中，分散装置位于反应器下部30的相对侧上。可使用大于2种分散装置。例如可使用四个装置并以90度分开排列。分散装置也可在不同水平面上，不需要在同一平面上。在气化反应器10的反应器下部30 (或第一段反应区)内，再循环碳和包含含氧气的气体和/或蒸汽的料流反应，使得进行反应物的快速混合和反应，从而赋予运动，使得结合的反应物以(但不限于)涡流向上通过反应器10的下部30。反应器下部30中的反应是气化方法的第一段，通过它将再循环碳和包含含氧气的气体和/或蒸汽的料流放热转化成包含蒸汽、合成气、中间气体的混合物产物和携带的副产物如熔渣，如稍后更详细公开的。 因此形成的熔渣由反应器10底部通过放液口 20排至熔渣加工系统(未显示)进行最后处理。蒸汽、中间体和合成气通过向上流入未燃烧的反应器上部40而离开反应器下部 30，通过进料装置80和/或80a或其它进料装置注入冷却剂如(但不限于)水和/或从下游系统再循环的冷合成气。在反应器下部30产生并随气流向上输送的热用于加热该水和/ 或冷合成气，从而降低所得混合物的温度。该冷却步骤也可通过本领域技术人员通常已知的任何直接热交换方法实现。在蒸汽、中间体和合成气通过以上冷却步骤离开反应器下部30以后，通过进料装置90和/或90a或其它进料装置注入颗粒含碳固体在液体载体中的浆料。然后在未燃烧的反应器上本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种使含碳材料气化的方法，其包括以下步骤：ａ．将干原料引入反应器下部并在其中与包含含氧气的气体或蒸汽的气流部分燃烧，从而放热并形成包含合成气的产物和熔渣；ｂ．使来自步骤ａ）的所述合成气向上通入反应器上部，从而通过一种或多种冷却剂将来自步骤ａ）的所述合成气冷却；ｃ．将颗粒含碳材料在液体载体中的浆料在所述反应器上部用来自步骤ｂ）的所述冷却合成气干燥，从而形成包含固体料流和气流的混合物产物；ｄ．使所述混合物产物通过分离装置，从而将所述固体料流与所述气流分离；和ｅ．使所述固体料流再循环回至所述反应器下部，其中在所述反应器下部产生并随所述合成气向上输送的热用于将所述冷却剂加热、蒸发或其组合，从而降低所述混合物产物的温度。

【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：A·C·昌，
申请(专利权)人：科诺科菲利浦公司，
类型：发明
国别省市：US