[发明专利]去除焦油的方法和系统

说明书

本发明提供了使用化学循环(23)从合成气(10)去除焦油的方法(1)和系统。将矿物颗粒和合成气送入第一反应器(20、55)。矿物颗粒催化合成气中的焦油以产生包含氢气和矿物碳酸盐的混合物。将氧气和矿物碳酸盐送入第二反应器(15、70)。氧气与矿物碳酸盐反应产生包含二氧化碳和矿物颗粒的烟道气(25)，然后将它们分离并将该矿物颗粒再循环回第一反应器。

技术领域

本发明涉及去除焦油的方法和系统，特别是涉及去除焦油的矿物循环的方法和系统。本发明主要开发用于使用基于矿物的化学循环方法从合成气中去除焦油。

背景技术

以下对现有技术的讨论旨在以适当的技术背景呈现本发明，并使本发明优的点被适当地理解。然而，除非明确相反地指出，否则在本说明书中对任何现有技术的引用不应被解释为明确或含蓄地承认这种技术是广泛已知的或这种技术形成本领域公知常识的一部分。

生物质，它主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，是一种有前景的燃料资源。生物质可在世界各地获得，并且由于CO₂的生物循环，生物质使用接近碳平衡，其中生物质燃烧之后释放的CO₂经由光合作用反应被重新吸收。生物质作为替代气态和液态燃料的潜在原料，在全球范围内替代化石燃料方面发挥着重要作用，其关键因素是确定其应用的利用/转化效率。生物质利用的主要应用之一是发电，预计2030年，对源自生物质的电力的主要全球能源需求将从14％强劲地增长到26％。

气化由于几个原因而被认为是最有前景的生物能源技术。一个原因是当与联合循环动力装置集成时，气化能够实现比传统锅炉系统更高的热效率。第二个原因是由于没有氮气和过量的氧气，气化具有极低的NO_x和SO_x排放。尽管具有这些优点，但由于几个问题，燃料气(发生炉气)的净化是其中的主要因素之一，该技术尚未以完全商业规模使用。燃料气的净化很重要，这是因为燃料气含有一些杂质，如焦油、颗粒和包括NH₃和HCl的有毒气体。在杂质中，焦油是最恶名远扬的，其包括化学多环芳烃(PAH)。在气化温度下，焦油以气体形式存在，同时在环境条件下(或低于其露点温度)冷凝并沉积在下游设备中，阻塞窄的管道。这种焦油沉积导致不希望的停机和较多的热回收损失。当在下游应用(例如发动机和涡轮机)中使用发生炉气时，焦油颗粒也会引起堵塞和磨损问题。因此，对于发生炉气的下游应用，杂质浓度必须低于每种单独应用的最大可接受范围。因此，开发有效的焦油去除方法对于成功的生物质气化炉操作是非常期望的。消除焦油的尝试包括开发不同类型的气化炉、冷气过滤、热气过滤和催化气体净化。

发明内容

因此，本发明的第一方面提供了一种从合成气中去除焦油的方法，包括：

将合成气送入第一反应器；

将矿物颗粒送入第一反应器；

用该矿物颗粒催化该合成气中的焦油，以产生包含氢气和矿物碳酸盐的混合物；

将该矿物碳酸盐送入第二反应器；

将氧气送入第二反应器，以与该矿物碳酸盐反应并产生包含二氧化碳和矿物颗粒的烟道气；

将该二氧化碳与该矿物颗粒分离；和

将该矿物颗粒再循环到第一反应器。

优选地，该方法包括重整混合物中碳。更优选地，碳在蒸汽的存在下进行重整。在一种实施方式中，该方法包括将混合物引导至第一室并将蒸汽送入第一室。

优选地，该方法包括使矿物颗粒穿过气体以再活化矿物颗粒。更优选地，该气体包括蒸汽。在一种实施方式中，该方法包括将混合物引导至第二室并将蒸汽送入第二室。在一些实施方式中，再活化步骤在将矿物颗粒再循环至第一反应器之前进行。

优选地，该方法还包括将合成气的一部分送至燃烧单元用于产生操作第二反应器的功率。更优选地，该方法包括将剩余的合成气送入第一反应器。