[发明专利]用于将含碳材料转化为低焦油合成气体的方法

说明书

一种连续多级垂直顺序的气化方法，其用于将固体含碳燃料材料转化为清洁(低焦油)合成气。所述方法包括形成具有均匀深度和宽度的热解残余物床以使粗合成气通过其中以进行吸热反应，同时在吸热反应期间控制还原区压降、停留时间和合成气流动空速以形成基本上无焦油的合成气，降低热解残余物中的碳含量，并与部分氧化区的温度相比，降低粗合成气的温度。

发明领域

本发明涉及含碳原料/燃料的气化领域，并且特别涉及用于将含碳燃料材料转化成基本上不含焦油的清洁高质量合成气和用于生产基本上不含碳的清洁灰分的方法和系统。

背景技术

气化可以将含碳材料转化为有用的化学产品。这些化学产品通常包括合成气体(合成气)，其可以进一步燃烧以发电，或者化学反应以在催化体系中产生含氧化合物或烃。

已经开发了几种类型的气化和热解方法和装置以实现生物质到清洁气态产物的有效转化。由于对低焦油生产、有效焦油破坏(destructions)以及炭和灰分完全脱碳的关注不足，本领域已知的许多气化方法都失败了。

现有的下吸式气化器需要非常高质量的木质燃料或生物质，例如无灰木块或高质量木屑，并且不能在不严重增加焦油产量的情况下按比例放大到经济上有吸引力的规模。还开发了多级下吸式气化器，其包括用于燃料热解、部分氧化和床气(bed gas)还原的单独区域，但是本领域已知的这种气化器也导致大量的焦油产生、合成气中保留的显著的焦油含量以及含有非常高水平的未转化碳含量的灰分。

CZ专利号295171公开了一种三区生物质气化器，其包括垂直取向的相互嵌套的圆柱形容器，所述容器分别限定干燥室、蒸馏室和组合的还原&燃烧室。所述气化器构造成使得在腔室干燥室和蒸馏室中产生的气体混合物可以被排出，并通过旁路引入组合的还原/燃烧室中以进行额外的燃烧，并且还原成所需的气体组分。所述气化器结构复杂，并且以其可控性和性能灵活性差而闻名。

PCT公开号WO 2015/090251公开了一种用于含碳燃料的多级气化的装置，其包括气密密封的竖直容器，该容器配备为绝缘。在立式容器内部是适于从容器的上方填充含碳燃料的热解室。在热解室下方设置有用于氧化热解产物的部分氧化室，所述部分氧化室由耐火外壳界定，并且所述部分氧化室之后是用于氧化的产物气体的化学还原的还原区。

CZ 295,171和WO 2015/090251中公开的装置/系统在产物气体中产生相当大量的焦油，这反过来堵塞了用于清洁产物气体的清洁装置。此外，这些系统没有有效地管理还原反应的手段并且不能产生一致的合成气流量和质量。

例如，在WO2015/090251中描述的系统中，在热解和/或氧化步骤之后获得的残余物向下流动，并在气化器的底部收集以形成还原床。如本领域所熟知的，由于下落材料的休止角，热解/氧化产生不均匀/非均一的床。这种床的中心部分和周边部分之间的高度差很大，使得通过床的气体的压力损失具有负面影响，并且不能实现有效的吸热反应以增加产生的气体的热值。

CZ 28354公开了一种下吸式气化器，包括垂直堆叠的热解室、氧化室和还原室，其中通过在还原室的底板上提供均化器来尝试改善所产生的合成气的质量。然而，这种布置也不能提供均匀深度的炭床并促进合成气窜流(channeling)，且导致不希望的结果。

WO2016/075362公开了一种用于气化原料以试图形成低焦油气态产物的方法和装置，其中原料在热解空气存在下热解以形成热解产物，然后将热解产物移至气化器的下部，其中初级空气逆流地引入所述下部，然后在气化器的下部进行最终气化以形成气化气体。然后将气化的气体引入催化氧化部分并通过所述催化氧化部分的催化剂层，并在所述催化氧化部分中在重整空气(reforming air)存在下借助于催化氧化重整气化气体，以形成气态产物。该参考文献没有提及任何有效管理还原反应的方法，并且不能产生一致的所产生气体的流动和质量。

因此，需要一种用于使含碳材料气化以形成一致的清洁产物气体(例如合成气)同时显著降低焦油含量的方法和系统。