[发明专利]合成气的生产方法

说明书

公开了通过固体和/或液体含碳或含烃材料的等离子体气化生产合成气的方法，包括步骤：(i)提供包含颗粒状含碳或含烃材料或这两者的混合物的固体和/或液体原料，(ii)提供载气并将其与所述固体或液体原料结合，(iii)将所述固体或液体原料和所述载气作为进料料流供入包括反应室的反应器或供入布置在所述反应器上游的蒸发器，(iv)将旋涡气体导入所述反应器，所述旋涡气体围绕着所述进料料流打旋并覆盖所述反应器的内壁，(v)用热等离子体在将所述旋涡气体导入所述反应器的下游处理所述进料料流以在所述反应室中由所述含碳或含烃材料产生包含合成气的产物料流，(vi)从所述反应室除去所述产物料流，和(vii)将所述产物料流的固体成分与气态成分分离。

本发明涉及合成气的生产方法。特别地，本发明涉及使用固体或液体废物(包括生物质)的热等离子体(例如微波等离子体)气化的合成气生产方法。

气化通常定义为固体或液体基于碳的材料向可燃气态产物的热化学转化。已有的气化技术，例如空气或氧气鼓风固定床、流化床或夹带流气化器在800℃-1400℃的范围中运转并使用用于转化的气化剂。产物(通常称为合成气)含有一氧化碳(CO)和氢气(H₂)以及杂质例如焦油、挥发性或半挥发性有机化合物、硫、氨、氮氧化物、硫氧化物、氯化氢和灰分。高水平的杂质要求成本密集性合成气净化以便进一步加工。常用的气化技术专注于材料物质和窄粒度分布以及低水分含量，从而增加预处理成本和复杂性。另外，在高温下操作要求燃烧器、燃料、管道及其它设施。常用气化器所要求的预加热导致显著的启动时间并因此仅当长期不断运转时才是有效的。

一个备选方案是利用等离子体气化，所述等离子体由外部电源产生。等离子体，作为高度电离气体含有大量带电颗粒并分类为第四种物态。当等离子体含有相等数量的游离正负电荷时，它是电中性的。

等离子体方法可以主要区分为热力等离子体(thermal plasma)和热等离子体(hot plasma)方法。热力等离子体和电弧炬等离子体在非常高的温度下工作或要求使用具有有限寿命的电极，从而增加材料要求和维护间隔(WO 2012/39751 A2，US 2010/0199557A1)。

热等离子体系统，例如微波等离子体可以通过在并存的低总体温度(bulktemperature)下提供极高浓度的化学活性物质而远离热力学平衡。微波等离子体的其它优点是在没有电极或附加燃料的情况下操作和在低氧含量的气氛中转化(EP 2 163 597A1)。

常规气化技术将化石原料，例如煤炭转化成合成气。通常已知在垃圾掩埋之前焚化危险废物以使病原体和毒素的质量减少或破坏，包括应用等离子体(CN 204824145 U，WO2011/14118 A2)。废物转为能量的构思使用转化方法的热能作为热或将可燃物转化成动力设备中的电力。然而，关于全球变化的原料状况，越来越对利用新型材料和能源作为化石材料的替代物感兴趣。生物质经由燃烧释放能量和热以及转化成生物基燃料例如生物柴油的主要应用(作为CO₂中性能量)是积极进行的。使用生物质或废物制备转化产物，例如用于增值产物的合成气的方法仍然是挑战性的，原因在于气化技术的上述缺点和生物基原材料质量变化以及后续转化过程所要求的对附加的氢源的需要。

在现有的生物燃料方法中，主要由木质素组成的大量生物质难以转化成燃料，和例如在燃烧前通过充分干燥而进行热使用。经由气化增值转化成合成气并可能地进一步转化成燃料或电力可能对此类生物燃料工厂的综合性能是有利的。

用于材料的等离子体催化转化的数种方法和设备是已知的。

WO 2015/051893 A1公开了利用等离子体进入化学基础材料而将含烃离析物，例如气态或液态烃转化的此类方法和设备。

WO 2016/040969 A1公开了由含碳废料，例如由固体有机废料制备合成气的方法和设备。在这种方法中，将所述废料导入反应室中并在其中经历热力热解。从反应室排出合成气和固体残留材料并通过使它们经历等离子体处理而进一步加工。