[实用新型]一种气化和气体发酵集成系统

说明书

本公开涉及一种气化和气体发酵集成系统，其包括干燥器，所述干燥器具有用于加热干燥气体的一个或多个燃烧器，所述干燥器与原料管道连通；气化器，所述气化器与所述干燥器连通；生物反应器，所述生物反应器与所述气化器流体连通；产物管道和尾气管道，所述管道与所述生物反应器流体连通；并且所述尾气管道还与所述一个或多个燃烧器流体连通。本公开提供了气体发酵过程与气化过程的集成，由此来自所述气体发酵过程的尾气被再循环到所述气化过程的干燥器。利用来自所述气体发酵过程的所述尾气来生成热量，所述热量继而用于干燥所述气化过程的原料。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月16日提交的美国临时专利申请号62/990,148的权益，该美国临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及用于改进气体发酵和气化的集成的方法。特别地，本公开涉及将气体发酵过程的尾气的至少一部分再循环到用于气化过程的原料的干燥器中。

背景技术

随着世界人口的增加，由这种人口产生的废弃物成为越来越引人关注的问题。一种用于废弃物处置的解决方案是气化。气化是将基于有机燃料或化石燃料的含碳材料转化为包含一氧化碳、二氧化碳和氢气的合成气的过程。气化有利地既减少垃圾填埋场中的废弃物的量，又产生产物合成气，该合成气可以通过一个或多个后续过程转化为有用的产物。

由气化产生的合成气可以被包括费托过程在内的许多过程利用。费托过程提供一氧化碳的催化加氢，以产生多种产物，包括烃、醇或其他氧合烃。然而，费托过程中的催化床对合成气料流中可能存在的各种组分(取决于气化原料)特别敏感。一种这样的组分是硫。如果在将合成气料流送到费托过程之前未从该合成气料流中去除硫，则硫可能使费托反应所需的催化剂失活。因此，为了得到适合费托过程的气体，通常需要粗放性气体净化技术。

费托过程的一种替代方案是气体发酵。气体发酵将气体(包括合成气)生物固定到一种或多种产物中。与费托过程相比，气体发酵具有多种优势。首先，费托过程利用高温(150℃至350℃)、升高的压力(30巴)和非均相催化剂(诸如钴、钌和铁)。相比之下，气体发酵在约37℃处发生，并且通常在大气压力下进行，相对于费托过程，这节省大量的能量和成本。此外，费托过程要求合成气中的H₂:CO比率相对固定，为2:1左右，而气体发酵却能够接收和利用具有不同的H₂:CO比率的各种各样的底物。

在将气化产生合成气和气体发酵集成时，可以采取措施来控制所产生的合成气的类型。例如，将生物质干燥已经在Li,H.Chen,Q.,Zhang,X.Finney,K.N.,Sharifi,V.N.,Swithenbank,J.(2012)Evaluation of a biomass drying process using waste heatfrom process industries:A case study.Applied Thermal Engineering,35,71-80中进行了讨论。在热解和气化领域，操作参数和水分含量在Dong,J.,Chi,Y.,Tang,Y.Ni,M.Nzihou,A., Weiss-Hortala,E.Huang,Q.(2016)Effect of operating parameters andmoisture content on municipal solid waste pyrolysis and gasification.EnergyFuels,30(5),3994-4001中进行了研究。

然而，仍然需要在气化操作和气体发酵操作之间进行更高水平的集成，使得一种操作的废弃物料流以最有益的方式被另一种操作使用。来自气体发酵操作的尾气的出乎意料的有益用途是采用尾气的至少一部分来加热干燥气体，该干燥气体继而用于干燥气化操作的原料。干燥气化操作的原料提供了收率更高且质量更高的合成气，从而增加了从集成的气化和气体发酵操作全系统生产所需产物的产量。令人惊讶的是，从能量的角度来看，从尾气中回收的能量在用于干燥原料时相比于用于生成电力或蒸汽时明显更大。

发明内容