[发明专利]用于将固体转化为燃料的系统以及方法

说明书

联邦赞助研究：不适用。

参考微缩胶片附录：不适用。

技术领域

本发明涉及用于将固体转化为燃料的系统以及方法，并且更具体地，涉及用于将城市固体废弃物、生物固体、废弃的橡胶和塑料、污泥、木材、木屑和煤转化为合成气并且其后将该合成气转化为液体或气体燃料。

背景技术

当前在市场中可获得各种利用费-托(Fischer-Tropsch，“F-T工艺”)工艺的实施方案的废弃物-至-液体燃料处理工艺。F-T工艺是催化化学反应，其中合成气(一氧化碳与氢的混合物)被转化为各种形式的液体碳氢化合物。该合成气可以由多种源产生，包括但不限于天然气、煤、废弃物或碳氢化合物的任何源。F-T工艺的反应可以包括如下反应：

CH_n+H₂O→(n/2+1)H₂+CO    (合成气形成)

2n H₂+CO→-(CH₂-)_n-+H₂O  (F-T反应)

许多已知的废弃物-至-液体工艺涉及到高压下的直焰气化，而在有水蒸气存在时产生合成气。该化学反应涉及一些氧的添加并且由以下化学反应式表示：

2C+H₂O+O₂→CO₂+H₂+CO

如以上所示，大致50％的碳燃烧并且变为CO₂，从而产生大量的CO₂排放物。由于废弃物材料以及固体燃料的直接燃烧，该气体还可以包含有害的排放物，如二氧化氮和二氧化硫。这些已知工艺的劣势之一是导致的废气被氮和CO₂稀释，使得直接燃烧几乎是不可能的。而且，为产生液体燃料而清洁生成的废气将会是非常昂贵的。此外，固体气化产生必须要被捕获、分离和处理的灰分。

因此，存在对于废弃物/固体燃料-至-液体燃料系统的需要，该系统通过在没有氧或空气存在下进行热解而偏离传统的费-托方法。作为结果，示例性工艺在热解过程(将废弃物/固体燃料转化为H₂与CO的合成气)和重整过程(在催化过程中使该合成气进行反应以产生液体燃料或其他气体)二者中都产生低水平的CO₂。所描述的工艺减少该合成气料流中小的灰分和碳颗粒的夹带，该合成气料流非常洁净并且具有高热值。示例性热解过程在没有氧或空气存在时发生，因此，作为结果而发生的排放物(包括二氧化氮和二氧化硫)被减少。取决于气化材料的硫含量，可能形成一些H₂S，但在示例性系统中这些H₂S随后在最后的重整过程之前被从气体中去除。

发明内容

本发明的一个实施方案教导了用于将固体燃料转化为液体或气体燃料的系统，该系统可以包括用于产生碳氢化合物的热裂解气(pyro gas)的热解单元，用于将该热裂解气转化为合成气(氢与一氧化碳的混合物)的合成气生产单元，以及用于将该合成气转化为燃料的气体-至-液体单元。该热解单元可以是连续热解单元。在一些实施方案中，合成气生产单元是水蒸气重整装置并且气体-至-液体单元是费-托系统。该系统还可以包括热裂解气清净单元，该热裂解气清净单元包括用于从该热裂解气去除污染物的二氧化碳去除单元和/或硫化氢去除单元。在其他实施方案中，该系统还包括合成气清净单元，该合成气清净单元包括从合成气去除污染物的硫化氢去除单元。该系统还可以包括进料预处理单元。连续热解单元可以是低NO_x排放物燃烧器。固体燃料可以是城市固体废弃物、城市污泥、生物固体、橡胶、塑料、煤、有机废弃物、无机废弃物或其组合，并且液体燃料可以是柴油、汽油、喷气燃料、醇类、甲烷或其混合物。