[发明专利]分级气化器及相关方法

说明书

背景

本发明涉及气化器系统及处理碳质材料的方法。

与其它可再生燃料一起采用生物质用于产能，被认为是减轻渐增的大气中CO₂浓度的途径之一。植物在其生长期间消耗来自环境的二氧化碳。如果生物质在气化作用中采用，由气化作用而在环境中释放的CO₂量相当于在植物生长期间消耗的CO₂量。因此，植物生物质的气化或燃烧不对环境增加额外的CO₂。因此，使用生物质被认为是“碳中和”。

许多类型的原材料和原料已经被用于气化操作。实例包括基于烃的材料，比如油、煤、精炼厂残余物和污水污泥。在气化工艺中，通过使原材料在高温下与受控量的氧气反应，将碳质材料比如煤、石油或生物质转化为气体比如一氧化碳和氢气。当气化时，含碳原料或者“进料”将形成称为合成气体或“合成气”的所得的气体混合物，其本身为非常有用的燃料。

通常，气化工艺包括向加热室供给含碳原料，与受控和有限量的氧气和蒸汽一起。生物质气化中的主要不利条件之一为所形成的合成气可具有高的焦油浓度，其常常在冷却时凝结并堵塞气化器系统。另外，生物质气化与内燃机和涡轮机的集成(例如用于电力生产)需要具有低焦油含量的合成气。因此，在被用于产能之前需要广泛的合成气净化。

先前降低合成气中焦油的尝试主要被分为两个主要类型：i)在气化器容器中除去焦油；和(ii)在气化器容器外部的反应器中除去焦油。然而，这两种方法通常伴随缺点，比如对所要求产物的低选择性；和成本无效性。减少焦油的替代方法已经采用需要增加水净化系统的水洗涤器。这可增加工艺成本和复杂性。在其它情况中，下吸式气化器已经被用于得到具有低焦油含量的合成气。然而，使用这些类型的气化器经过一段时间可伴随结垢(scale-up)问题和可靠性问题，例如由于来自焦化床的合成气的沟道效应。

因此，对于用于处理碳质材料的方法有着持续的需求，所述方法可将加热条件最优化，同时产生相对高产率的具有低焦油含量的产品气。另外，存在对更有效地利用烧焦物(char)的催化活性分解焦油从而导致低焦油合成气的方法的需求。在最低限度下，为了商业上可行，这样的技术将合乎需要地以相对低成本采用，并且也将采用碳质材料以相对高产率得到合成气。

简短描述

本发明的一个方面提供其被设置以气化碳质原料的气化器系统，所述系统包含反应器，反应器包括至少一个原料进口和至少一个粗制产品气出口，并且所述系统进一步包含再循环管道，其被设置以再循环自反应器的一个部分离开的粗制产品气，用于进入到反应器的另一个部分。在一些实施方案中，气化器系统包含反应器、原料进口、氧化剂进口、粗制产品气出口和再循环管道。所述反应器包括上部、中部和下部。原料进口被配置在反应器的上部以接收碳质原料。氧化剂进口被配置在反应器的下部以接收氧化剂。粗制产品气出口被配置在反应器的上部。再循环管道被设置以将粗制产品气出口偶联于反应器的下部，并将来自反应器上部的粗制产品气再循环至反应器的下部。

本发明的另一个方面提供一种用于将碳质流在气化器系统中转化为产品气的方法。方法包括：经配置在反应器上部的进口提供碳质原料；经配置在反应器下部的氧化剂进口提供氧化剂；使碳质原料流与氧化剂反应形成包含粗制产品气、产品气和固体颗粒的混合物；将粗制产品气经配置在反应器上部的粗制产品气出口转移到再循环管道；将至少一部分粗制产品气经再循环管道再循环至反应器；并经至少一个位于反应器中部的产品气出口转移产品气。

附图简述

当阅读以下详细描述并参照附图(其中相同的字符代表全部附图的相同部分)时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中：

图1为本发明一个实施方案的气化器系统的图示。

图2为本发明另一个实施方案的气化器系统的图示。

详细描述

尽管仅有本发明的某些特征已经在本文被阐明并得到描述，本领域技术人员将想到许多修饰和变化。因此应该理解附加的权利要求意图包括落入本发明的真实精神内的所有这样的修饰和变化。在说明书和权利要求中，将对具有以下含义的多个术语作出参考。