[发明专利]气化系统

说明书

技术领域

本发明涉及气化领域。更具体而言，本发明涉及用于含碳原料的气化的热解系统(pyrolysis system)。

背景技术

存在许多处理家庭和工业有机废物的方式，包括填埋和焚化。然而，填埋需要专用的土地，且通常引起负面的社会和环境影响，而通过焚化处理涉及显著的能量成本。此外，两种途径都从分解或燃烧中产生温室气体。作为备选，含碳废物可由需氧和厌氧消化转化成生物燃料。然而，两种途径的缺陷在于低过程效率，即，其停留时间通常是以天和周计。此外，需氧消化需要用于构建和保持可收放的泻湖(lagoon)的显著投资。

另一方面，高温热解是将含碳进料转化成甲烷和其它燃料气体的高效连续过程。尽管高温热解需要显著的能量输入来达到所需的过程温度，但其由产生的甲烷气体的部分来达成，且因此该过程是可持续发展的。当生物质用作含碳原料时，其也是碳中性的。部分或完全的含碳原料热解是本领域中公知的，例如，US4759300 (Hansen)和WO2014/090574A (Beech等人)。US8282787B和US2013/0004409A (Tucker)教授了一种热解系统，其使用以螺旋钻构成的温度受控的反应罐室，其中从热解过程产生的活性炭用于过滤和隔离有害气体。在另一应用中，US2014/0301934 (Tucker)教授了一种具有用于促进甲烷化过程的涂有催化剂的钻的热解系统，以及用于产生碳纳米管的方法。

除有机废物外，诸如煤和沥青的化石燃料可用作含碳进料来用于热解/气化过程，以产生高质量的甲烷气体。例如，通常具有小于5mm的粒径且所以在储存和运输中存在显著的爆炸风险的来自矿渣的煤粉可使用气化过程处理。然而，由常规气化过程产生的产物气体通常具有不利的低甲烷浓度。

在将含碳原料裂解成短链烃、氢和三次焦油之前，热解中的高温环境将含碳原料转化成长链烃(例如，一次焦油和二次焦油)。

一次焦油大体上特征为直接源自有机原料的热处理(本例中是热解)的化合物，例如，环己酮、愈创木酚或甲酸。二次焦油大体上特征为酚类和烯烃。三次焦油特征为没有氧组分的芳族化合物，其可为碱化的(例如，甲苯、茚)或'浓缩'产物，诸如没有取代基的多环芳香烃(例如，萘、菲)。

在高于1000℃的温度下高效的长链烃的热裂解导致了氢池的增大，以及甲烷形成。然而，通常是热解室中的热点的略微升高的温度(即，＞1100℃)下，产生的任何甲烷都可热解。结果，过高温度下的热解产生产物气体中的大量废焦油，降低了气体纯度。

甲烷化可限定为由热化学气化中的各种气体的混合物生成甲烷的物理化学过程。焦油的热裂解在镍催化剂存在时在950到1100℃下是高效的，但大多数热解技术目前在较低温度下操作；然而，在该较低温度下操作降低了热解效率，即，其减少了所述一次、二次和三次焦油的裂解，有效地减少了可用于随后的甲烷化的碳和氢的量。

EP2440633和US8784616B(Tucker)教授了一种反应罐筒，其中加热室分成了多个区段来提供沿筒变化的温度轮廓。在所示实例中，分隔壁可沿轴向方向移动；因此各个区段中的原料和产物气体的停留时间可通过改变区段长度来调整。改变温度轮廓允许了甲烷化与热解和裂解阶段的分离，因此导致了较好的产量。然而，由于甲烷化室中的低温，其中释放的任何一次焦油和二次焦油，以及一些三次焦油连同产物气体从反应室取得。即使焦油在后续分离单元中可从产物气体洗除，但此系统导致了较低的产量和较高的焦油处理成本。

结果，产生高甲烷浓度的产物气体和裂解任何残余焦油来用于进一步甲烷化的高产量过程是很期望的。

发明内容

本申请人通过提供气化系统和设计使用该系统的过程来缓解以上问题。

根据本发明的过程针对将含碳原料转化成反应。该过程包括以下步骤：

i)热解和甲烷化原料来在至少一个热解室中产生反应气体，其中至少一个热解室在处于或高于850℃的温度下操作(优选处于或高于950℃)。

作为优选，含碳原料包括煤。作为优选，反应气体包括甲烷。

根据本发明的一些过程还包括以下步骤：

ii)从至少一个热解室除去反应气体，

iii)气化来自至少一个热解室的未转化的原料来在至少一个气化室中产生合成气，其中至少一个气化室包括一个或更多个反应物喷射端口来用于喷射反应物以允许气化，且在700℃到1100℃之间的温度下操作。

iv)从至少一个气化室除去合成气。