[发明专利]发酵尾气在气化和气体发酵集成系统中的用途

说明书

本公开提供了从工业气体或气化衍生的合成气中分离和燃烧至少一种烃、含氧化合物、硫化合物和/或氮化合物以生成蒸汽。使用来自发酵过程的尾气提供火焰以使来自通过气化过程生成的合成气的焦油和其他化合物燃烧，可以将气化过程和气体发酵过程集成。通过使用吸附剂从工业气体或气化衍生的合成气中去除焦油和其他化合物并且使用来自气体发酵过程的尾气再生吸附剂，可以实现集成。富集了解吸的焦油和其他化合物的尾气可以用于在蒸汽锅炉中生成蒸汽，并且该蒸汽可以用于多种目的，包括生成动力以驱动例如气体发酵过程的压缩机。

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62/990,216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

本发明涉及用于改进气化过程和气体发酵过程的集成的方法。特别地，本发明涉及在将由气化过程产生的合成气用作气体发酵过程的进料之前，采用气体发酵过程的尾气的至少一部分从用于从合成气中分离焦油的吸附剂中解吸至少一种焦油。在另一个实施方案中，在将工业气体引入气体发酵过程之前，使用尾气再生用于从工业气体中分离焦油的吸附剂。

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。

气化通过部分氧化将生物质或城市废弃物转化为合成气的气态混合物，该气态混合物包含一氧化碳、氢气、甲烷、氮气、水蒸气、二氧化碳和焦油。生物质衍生的合成气尤其含有应当从该合成气中去除的高浓度的焦油状化合物和颗粒。焦油通常包含一系列烃和含氧化合物。示例包括芳族化合物、聚芳族化合物、呋喃主链结构，其中脂族和氧合的官能团诸如酸、醛、酮和醇连接到主链。可以设想，取决于工业气体的来源，工业气体也可能含有焦油。

仍然需要在工业气体或气化衍生的合成气可以用于下游过程之前从该工业气体或合成气中有效地去除焦油。此外，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，以便以最有益的方式将一个操作的废弃物料流用于整个系统。来自气体发酵操作的尾气的出乎意料的有益用途是在合成气用作气体发酵操作的进料之前，采用尾气的至少一部分来再生用于从合成气中分离至少一种焦油的吸附剂。通过在蒸汽锅炉中燃烧在焦油解吸后并因此富集了焦油且具有较高热值的尾气以生成蒸汽，可以进一步提高集成度。在富集了焦油的尾气中存在数量惊人的残余能量，因此产生了数量惊人的蒸汽。通过利用蒸汽来生成用于在气体发酵操作中使用的压缩机的动力，还可以对集成进行进一步的整合。其他选择包括诸如在燃气发动机或燃气轮机中生成动力。

发明内容