兩階段攜帶氣化系統和方法

2023-09-14 09:55:15 5

專利名稱：兩階段攜帶氣化系統和方法
兩階段攜帶氣化系統和方法
背景技術：
本發明大體上涉及用於氣化如含碳材料等進料的氣化系統和方法。已開發出三種 基本類型的系統和方法來氣化含碳材料。它們是(1)固定床氣化，(2)流化床氣化，和(3) 懸浮或攜帶氣化。本發明涉及第三種類型的系統和方法-懸浮或攜帶氣化。更具體地，本 發明涉及用於氣化含碳材料的兩階段攜帶氣化系統和方法。氣化系統和方法用於將通常為固體的進料如含碳材料轉化為所需的氣態產物如 合成氣。氣化系統和方法的設計必須簡單，但達到最大轉化效率。

發明內容
本發明的一方面涉及用於氣化含碳材料的方法，包括以下步驟a)將再循環炭引 入反應器下部，並使所述反應器下部中的所述再循環炭與包括含氧氣體和/或蒸汽的流部 分燃燒，以此產生熱並形成包括合成氣和熔渣的混合產物；b)將來自所述反應器下部的所 述合成氣向上送入反應器上部，並在所述反應器上部與包括液體載體中的粒狀含碳材料的 漿料的流熱解，以此形成混合產物，所述混合產物包括i)包括合成氣和殘餘焦油的氣態產 物流、 )炭和iii)蒸氣；c)使來自所述反應器上部的所述混合產物通過分離裝置，在此 所述炭被從來自所述反應器上部的所述混合產物中分離，並作為進料被再循環引入所述反 應器下部；和d)將來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物引入反應 器，在此所述殘餘焦油被去除。步驟(a)中產生的熱通過將所述粒狀含碳材料的漿料和所 述載體液體轉化為步驟(b)中的氣態產物流來回收。在本發明的一個實施方式中，將來自 所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物流送入反應區，所述反應區包括 包括一種或多種焦油破壞催化劑的一個或多個催化床。在本發明的另一個實施方式中，將 來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物流送入反應區，所述反應區 包括包括一種或多種焦油吸收吸附劑的一個或多個吸附劑床。本發明的另一方面涉及用於氣化含碳材料的系統，包括a)反應器下部，所述反 應器下部用於將再循環炭與包括含氧氣體和/或蒸汽的流部分燃燒，以產生熱和包括合成 氣和熔爐渣的混合產物；b)反應器上部，所述反應器上部用於將來自所述反應器下部的所 述合成氣與包括液體載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以產生混合產物，所述混合 產物包括i)包括合成氣和殘餘焦油的氣態產物流、 )炭和iii)蒸氣；c)分離裝置，所述 分離裝置用於將所述炭從來自所述反應器上部的所述混合產物中分離；和d)反應區，所述 反應區用於從來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物中去除殘餘焦 油。產生自反應器下部的熱通過在反應器上部將所述粒狀含碳材料的漿料和所述載體液體 轉化為反應器上部中的氣態產物流來回收。所述反應器下部進一步包括用於將包括所述含 氧氣體和蒸汽的所述流以及所述再循環炭引入所述反應器下部的一個或多個分散裝置。所 述反應器上部進一步包括用於將液體載體中的粒狀含碳材料的漿料加入到所述反應器上 部的一個或多個進料裝置。所述反應器上部可以，但不限於布置在所述反應器下部的上方。 在本發明的一個實施方式中，所述反應區包括包括一種或多種焦油破壞催化劑的一個或多個催化床，所述反應區用於從來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產 物中去除殘餘焦油。在本發明的另一個實施方式中，所述反應區包括包括一種或多種焦油 吸收吸附劑的一個或多個吸附劑床，所述反應區用於從來自所述反應器上部，包括合成氣 和殘餘焦油的所述氣態產物中去除殘餘焦油。反應器下部的溫度保持在1500° F至3500° F。反應器下部和反應器上部的壓力 為約14. 7psig至約2000psig。通過所述反應器下部的分散裝置的氣體和炭的速率為每秒 20至120英尺。所述反應器下部中炭的停留時間為2至10秒。通過所述反應器上部的進 料裝置的所述漿料流的速率為每秒5至100英尺。所述反應器上部中所述粒狀含碳材料的 漿料的停留時間為5至40秒。


為了更詳細地描述本發明的實施方式，現將參照以下附圖進行描述，其中圖1為用於本發明實施方式的系統的示意圖和圖示方法的流程圖。圖2為用於本發明另一實施方式的系統的示意圖和圖示方法的流程圖。
具體實施例方式以下對本發明各個實施方式的詳細描述參考附圖，所述附示出其中可以實施 本發明的具體實施方式
。所述實施方式意在以足以使本領域技術人員能夠實施本發明的細 節描述本發明的方面。可以使用其它實施方式，並且可進行改變，而不偏離本發明的範圍。 因此，以下詳細描述並非是限制性的。本發明僅由所附權利要求書，以及此權利要求書給予 的等價形式的範圍所限定。參照圖1，本發明的各個實施方式提供了附圖標記10所指的氣化反應器，其具有 反應器下部30和反應器上部40。氣化過程的第一階段發生在反應器下部30中，氣化過程 的第二階段發生在反應器上部40中。反應器下部30定義為第一階段反應區。反應器下部 30也稱為第一階段反應區。反應器上部40定義為第二階段反應區。反應器上部40也稱為 第二階段反應區。進一步參照圖1，再循環炭和包括含氧氣體和/或蒸汽的在高壓下的流通過位於 如反應器下部30相對位置的分散裝置60和/或60a進入氣化反應器10下部30中。可使 用多於兩個分散裝置，如以90度分開排列的四個分散裝置。分散裝置組可在不同水平上， 且無需在相同平面上。在氣化反應器10的反應器下部30 (也稱為第一階段反應區)內， 再循環炭和包括含氧氣體和/或蒸汽的流以下述方式反應，即發生反應物的快速混合和反 應，並且反應物旋轉運動，使如(但不限於)渦流向上通過反應器10的下部30。反應器下 部30中的反應為氣化過程的第一階段，由此使再循環炭和包括含氧氣體和/或蒸汽的流如 下詳述在反應器下部30中，在反應條件下放熱轉化為包括蒸汽、合成氣、中間氣體和攜帶 的副產物如熔爐渣的混合產物。熔爐渣從反應器10的底部通過放出口 20被排出至最後處 理的爐渣加工系統(未顯示)。蒸汽、中間產物和合成氣隨後通過向上流動進入未燃燒的反應器上部40從反應 器下部30離開，在反應器上部40中粒狀含碳材料和液體載體的漿料通過進料裝置80和/ 或80a或額外的進料裝置注入。在反應器下部30中產生並被氣流向上攜帶的熱用於發生在未燃燒的反應器上部40中的熱解工藝(和/或合成氣第二階段反應區中這些氣體的濃 縮)，包括進料水的蒸發、碳_蒸汽反應和CO和H2O之間的水煤氣反應。碳_蒸汽反應形成 CO和H2,因此增加這些可用氣體的產量。儘管燃燒的反應器下部30 (或反應器10的第一 階段反應區)主要是燃燒反應器，反應器上部40主要是驟冷反應器，其也增加氣體的熱值。 因此，發生在未燃燒的反應器上部40中的反應富集從燃燒的局部燃燒反應器下部30發出 的氣體，以產生較高等級的合成氣，由此回收來自反應器下部30的熱並充分冷卻氣體，以 使得攜帶的爐渣在低於灰熔化初始變形溫度下冷卻，揮發性有機和無機物質在粒狀含碳材 料上冷凝並被吸收。通過冷卻至低於灰初始變形溫度，攜帶的爐渣液滴自身或在到達熱交 換表面前在粒狀含碳材料上熔化，，因此不粘附在熱交換表面。以下將詳述反應器上部40 中的反應條件。在本發明的實施方式中，如圖1所示，反應器10的未燃燒的反應器上部40直接連 接至反應器10的未燃燒的反應器下部30頂部，使得熱反應產物直接從反應器下部30被送 至反應器上部40以減小氣體反應產物和攜帶的固體中的熱損失。如圖1所示，可將氣化反應產生的炭移出並再循環以增加碳轉化。例如，炭可通過 分散裝置60和/或60a (或其它)再循環至反應器下部，或上述第一反應區。分散裝置60和60a提供粒狀固體如炭的霧化進料。分散裝置的類型可為具有用 於固體的中間管和圍繞此中間管的環形空間，所述中間管包括霧化氣體，以內部或外部方 式對共同混合區開放。而且，未燃燒反應器上部40的進料裝置80和/或80a也可與本文 上述的分散裝置類似，或具有用於漿料進料的管。分散裝置60、60a或進料裝置80、80a可 為本領域技術人員所熟知的那些。如圖1進一步所示，在反應器上部40中所發生的第二階段反應的混合產物從反應 器10上部40的頂部取出並進入分離裝置50，所述分離裝置50將此混合產物分裂為固體流 和氣體流，僅剩下氣流中少部分的殘餘固體細料。氣體流包括氫氣、一氧化碳、少量甲烷、硫化氫、氨、水蒸氣或蒸汽、來自液體載體 的蒸氣、氮氣、二氧化碳和殘餘焦油。固體流包括在未燃燒的反應器上部40中形成或從燃 燒的反應器下部30帶出(carried over)的固化的灰和炭。從分離裝置50離開的固體流如幹炭與含氧氣體和/或蒸汽混合，並通過分散裝置 60和/或60a再循環返回未燃燒的反應器下部30，以作為第一階段反應的進料。再循環的炭隨後在成渣條件下通過與氧氣和蒸汽反應氣化，產生包括合成氣的混 合產物和反應器上部40內第二階段反應所需的熱。將從分離裝置50離開的包括合成氣、殘餘炭細料和殘餘焦油的氣體流引入反應 區90以此去除殘餘焦油。在反應區90包括一個或多個催化床100的圖1所示的一個實施 方式中，在從分離裝置50離開的包括合成氣和殘餘焦油的氣體流進入催化床100前，通過 熱交換器(heat cross-exchanger) 150將其加熱到高至1800° F。催化床100可為包括一 種或多種焦油破壞催化劑的催化流化或鼓泡床，以此將殘餘焦油分解。使合成氣升至反應 溫度所需的熱可通過外部交換器提供，或通過將氧氣和蒸汽的混合物注入合成氣流提供。 碳細料被轉化為一氧化碳或形成顆粒，以隨著包括合成氣的出口氣態產物一起向上通過所 述催化流化床100。催化床100可也為包括一種或多種焦油破壞催化劑的催化流化床，以此 將殘餘焦油分解。在此情況中，在催化劑床之前，碳細料通過顆粒過濾器去除。通過催化流化床或催化固定床，離開反應區90的熱合成氣通過熱交換器150用較冷入口氣體流(或離 開裝置50的氣體流)冷卻以回收熱。根據一個實施方式，離開熱交換器150且此時無焦油 的冷卻的氣體流隨後被通過顆粒過濾器110，以此去除顆粒。焦油破壞催化劑可為沸石、具 有載體的鎳、石灰石或它們的任意混合物。在反應區90包括一個或多個吸附劑床120的圖2所示的另一個實施方式中，從分 離裝置50離開的包括合成氣和殘餘焦油的氣體流進入包括一種或多種焦油-吸收吸附劑 的吸附劑床120中，殘餘焦油在原位過濾器140過濾殘餘顆粒前被吸收，並再循環返回至第 一階段反應器。吸附劑床120可為包括一種或多種焦油-吸收吸附劑的流化活性碳床。吸 附劑床120也可為包括一種或多種焦油-吸收吸附劑的固定活性碳床。因為活性碳的吸收 能力在較低溫度下改進，所以向活性碳床提供內部冷卻裝置130(如蒸汽冷卻的，內部冷卻 的盤管、板或擋板)，以降低離開分離裝置50的氣體流的溫度，並保持床溫度在400° F至 500° F。將負載焦油的活性碳的小滑流(slipstream)連續或周期性地從床去除，以通常通 過再生器160將碳加熱至較高溫度以釋放焦油來再生。在固定床吸收器的情況中，平行的 兩個容器可這樣布置，即一個在線用於去除焦油，另一個離線用於清潔。此時離開反應區90 的氣體流為焦油和無顆粒合成氣。焦油-吸收吸附劑可為活性碳、沸石、某些天然存在的矽 酸鹽或它們的任意混合物。氣化反應器10的構建材料不重要。優選地，但不是必須地，反應器壁為鋼且內襯 絕熱可鑄造或陶瓷纖維或耐火磚，如高鉻含量的磚，如反應器下部30中，和緻密介質，如鼓 風爐中所用，和反應器上部40中的非成渣應用，以減少熱損失並保護容器免受高溫以及提 供更好的溫度控制，全部這些可獲得自若干商業來源。這類系統的應用提供了從此方法所 用的含碳固體中高回收熱值。可選地和可替代地，通過為燃燒的反應器下部30和可選地未 燃燒的上部40提供「冷壁」系統，壁可為無內襯的。如本文所用，術語「冷壁」是指被外部 冷卻夾套冷卻的壁，如煤氣化系統領域所公知。在此系統中，爐渣在內壁上凝固並為冷卻夾 套的金屬壁提供保護。控制並保持反應器下部30內第一階段工藝中反應的物理條件，以確保炭在超過 炭氣化產生的灰的熔點溫度下快速氣化，以產生來自熔灰的熔渣，其爐渣粘度不大於約250 泊。控制反應器上部40內第二階段氣化工藝中反應的物理條件，以確保碳在高於其塑性 範圍上快速氣化和加熱。燃燒的反應器下部30的溫度保持在1500° F至3500° F，優選 2000° F至3200° F，最優選2400° F至3000° F。在反應器下部30的第一階段內的此 溫度下，其中炭氣化形成的灰熔化形成熔渣，其下落通過出渣孔並在本申請範圍外的單元 內進一步被處理。來自第一階段的氣體混合物離開旋轉的向上運動的氣體渦流，且炭向上 通過反應器下部。未燃燒的反應器上部反應器40的溫度保持在450° F至1500° F，優選 500° F至1400° F，最優選550° F至1300° F。從燃燒的反應器下部30向上流動的熱中 間產物提供用於在未燃燒的反應器上部40中發生的吸熱反應的熱。來自未燃燒的反應器上部40的排出物和離開分離裝置50的氣體流的溫度通常為 800° F約至約1300° F。在進入用於去除焦油的反應區90之間，離開分離裝置50的氣體流 通過熱交換器150加熱。在一個實施方式中，包括一個或多個催化床的反應區90的溫度保 持在700° F至1900° F，優選1000° F至1700° F，且最優選1200° F至1600° F。在另 一個實施方式中，包括一個或多個吸附劑床的反應區90的溫度保持在200° F至1000° F，
10優選 250° F 至 600° F，最優選 300° F 至 500° F。本發明的方法在大氣壓或更高壓力下進行。通常，反應器下部30和反應器上部 40中的壓力為約14. 7psig至約2000psig、優選50psig至1500psig，且最優選150psig至 1200psig。在包括一個或多個催化床的反應區90中的壓力為約14. 7psig至約1500psig、 優選50psig至1500psig，且最優選150psig至1200psig。在另一個實施方式中，在包括 一個或多個吸附劑床的反應區90中的壓力為約14. 7psig至約1500psig、優選50psig至 1500psig，且最優選 150psig 至 1200psig。在本發明的多個實施方式中，通過反應器下部反應器30的分散裝置60和/或60a 的氣體和固體的速率或進料速率保持在20至120英尺/秒、優選20至90英尺/秒，且最 優選30至60英尺/秒。反應器下部30中炭的停留時間保持為2秒至10秒，優選4秒至 6秒。通過反應器上部反應器40的進料裝置80和/或80a的漿料流的速率或進料速率保 持在5至100英尺/秒、優選10至80英尺/秒，且最優選20至60英尺/秒。反應器上部 40中炭的停留時間為5至40秒。此方法適用於任何粒狀含碳材料。然而，優選地，粒狀含碳材料為煤，包括但不限 於褐煤、煙煤、亞煙煤或它們的任意組合。其它含碳材料為來自煤的焦炭、煤炭、煤液化殘餘 物、粒狀碳、石油焦炭、源自油頁巖的含碳固體、焦油砂、浙青、生物質、濃縮下水道汙泥、垃 圾、橡膠和其混合物。前述示例性材料可為粉碎的固體形式，且為了得到最好的材料加工和 反應性質，其作為液體載體中的可泵出漿料。含碳固體材料的液體載體可為能夠在反應中蒸發和沉澱以形成所需氣態產物，特 別是一氧化碳和氫氣的任何液體。最容易想到的液體載體是在反應器下部30中形成蒸汽 的水。蒸汽能與碳反應以形成構成合成氣的氣態產物。此外，除水之外的液體可用於含碳 材料的漿料化。優選地，液體為水，但其也可為烴，如燃料油、殘油、石油和液體C02。當液體 載體為烴時，可加入額外的水或蒸汽，以提供足夠的水用於充分反應和調節反應器溫度。含至少20%氧氣的任何氣體可用作含氧氣體被加入至燃燒的反應器下部30中。 優選的含氧氣體包括氧氣、空氣和富氧氣的空氣。作為漿料的液體載體中的粒狀含碳材料的濃度僅為得到可泵出混合物所需的。通 常，濃度的範圍至多為固體材料重量的70重量％。優選地，在第一階段和第二階段方法中， 漿料中粒狀含碳材料的濃度的範圍從30重量％至70重量％。更優選地，含水漿料中煤的 濃度為45重量％至69重量％。當煤為進料時，其可在與液體載體混合形成漿料前被粉碎，或與液體載體一起研 磨。通常，可使用任何合理細碎的含碳材料，且可應用降低顆粒固體粒度的已知方法。此方 法的實例包括使用球磨、棒磨和錘式磨。儘管粒度不重要，但優選細碎的碳顆粒。燃煤發電 廠中用作燃料的粉末煤是典型的。此煤具有90重量％煤通過200目篩的粒度分布。對於 反應性更高的材料，在可製備穩定且不沉降的漿料的前提下，也可使用100目平均粒度的 粗粒度。如本文所用，術語「炭」是指各種產物產生之後未燒盡的碳和仍在氣化系統內攜帶 的灰顆粒。如本文所用，當使用在兩個或更多項目的清單中時，術語「和/或」意味著所列舉 項目的任意一個可以被獨自採用，或者所列舉項目的兩項或更多項的任何組合可以被採用。例如，如果組合物被描述為包含組分A、B和/或C，則該組合物可以包含僅A ；僅B ；僅 C ;A和B組合；A和C組合；B和C組合；或A、B和C組合。本發明的保護範圍不受上述說明書的限制，而僅限於以下權利要求書，其範圍包 括權利要求書所保護主題的全部等價形式。每個權利要求作為本發明的實施方式併入本申 請。因此，權利要求書是進一步的描述，且是本發明優選實施方式的補充。對引用的相關技術的討論，特別是
公開日在本申請優先權日之後的任何文獻，並 非承認其是本發明的現有技術。本文引用的全部專利、專利申請和出版物的公開內容通過 引用併入本文，它們提供示例性、程序性或其它細節以補充本文所述內容。未明確聲明「......的方法」或「......的步驟」的權利要求書中的要素不解釋
為35U.S.C. § 112^6中的「方法」或「步驟」。特別地，本文權利要求中「步驟」的應用不意 在涉及35U. S. C. § 112，6條款。
權利要求
1.一種用於含碳材料的氣化的方法，所述方法包括以下步驟a.將再循環炭引入反應器下部，並在其中將所述再循環炭與包括含氧氣體或蒸汽的流 部分燃燒，以此產生熱並形成包括合成氣和熔渣的混合產物；b.使所述合成氣從所述反應器下部向上進入反應器上部，並在所述反應器上部與包括 液體載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以此形成混合產物，所述混合產物包括i)包 括合成氣和殘餘焦油的氣態產物流、 )炭和iii)蒸氣；c.使來自所述反應器上部的所述混合產物通過分離裝置，在此所述炭被從來自所述反 應器上部的所述混合產物中分離，並作為進料被再循環引入所述反應器下部；和d.將來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物引入反應區，在此 所述殘餘焦油被去除，由此，所述步驟(a)中產生的熱通過將步驟(b)中所述粒狀含碳材料的漿料和所述載 體液體轉化為步驟(b)中的氣態產物流來回收。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)在1500°F至3500° F的溫度和 14. 7psig至2000psig的壓力下進行。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述步驟(a)在2000°F至3200° F的溫度和 50psig至1500psig的壓力下進行。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)在450°F至1500° F的溫度和 14. 7psig至2000psig的壓力下進行。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述步驟(b)在500°F至1400° F的溫度和50psig 至1500psig的壓力下進行。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述液體載體中的所述粒狀含碳材料的漿料通過一 個或多個進料裝置被弓I入所述反應器上部。
7.如權利要求1所述的方法，其中包括含氧氣體和蒸汽的所述流和所述炭通過一個或 多個分散裝置被弓I入所述反應器下部。
8.如權利要求1所述的方法，其中包括含氧氣體和蒸汽的所述流和所述炭以20至120 英尺/秒的進料速率被引入所述反應器下部，且所述反應器下部中所述炭的停留時間為2 至10秒。
9.如權利要求1所述的方法，其中包括含氧氣體和蒸汽的所述流和所述炭以20至90 英尺/秒的進料速率被引入所述反應器下部，且所述反應器下部中所述炭的停留時間為4 至6秒。
10.如權利要求1所述的方法，其中液體載體中的粒狀含碳材料的所述漿料以5至90 英尺/秒的進料速率被引入所述反應器上部，且所述反應器上部中液體載體中的粒狀含碳 材料的所述漿料的停留時間為5至40秒。
11.如權利要求1所述的方法，其中液體載體中的粒狀含碳材料的所述漿料以10至80 英尺/秒的進料速率被引入所述反應器上部，且所述反應器上部中液體載體中的粒狀含碳 材料的所述漿料的停留時間為5至40秒。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述液體載體選自由水、液體CO2、石油液體和它們 的任何混合物組成的組。
13.如權利要求1所述的方法，其中所述粒狀含碳材料選自由煤、褐煤、石油焦炭和它們的任何混合物組成的組。
14.如權利要求1所述的方法，其中所述漿料具有30至70重量％的固體濃度，以所述 漿料的總重量計。
15.如權利要求1所述的方法，其中所述漿料具有45至69重量％的固體濃度，以所述 漿料的總重量計。
16.如權利要求1所述的方法，其中所述含氧氣體選自由空氣、富氧氣空氣、氧氣和它 們的混合物組成的組。
17.如權利要求1所述的方法，其中包括一個或多個催化床的所述反應區包括包括一 種或多種焦油破壞催化劑的催化流化床，以此將焦油分解。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述反應區中的溫度為700°F至1900° F，壓力 為 14.7psig 至 2000psig。
19.如權利要求17所述的方法，其中所述反應區中的溫度為1000°F至1700° F，壓 力為 50psig 至 1500psigo
20.如權利要求17所述的方法，其中所述催化床為包括一種或多種焦油破壞催化劑的 催化流化床，以此將焦油分解，且碳細料被轉化為一氧化碳或形成顆粒，以隨著包括合成氣 的出口氣態產物一起通過所述催化流化床。
21.如權利要求17所述的方法，其中所述催化床為催化固定床。
22.如權利要求17所述的方法，其中所述焦油破壞催化劑選自由沸石、具有載體的鎳、 石灰石和它們的混合物組成的組。
23.如權利要求1所述的方法，其中包括一個或多個吸附劑床的所述反應區包括一種 或多種焦油-吸收吸附劑，以此吸收焦油以形成負載焦油的溶劑。
24.如權利要求23所述的方法，其中包括一個或多個吸附劑床的所述反應區中的溫度 為 200° F 至 1000° F，壓力為 14. 7psig 至 1500psig。
25.如權利要求23所述的方法，其中包括一個或多個吸附劑床的所述反應區中的溫度 為 250° F 至 600° F，壓力為 5Opsig 至 MOOpsig。
26.如權利要求23所述的方法，其中所述吸附劑床為包括一種或多種焦油-吸收吸附 劑的流化床，以此吸收所述焦油。
27.如權利要求23所述的方法，其中所述吸附劑床為包括一種或多種焦油-吸收吸附 劑的固定床，以此吸收所述焦油。
28.如權利要求23所述的方法，其中所述焦油吸收吸附劑選自由活性碳、沸石、天然存 在的矽酸鹽和它們的混合物組成的組。
29.一種用於含碳材料的氣化的方法，所述方法包括以下步驟a.將再循環炭引入反應器下部，並在其中將所述再循環炭與包括含氧氣體或蒸汽的流 部分燃燒，以此產生熱並形成包括合成氣和熔渣的混合產物，其中所述反應器下部的運行 溫度為對00° F至3000° F，所述反應器下部的運行壓力為150psig至1200psig，其中包括所述含氧氣體和蒸汽的所述流和再循環炭以30至60英尺/秒的進料速率通 過所述反應器下部上的一個或多個分散裝置被引入所述反應器下部，且所述反應器下部中 所述再循環炭的停留時間為4至6秒；b.使所述合成氣從所述反應器下部向上進入反應器上部，並在所述反應器上部與包括液體載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以此形成混合產物，所述混合產物包括i)包 括合成氣和殘餘焦油的氣態產物流、ii)炭和iii)蒸氣，其中所述反應器上部的運行溫度為陽0° F至1300° F，所述反應器上部的運行壓力為 150psig 至 1200psig,其中所述液體載體中的所述粒狀含碳材料的漿料以20至60英尺/秒的進料速率通過 所述反應器上部上的一個或多個進料裝置被引入所述反應器上部，且所述反應器上部中液 體載體中的所述粒狀含碳材料的漿料的停留時間為5至40秒；c.使來自所述反應器上部的所述混合產物通過分離裝置，在此所述炭被從來自所述反 應器上部的所述混合產物中分離，並作為進料被再循環引入所述反應器下部；和d.將來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物流送入包括一種或 多種焦油破壞催化劑的一個或多個催化床，所述焦油破壞催化劑選自由沸石、具有載體的 鎳、石灰石或它們的混合物組成的組，其中所述催化床的運行溫度1200至1600，且所述催 化床的運行壓力在150psig至1200psig，以此分解所述殘餘焦油，由此，所述步驟(a)中產生的熱通過將步驟(b)中所述粒狀含碳材料的漿料和所述載 體液體轉化為步驟(b)中的氣態產物流來回收。
30.一種用於含碳材料的氣化的方法，所述方法包括以下步驟a.將再循環炭引入反應器下部，並在其中將所述再循環炭與包括含氧氣體或蒸汽的流 部分燃燒，以此產生熱並形成包括合成氣和熔渣的混合產物，其中所述反應器下部的運行 溫度為對00° F至3000° F，所述反應器下部的運行壓力為150psig至1200psig，其中包括所述含氧氣體和蒸汽的所述流和再循環炭以30至60英尺/秒的進料速率通 過所述反應器下部上的一個或多個分散裝置被引入所述反應器下部，且所述反應器下部中 所述再循環炭的停留時間為4至6秒；b.使所述合成氣從所述反應器下部向上進入反應器上部，並在所述反應器上部與包括 液體載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以此形成混合產物，所述混合產物包括i)包 括合成氣和殘餘焦油的氣態產物流、ii)炭和iii)蒸氣，其中所述反應器上部的運行溫度為陽0° F至1300° F，所述反應器上部的運行壓力為 150psig 至 1200psig,其中所述液體載體中的所述粒狀含碳材料的漿料以20至60英尺/秒的進料速率通過 所述反應器上部上的一個或多個進料裝置被引入所述反應器上部，且所述反應器上部中液 體載體中的所述粒狀含碳材料的漿料的停留時間為5至40秒；c.使來自所述反應器上部的所述混合產物通過分離裝置，在此所述炭被從來自所述反 應器上部的所述混合產物中分離，並作為進料被再循環引入所述反應器下部；和d.將來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣態產物流送入包括一種或 多種焦油-吸收吸附劑的一個或多個吸附劑床，所述焦油-吸收吸附劑選自由活性碳、沸 石、天然存在的矽酸鹽或它們的混合物組成的組，其中所述吸附劑床的運行溫度為300° F 至500° F，且所述吸附劑床的運行壓力為150psig至1200psig，以此吸收所述殘餘焦油，由此，所述步驟(a)中產生的熱通過將步驟(b)中所述粒狀含碳材料的漿料和所述載 體液體轉化為步驟(b)中的氣態產物流來回收。
31.一種用於含碳材料的氣化的系統，所述系統包括a.反應器下部，所述反應器下部用於將再循環炭與包括含氧氣體或蒸汽的流部分燃 燒，以產生熱和包括合成氣和熔渣的混合產物；b.反應器上部，所述反應器上部用於將來自所述反應器下部的所述合成氣與包括液體 載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以產生混合產物，所述混合產物包括i)包括合成 氣和殘餘焦油的氣態產物流、 )炭和iii)蒸氣；c.分離裝置，所述分離裝置用於將所述炭從來自所述反應器上部的所述混合產物中分 離；和d.反應區，所述反應區用於從來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣 態產物中去除殘餘焦油，其中，產生自所述反應器下部的熱通過在反應器上部中將所述粒狀含碳材料的漿料和 所述載體液體轉化為所述反應器上部中的所述氣態產物流來回收。
32.如權利要求1所述的系統，其中所述反應器下部包括一個或多個分散裝置，所述分 散裝置用於將包括含氧氣體和蒸汽的所述流和所述再循環炭弓I入所述反應器下部。
33.如權利要求1所述的系統，其中所述反應器上部包括一個或多個進料裝置，所述進 料裝置用於將所述液體載體中的粒狀含碳材料的漿料加入到所述反應器上部。
34.如權利要求1所述的系統，其中所述反應區包括包括一種多種焦油破壞催化劑的 一個或多個催化床。
35.如權利要求34所述的系統，其中所述催化床為催化流化床。
36.如權利要求34所述的系統，其中所述催化床為催化固定床。
37.如權利要求34所述的系統，其中所述焦油破壞催化劑選自由沸石、具有載體的鎳、 石灰石和它們的混合物組成的組。
38.如權利要求1所述的系統，其中所述反應區包括包括一種多種焦油破壞催化劑的 一個或多個吸附劑床。
39.如權利要求38所述的系統，其中所述吸附劑床為流化床。
40.如權利要求38所述的系統，其中所述吸附劑床為固定床。
41.如權利要求38所述的系統，其中所述焦油吸收吸附劑選自由活性碳、沸石、天然存 在的矽酸鹽和它們的混合物組成的組。
42.如權利要求1所述的系統，其中所述反應器上部通常位於所述反應器下部上方。
43.一種用於含碳材料的氣化的系統，所述系統包括a.反應器下部，所述反應器下部用於將再循環炭與包括含氧氣體或蒸汽的流部分燃 燒，以產生熱和包括合成氣和熔渣的混合產物，其中所述反應器下部包括一個或多個分散裝置，所述分散裝置用於將包括含氧氣體和 蒸汽的所述流和所述再循環炭引入所述反應器下部；b.反應器上部，所述反應器上部用於將來自所述反應器下部的所述合成氣與包括液體 載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以產生混合產物，所述混合產物包括i)包括合成 氣和殘餘焦油的氣態產物流、 )炭和iii)蒸氣，其中所述反應器上部包括一個或多個進 料裝置，所述進料裝置用於將所述液體載體中的粒狀含碳材料的漿料加入到所述反應器上 部；c.分離裝置，所述分離裝置用於將所述炭從來自所述反應器上部的所述混合產物中分離；和d.反應區，所述反應區用於從來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣 態產物中去除殘餘焦油，所述反應區包括包括一種或多種焦油破壞催化劑的一個或多個催 化床，所述焦油破壞催化劑選自由沸石、具有載體的鎳、石灰石或它們的混合物組成的組，其中，產生自所述反應器下部的熱通過將反應器上部中的所述粒狀含碳材料的漿料和 所述載體液體轉化為所述反應器上部中的所述氣態產物流來回收。
44. 一種用於含碳材料的氣化的系統，所述系統包括a.反應器下部，所述反應器下部用於將再循環炭與包括含氧氣體或蒸汽的流部分燃 燒，以產生熱和包括合成氣和熔渣的混合產物，其中所述反應器下部包括一個或多個分散裝置，所述分散裝置用於將包括含氧氣體和 蒸汽的所述流和所述再循環炭引入所述反應器下部；b.反應器上部，所述反應器上部用於將來自所述反應器下部的所述合成氣與包括液體 載體中的粒狀含碳材料的漿料的流熱解，以產生混合產物，所述混合產物包括i)包括合成 氣和殘餘焦油的氣態產物流、ii)炭和iii)蒸氣，其中所述反應器上部包括一個或多個進 料裝置，所述進料裝置用於將所述液體載體中的粒狀含碳材料的漿料加入到所述反應器上 部；c.分離裝置，所述分離裝置用於將所述炭從來自所述反應器上部的所述混合產物中分 離；和d.反應區，所述反應區用於從來自所述反應器上部，包括合成氣和殘餘焦油的所述氣 態產物中去除殘餘焦油，所述反應區包括包括一種或多種焦油-吸收吸附劑的一個或多個 吸附劑床，所述焦油-吸收吸附劑選自由活性碳、沸石、天然存在的矽酸鹽或它們的混合物 組成的組，其中，產生自所述反應器下部的熱通過將反應器上部中所述粒狀含碳材料的漿料和所 述載體液體轉化為所述反應器上部中的所述氣態產物流來回收。
全文摘要
本發明涉及用於氣化如含碳材料等進料的系統和方法。本發明包括在兩個分離的反應區中將幹固體部分燃燒和將含碳材料漿料熱解，且產生包括合成氣的混合產物。本發明應用一個或多個催化或吸附劑床以從合成氣中去除焦油。在控制所產生焦油的情況下，本發明的系統和方法允許在較高漿料進料速率和較低溫度下進行氣化，以此增加整個氣化的轉化效率。
文檔編號C10J3/54GK102124083SQ200980131465
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月23日 優先權日2008年8月15日
發明者A·C·昌, C·L·威廉士, D·L·布萊頓, M·W·湯普森 申請人:科諾科菲利浦公司