用於氣化含碳材料以產生合成氣的裝置和方法

2023-12-06 10:57:01 4

用於氣化含碳材料以產生合成氣的裝置和方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於氣化含碳材料的方法和裝置。所述方法產生原始合成氣，可以在焦油破壞區中對所述原始合成氣進行進一步加工以提供熱合成氣。所述方法包括將所述含碳材料與含分子氧的氣體在氣化區中相接觸，以氣化一部分所述含碳材料並產生第一氣態產物。將剩餘部分的所述含碳材料與含分子氧的氣體在焚燒區中相接觸，以氣化另一部分的所述含碳材料並產生第二氣態產物和固體灰。將所述第一氣態產物和所述第二氣態產物合併，以產生包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和焦油的原始合成氣。將所述原始合成氣與含分子氧的氣體在焦油破壞區中相接觸，以產生所述熱合成氣。
【專利說明】用於氣化含碳材料以產生合成氣的裝置和方法
[0001]本申請要求均於2011年4月6日提交的美國臨時申請號61/516，646、61/516，704和61/516，667的權益，所有這些臨時申請以其全文通過引用併入本文。
[0002]本發明提供了一種用於氣化含碳材料以產生包含一氧化碳和氫氣的發生爐氣體或合成氣體或合成氣的裝置和方法。
【背景技術】
[0003]將含碳材料氣化以生產包含一氧化碳和氫氣的發生爐氣體或合成氣體或合成氣，在本領域中是公知的。如W02009/154788中所描述的，這樣的氣化過程通常包括含碳材料的部分氧化或貧空氣氧化，其中向氣化過程供應低於化學計算量的氧氣以促進一氧化碳的產生。如W02009/154788中所述，還可以通過添加水蒸氣和二氧化碳(CO2)中的一種或多種，來影響氣化過程。氣化過程的成功極大地取決於所產生的合成氣的質量。在所產生的合成氣中提高的一氧化碳(CO)和氫氣(H2)含量是合乎需要的。換句話說，稀釋劑例如二氧化碳(C02)、氮氣(N2)的含量應該儘可能低，特別是對於產物合成氣用於加熱價值或用於生產化學品的應用來說。
[0004]各種礦物質通常形成含碳材料的一部分。當含碳材料的含烴部分轉化成0)、0)2和H2時，礦物質與含烴部分分開，並與任何未轉化的含碳材料或未轉化的碳一起形成灰。灰的量和組成(例如碳含量)可能影響氣化器的平穩運行以及灰的處置。氣化器中灰的熔化和團聚可能引起結渣和爐渣形成，其可以引起氣化器的部分或完全堵塞。因此，有利的是獲得避免灰熔化的氣化過程。獲得低的不燃燒燃料含量或灰中的碳含量，也是有利的。
[0005]James T.Cobb, Jr.(「通過生物質氣化產生合成氣體"(Production of SynthesisGas by Biomass Gasification, ), James T.Cobb, Jr., Proceedings of the2007SpringNational AIChE Meeting, Houston, Texas, April22_26, 2007)描述了 Consutech 氣化器(BRI Energy LLC),其第一級是標準的階梯爐蓖燃燒爐(step-grate combustor)(通常被用作MSW焚化爐)，其使用富氧空氣在950 °F下作為氣化器運行。第二級是在2000-2250 0F下運行並使用極少氧氣來裂化焦油的熱處理器。
[0006]W02009/154788描述了一種兩級氣化器，其中將含碳材料進料到第一級，空氣、富氧空氣或純氧氣可以以受控速率注射到所述第一級中。控制第一級的溫度和氧氣輸入量，使得僅僅發生含碳材料的部分氧化。來自於第一級的氣態產物移動到第二級。從第一級去除灰。將純氧氣導入到第二級中，以便完成來自於第一級的氣態料流中包含的任何焦油的裂化和部分氧化。
[0007]例如在W02009/154788中所描述的兩級氣化器可以有效地從各種廢棄的含碳材料生產合成氣，並且可以生產質量良好的合成氣，然而，在從這種氣化過程產生的灰中，通常觀察到高的碳含量。

【發明內容】

[0008]提供了一種用於氣化含碳 材料的方法和裝置。所述方法產生原始合成氣，可以在焦油破壞區中對所述原始合成氣進行進一步加工以提供熱合成氣。所述熱合成氣中的CO/CO2摩爾比大於約0.75，並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1。所述固體灰的碳含量小於約10%。
[0009]提供一種用於氣化含碳材料以產生原始合成氣的方法。所述方法包括將所述含碳材料與第一含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在氣化區中相接觸，以氣化一部分所述含碳材料並產生第一氣態產物。將剩餘部分的所述含碳材料與第二含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在焚燒區中相接觸，以氣化另一部分的所述含碳材料並產生第二氣態產物和包含碳的固體灰。將所述第一氣態產物與第二氣態產物合併以產生所述原始合成氣。所述原始合成氣具有大於約0.75的C0/C02摩爾比，並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1。所述固體灰的碳含量小於約10%。
[0010]在另一種情況下，進入氣化區的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量，小於進入焚燒區的未轉化部分的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量。所述氣化區可以包括一個或多個氣化爐膛，並且所述焚燒區可以包括一個或多個焚燒爐膛。一個或多個所述氣化爐膛通過與所述第一氣態產物和第二氣態產物中的一種或多種的熱交換來實現所述含碳材料的預加熱。
[0011]在另一種情況下，所述第一含分子氧的氣體和所述第二含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。根據所述方法，將分子氧在以乾重計每噸含碳材料約O至約75磅-摩爾的速率下導入到所述氣化區和焚燒區中。所述氣化區和焚燒區的溫度不大於 800。。。
[0012]在另一種情況下 ，提供了一種用於氣化含碳材料以產生熱合成氣的方法。所述方法包括將所述含碳材料與第一含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在氣化區中相接觸，以氣化一部分所述含碳材料並產生第一氣態產物。將剩餘部分的所述含碳材料與第二含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在焚燒區中相接觸，以氣化另一部分的所述含碳材料並產生第二氣態產物和包含碳的固體灰。將所述第一氣態產物與所述第二氣態產物合併以產生包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和焦油的原始合成氣。所述原始合成氣具有大於約0.75的0)/0)2摩爾比。將所述原始合成氣與第三含分子氧的氣體在焦油破壞區中相接觸，以產生所述熱合成氣。所述焦油破壞區具有大於約900°C的溫度。所述熱合成氣中的C0/C02摩爾比大於約0.75，並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1。所述固體灰的碳含量小於約10重量％。
[0013]提供了一種氣化裝置，其包含包括一個或多個爐膛的氣化區；與所述氣化區連續的焚燒區，所述焚燒區包括一個或多個爐膛，其中所述氣化區和焚燒區有效地提供co/co2摩爾比大於約0.75並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1的原始合成氣；以及焦油破壞區，其通過連接區從所述氣化區和焚燒區有效地接收所述原始合成氣。在一種情況下，所述氣化區包括多達10個爐膛。在一種情況下，所述焚燒區包括多達5個爐膛。在另一種情況下，所述氣化裝置包括至少一個固體轉移裝置，所述固體轉移裝置有效地將含碳材料從所述氣化區移動至所述焚燒區。所述氣化裝置還可以在所述氣化區、焚燒區和焦油破壞區中包含至少一個氣體入口。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]根據下面的圖，所述方法的數種情況的上述和其他方面、特徵和優點將更加顯而易見。
[0015]圖1是包括氣化區和焚燒區的氣化裝置的示意圖。現在參考圖1，氣化裝置(10)包括氣化區(103)和焚燒區(200)。氣化區包括一個用於添加氣體(例如含氧氣體、水蒸氣、二氧化碳)的入口:入口 102 ;焚燒區包括一個用於添加氣體的入口:入口 202。可以將含碳材料進料(101)添加到氣化區(103)中。可以從焚燒區(200)去除固體灰料流(205)。可以從氣化區(103)移除原始合成氣料流(105)。
[0016]圖2是包括氣化區和焚燒區的氣化裝置的一種情況的示意圖，其中氣化區包括4個區段或爐膛。現在參考圖2，氣化裝置(11)包括氣化區(113)和焚燒區(230)。氣化區
(113)包括4個氣化爐膛:爐膛-1 (310)，爐膛-1I (320)，爐膛-1II (330)和爐膛-1V(340)。每個氣化爐膛包括一個用於添加氣體的入口:通往爐膛-1的氣體入口 111，通往爐膛-1I的氣體入口 121，通往爐膛-1II的氣體入口 131和通往爐膛-1V的氣體入口 141。焚燒區包括一個用於添加氣體的入口:氣體入口 202。可以將含碳材料進料(101)添加到氣化區(113)的爐膛-1 (入口爐膛)中。可以從焚燒區(230)去除固體灰料流(205)。可以從氣化區(113)移除原始合成氣料流(105)。
[0017]圖3是包括氣化區和焚燒區的氣化裝置的一種情況的示意圖，其中氣化區包括4個區段或爐膛，並且焚燒區包括2個區段或爐膛。現在參考圖3，氣化裝置(12)包括氣化區(123)和焚燒區(232)。氣化區(123)包括4個氣化爐膛:爐膛-1 (410)，爐膛-1I (420)，爐膛-1II (430)和爐膛-1V (440)。每個氣化爐膛包括一個用於添加氣體的入口:通往爐膛-1的氣體入口 411，通往爐 膛-1I的氣體入口 421，通往爐膛-1II的氣體入口 431和通往爐膛-1V的氣體入口 441。焚燒區包括2個焚燒爐膛:爐膛-V (416)，爐膛-VI (220)。每個焚燒爐膛包括一個用於添加氣體的入口:通往爐膛-V的氣體入口 511和通往爐膛-VI的氣體入口 521。可以將含碳材料進料(101)添加到氣化區(123)的爐膛-1 (入口爐膛)中。可以從焚燒區(232)的爐膛-VI (出口爐膛)去除固體灰料流(205)。可以從氣化區(123)移除原始合成氣料流(105 )。
[0018]圖4是包括氣化區、焚燒區和降焦油區的氣化裝置的一種情況的示意圖，其中氣化區包括5個區段或爐膛。現在參考圖4，氣化裝置(13)包括氣化區(143)、焚燒區(500)、連接區或爐喉(300)和降焦油區(400)。氣化區(143)包括5個氣化爐膛:爐膛-1 (110)，爐膛-1I (120)，爐膛-1II (130)，爐膛-1V (140)和爐膛-V (150)。每個氣化爐膛包括一個用於添加氣體的入口:通往爐膛-1的氣體入口 611，通往爐膛-1I的氣體入口 621，通往爐膛-1II的氣體入口 631，通往爐膛-1V的氣體入口 641和通往爐膛-V的氣體入口 651。焚燒區包括一個用於添加氣體的入口:氣體入口 202。連接區或爐喉(300)包括一個用於添加氣體的入口:氣體入口 301。可以將含碳材料進料(101)添加到氣化區(143)的爐膛-1(入口爐膛)中。可以從焚燒區(500)去除固體灰料流(205)。可以從降焦油區(400)移除熱合成氣料流(405)。
[0019]在整個數張圖的視圖中，相應的參考符號指示相應的部件。專業技術人員將會認識到，圖中的元件以簡單明了的方式示出，並且不一定是按比例繪製的。例如，圖中的某些元件的尺寸可能相對於其他元件被誇大，以幫助改善對本發明的方法和裝置的各個方面的理解。此外，在商業上可行的情況下有用或必需的普通但公知的元件通常沒有被示出，以便於這些各種情況的更少阻礙的圖示。
【具體實施方式】[0020]定義
[0021]除非另有定義，否則在本公開的整個本說明書中使用的下列術語如下所定義，並且可以包括下面所限定的定義的單數或複數形式:
[0022]修飾任何量的術語「約」是指所述量在真實世界條件下，例如在實驗室、中試廠或生產設施中遇到的變差。例如，當被「約」修飾時，混合物或參量中採用的成分或測量結果的量包括在生產廠或實驗室中的實驗條件下測量時的變差和通常所採用的關注程度。例如，當被「約」修飾時，產物組分的量包括在工廠或實驗室的多次實驗中不同批次之間的變差以及分析方法所固有的變差。不論是否被「約」修飾，量包括所述量的等效值。本文中所陳述的並被「約」修飾的任何數量也可以作為未被「約」修飾的量用於本公開中。
[0023]當在本文中使用時，「含碳材料」是指富含碳的材料例如煤和石化產品。然而，在本說明書中，含碳材料包括固態、液態、氣態或等離子態的任何碳材料。在可以被認為是含碳材料的大量物品中，本公開設想了:含碳材料，含碳液體產物，含碳工業液體再循環物，含碳市政固體廢物(MSW或msw)，含碳城市廢物，含碳農業材料，含碳林業材料，含碳木材廢物，含碳建築材料，含碳植物材料，含碳工業廢物，含碳發酵廢物，含碳石化副產物，含碳醇生產副產物，含碳煤，輪胎，塑料，廢塑料，焦爐焦油，軟纖維(fibersoft)，木質素，黑液，聚合物，廢聚合物，聚對苯二甲酸乙二酯(PETA)，聚苯乙烯(PS)，汙水汙泥，動物糞便，作物殘留物，能源作物，林業加工殘留物，木材加工殘留物，家畜糞便，家禽糞便，食品加工殘留物，發酵過程廢物，乙醇副產物，酒糟，廢微生物或其組合。
[0024]術語「軟纖維」(fibersoft或 Fibersoft 或 fibrosoft 或 fibrousoft)是指由於各種物質的軟化和濃縮而產生的一種類型的含碳材料；在一個實例中，含碳材料通過各種物質的蒸氣壓熱處理來生產。在另一個實例中，軟纖維可以包括市政、工業、商業和醫療廢物的蒸氣壓熱處理產生的纖維質糊狀材料。
[0025]術語「市政固體廢物」或「MSW」或「msw」是指包含家庭、商業、工業和/或殘餘廢物的廢物。
[0026]術語「合成氣」或「合成氣體」是指合成氣體，這是給予含有不同量一氧化碳和氫氣的氣體混合物的名稱。生產方法的實例包括天然氣或烴的水蒸氣重整以產生氫氣，煤的氣化以及在某些類型的廢物變能源的氣化設施中。該名稱來自於它們在產生合成天然氣(SNG)的過程中作為中間體和用於生產氨或甲醇的用途。合成氣的用途包括在通過費-託(Fischer-Tropsch)合成和以前的Mobil甲醇制汽油方法生產用作燃料或潤滑劑的合成石油的過程中作為中間體。合成氣主要由氫氣、一氧化碳和一些二氧化碳構成，其能量密度(即BTU含量)小於天然氣的一半。合成氣是可燃燒的，並且通常被用作燃料源或作為中間體用於生產其他化學品。
[0027]「噸」是指美國短噸，即約907.2kg (2000磅)。
[0028]當在本文中使用時，術語「焦油」包括但不限於氣體焦油、液體焦油、固體焦油、形成焦油的物質或其混合物，其一般包含烴及其衍生物。存在大量公知的可用於測量焦油的焦油測量方法。一大類技術包括基於與檢測器偶聯的液相或氣相色譜的分析方法。在測量焦油的情況下，最常用的檢測器是火焰電離檢測器(FID)和質譜儀。另一類技術包括光譜測量方法，其包括檢測和分析光譜。其實例是紅外、紫外(UV)或發光光譜法和LIBS (雷射誘導擊穿光譜法)技術。用於監測燃燒氣體的另一種技術是FTIR (傅立葉變換紅外)紅外光譜術。各種各樣的文獻提到了這種技術，例如W02006015660、W003060480和美國專利號5，984，998。
[0029]還存在允許連續監測焦油的其他已知電子學方法。這些技術包括具有電化學池的檢測器和具有半導體的傳感器。各種重量分析技術也可用於測量焦油。在一種情況下，焦油量可以表示成碳的當量ppm。在這種情況下，烴可以是苯或醇例如甲醇。在這種情況下，降低焦油含量可以意味著對應於小於約IOppm苯的焦油濃度當量或焦油當量。
[0030]詳細描述
[0031]下面的描述不應被視為限制性的，而是僅僅出於描述示例性實施方式的一般性原理而做出的。本發明的範圍應該參考權利要求書來確定。
[0032]提供了一種用於氣化含碳材料以產生合成氣的方法和裝置。在所述方法中，氣化裝置被用於氣化含碳材料。氣化裝置包括氣化區和焚燒區。將含碳材料進料導入到氣化裝置的氣化區中。向氣化區供應第一含分子氧的氣體，由此用分子氧處理含碳材料進料，以便引發並促進含碳材料的化學轉化。將一部分含碳材料進料在氣化區中氣化，以產生第一氣態產物。控制供應到氣化裝置以及特別是氣化區中的氧氣，以便優先促進從含碳材料形成一氧化碳。供應低於化學計算量的氧氣，以便促進一氧化碳的產生。這一行動引起氣化區中含碳材料的不完全轉化；僅有一部分含碳材料在氣化區中被氣化。將剩餘部分的含碳材料轉移到焚燒區。向焚燒區供應第二含分子氧的氣體，由此用分子氧處理所述剩餘部分的含碳材料，以便促進未轉化部分的含碳材料化學轉化成氣態組分。因此，另一部分的所述含碳材料在焚燒區中被氣化，以產生第二氣態產物。將第一氣態產物與第二氣態產物合併以形成原始合成氣。`
[0033]在一種情況下，氣化區和焚燒區是物理隔開的單元。在一種情況下，氣化區和焚燒區是單一單元的部分。氣化區可以是現有技術中公開的任何氣化設備，例如但不限於移動床、固定床、流化床、夾帶流、逆流(「向上氣流」)、順流(「向下氣流」)、逆流固定床、順流固定床、逆流移動床、順流移動床橫向氣流、混合型、橫流、橫流移動床或其部分。焚燒區可以是現有技術中公開的任何氣化設備，例如但不限於移動床、固定床、流化床、夾帶流、逆流(「向上氣流」)、順流(「向下氣流」)、逆流固定床、順流固定床、逆流移動床、順流移動床橫向氣流、混合型、橫流、橫流移動床或其部分。在一種情況下，在焚燒區的至少一部分中，固體的流動是向下的，氣體的流動是向上的。在一種情況下，氣化區是橫流單元，並且焚燒區是逆流單元。在一種情況下，氣化區是橫流單元，並且焚燒區是逆流移動床單元。在一種情況下，氣化區是橫流移動床單元，並且焚燒區是氣體向上流動並且固體向下移動的逆流單元。
[0034]在一種情況下，氣化區可以包括一個或多個區段或氣化爐膛，用於將所述含碳材料與第一含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種相接觸，以氣化一部分所述含碳材料並產生第一氣態產物。在各種不同情況下，氣化區包括1、2、3、4、5、6、7、8、9或10個區段或氣化爐膛。在一種情況下，焚燒區包括一個或多個焚燒爐膛，用於將剩餘部分的所述含碳材料與第二含分子氧的氣體相接觸，以氣化另一部分的所述含碳材料並產生第二氣態產物和固體灰。在各種不同情況下，焚燒區可以包括1、2、3、4或5個區段或焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括I個氣化爐膛和I個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括2個氣化爐膛和I個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括3個氣化爐膛和I個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括4個氣化爐膛和I個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括5個氣化爐膛和I個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括2個氣化爐膛和2個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括3個氣化爐膛和2個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括4個氣化爐膛和2個焚燒爐膛。在一種情況下，氣化裝置包括5個氣化爐膛和2個焚燒爐膛。在一種情況下，一個或多個所述氣化爐膛可用於實現所述含碳材料的預加熱。所述預加熱可以通過與所述第一氣態產物和所述第二氣態產物中的一種或多種的熱交換來實現。在一種情況下，一個或多個所述焚燒爐膛提供用於氣體向上流動和固體向下流動的布置。
[0035]在上述過程中產生的原始合成氣通常包括對於下遊操作和使用來說不想要的焦油。可以通過將所述原始合成氣與第三含分子氧的氣體在焦油破壞區中相接觸，來實現原始合成氣的焦油含量的降低。在降焦油區中實現所述原始合成氣中包含的焦油的部分氧化和/或裂化。由此產生沒有焦油或具有顯著低的焦油含量的熱合成氣。因此，在一種情況下，所述氣化裝置包括降焦油區，用於用第三含分子氧的氣體處理包含所述第一氣態產物和所述第二氣態產物的所述原始合成氣。降焦油區可以是水平腔室或豎直腔室，其具有圓形或正方形或矩形或任何其他橫截面。降焦油區相對於水平或豎直方向可以是傾斜的。降焦油區可以通過一個或多個連接區或爐喉連接到氣化區或焚燒區或氣化區與焚燒區兩者。在一種情況下，降焦油區通過一個連接區連接到氣化區。氣體入口可以直接連接於降焦油區。一個或多個氣體入口可以連接於一個或多個連接區(爐喉)。可以將第三含分子氧的氣體直接導入到降焦油區中。可以將第三含分子氧的氣體通過連接於一個或多個連接區的一個或多個氣體入口導 入到降焦油區中。
[0036]用於導入第一含分子氧的氣體的氣體入口可以連接到氣化區或其中包含的一個或多個爐膛。用於導入第二含分子氧的氣體的氣體入口可以連接到焚燒區或其中包含的一個或多個爐膛。水蒸氣或CO2也可以通過這些氣體入口中的一個或多個導入。在一種情況下，第一含分子氧的氣體、水蒸氣和CO2中的一種或多種可以通過連接到氣化區或其中包含的一個或多個爐膛的氣體入口導入。在一種情況下，第一含分子氧的氣體、水蒸氣和CO2中的一種或多種被預先混合，然後供應給連接到氣化區或其中包含的一個或多個爐膛的氣體入口。在一種情況下，第二含分子氧的氣體、水蒸氣和CO2中的一種或多種被預先混合，然後供應給連接到焚燒區或其中包含的一個或多個爐膛的氣體入口。
[0037]在一種情況下，氣化區包括入口爐膛和一個或多個附加的氣化爐膛，其中含碳材料進料被導入到入口爐膛中。在一種情況下，不通過連接於入口爐膛的氣體入口來供應第一含分子氧的氣體。在一種情況下，沒有氣體入口連接於入口爐膛。導入到入口爐膛中的含碳材料任選地與含有熱量的一種或多種第一和第二氣態產物發生接觸。由此可以使所述一種或多種第一和第二氣態產物中包含的熱量與含碳材料進行交換，從而實現含碳材料的乾燥或預先乾燥。因此，將乾燥或預先乾燥的含碳材料轉移到後續的爐膛中。一部分含碳材料的熱分解或氣化也可以在入口爐膛中發生。[0038]可以使用一種或多種機械裝置例如轉移杆(transfer ram)來促進固體在氣化區內的移動，例如從一個氣化爐膛移動至下一個氣化爐膛，以及在焚燒區內的移動，例如從一個焚燒爐膛移動至下一個焚燒爐膛，並促進固體從氣化區轉移至焚燒區。在一種情況下，氣化區的底部位於高於焚燒區的底部的水平面處，以便促進固體的移動。在一種情況下，隨著固體從入口爐膛移動至焚燒區，任何氣化爐膛的底部被放置在低於前一個爐膛的底部的水平面處。在一種情況下，隨著固體朝著出口爐膛移動，任何焚燒爐膛的底部被放置在低於前一個爐膛的底部的水平面處。在其中氣化區包括入口爐膛和一個或多個附加的氣化爐膛的情況下，在入口爐膛中不使用轉移杆；在該入口爐膛中，通過進料更多的進料固體(含碳材料)，將固體推入下一個氣化爐膛。在一種情況下，在焚燒區中使用一個或多個轉移杆(除灰杆)來去除固體灰。可以使用數種方法將固體灰從焚燒區去除。在一種情況下，使用水密封劑，其中除灰杆將固體灰推入一池水中，使用水作為密封劑以便最大限度地降低、優選避免空氣洩漏到焚燒區中。然後使用傳送帶將溼灰從水中移出。在另一種情況下，通過鎖-料鬥系統來去除灰，以最大限度地降低、優選避免空氣洩漏到焚燒區中。例如，可以使用包含上部除灰門和下部除灰門的雙重除灰門來提供密封。在一種情況下，保持下部除灰門關閉以提供密封，打開上部除灰門以允許灰向下落入非燃燒區中，灰可以在所述非燃燒區中冷卻。為了去除灰，首先將上部除灰門關閉以提供密封，然後打開下部除灰門，並且除灰杆將冷卻的灰推出氣化器。這種方法去除乾燥灰，並且在灰具有任何直接用途時可能具有優勢，因為在這種直接使用灰之前不需乾燥。[0039]為了促進含碳材料的氣化，在氣化裝置中獲得足夠高的溫度。然而，溫度被維持得足夠低，使得含碳材料進料中包含的不含碳礦物質可以在氣化裝置內不熔化。換句話說，在氣化區或焚燒區的任何部分中的溫度不可以超過包含所述不含碳礦物質的灰的熔點溫度。通常，在氣化區以及焚燒區中維持不超過800°C的氣相溫度。在一種情況下，將氣化區和焚燒區中的溫度維持在260-800°C範圍內。因此，包含所述不含碳礦物質的固體灰在焚燒區中積累，並將固體灰料流從焚燒區去除。
[0040]降焦油區提供短的接觸時間，但是在足夠高的溫度下運行，以便確保焦油的充分破壞。降焦油區中的溫度可以在900和2000°C之間。降焦油區中的反應時間或接觸時間可以在約0.5秒至約5秒的範圍內。
[0041]產生的原始合成氣可以包含一氧化碳(CO)和二氧化碳(C02)。在原始合成氣中具有較多CO和較少CO2是理想的。在一種情況下，所述原始合成氣中的co/co2摩爾比大於約0.75。在一種情況下，所述原始合成氣中的C0/C02摩爾比大於約1.0。在一種情況下，所述原始合成氣中的C0/C02摩爾比大於約1.5。熱合成氣可以包含一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)0在熱合成氣中具有較多CO和較少CO2是理想的。在一種情況下，所述熱合成氣中的C0/C02摩爾比大於約0.75。在一種情況下，所述熱合成氣中的C0/C02摩爾比大於約1.0。在一種情況下，所述熱合成氣中的C0/C02摩爾比大於約1.5。
[0042]除了含有不含碳礦物質之外，固體灰可能包含未轉化的碳或未轉化的含碳物質。在一種情況下，所述固體灰的碳含量小於約10重量％。在一種情況下，固體灰的碳含量小於5重量％。在一種情況下，固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1。在一種情況下，固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.01。
[0043]灰的碳含量和含碳材料進料的碳含量是指碳或含有碳的化學物質。在這種情況下，可以使用多種已知技術來測量碳含量。可用於測量碳的技術的一些實例包括但不限於燃燒損失(loss-on-1gnition) (LOI)試驗、熱重量分析(TGA)、基於雷射探針的光學方法、使用微波輻射的方法、使用核磁共振(NMR)的方法和各種ASTM方法(參見例如ASTMD6316)。
[0044]在所述氣化裝置中，在一個或多個氣化區和焚燒區或其中包含的爐膛中，由於含分子氧的氣體在所述含碳材料進料中的不平均分布，可能產生不想要的熱點。這可能導致產生的原始合成氣質量不佳。熱點也可能引起灰的局部熔化。通過將水蒸氣和二氧化碳中的一種或多種注入到一個或多個所述氣化區和所述焚燒區中，可以減少或防止熱點的形成。因此，為了防止不想要的熱點，可以將含碳材料進料在氣化區中用水蒸氣和分子氧一起進行處理。可以將含碳材料進料在氣化區中用CO2氣體和分子氧一起進行處理。可以將含碳材料進料在焚燒區中用水蒸氣和分子氧一起進行處理。可以將含碳材料進料在焚燒區中用CO2氣體和分子氧一起進行處理。因此，第一含分子氧的氣體可以包括水蒸氣和二氧化碳氣體中的一種或多種，並且第二含分子氧的氣體可以包括水蒸氣和二氧化碳氣體中的一種或多種。
[0045]如上所述，可以將低於化學計算量的氧氣供應到氣化裝置，以便促進一氧化碳的產生。因此，在一種情況下，第一含分子氧的氣體和第二含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。在一種情況下，第一含分子氧的氣體和第二含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。在一種情況下，第一含分子氧的氣體、第二含分子氧的氣體和第三含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。在一種情況下，第一含分子氧的氣體、第二含分子氧的氣體和第三含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。
[0046]為了獲得固體灰中的低碳含量和原始合成氣中的高C0/C02比率，需要仔細控制氣化區和焚燒區中的溫度以及進入氣化區和焚燒區的氧氣的供應速率。提供到焚燒區中的含碳材料中每單位量的可用碳的氧氣量，高於提供到氣化區中的含碳材料中每單位量的可用碳的氧氣量。因此，進入氣化區的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量，小於進入焚燒區的未轉化部分的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量。進入氣化區的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量，可以在包含0.1至2.0磅/磅的範圍內。進入焚燒區的未轉化部分的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量，可以在包含0.25至2.5磅/磅的範圍內。含碳材料中包含的任何化學鍵合的氧以及所供應的任何水蒸氣或CO2中包含的化學鍵合的氧，可以參與到含碳材料的化學轉化和氣化中。因此，在確定待供應的分子氧的量時，重要的是考慮含碳材料中包含的任何化學鍵合的氧以及所供應的任何水蒸氣或CO2中包含的化學鍵合的氧。
[0047]為了供應分子氧，所述第一含分子氧的氣體可以包括空氣。為了供應分子氧，所述第一含分子氧的氣體可以 包括富集的空氣。為了供應分子氧，所述第一含分子氧的氣體可以包括純氧氣。為了供應分子氧，所述第二含分子氧的氣體可以包括空氣。為了供應分子氧，所述第二含分子氧的氣體可以包括富集的空氣。為了供應分子氧，所述第二含分子氧的氣體可以包括純氧氣。
[0048]在一種情況下，含分子氧的氣體被水平分布在一個或多個氣化爐膛內。在一種情況下，含分子氧的氣體被豎直分布在一個或多個焚燒爐膛內。在一種情況下，將含分子氧的氣體導入到一個或多個焚燒爐膛中是不連續的。在一種情況下，一個或多個氣體入口裝備有冷卻裝置。在一種情況下，一個或多個所述冷卻裝置是在所述氣體入口上的水夾套。在一種情況下，一個或多個氣體入口延伸到轉移杆之外。在一種情況下，轉移杆表面上附加的噴嘴被用於導入含分子氧的氣體。
[0049]第三含分子氧的氣體可以包括空氣。第三含分子氧的氣體可以包括富集的空氣。第三含分子氧的氣體可以包括純氧氣。
[0050]在一種情況下，將相同的含分子氧的氣體供應到氣化區、焚燒區和降焦油區中的一個或多個中。在一種情況下，將不同的含分子氧的氣體供應到氣化區、焚燒區和降焦油區中。
[0051]通過所述含分子氧的氣體導入到氣化區和焚燒區中的分子氧的總量可以在以乾重計每噸含碳材料約O至約75磅-摩爾的範圍內。在各種不同情況下，供應到氣化區和供應到焚燒區的分子氧的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至5，O至 50，0 至 75，5 至 10，10 至 15，15 至 20，20 至 25，25 至 30，30 至 35，35 至 40，40 至 45，45至50，50至55，55至60，60至65和65至70磅-摩爾。在各種不同情況下，供應到氣化爐膛和焚燒爐膛中的一個或多個中的分子氧的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至5，O至50，O至75，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35 至 40，40 至 45，45 至 50，50 至 55，55 至 60，60 至 65 和 65 至 70 磅-摩爾。
[0052]導入到氣化區和焚燒區中的水蒸氣的總量可以在以乾重計每噸含碳材料進料約O至約50磅-摩爾的範圍內。 在各種不同情況下，添加到氣化區和焚燒區中的一個或多個中的水蒸氣的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至5，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45和45至50磅-摩爾。在各種不同情況下，添加到氣化爐膛和焚燒爐膛中的一個或多個中的水蒸氣的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至5，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45和45至50磅-摩爾。
[0053]導入到氣化區和焚燒區中的二氧化碳氣體的總量可以在以乾重計每噸含碳材料進料約O至約50磅-摩爾的範圍內。在各種不同情況下，添加到氣化區和焚燒區中的一個或多個中的二氧化碳氣體的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至 5，5 至 10，10 至 15，15 至 20，20 至 25，25 至 30，30 至 35，35 至 40，40 至 45 和 45 至 50磅-摩爾。在各種不同情況下，添加到氣化爐膛和焚燒爐膛中的一個或多個中的二氧化碳氣體的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至5，5至10，10至15，15 至 20，20 至 25，25 至 30，30 至 35，35 至 40，40 至 45 和 45 至 50 磅-摩爾。
[0054]在一種情況下，將水蒸氣和二氧化碳氣體兩者導入到氣化區和焚燒區中的一個或多個中。在一種情況下，將水蒸氣和二氧化碳氣體中的一種或多種注入到一個或多個供應氧氣的管線中，以在緊靠分配噴嘴之前在氧氣管線中摻混。
[0055]添加到降焦油區中的氧氣總量可以在以乾重計每噸含碳材料進料約O至約75磅-摩爾的範圍內。在各種不同情況下，供應到降焦油區的分子氧的量可以包括選自下列的範圍:以乾重計每噸含碳材料進料O至5，O至50，O至75，5至10，10至15，15至20，20至 25，25 至 30，30 至 35，35 至 40，40 至 45，45 至 50，50 至 55，55 至 60，60 至 65 和 65 至 70
磅-摩爾。
[0056]在所述氣化裝置的一種情況下，將壓力維持在負壓(低於大氣壓)下，以避免可燃且有毒的合成氣洩漏到環境中。然而，這種行動導致空氣洩漏到氣化器中，例如在移動杆和門的周圍。這樣的空氣洩漏可能引起原始合成氣的損失。它也可能造成原始合成氣的稀釋。因此，為了減少空氣洩漏，必需仔細地控制氣化器氣流(draft)。氣化器氣流可以被控制在
0.01至0.50英寸水柱範圍內的負壓(低於大氣壓)下。實現這一點的一種方式是通過人工設定風扇速度(以控制熱合成氣溫度)並調節固體和氧氣進料速率以控制氣流。氣流控制還可以通過對含碳材料床下二氧化碳和水蒸氣中的一種或多種的流動進行控制來實現。在一種情況下，例如在啟動期間，壓力可以是大氣壓或高於大氣壓。
[0057]通過使用對含碳材料進料進行壓縮的螺旋進料器，可以減少與含碳材料進料一起進入的空氣。還可以通過使用驅氣後的鎖料鬥來減少與含碳材料進料一起進入的空氣。在一種情況下，例如在啟動期間，可以允許空氣洩漏。
[0058]在一種情況下，特別是為了促進啟動，將含甲烷氣體例如天然氣導入到氣化區、焚燒區和降焦油區中的一個或多個中。
[0059]進料到氣化器的含碳材料可以包括選自下列的材料:含碳材料，含碳液體產物，含碳工業液體再循環物，含碳市政固體廢物(MSW或msw)，含碳城市廢物，含碳農業材料，含碳林業材料，含碳木材廢物， 含碳建築材料，含碳植物材料，含碳工業廢物，含碳發酵廢物，含碳石化副產物，含碳醇生產副產物，含碳煤，輪胎，塑料，廢塑料，焦爐焦油，軟纖維，木質素，黑液，聚合物，廢聚合物，聚對苯二甲酸乙二酯(PETA)，聚苯乙烯(PS)，汙水汙泥，動物糞便，作物殘留物，能源作物，林業加工殘留物，木材加工殘留物，家畜糞便，家禽糞便，食品加工殘留物，發酵過程廢物，乙醇副產物，酒糟，廢微生物或其組合。
[0060]在本公開的一種情況下，進料到氣化器的含碳材料包含多種選自以下的含碳材料:含碳材料、含碳液體產物、含碳工業液體再循環物、含碳市政固體廢物(MSW或msw)、含碳城市廢物、含碳農業材料、含碳林業材料、含碳木材廢物、含碳建築材料、含碳植物材料、含碳工業廢物、含碳發酵廢物、含碳石化副產物、含碳醇生產副產物、含碳煤、輪胎、塑料、廢塑料、焦爐焦油、軟纖維、木質素、黑液、聚合物、廢聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、汙水汙泥、動物糞便、作物殘留物、能源作物、林業加工殘留物、木材加工殘留物、家畜糞便、家禽糞便、食品加工殘留物、發酵過程廢物、乙醇副產物、酒糟、廢微生物或其組合。
[0061]在一種情況下，所述含碳材料包含水。在一種情況下，所述含碳材料包含小於約50重量％的水。在一種情況下，所述含碳材料包含小於約25重量％的水。在一種情況下，所述含碳材料包含小於約15重量％的水。在一種情況下，通過預先乾燥來降低所述含碳材料的水分含量。
[0062]在一種情況下，所述含碳材料包含以乾重或無水重量計大於約25重量％的碳。在一種情況下，所述含碳材料包含以乾重或無水重量計大於約50重量％的碳。在一種情況下，所述含碳材料包含以乾重或無水重量計約O至約50重量％的氧。在一種情況下，所述含碳材料包含以乾重或無水重量計約O至約25重量％的氫。在一種情況下，所述含碳材料包含以乾重或無水重量計小於約25重量％的灰。在一種情況下，所述含碳材料包含以乾重或無水重量計小於約15重量％的灰。
[0063]在各種不同情況下，氣化區和焚燒區中的一個或多個中的溫度可以選自下列溫度範圍=260-270 V，270-280 V，280-290 V，290-300 V，300-310 V，310-320 V，320-330 V，330-340 0C, 340-350 °C, 350-360 °C, 360-370 °C, 370-380 °C, 380-390 °C, 390-400 V，400-410 °C,410-420 °C,420-430 °C,430-440 °C,440-450 °C,450-460 °C,460-470 V，470-480 0C,480-490 °C,490-500 °C, 500-510 °C, 520-530 °C, 530-540 °C, 540-550 V，550-560 0C, 560-570 °C, 570-580 °C, 580-590 °C, 590-600 °C,600-610 °C,610-620 V，620-630 0C,630-640 °C,640-650 °C,650-660 °C,660-670 °C ,670-680 °C,680-690 V，690-700 °C, 700-710 °C, 710-720 °C, 720-730 °C, 730-740 °C, 740-750 °C, 750-760 V，760-770 V，770-7800C，780-790°C和 790-800°C。
[0064]在各種不同情況下，氣化爐膛和焚燒爐膛中的一個或多個中的溫度可以選自下列溫度範圍:260-270 V，270-280 V，280-290 V，290-300 V，300-310 V，310-320 V，320-330 0C, 330-340 °C, 340-350 °C , 350-360 °C, 360-370 °C, 370-380 °C, 380-390 V，390-400 °C,400-410 °C,410-420 °C,420-430 °C,430-440 °C,440-450 °C,450-460 V，460-470 0C,470-480 °C,480-490 °C,490-500 °C, 500-510 °C, 520-530 °C, 530-540 V，540-550 0C, 550-560 °C, 560-570 °C, 570-580 °C, 580-590 °C, 590-600 °C,600-610 V，610-620 0C,620-630 °C,630-640 °C,640-650 °C,650-660 °C,660-670 °C,670-680 V，680-690 0C,690-700 °C, 700-710 °C, 710-720 °C, 720-730 °C, 730-740 °C, 740-750 V，750-760 V，760-770 V，770-780 V，780-790 V 和 790-800 V。
[0065]在一種情況下，氣化區和焚燒區中的溫度相同。在一種情況下，氣化區和焚燒區中的溫度不同。在一種情況下，焚燒區中的溫度大於氣化區中的溫度。在一種情況下，氣化區和焚燒區中所有爐膛中的溫度都相同。在一種情況下，將不同爐膛維持在不同溫度下。在一種情況下，一個或多個焚燒爐膛中的溫度可以大於一個或多個氣化爐膛中的溫度。在一種情況下，從氣化區的入口爐膛到焚燒區的出口爐膛，溫度升高。
[0066]在各種不同情況下，降焦油區中的溫度可以選自下列溫度範圍:900-910°C，910-920 °C,920-930 °C,930-940 °C,940-950 °C,950-960 °C,960-970 °C,970-980 V，980-990 °C,990-1000 °C, 1000-1010 °C, 1010-1020 °C, 1020-1030 °C, 1030-1040 V，1040-1050 °C, 1050-1060 °C, 1060-1070 °C, 1070-1080 °C, 1080-1090 °C, 1090-1100 V，1100-1110 °C, 1110-1120 °C, 1120-1130 °C，1130-1140 °C，1140-1150 °C，1150-1160 V，1160-1170 °C, 1170-1180 °C, 1180-1190 °C, 1190-1200 °C, 1200-1210 °C, 1210-1220 V，1220-1230 °C, 1230-1240 °C，1240-1250 °C，1250-1260 °C，1260-1270 °C，1270-1280 V，1280-1290 °C, 1290-1300 °C，1300-1310 °C，1310-1320 °C，1320-1330 °C，1330-1340 V，1340-1350 °C, 1350-1360 °C，1360-1370 °C，1370-1380 °C，1380-1390 °C，1390-1400 V，1400-1410 °C, 1410-1420 °C,1420-1430 °C,1430-1440 °C,1440-1450 °C,1450-1460 °C,1460-1470 °C, 1470-1480 °C，1480-1490 °C，1490-1500 °C，1500-1510 °C，1510-1520 V，1520-1530 °C, 1530-1540 °C，1540-1550 °C，1550-1560 °C，1560-1570 °C，1570-1580 V，1580-1590 °C, 1590-1600 °C，1600-1610 °C，1610-1620 °C，1620-1630 °C，1630-1640 V，1640-1650 °C, 1650-1660 °C, 1660-1670 °C, 1670-1680 °C, 1680-1690 °C, 1690-1700 V』1700-1710 °C, 1710-1720 °C，1720-1730 °C，1730-1740 °C，1740-1750 °C，1750-1760 °C,1760-1770 °C, 1770-1780 °C, 1780-1790 °C, 1790-1800 °C, 1800-1810 °C, 1810-1820 V，1820-1830 °C, 1830-1840 °C，1840-1850 °C，1850-1860 °C，1860-1870 °C，1870-1880 V，1880-1890 °C, 1890-1900 °C，1900-1910 °C，1910-1920 °C，1920-1930 °C，1930-1940 V，1940-1950°C，1950-1960。。，1960_1970°C，1970_1980°C，1980_1990°C，1990-2000°C。
[0067]參考圖1至4對本公開的特定情況進行描述。因此，圖1提供了本公開的一種情況的示意圖，其中氣化裝置(10)包括包含一個氣化爐膛的氣化區(103)和包含一個焚燒爐膛的焚燒區(200)。將含碳材料進料(101)導入到氣化區中。向氣化區供應第一含分子氧的氣體(102)。在氣化區中產生第一氣態產物。將未轉化部分的含碳材料從氣化區轉移到焚燒區。向焚燒區供應第二含分子氧的氣體(202)。在焚燒區中產生第二氣態產物。將固體灰(205)從焚燒區去除。將第一與第二氣態產物合併以產生原始合成氣料流(105)，將所述原始合成氣料流從氣化區移除。
[0068]圖2示出了氣化裝置(10)的示意圖，其中氣化區包括4個氣化爐膛:爐膛-1即入口爐膛(310)，爐膛-1I (320)，爐膛-1II (330)和膛-1V (340)。將含碳材料進料(101)導入到氣化區中的爐膛-1 (入口爐膛)中。在氣化區內，固體從爐膛-1即入口爐膛轉移到爐膛-1I ;固體從爐膛-1I轉移到爐膛-1II ;並且固體從爐膛-1II轉移到爐膛-1V。包含未轉化部分的含碳材料的固體從氣化區的爐膛-1V轉移到焚燒區(230)。通過分別連接於爐膛-1、爐膛-11、爐膛-1II和爐膛-1V的氣體入口 111、121、131和141將第一含分子氧的氣體供應到不同的氣化爐膛。在一種情況下，不將含分子氧的氣體導入到爐膛-1 (入口爐膛)中。通過氣體入口 202將第二含分子氧的氣體供應到焚燒區。將固體灰(205)從焚燒區去除。
[0069]可以使用一個或多個機械裝置(在圖中未示出)例如轉移杆來促進固體從一個爐膛移動至下一個爐膛或從一個區移動至下一個區，例如在圖2中，從爐膛-1移動至爐膛-11、從爐膛-1I移動至爐膛-1I1、從爐膛-1II移動至爐膛-1V、從氣化區的爐膛-1V移動至焚燒區。在一種情況下，在爐膛-1即入口爐膛中不使用轉移杆，其中通過進料更多的進料固體(含碳材料)將固體推入下一個爐膛。
[0070]圖3示出了氣化裝置(10)的一種情況的示意圖，其中氣化區(123)包括4個爐膛:爐膛-1即入口爐膛(410)，爐膛-1I (420)，爐膛-1II (430)和爐膛-1V (440)。焚燒區(232)包括2個爐膛:爐膛-V (416)和出口爐膛即爐膛-VI (220)。將含碳材料進料(101)導入到氣化區中的爐膛-1 (入口爐膛)中。在氣化區內，固體從爐膛-1即入口爐膛轉移到爐膛-1I ;固體從爐膛-1I轉移到爐膛-1II ;並且固體從爐膛-1II轉移到爐膛-1V。包含未轉化部分的含碳材料的固體從氣化區的爐膛-1V轉移到焚燒區的爐膛-V。在焚燒區內，固體從爐膛-V轉移到爐膛-VI (出口爐膛)。通過分別連接於爐膛-1、爐膛-11、爐膛-1II和爐膛-1V的氣體入口 411、421、431和441將第一含分子氧的氣體供應到不同的氣化爐膛。在一種情況下，不將含分子氧的氣體導入到爐膛-1 (入口爐膛)中。通過分別連接於爐膛-V和爐膛-VI (出口爐膛)的氣體入口 511和521將第二含分子氧的氣體供應到不同的氣化爐膛。從焚燒區的爐膛VI (出口爐膛)去除固體灰(205)。
[0071] 可以使用一個或多個機械裝置(在圖中未示出)例如轉移杆來促進固體從一個爐膛移動至下一個爐膛或從一個區移動至下一個區，例如在圖3中，從爐膛-1移動至爐膛-11、從爐膛-1I移動至爐膛-1I1、從爐膛-1II移動至爐膛-1V、從氣化區的爐膛-1V移動至焚燒區的爐膛-V以及從爐膛-V移動至爐膛-VI。在一種情況下，在爐膛-1即入口爐膛中不使用轉移杆，其中通過進料更多的進料固體(含碳材料)將固體推入下一個爐膛。
[0072]圖4示出了包含氣化區(143 )、焚燒區(500 )和降焦油區(400 )的氣化裝置(13 )的一種情況的示意圖，其中氣化區(143)包括5個爐膛:爐膛-1即入口爐膛(110)，爐膛-1I
(120)，爐膛-1II (130)，爐膛IV (140)和爐膛-V (150)。將含碳材料進料(101)導入到氣化區中的爐膛-1中。在氣化區內，固體從爐膛-1即入口爐膛轉移到爐膛-1I ;固體從爐膛-1I轉移到爐膛-1II ;固體從爐膛-1II轉移到爐膛-1V，並且固體從爐膛-1V轉移到爐膛-V。包含未轉化部分的含碳材料的固體從氣化區的爐膛-V轉移到焚燒區(500)。通過分別連接於爐膛-1、爐膛-11、爐膛-1I1、爐膛-1V和爐膛-V的氣體入口 611、621、631、641和651將第一含分子氧的氣體供應到不同的氣化爐膛。在一種情況下，不將含分子氧的氣體導入到爐膛-1中。通過氣體入口 202將第二含分子氧的氣體供應到焚燒區。
[0073]將來自於焚燒區的氣態產物轉移到氣化區，並與來自於氣化區的氣態產物合併，以產生原始合成氣料流(在圖上未示出)，使所述原始合成氣料流穿過連接區或爐喉(300)進入到降焦油區(400)中。將第三含分子氧的氣體通過氣體入口 301導入到爐喉中，原始合成氣料流和第三含氧氣體在其中進行混合。在一種情況下，將第三含分子氧的氣體直接導入到降焦油區(在圖上未示出)中。在一種情況下，將第三含分子氧的氣體導入到爐喉以及降焦油區(在圖上未示出)中。原始合成氣和含氧氣體的混合物在降焦油區中經受熱處理。由此產生熱合成氣，並從降焦油區移除熱合成氣料流(405)。
[0074]實施例
[0075]實施例1:
[0076]在本實施例中使用包含氣化區、焚燒區和焦油破壞區的氣化裝置。將含碳材料進料導入到氣化區中。將第一含分子氧的氣體以每噸無水含碳材料約10至約15磅-摩爾的速率供應到氣化區，以氣化一部分含碳材料並產生第一氣態產物。
[0077]將來自於氣化區的剩餘含碳材料向前送往焚燒區，其中以每噸無水含碳材料約10至約15磅-摩爾的速率供應第二含分子氧的氣體，以氣化另一部分的含碳材料並產生第二氣態產物。
[0078]將第一和第二氣態產物合併以產生原始合成氣，允許所述原始合成氣進入焦油破壞區。以每噸無水含碳材料約20至約30磅-摩爾的速率向焦油破壞區供應第三含分子氧的氣體。產生熱合成氣並將其從焦油破壞區移除。
[0079]還以每噸無水含碳材料約10至約15磅-摩爾的速率向氣化區進料二氧化碳料流。以每噸無水含碳材料約2至約5磅-摩爾的速率向焚燒區進料二氧化碳料流。
[0080]此外，每噸無水含碳材料約20至約30磅-摩爾的空氣由於洩漏而進入氣化過程。
[0081]對於輸入到焚燒區的氧氣與輸入到氣化區和焚燒區中的總氧氣之比在約0.4至約0.6範圍內的情況來說，含碳材料的有機或可氣化或揮發性材料內含物的轉化率高於90%，並且一般在約95至約98%的範圍內。產生的殘留灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1，並且一般在約0.04至約0.10的範圍內。產生的熱合成氣中的C0/C02比率大於約0.75 ;產生的熱合成氣中的C0/H2比率大於1.5 ；C0/ (C0+C02)比率大於約0.4。[0082]對於輸入到焚燒區的氧氣與輸入到氣化區和焚燒區中的總氧氣之比小於約0.4的情況來說，含碳材料的有機或可氣化或揮發性材料內含物的轉化率為約82%。產生的殘留灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比為約0.3。
[0083]儘管已利用特定實施方式、實例及其應用對本文公開的發明進行了描述，但本領域技術人員可以對其做 出多種修改和改變，而不背離權利要求書中所述的本發明的範圍。
【權利要求】
1.用於氣化含碳材料以產生原始合成氣的方法，所述方法包括: Ca)將所述含碳材料與第一含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在氣化區中相接觸，以氣化一部分所述含碳材料並產生第一氣態產物； (b)將剩餘部分的所述含碳材料與第二含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在焚燒區中相接觸，以氣化另一部分的所述含碳材料並產生第二氣態產物和包含碳的固體灰；以及 (c)將所述第一氣態產物與所述第二氣態產物合併以產生所述原始合成氣， 其中所述原始合成氣中的C0/C02摩爾比大於約0.75，並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1。
2.權利要求1的方法，其中所述原始合成氣中的C0/C02摩爾比大於約1.0。
3.權利要求1的方法，其中固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量的重量比小於約0.05。
4.權利要求1的方法，其中固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量的重量比小於約0.01。
5.權利要求1的方法，其中所述固體灰的碳含量小於約10%。
6.權利要求1的方法，其中所述固體灰的碳含量小於約5重量％。
7.權利要求1的方法，其中進入氣化區的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量，小於進入焚燒區的未轉化部分的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量。
8.權利要求1 的方法，其中所述氣化區包括一個或多個氣化爐膛。
9.權利要求1的方法，其中所述焚燒區包括一個或多個焚燒爐膛。
10.權利要求8的方法，其中一個或多個所述氣化爐膛通過與所述第一氣態產物和第二氣態產物中的一種或多種的熱交換來實現所述含碳材料的預加熱。
11.權利要求1的方法，其中所述含碳材料選自含碳材料、含碳液體產物、含碳工業液體再循環物、含碳市政固體廢物(MSW或msw)、含碳城市廢物、含碳農業材料、含碳林業材料、含碳木材廢物、含碳建築材料、含碳植物材料、含碳工業廢物、含碳發酵廢物、含碳石化副產物、含碳醇生產副產物、含碳煤、輪胎、塑料、廢塑料、焦爐焦油、軟纖維、木質素、黑液、聚合物、廢聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、汙水汙泥、動物糞便、作物殘留物、能源作物、林業加工殘留物、木材加工殘留物、家畜糞便、家禽糞便、食品加工殘留物、發酵過程廢物、乙醇副產物、酒糟、廢微生物及其混合物。
12.權利要求1的方法，其中所述第一含分子氧的氣體和所述第二含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。
13.權利要求1的方法，其中將分子氧在以乾重計每噸含碳材料約O至約75磅-摩爾的速率下導入到所述氣化區和焚燒區中。
14.權利要求1的方法，其中所述氣化區和焚燒區的溫度不超過800°C。
15.權利要求1的方法，其中所述原始合成氣具有低於約IOppm的焦油當量含量。
16.權利要求15的方法，其中所述焦油當量含量相當於選自苯、醇及其混合物的烴。
17.用於氣化含碳材料以產生熱合成氣的方法，所述方法包括: Ca)將所述含碳材料與第一含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在氣化區中相接觸，以氣化一部分所述含碳材料並產生第一氣態產物； (b)將剩餘部分的所述含碳材料與第二含分子氧的氣體並任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種在焚燒區中相接觸，以氣化另一部分的所述含碳材料並產生第二氣態產物和包含碳的固體灰； (c)將所述第一氣態產物與所述第二氣態產物合併以產生包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和焦油的原始合成氣；以及 Cd)將所述原始合成氣與第三含分子氧的氣體在焦油破壞區中相接觸，以產生所述熱合成氣， 其中所述熱合成氣中的C0/C02摩爾比大於約0.75，並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1。
18.權利要求17的方法，其中所述原始合成氣中的C0/C02摩爾比大於約0.75。
19.權利要求17的方法，其中所述熱合成氣中的C0/C02摩爾比大於約1.0。
20.權利要求17的方法，其中固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量的重量比小於約 0.05。
21.權利要求17的方法，其中固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量的重量比小於約 0.01。
22.權利要求17的方法，其中所述固體灰的碳含量小於約10重量％。
23.權利要求17的方法，其中所述固體灰的碳含量小於約5重量％。
24.權利要求 17的方法，其中進入氣化區的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量，小於進入焚燒區的未轉化部分的含碳材料進料中每單位質量的總碳的總氧氣質量。
25.權利要求17的方法，其中所述氣化區包括一個或多個氣化爐膛。
26.權利要求17的方法，其中所述焚燒區包括一個或多個焚燒爐膛。
27.權利要求25的方法，其中一個或多個所述氣化爐膛通過與所述第一氣態產物和第二氣態產物中的一種或多種的熱交換來實現所述含碳材料的預加熱。
28.權利要求17的方法，其中所述含碳材料選自含碳材料、含碳液體產物、含碳工業液體再循環物、含碳市政固體廢物(MSW或msw)、含碳城市廢物、含碳農業材料、含碳林業材料、含碳木材廢物、含碳建築材料、含碳植物材料、含碳工業廢物、含碳發酵廢物、含碳石化副產物、含碳醇生產副產物、含碳煤、輪胎、塑料、廢塑料、焦爐焦油、軟纖維、木質素、黑液、聚合物、廢聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、汙水汙泥、動物糞便、作物殘留物、能源作物、林業加工殘留物、木材加工殘留物、家畜糞便、家禽糞便、食品加工殘留物、發酵過程廢物、乙醇副產物、酒糟、廢微生物及其混合物。
29.權利要求17的方法，其中所述第一含分子氧的氣體和所述第二含分子氧的氣體中包含的分子氧的總量與將含碳材料進料中包含的所有碳完全氧化成二氧化碳所需的分子氧的總量之比在0.1至0.9的範圍內。
30.權利要求17的方法，其中將分子氧在以乾重計每噸含碳材料約O至約75磅-摩爾的速率下導入到所述氣化區和焚燒區中。
31.權利要求17的方法，其中所述氣化區和焚燒區的溫度不超過800°C。
32.權利要求17的方法，其中所述焦油破壞區的溫度不超過約900°C。
33.氣化裝置，其包含: 包括一個或多個爐膛的氣化區； 與所述氣化區連續的焚燒區，所述焚燒區包括一個或多個爐膛，其中所述氣化區和焚燒區有效地提供C0/C02摩爾比大於約0.75並且固體灰的碳含量與含碳材料進料的碳含量之比小於約0.1的原始合成氣；以及 焦油破壞區，其通過連接區從所述氣化區和焚燒區有效地接收所述原始合成氣。
34.權利要求33的氣化裝置，其中所述氣化區包括多達10個爐膛。
35.權利要求33的氣化裝置，其中所述焚燒區包括多達5個爐膛。
36.權利要求33的氣化裝置，其還包含至少一個固體轉移裝置，所述固體轉移裝置有效地將含碳材料從所述氣化區移動至所述焚燒區。
37.權利要求33的氣化裝置，其還在所述氣化區、焚燒區和焦油破壞區中包含至少一個氣體入口。`
【文檔編號】C10J3/86GK103874751SQ201280024967
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年4月3日 優先權日:2011年4月6日
【發明者】彼得·貝爾, 青-煥·辜, 西恩·斯雷普, 斯科特·布萊什爾斯, 奇姆·奧科菲米亞 申請人:伊內奧斯生物股份公司