專利名稱：兩段式干進料氣化系統(tǒng)和方法
兩段式干進料氣化系統(tǒng)和方法相關(guān)申請的交叉參考本申請為非臨時申請，要求在35USC§ 119(e)下對2009年4月1日提交的標題為 “兩段式干進料氣化系統(tǒng)和方法”的美國臨時申請序列號61/165，784的權(quán)益，此處將其納入全文。關(guān)于聯(lián)邦贊助研究或開發(fā)的聲明無。公開領(lǐng)域本發(fā)明涉及氣化系統(tǒng)和方法用于一般情況下將固體原料如含碳材料轉(zhuǎn)換為所需的氣體產(chǎn)品如合成氣。
背景技術(shù)：
氣化方法廣泛用于將固體或液體原料如煤、石油焦和石油殘留物轉(zhuǎn)換為合成氣體 (合成氣)。合成氣為一種重要的中間原料用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品如氫氣、甲醇、氨、合成天然氣或合成運輸油。合成氣也可通過已知方法整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)用于發(fā)電。氣化方法的習慣做法是在燃料自燃溫度以上將原料與氧氣直接接觸。這種做法的缺點為消耗一部分燃燒熱以加熱原料并蒸發(fā)由原料帶入的水分，最終的結(jié)果為該方法能效率的降低。較低的能效率意味著較高的原料消耗和溫室氣體排放。因此，有必要開發(fā)一種氣化系統(tǒng)克服以上缺點。發(fā)明簡述本發(fā)明涉及干進料兩段式氣化系統(tǒng)和方法用于以提高的能效率以及較低原料消耗和(X)2排放氣化原料如含碳材料。某些實施方案描述了一種用于氣化含碳材料的方法，其包括步驟(a)提供包含反應器上部和反應器下部的氣化反應器；(b)將固體含碳原料料流引入反應器上部并在其中與來自反應器下部的第一混合物產(chǎn)物反應，從而形成第二混合物產(chǎn)物，其中第一混合物產(chǎn)物包含合成氣，而其中第二混合物產(chǎn)物包含第二固體產(chǎn)物和第二氣體產(chǎn)物；(c)傳送第二混合物產(chǎn)物至第一分離裝置，其中第二固體產(chǎn)物與第二氣體產(chǎn)物分離；(d)將分離的第二固體產(chǎn)物傳送入反應器下部；(e)將離開第一分離裝置的第二氣體產(chǎn)物料流通過熱回收單元，從而降低第二氣體產(chǎn)物料流溫度并產(chǎn)生蒸汽；(f)將步驟(e)中產(chǎn)生的蒸汽傳送入反應器下部；(g)將離開(e)部分的熱回收單元的第二氣體產(chǎn)物傳送至微粒過濾裝置，在其中取出所述殘留固體、細粒及微粒的料流并傳送入反應器下部；(h)在反應器下部結(jié)合氣體料流、步驟(c)中的第二固體產(chǎn)物料流和在步驟(e)的熱回收單元產(chǎn)生的蒸汽并使其反應， 從而放出熱并形成包含合成氣的第一混合物產(chǎn)物，其中氣體料流包含氧供應，其選自由含氧氣體、蒸汽及其混合物組成的組；(i)將來自反應器下部步驟(h)的第一混合物產(chǎn)物傳送入反應器上部，其中通過在反應器上部將固體原料料流轉(zhuǎn)化為第二混合物產(chǎn)物來回收步驟 (h)中產(chǎn)生的熱。在以上詳述的某些方法實施方案中，(b)部分的固體原料與步驟(C)的第二氣體產(chǎn)物混合，從而形成溫熱的固-氣混合物并充分干燥該原料；在某些實施方案中，將溫熱的固-氣混合物通過第二分離裝置，由此固體原料與第二氣體產(chǎn)物分離。在某些實施方案中， 將離開第二分離裝置的固體原料傳送入反應器上部，而離開第二分離裝置的第二氣體產(chǎn)物料流進入微粒過濾裝置，由此取出殘留固體、細粒和微粒。在某些實施方案中，離開微粒過濾裝置的殘留固體、細粒和微粒傳送入反應器上部。通過一個或多個進料裝置將固體含碳原料和殘留固體細粒和微粒引入至反應器上部。通過一個或多個分散裝置可將氣體料流、離開第一分離裝置的第二固體產(chǎn)物、和產(chǎn)自熱回收單元的蒸汽引入至反應器下部。含碳材料選自由煤、褐煤、石油焦及其混合物組成的組。含氧氣體可選自空氣、富氧空氣、氧氣及其混合物。熱回收單元可選自由輻射熱式鍋爐、 水管鍋爐、火管鍋爐及其組合組成的組。第一和第二分離裝置可各自包含旋風分離器。離開氣化器上部的第二混合物產(chǎn)物在進入第一分離裝置之前的溫度可為約1200-2500° F， 然而優(yōu)選1500-2000° F。將溫熱的固-氣混合物的溫度保持在范圍300-1000° F之間，然而優(yōu)選在范圍500-800° F之間。某些實施方案涉及用于氣化含碳材料的系統(tǒng)，其包括a)反應器上部，其用于反應固體含碳原料、回收的殘留固體料流、細粒和微粒，以及來自反應器下部的第一混合物產(chǎn)物以生產(chǎn)第二混合物產(chǎn)物，其中第一混合物產(chǎn)物包含合成氣，而第二混合物產(chǎn)物包含第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流；b)第一分離裝置，其用于分離第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流，其中第二固體產(chǎn)物料流引入至反應器下部；c)熱回收單元，其用于冷卻第二氣體產(chǎn)物料流的溫度并產(chǎn)生蒸汽，其中所述蒸汽傳送入反應器下部；d)微粒過濾裝置，其用于分離殘留固體、細粒和微粒與離開熱回收單元的第二氣體產(chǎn)物料流，其中分離的殘留固體、細粒和微粒傳送入反應器上部；e)反應器下部，其用于反應包含離開第一分離裝置的第二固體產(chǎn)物、在熱回收單元產(chǎn)生的蒸汽和氣體料流的混合物，其中所述反應產(chǎn)生熱和第一混合物產(chǎn)物，其中所述氣體料流包含氧供應，其選自由含氧氣體、蒸汽及其混合物組組成的組，而其中通過在反應器上部將固體原料料流轉(zhuǎn)化為第二混合物產(chǎn)物來回收產(chǎn)生的熱。本發(fā)明系統(tǒng)可進一步包含固-氣混合器以混合固體原料料流和第二氣體產(chǎn)物料流，從而產(chǎn)生溫熱的固-氣混合物；和第二分離裝置以將該溫熱的固-氣混合物分離為第二固體原料料流和第二氣體產(chǎn)物料流，其中第二固體原料料流傳送入反應器下部。在該系統(tǒng)某些實施方案中，可通過一個或多個分散裝置將離開第一分離裝置的第二固體產(chǎn)物料流、離開熱回收單元的蒸汽和(e)部分的氣體料流傳送至反應器下部。含碳原料可選自煤、褐煤、石油焦或其混合物。含氧氣體可為空氣、富氧空氣、氧氣或其混合物。 熱回收單元可為輻射熱式鍋爐、水管鍋爐、火管鍋爐或其組合。第二混合物產(chǎn)物在進入第一分離裝置之前的溫度在1200-2500° F之間，然而優(yōu)選1500-2000° F之間。將溫熱的固-氣混合物保持在溫度300-1000° F之間，然而優(yōu)選保持在500-800° F之間。附圖簡述為更詳細地描述實施方案，現(xiàn)對附圖進行參考，其中

圖1為用于本發(fā)明實施方案的系統(tǒng)的代表性圖示和工藝流程圖。圖2為用于本發(fā)明另外實施方案的系統(tǒng)的代表性圖示和工藝流程圖。詳細說明
下列各實施方案的詳細說明引用附圖做參考，其闡述其中本發(fā)明可行的具體實施方案。實施方案意在充分詳細地描述本發(fā)明的方方面面以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實踐本發(fā)明。然而，可利用其他實施方案并在不偏離本發(fā)明的范圍內(nèi)進行變化。因此，本發(fā)明范圍不僅僅局限于此處公開的具體實施方案，而是，該范圍僅由所附權(quán)利要求所定義，連同該權(quán)利要求所限定的所有等同物。參見圖1和圖2，本發(fā)明的各個實施方案提供氣化反應器，通常引用數(shù)字10表示， 其具有反應器下部30和反應器上部40。氣化方法的第一階段發(fā)生在反應器下部30而氣化方法的第二階段發(fā)生在反應器上部40。反應器下部30定義第一階段反應區(qū)，并將可替換地稱做第一階段反應區(qū)。反應器上部40定義第二階段反應區(qū)，并將可替換地稱做第二階段反應區(qū)。根據(jù)圖1描述的實施方案，固體原料在進入進料系統(tǒng)100如，但不限于，鎖斗 (lock-hopper)系統(tǒng)之前磨成粉狀(通過本領(lǐng)域已知方法，但在本公開范圍之外)。包含來自進料系統(tǒng)100的微粒含碳材料的粉狀固體料流通過進料裝置80和/或80a或附加進料裝置(未顯示)注入氣化反應器10上部40。然后含碳材料與從氣化反應器10下部30升起的熱合成氣接觸。將含碳材料干燥且其中一部分通過熱解反應如碳水蒸汽反應(C+H2O-> C(HH2)氣化。熱解反應為吸熱反應，因此，含碳材料與合成氣的混合物隨著該混合物上移通過上部40而溫度降低。到包含未反應固體微粒(如碳)和第二氣體產(chǎn)物料流(例如合成氣)的第二混合物產(chǎn)物離開汽化器10上部40頂部時，第二混合物產(chǎn)物溫度下降至范圍 1200-2500° F之間，但是優(yōu)選下降至范圍1500-2000° F之間。另外根據(jù)圖1所示實施方案，第二混合物產(chǎn)物，包含未反應固體微粒和第二氣體產(chǎn)物料流，離開反應器上部40并送至第一分離裝置50。第一分離裝置50將第二混合物產(chǎn)物分為第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流，留下僅一小部分殘留固體細粒在第二氣體產(chǎn)物料流中。第二固體產(chǎn)物料流由于重力作用下降，并通過出口 70離開第一分離裝置50。 然后通過分散裝置60和/或60a回收第二固體產(chǎn)物料流至氣化器10的反應器下部30。這些裝置在向反應器第一階段添加固體和氧化劑期間將回收的固體和氣體氧化劑混合。具有平均技能的本領(lǐng)域技術(shù)人員通常了解此類分散裝置結(jié)構(gòu)。另外根據(jù)圖1所示實施方案，第二固體產(chǎn)物料流(主要包括碳)和氧氣在過熱蒸汽存在下于氣化器10下部30(或第一階段反應區(qū))中反應。第一階段中的主要反應為C+02- > CO2和C+l/202- > CO。這些放熱反應使第一階段中的氣體溫度升高至 2000-3500° F之間。產(chǎn)生于反應器下部30中的熱合成氣向上流至反應器上部40，在那其與含碳原料接觸。使原料粒子干燥并通過熱合成氣加熱至高溫，然后干燥的粒子與水蒸汽反應產(chǎn)生CO和氫氣。第二階段中的主要反應為碳-水蒸汽反應和C+H20- > CCHH2以及水-氣反應CCHH2O- > C02+H2。碳-水蒸汽反應形成CO和H2,因此，提高了這些可用氣體的產(chǎn)量。再次參考圖1所示實施方案，第一階段溫度高于灰分熔點。結(jié)果，夾帶的灰分粒子凝聚并變?yōu)檎承匀墼?，其沿著氣化器?cè)流下以通過放液口 20離開反應器并進入驟冷室。將渣進行水驟冷并最終收集為固體渣產(chǎn)物。通常情況下，加到反應器下部30的蒸汽產(chǎn)生于熱回收單元180中。將水170注入熱回收單元180，并通過離開氣化器10的上部40的熱合成氣加熱。然后通過分散裝置60和/或60a將產(chǎn)生的水蒸汽按路線送至氣化器10的下部30。再參考圖1，從第一分離裝置50離開的第二氣體產(chǎn)物料流包含氫氣、一氧化碳、少量甲烷、硫化氫、氨、氮氣、二氧化碳和小部分殘留固體細粒。在通過熱回收單元180之后， 冷卻的合成氣隨后引入微粒過濾裝置110，借此取出殘留固體細粒和微粒并回收至氣化器 10的下部30。在圖2所示可選實施方案中，固體原料在進入進料系統(tǒng)100如，但不限于，鎖斗系統(tǒng)之前磨成粉狀。將包含來自進料系統(tǒng)的微粒含碳材料的粉狀固體料流送至固-氣混合器 160，在那其與離開熱回收單元180的溫熱合成氣接觸?；旌掀?60的功能為提供充分的停留時間以減少原料水分含量，從而產(chǎn)生充分干燥的原料。來自熱回收單元180的溫熱合成氣溫度保持在范圍約300-1000° F之間，但優(yōu)選在范圍約500-800° F之間以避免在混合器160中形成焦油。不希望形成焦油，因為它污染合成氣并造成下游氣體和污水的處理更力口昂貴。再參考圖2，離開混合器160的溫熱固-氣混合物傳送通過第一分離裝置150，其將該溫熱固-氣混合物分為第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流，僅留下少部分殘留固體細粒在氣體料流中。在某些實施方案中，第一分離裝置可包含旋風分離器或其他用于分離粒子和氣體料流的商購方法。離開第一分離裝置150的第二固體產(chǎn)物料流通過分散裝置 80和/或80a，或附加進料裝置(未顯示)回收至氣化器10的反應器上部40。接著將離開第一分離裝置150的第二氣體產(chǎn)物料流引入微粒過濾裝置110，借此取出殘留固體細粒和微粒并通過進料裝置80和/或80a (或附加進料裝置)回收至氣化器10的上部40作為第二階段反應的原料。離開過濾裝置110的氣體產(chǎn)物包含未加工的合成氣，合成氣中基本不含微粒。該未加工的合成氣可使用本公開范圍之外的方法進一步清洗。再參考圖2，離開第一分離裝置150的第二固體產(chǎn)物和離開微粒過濾裝置110的殘留固體細粒和微粒然后與從氣化器10的下部30升起的熱合成氣接觸。將含碳材料脫揮發(fā)分且通過熱解反應氣化部分固體，其中產(chǎn)生H2和CO。未反應的固體基本上為碳和灰分。 主要在氣化器10的上部40中的熱解反應為高度吸熱反應。因此，隨著含碳材料和合成氣的混合物向上移通過上部40其溫度降低。到第二混合物產(chǎn)物(其包含第二固體產(chǎn)物料流 (如碳)和第二氣體產(chǎn)物料流(如合成氣))離開氣化器10的上部40的頂端時，第二混合物產(chǎn)物溫度在范圍1200-2500° F之間，但更加優(yōu)選在范圍1500-2000° F之間。再參考圖2，包含第二固體產(chǎn)物料流和離開反應器上部40的第二氣體產(chǎn)物料流的第二混合物產(chǎn)物送至第一分離裝置50，它將混合物分為第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流，僅留下少部分殘留固體細粒在第二氣體產(chǎn)物料流中。離開分離裝置50的第二固體產(chǎn)物料流通過分散裝置60和/或60a回收至氣化器10的反應器下部30作為第一階段反應原料。另外根據(jù)圖2所示實施方案，第二固體產(chǎn)物料流(主要包括碳)和氧氣在過熱蒸汽存在下于氣化器10的下部30中發(fā)生第一階段反應。發(fā)生在第一階段的主要反應包括 C+02- > CO2和C+l/202- > C0，這兩者均為高度放熱反應。結(jié)果，第一階段內(nèi)的溫度保持在范圍2000-3500° F之間。由第一階段反應區(qū)30產(chǎn)生并由氣體料流向上運載的熱用于在不燃燒的反應器上部40中占主導地位的第二階段熱解反應，包括蒸發(fā)由進料帶入的水分， 炭-水蒸汽反應和CO與H2O之間的水-氣反應。
再參考圖2所示實施方案，第一階段溫度高于灰分熔點。結(jié)果，夾帶的灰分粒子凝聚并變?yōu)檎承匀墼?，其沿著氣化器?cè)流下以通過放液口 20離開反應器并進入驟冷室。將渣進行水驟冷并最終收集作為固體渣產(chǎn)物。使用來自從氣化器10的第二階段(上部)離開的熱合成氣的熱可從熱回收單元180產(chǎn)生加入反應器下部30的水蒸汽。進一步參考圖2，從第一分離裝置50離開的第二氣體產(chǎn)物料流包含氫氣、一氧化碳、少量甲烷、硫化氫、氨、氮氣、二氧化碳和小部分殘留固體細粒。在通過熱回收單元 180后，將溫熱的合成氣送至混合器160，在那其與粉末狀固體原料接觸，從而形成溫熱的固-氣混合物，用于干燥原料?；旌掀?60中溫熱的固-氣混合物溫度保持在范圍約 300-1000° F之間，但優(yōu)選約500-800° F之間以使焦油形成最小化。接著將離開混合器 160的溫熱固-氣混合物引入微粒過濾裝置110，借此取出殘留固體細粒和微粒并回收至氣化器10的上部40，如前所述。在某些實施方案中，如圖1和圖2所示，回收的碳、含氧氣體料流和蒸汽通過分散裝置60和/或60a進入氣化反應器10下部30，分散裝置60和/或60a位于下部30水平延長部分兩端中的任一端?？墒褂脙蓚€以上分散裝置，例如，四個，間隔90度排開。分散裝置的設置也可在不同水平并且不需要在同一平面。再參考圖1和圖2中描述的實施方案，不燃燒的反應器上部40與燃燒的反應器的下部30的頂端直接連接以使熱反應產(chǎn)物從反應器下部30直接傳送至反應器上部40。這使氣體反應產(chǎn)物和夾帶固體中的熱損失最小化，因而提高了方法效率。進一步參考圖1和圖2所示實施方案，分散裝置60和/或60a提供微粒固體如碳的霧化進料。分散裝置可為具有用于固體的中心管和圍繞中心管的含霧化氣體的環(huán)形空間的類型，其在內(nèi)部或外部向共同的混合區(qū)開放。另外，不燃燒的反應器上部40的進料裝置 80和/或80a也可與上文描述的分散裝置相似。本領(lǐng)域技術(shù)人員通常知道分散裝置60和 /或60a，或進料裝置80和/或80a。用于建造氣化反應器10的材料并不關(guān)鍵。優(yōu)選但不必要，反應器壁為鋼并襯有絕緣可澆鑄或陶瓷纖維或耐火磚，如反應器下部30中的高含鉻磚和密實介質(zhì)，如用于反應器上部40中的高爐和非造渣應用，為減少熱損失并保護容器免受高溫和腐蝕熔渣傷害并提供更好的溫度控制，所有這些能從多個來源商購。使用該類型系統(tǒng)提供來自方法中使用的含碳固體的高熱值回收。任選地并作為替換，通過為燃燒的反應器下部30，和任選地，不燃燒的上部40，提供“冷壁”系統(tǒng)可使壁無襯里。術(shù)語“冷壁”，如此處所用，指的是用帶有冷卻介質(zhì)的冷卻套管將壁冷卻，如通常對現(xiàn)有技術(shù)的煤氣化系統(tǒng)了解的那樣。在這種系統(tǒng)中， 渣凍結(jié)在冷卻的內(nèi)壁上從而防止冷卻套管的金屬壁熱降解。控制并保持反應器下部30中的方法的第一階段中的反應的物理條件，以保證在超過灰分熔點的溫度下碳快速氣化，從而從粘度不大于約250泊的熔融灰分生產(chǎn)熔渣。該渣通過放液口 20從反應器排放，然后在本文范圍之外的單位中進一步加工?？刂品磻魃喜?0中的氣化方法的第二階段中的反應的物理條件，以保證快速氣化并在其可塑性范圍之上加熱煤。將反應器下部30的溫度保持在范圍1500-3500° F之間，優(yōu)選在范圍2000-3200° F之間而最優(yōu)選在范圍2200-3000° F之間。氣化器10的反應器上部40和下部30內(nèi)部的壓力均保持在大氣壓或更高。如此處所用，將加料到反應器下部30的術(shù)語“含氧氣體”定義為包含至少20%氧氣的任何氣體。優(yōu)選的含氧氣體包括氧氣、空氣和富氧空氣?？衫萌魏挝⒘：疾牧献鳛榇颂幩鰧嵤┓桨傅脑希欢鴥?yōu)選地，微粒含碳材料為煤，其中包括但不限于褐煤，煙煤，次煙煤及其任何組合。另外的含碳材料為衍生自煤的焦炭、煤碳、煤液化殘留物、微粒碳、石油焦、衍生自油頁巖的含碳固體、焦油砂、浙青、 生物質(zhì)、濃縮下水道污泥、垃圾、橡膠及其混合物。上述示例材料可為粉碎的固體形式。當煤或石油焦為原料時，加入反應器上部之前可將其粉末化。一般而言，可使用任何細微分散的含碳材料，可采用任何已知的減小微粒固體粒子尺寸的方法。這些方法的實例包括使用球式、棒式和錘式磨機。雖然粒子尺寸不關(guān)鍵，仍然優(yōu)選細微分散的碳粒子。常見的為使用粉煤作注煤電廠燃料。這種煤的粒子尺寸分布使得90重量％的煤通過200目篩。較粗尺寸的平均粒子尺寸100目的尺寸也可用作更具活性的材料，條件是能制備出穩(wěn)定的不沉降的漿料。如此處所用，術(shù)語“碳”是指未燃燒的炭和在氣化系統(tǒng)內(nèi)各種產(chǎn)品生產(chǎn)之后仍保持夾帶的灰分粒子。如此處所用，術(shù)語“充分干燥”意思是無明顯水分含量，但不必定等同于絕對干燥。 實施例表1顯示了本文所述兩段式干進料法和系統(tǒng)的性能。對本文所述方法做計算機模擬，以Illinoise煤為基礎，氣化器壓力設置在523psia，離開氣化器第二階段的氣體溫度設置在1890° F。按照表1所列方法參數(shù)，對于該方法計算出的冷氣效率為84.6%。這一計算出的冷氣效率比用現(xiàn)行淤漿-進料E-Gas 氣化方法(ConocoPhillips Co.)達到的高 10%，而與E-Gas 方法相比，計算出的氧氣消耗降低了 15%。表 權(quán)利要求
1.一種用于氣化含碳材料的方法，其包含步驟(a)提供包含反應器上部和反應器下部的氣化反應器；(b)將固體含碳原料料流弓丨入反應器上部并在其中與來自反應器下部的第一混合物產(chǎn)物反應，從而形成第二混合物產(chǎn)物，其中第一混合物產(chǎn)物包含合成氣，而其中第二混合物產(chǎn)物包含第二固體產(chǎn)物和第二氣體產(chǎn)物；(c)將第二混合物產(chǎn)物傳送至第一分離裝置，在其中第二固體產(chǎn)物與第二氣體產(chǎn)物分1 ；(d)將分離的第二固體產(chǎn)物傳送入反應器下部；(e)將離開第一分離裝置的第二氣體產(chǎn)物料流傳送通過熱回收單元，從而降低第二氣體產(chǎn)物料流溫度并產(chǎn)生蒸汽；(f)將步驟(e)中產(chǎn)生的蒸汽傳送入反應器下部；(g)將離開(e)部分的熱回收單元的第二氣體產(chǎn)物傳送至微粒過濾裝置，在其中取出所述殘留固體料流、細粒和微粒并傳送入反應器下部；(h)在反應器下部中結(jié)合氣體料流、步驟(c)的第二固體產(chǎn)物料流和步驟(e)的熱回收單元中產(chǎn)生的蒸汽并使它們反應，從而產(chǎn)生熱并形成包含合成氣的第一混合物產(chǎn)物，其中氣體料流包含氧供應，其選自由含氧氣體、蒸汽及其混合物組成的組；(i)將來自反應器下部的步驟(h)的第一混合物產(chǎn)物傳送入反應器上部，其中通過在反應器上部將固體原料料流轉(zhuǎn)化為第二混合物產(chǎn)物來回收步驟(h)中產(chǎn)生的熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其進一步包含步驟i)將(b)部分的固體原料與步驟(c)的第二氣體產(chǎn)物混合，從而形成溫熱的固-氣混合物并充分干燥原料； )將溫熱的固-氣混合物傳送通過第二分離裝置，由此固體原料與第二氣體產(chǎn)物分1 ；iii)將離開第二分離裝置的固體原料傳送入反應器上部，并將離開第二分離裝置的第二氣體產(chǎn)物料流傳送至微粒過濾裝置，由此取出殘留固體、細粒和微粒；和iv)將離開微粒過濾裝置的殘留固體、細粒和微粒傳送入反應器上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其中通過一個或多個進料裝置將所述固體原料和所述殘留固體、細粒和微粒傳送入所述反應器上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中(h)部分的氣體料流、離開第一分離裝置的第二固體產(chǎn)物和在熱回收單元內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽通過一個或多個分散裝置傳送入反應器下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中所述包含含碳材料的原料料流選自由煤、褐煤、 石油焦及其混合物組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中含氧氣體選自由空氣、富氧空氣、氧氣及其混合物組成的組，其中熱回收單元選自由輻射熱式鍋爐、水管鍋爐、火管鍋爐及其組合組成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中第二混合物產(chǎn)物在進入所述第一分離裝置之前的溫度為1200-2500° F之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中第二混合物產(chǎn)物在進入所述第一分離裝置之前的溫度為1500-2000° F之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其中溫熱的固-氣混合物保持在300-1000°F的溫度范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其中溫熱的固-氣混合物保持在500-800°F的溫度范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其中第一和第二分離裝置各自包含旋風分離器。
12.用于氣化含碳材料的系統(tǒng)，其包含(a)反應器上部，其用于反應 i)固體含碳原料， )回收的殘留固體、細粒和微粒，和iii)來自反應器下部的第一混合物產(chǎn)物以生產(chǎn)第二混合物產(chǎn)物， 其中第一混合物產(chǎn)物包含合成氣，而第二混合物產(chǎn)物包含第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流；(b)第一分離裝置，其用于分離第二固體產(chǎn)物料流和第二氣體產(chǎn)物料流，其中分離的第二固體產(chǎn)物然后引入反應器下部；(c)熱回收單元，其用于冷卻第二氣體產(chǎn)物料流溫度并產(chǎn)生蒸汽，其中所述蒸汽傳送入反應器下部；(d)微粒過濾裝置，其用于分離殘留固體、細粒和微粒與離開熱回收單元的第二氣體產(chǎn)物料流，其中分離出的殘留固體、細粒和微粒傳送入反應器上部；(e)反應器下部，其用于反應包含下列各項的混合物 i)離開第一分離裝置的第二固體產(chǎn)物； )在熱回收單元中產(chǎn)生的蒸汽； iii)氣體料流；其中所述反應產(chǎn)生熱和(a)部分的第一混合物產(chǎn)物，其中氣體料流包含氧供應，其選自由含氧氣體、蒸汽及其混合物組成的組，和其中在反應器下部產(chǎn)生的熱通過在反應器上部將固體原料料流轉(zhuǎn)化為第二混合物產(chǎn)物來回收。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述系統(tǒng)，其進一步包含i)固-氣混合器，其用于混合固體原料料流與(c)部分的第二氣體產(chǎn)物料流，從而產(chǎn)生溫熱的固-氣混合物；和 )第二分離裝置，其用于分離溫熱的固-氣混合物以產(chǎn)生溫熱的固體原料料流和第二氣體產(chǎn)物料流；其中溫熱的固體原料料流傳送入反應器上部。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述系統(tǒng)，其中離開第一分離裝置的第二固體產(chǎn)物料流、離開熱回收單元的蒸汽和(e)部分的氣體料流通過一個或多個分散裝置傳送入反應器下部。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述系統(tǒng)，其中含碳原料選自由煤、褐煤、石油焦及其混合物組成的組。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述系統(tǒng)，其中含氧氣體選自由空氣、富氧空氣、氧氣及其混合物組成的組，其中熱回收單元選自由輻射熱式鍋爐、水管鍋爐、火管鍋爐及其組合組成的組。
17.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述系統(tǒng)，其中第二混合物產(chǎn)物在進入第一分離裝置之前的溫度在1200-2500° F之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述系統(tǒng)，其中第二混合物產(chǎn)物在進入第一分離裝置之前的溫度在1500-2000° F之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述系統(tǒng)，其中溫熱的固-氣混合物保持在溫度300-1000°F之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述系統(tǒng)，其中溫熱的固-氣混合物保持在溫度500-800°F之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述系統(tǒng)，其中第一和第二分離裝置各自包含旋風分離器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種干進料兩段式氣化系統(tǒng)和方法用于氣化原料如含碳材料，具有改進的能效率以及降低的原料消耗和二氧化碳排放。在氣化器上部中首先用熱合成氣干燥并預處理原料以產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)含量低的干碳。將干碳送至兩段式氣化器的第一段，在那里在水蒸氣存在下其與氧氣反應產(chǎn)生熱合成氣料流。
文檔編號C10J1/207GK102365350SQ201080015480
公開日2012年2月29日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者S·季 申請人:科諾科菲利浦公司