两阶段携带气化系统和方法

专利名称：两阶段携带气化系统和方法
两阶段携带气化系统和方法
背景技术：
本发明大体上涉及用于气化如含碳材料等进料的气化系统和方法。已开发出三种 基本类型的系统和方法来气化含碳材料。它们是(1)固定床气化，(2)流化床气化，和(3) 悬浮或携带气化。本发明涉及第三种类型的系统和方法-悬浮或携带气化。更具体地，本 发明涉及用于气化含碳材料的两阶段携带气化系统和方法。气化系统和方法用于将通常为固体的进料如含碳材料转化为所需的气态产物如 合成气。气化系统和方法的设计必须简单，但达到最大转化效率。

发明内容
本发明的一方面涉及用于气化含碳材料的方法，包括以下步骤a)将再循环炭引 入反应器下部，并使所述反应器下部中的所述再循环炭与包括含氧气体和/或蒸汽的流部 分燃烧，以此产生热并形成包括合成气和熔渣的混合产物；b)将来自所述反应器下部的所 述合成气向上送入反应器上部，并在所述反应器上部与包括液体载体中的粒状含碳材料的 浆料的流热解，以此形成混合产物，所述混合产物包括i)包括合成气和残余焦油的气态产 物流、 )炭和iii)蒸气；c)使来自所述反应器上部的所述混合产物通过分离装置，在此 所述炭被从来自所述反应器上部的所述混合产物中分离，并作为进料被再循环引入所述反 应器下部；和d)将来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物引入反应 器，在此所述残余焦油被去除。步骤(a)中产生的热通过将所述粒状含碳材料的浆料和所 述载体液体转化为步骤(b)中的气态产物流来回收。在本发明的一个实施方式中，将来自 所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物流送入反应区，所述反应区包括 包括一种或多种焦油破坏催化剂的一个或多个催化床。在本发明的另一个实施方式中，将 来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物流送入反应区，所述反应区 包括包括一种或多种焦油吸收吸附剂的一个或多个吸附剂床。本发明的另一方面涉及用于气化含碳材料的系统，包括a)反应器下部，所述反 应器下部用于将再循环炭与包括含氧气体和/或蒸汽的流部分燃烧，以产生热和包括合成 气和熔炉渣的混合产物；b)反应器上部，所述反应器上部用于将来自所述反应器下部的所 述合成气与包括液体载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以产生混合产物，所述混合 产物包括i)包括合成气和残余焦油的气态产物流、 )炭和iii)蒸气；c)分离装置，所述 分离装置用于将所述炭从来自所述反应器上部的所述混合产物中分离；和d)反应区，所述 反应区用于从来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物中去除残余焦 油。产生自反应器下部的热通过在反应器上部将所述粒状含碳材料的浆料和所述载体液体 转化为反应器上部中的气态产物流来回收。所述反应器下部进一步包括用于将包括所述含 氧气体和蒸汽的所述流以及所述再循环炭引入所述反应器下部的一个或多个分散装置。所 述反应器上部进一步包括用于将液体载体中的粒状含碳材料的浆料加入到所述反应器上 部的一个或多个进料装置。所述反应器上部可以，但不限于布置在所述反应器下部的上方。 在本发明的一个实施方式中，所述反应区包括包括一种或多种焦油破坏催化剂的一个或多个催化床，所述反应区用于从来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产 物中去除残余焦油。在本发明的另一个实施方式中，所述反应区包括包括一种或多种焦油 吸收吸附剂的一个或多个吸附剂床，所述反应区用于从来自所述反应器上部，包括合成气 和残余焦油的所述气态产物中去除残余焦油。反应器下部的温度保持在1500° F至3500° F。反应器下部和反应器上部的压力 为约14. 7psig至约2000psig。通过所述反应器下部的分散装置的气体和炭的速率为每秒 20至120英尺。所述反应器下部中炭的停留时间为2至10秒。通过所述反应器上部的进 料装置的所述浆料流的速率为每秒5至100英尺。所述反应器上部中所述粒状含碳材料的 浆料的停留时间为5至40秒。


为了更详细地描述本发明的实施方式，现将参照以下附图进行描述，其中图1为用于本发明实施方式的系统的示意图和图示方法的流程图。图2为用于本发明另一实施方式的系统的示意图和图示方法的流程图。
具体实施例方式以下对本发明各个实施方式的详细描述参考附图，所述附示出其中可以实施 本发明的具体实施方式
。所述实施方式意在以足以使本领域技术人员能够实施本发明的细 节描述本发明的方面。可以使用其它实施方式，并且可进行改变，而不偏离本发明的范围。 因此，以下详细描述并非是限制性的。本发明仅由所附权利要求书，以及此权利要求书给予 的等价形式的范围所限定。参照图1，本发明的各个实施方式提供了附图标记10所指的气化反应器，其具有 反应器下部30和反应器上部40。气化过程的第一阶段发生在反应器下部30中，气化过程 的第二阶段发生在反应器上部40中。反应器下部30定义为第一阶段反应区。反应器下部 30也称为第一阶段反应区。反应器上部40定义为第二阶段反应区。反应器上部40也称为 第二阶段反应区。进一步参照图1，再循环炭和包括含氧气体和/或蒸汽的在高压下的流通过位于 如反应器下部30相对位置的分散装置60和/或60a进入气化反应器10下部30中。可使 用多于两个分散装置，如以90度分开排列的四个分散装置。分散装置组可在不同水平上， 且无需在相同平面上。在气化反应器10的反应器下部30 (也称为第一阶段反应区)内， 再循环炭和包括含氧气体和/或蒸汽的流以下述方式反应，即发生反应物的快速混合和反 应，并且反应物旋转运动，使如(但不限于)涡流向上通过反应器10的下部30。反应器下 部30中的反应为气化过程的第一阶段，由此使再循环炭和包括含氧气体和/或蒸汽的流如 下详述在反应器下部30中，在反应条件下放热转化为包括蒸汽、合成气、中间气体和携带 的副产物如熔炉渣的混合产物。熔炉渣从反应器10的底部通过放出口 20被排出至最后处 理的炉渣加工系统(未显示)。蒸汽、中间产物和合成气随后通过向上流动进入未燃烧的反应器上部40从反应 器下部30离开，在反应器上部40中粒状含碳材料和液体载体的浆料通过进料装置80和/ 或80a或额外的进料装置注入。在反应器下部30中产生并被气流向上携带的热用于发生在未燃烧的反应器上部40中的热解工艺(和/或合成气第二阶段反应区中这些气体的浓 缩)，包括进料水的蒸发、碳_蒸汽反应和CO和H2O之间的水煤气反应。碳_蒸汽反应形成 CO和H2,因此增加这些可用气体的产量。尽管燃烧的反应器下部30 (或反应器10的第一 阶段反应区)主要是燃烧反应器，反应器上部40主要是骤冷反应器，其也增加气体的热值。 因此，发生在未燃烧的反应器上部40中的反应富集从燃烧的局部燃烧反应器下部30发出 的气体，以产生较高等级的合成气，由此回收来自反应器下部30的热并充分冷却气体，以 使得携带的炉渣在低于灰熔化初始变形温度下冷却，挥发性有机和无机物质在粒状含碳材 料上冷凝并被吸收。通过冷却至低于灰初始变形温度，携带的炉渣液滴自身或在到达热交 换表面前在粒状含碳材料上熔化，，因此不粘附在热交换表面。以下将详述反应器上部40 中的反应条件。在本发明的实施方式中，如图1所示，反应器10的未燃烧的反应器上部40直接连 接至反应器10的未燃烧的反应器下部30顶部，使得热反应产物直接从反应器下部30被送 至反应器上部40以减小气体反应产物和携带的固体中的热损失。如图1所示，可将气化反应产生的炭移出并再循环以增加碳转化。例如，炭可通过 分散装置60和/或60a (或其它)再循环至反应器下部，或上述第一反应区。分散装置60和60a提供粒状固体如炭的雾化进料。分散装置的类型可为具有用 于固体的中间管和围绕此中间管的环形空间，所述中间管包括雾化气体，以内部或外部方 式对共同混合区开放。而且，未燃烧反应器上部40的进料装置80和/或80a也可与本文 上述的分散装置类似，或具有用于浆料进料的管。分散装置60、60a或进料装置80、80a可 为本领域技术人员所熟知的那些。如图1进一步所示，在反应器上部40中所发生的第二阶段反应的混合产物从反应 器10上部40的顶部取出并进入分离装置50，所述分离装置50将此混合产物分裂为固体流 和气体流，仅剩下气流中少部分的残余固体细料。气体流包括氢气、一氧化碳、少量甲烷、硫化氢、氨、水蒸气或蒸汽、来自液体载体 的蒸气、氮气、二氧化碳和残余焦油。固体流包括在未燃烧的反应器上部40中形成或从燃 烧的反应器下部30带出(carried over)的固化的灰和炭。从分离装置50离开的固体流如干炭与含氧气体和/或蒸汽混合，并通过分散装置 60和/或60a再循环返回未燃烧的反应器下部30，以作为第一阶段反应的进料。再循环的炭随后在成渣条件下通过与氧气和蒸汽反应气化，产生包括合成气的混 合产物和反应器上部40内第二阶段反应所需的热。将从分离装置50离开的包括合成气、残余炭细料和残余焦油的气体流引入反应 区90以此去除残余焦油。在反应区90包括一个或多个催化床100的图1所示的一个实施 方式中，在从分离装置50离开的包括合成气和残余焦油的气体流进入催化床100前，通过 热交换器(heat cross-exchanger) 150将其加热到高至1800° F。催化床100可为包括一 种或多种焦油破坏催化剂的催化流化或鼓泡床，以此将残余焦油分解。使合成气升至反应 温度所需的热可通过外部交换器提供，或通过将氧气和蒸汽的混合物注入合成气流提供。 碳细料被转化为一氧化碳或形成颗粒，以随着包括合成气的出口气态产物一起向上通过所 述催化流化床100。催化床100可也为包括一种或多种焦油破坏催化剂的催化流化床，以此 将残余焦油分解。在此情况中，在催化剂床之前，碳细料通过颗粒过滤器去除。通过催化流化床或催化固定床，离开反应区90的热合成气通过热交换器150用较冷入口气体流(或离 开装置50的气体流)冷却以回收热。根据一个实施方式，离开热交换器150且此时无焦油 的冷却的气体流随后被通过颗粒过滤器110，以此去除颗粒。焦油破坏催化剂可为沸石、具 有载体的镍、石灰石或它们的任意混合物。在反应区90包括一个或多个吸附剂床120的图2所示的另一个实施方式中，从分 离装置50离开的包括合成气和残余焦油的气体流进入包括一种或多种焦油-吸收吸附剂 的吸附剂床120中，残余焦油在原位过滤器140过滤残余颗粒前被吸收，并再循环返回至第 一阶段反应器。吸附剂床120可为包括一种或多种焦油-吸收吸附剂的流化活性碳床。吸 附剂床120也可为包括一种或多种焦油-吸收吸附剂的固定活性碳床。因为活性碳的吸收 能力在较低温度下改进，所以向活性碳床提供内部冷却装置130(如蒸汽冷却的，内部冷却 的盘管、板或挡板)，以降低离开分离装置50的气体流的温度，并保持床温度在400° F至 500° F。将负载焦油的活性碳的小滑流(slipstream)连续或周期性地从床去除，以通常通 过再生器160将碳加热至较高温度以释放焦油来再生。在固定床吸收器的情况中，平行的 两个容器可这样布置，即一个在线用于去除焦油，另一个离线用于清洁。此时离开反应区90 的气体流为焦油和无颗粒合成气。焦油-吸收吸附剂可为活性碳、沸石、某些天然存在的硅 酸盐或它们的任意混合物。气化反应器10的构建材料不重要。优选地，但不是必须地，反应器壁为钢且内衬 绝热可铸造或陶瓷纤维或耐火砖，如高铬含量的砖，如反应器下部30中，和致密介质，如鼓 风炉中所用，和反应器上部40中的非成渣应用，以减少热损失并保护容器免受高温以及提 供更好的温度控制，全部这些可获得自若干商业来源。这类系统的应用提供了从此方法所 用的含碳固体中高回收热值。可选地和可替代地，通过为燃烧的反应器下部30和可选地未 燃烧的上部40提供“冷壁”系统，壁可为无内衬的。如本文所用，术语“冷壁”是指被外部 冷却夹套冷却的壁，如煤气化系统领域所公知。在此系统中，炉渣在内壁上凝固并为冷却夹 套的金属壁提供保护。控制并保持反应器下部30内第一阶段工艺中反应的物理条件，以确保炭在超过 炭气化产生的灰的熔点温度下快速气化，以产生来自熔灰的熔渣，其炉渣粘度不大于约250 泊。控制反应器上部40内第二阶段气化工艺中反应的物理条件，以确保碳在高于其塑性 范围上快速气化和加热。燃烧的反应器下部30的温度保持在1500° F至3500° F，优选 2000° F至3200° F，最优选2400° F至3000° F。在反应器下部30的第一阶段内的此 温度下，其中炭气化形成的灰熔化形成熔渣，其下落通过出渣孔并在本申请范围外的单元 内进一步被处理。来自第一阶段的气体混合物离开旋转的向上运动的气体涡流，且炭向上 通过反应器下部。未燃烧的反应器上部反应器40的温度保持在450° F至1500° F，优选 500° F至1400° F，最优选550° F至1300° F。从燃烧的反应器下部30向上流动的热中 间产物提供用于在未燃烧的反应器上部40中发生的吸热反应的热。来自未燃烧的反应器上部40的排出物和离开分离装置50的气体流的温度通常为 800° F约至约1300° F。在进入用于去除焦油的反应区90之间，离开分离装置50的气体流 通过热交换器150加热。在一个实施方式中，包括一个或多个催化床的反应区90的温度保 持在700° F至1900° F，优选1000° F至1700° F，且最优选1200° F至1600° F。在另 一个实施方式中，包括一个或多个吸附剂床的反应区90的温度保持在200° F至1000° F，
10优选 250° F 至 600° F，最优选 300° F 至 500° F。本发明的方法在大气压或更高压力下进行。通常，反应器下部30和反应器上部 40中的压力为约14. 7psig至约2000psig、优选50psig至1500psig，且最优选150psig至 1200psig。在包括一个或多个催化床的反应区90中的压力为约14. 7psig至约1500psig、 优选50psig至1500psig，且最优选150psig至1200psig。在另一个实施方式中，在包括 一个或多个吸附剂床的反应区90中的压力为约14. 7psig至约1500psig、优选50psig至 1500psig，且最优选 150psig 至 1200psig。在本发明的多个实施方式中，通过反应器下部反应器30的分散装置60和/或60a 的气体和固体的速率或进料速率保持在20至120英尺/秒、优选20至90英尺/秒，且最 优选30至60英尺/秒。反应器下部30中炭的停留时间保持为2秒至10秒，优选4秒至 6秒。通过反应器上部反应器40的进料装置80和/或80a的浆料流的速率或进料速率保 持在5至100英尺/秒、优选10至80英尺/秒，且最优选20至60英尺/秒。反应器上部 40中炭的停留时间为5至40秒。此方法适用于任何粒状含碳材料。然而，优选地，粒状含碳材料为煤，包括但不限 于褐煤、烟煤、亚烟煤或它们的任意组合。其它含碳材料为来自煤的焦炭、煤炭、煤液化残余 物、粒状碳、石油焦炭、源自油页岩的含碳固体、焦油砂、浙青、生物质、浓缩下水道污泥、垃 圾、橡胶和其混合物。前述示例性材料可为粉碎的固体形式，且为了得到最好的材料加工和 反应性质，其作为液体载体中的可泵出浆料。含碳固体材料的液体载体可为能够在反应中蒸发和沉淀以形成所需气态产物，特 别是一氧化碳和氢气的任何液体。最容易想到的液体载体是在反应器下部30中形成蒸汽 的水。蒸汽能与碳反应以形成构成合成气的气态产物。此外，除水之外的液体可用于含碳 材料的浆料化。优选地，液体为水，但其也可为烃，如燃料油、残油、石油和液体C02。当液体 载体为烃时，可加入额外的水或蒸汽，以提供足够的水用于充分反应和调节反应器温度。含至少20%氧气的任何气体可用作含氧气体被加入至燃烧的反应器下部30中。 优选的含氧气体包括氧气、空气和富氧气的空气。作为浆料的液体载体中的粒状含碳材料的浓度仅为得到可泵出混合物所需的。通 常，浓度的范围至多为固体材料重量的70重量％。优选地，在第一阶段和第二阶段方法中， 浆料中粒状含碳材料的浓度的范围从30重量％至70重量％。更优选地，含水浆料中煤的 浓度为45重量％至69重量％。当煤为进料时，其可在与液体载体混合形成浆料前被粉碎，或与液体载体一起研 磨。通常，可使用任何合理细碎的含碳材料，且可应用降低颗粒固体粒度的已知方法。此方 法的实例包括使用球磨、棒磨和锤式磨。尽管粒度不重要，但优选细碎的碳颗粒。燃煤发电 厂中用作燃料的粉末煤是典型的。此煤具有90重量％煤通过200目筛的粒度分布。对于 反应性更高的材料，在可制备稳定且不沉降的浆料的前提下，也可使用100目平均粒度的 粗粒度。如本文所用，术语“炭”是指各种产物产生之后未烧尽的碳和仍在气化系统内携带 的灰颗粒。如本文所用，当使用在两个或更多项目的清单中时，术语“和/或”意味着所列举 项目的任意一个可以被独自采用，或者所列举项目的两项或更多项的任何组合可以被采用。例如，如果组合物被描述为包含组分A、B和/或C，则该组合物可以包含仅A ；仅B ；仅 C ;A和B组合；A和C组合；B和C组合；或A、B和C组合。本发明的保护范围不受上述说明书的限制，而仅限于以下权利要求书，其范围包 括权利要求书所保护主题的全部等价形式。每个权利要求作为本发明的实施方式并入本申 请。因此，权利要求书是进一步的描述，且是本发明优选实施方式的补充。对引用的相关技术的讨论，特别是
公开日在本申请优先权日之后的任何文献，并 非承认其是本发明的现有技术。本文引用的全部专利、专利申请和出版物的公开内容通过 引用并入本文，它们提供示例性、程序性或其它细节以补充本文所述内容。未明确声明“......的方法”或“......的步骤”的权利要求书中的要素不解释
为35U.S.C. § 112^6中的“方法”或“步骤”。特别地，本文权利要求中“步骤”的应用不意 在涉及35U. S. C. § 112，6条款。
权利要求
1.一种用于含碳材料的气化的方法，所述方法包括以下步骤a.将再循环炭引入反应器下部，并在其中将所述再循环炭与包括含氧气体或蒸汽的流 部分燃烧，以此产生热并形成包括合成气和熔渣的混合产物；b.使所述合成气从所述反应器下部向上进入反应器上部，并在所述反应器上部与包括 液体载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以此形成混合产物，所述混合产物包括i)包 括合成气和残余焦油的气态产物流、 )炭和iii)蒸气；c.使来自所述反应器上部的所述混合产物通过分离装置，在此所述炭被从来自所述反 应器上部的所述混合产物中分离，并作为进料被再循环引入所述反应器下部；和d.将来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物引入反应区，在此 所述残余焦油被去除，由此，所述步骤(a)中产生的热通过将步骤(b)中所述粒状含碳材料的浆料和所述载 体液体转化为步骤(b)中的气态产物流来回收。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(a)在1500°F至3500° F的温度和 14. 7psig至2000psig的压力下进行。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(a)在2000°F至3200° F的温度和 50psig至1500psig的压力下进行。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(b)在450°F至1500° F的温度和 14. 7psig至2000psig的压力下进行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(b)在500°F至1400° F的温度和50psig 至1500psig的压力下进行。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述液体载体中的所述粒状含碳材料的浆料通过一 个或多个进料装置被弓I入所述反应器上部。
7.如权利要求1所述的方法，其中包括含氧气体和蒸汽的所述流和所述炭通过一个或 多个分散装置被弓I入所述反应器下部。
8.如权利要求1所述的方法，其中包括含氧气体和蒸汽的所述流和所述炭以20至120 英尺/秒的进料速率被引入所述反应器下部，且所述反应器下部中所述炭的停留时间为2 至10秒。
9.如权利要求1所述的方法，其中包括含氧气体和蒸汽的所述流和所述炭以20至90 英尺/秒的进料速率被引入所述反应器下部，且所述反应器下部中所述炭的停留时间为4 至6秒。
10.如权利要求1所述的方法，其中液体载体中的粒状含碳材料的所述浆料以5至90 英尺/秒的进料速率被引入所述反应器上部，且所述反应器上部中液体载体中的粒状含碳 材料的所述浆料的停留时间为5至40秒。
11.如权利要求1所述的方法，其中液体载体中的粒状含碳材料的所述浆料以10至80 英尺/秒的进料速率被引入所述反应器上部，且所述反应器上部中液体载体中的粒状含碳 材料的所述浆料的停留时间为5至40秒。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述液体载体选自由水、液体CO2、石油液体和它们 的任何混合物组成的组。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述粒状含碳材料选自由煤、褐煤、石油焦炭和它们的任何混合物组成的组。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料具有30至70重量％的固体浓度，以所述 浆料的总重量计。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料具有45至69重量％的固体浓度，以所述 浆料的总重量计。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述含氧气体选自由空气、富氧气空气、氧气和它 们的混合物组成的组。
17.如权利要求1所述的方法，其中包括一个或多个催化床的所述反应区包括包括一 种或多种焦油破坏催化剂的催化流化床，以此将焦油分解。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述反应区中的温度为700°F至1900° F，压力 为 14.7psig 至 2000psig。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述反应区中的温度为1000°F至1700° F，压 力为 50psig 至 1500psigo
20.如权利要求17所述的方法，其中所述催化床为包括一种或多种焦油破坏催化剂的 催化流化床，以此将焦油分解，且碳细料被转化为一氧化碳或形成颗粒，以随着包括合成气 的出口气态产物一起通过所述催化流化床。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述催化床为催化固定床。
22.如权利要求17所述的方法，其中所述焦油破坏催化剂选自由沸石、具有载体的镍、 石灰石和它们的混合物组成的组。
23.如权利要求1所述的方法，其中包括一个或多个吸附剂床的所述反应区包括一种 或多种焦油-吸收吸附剂，以此吸收焦油以形成负载焦油的溶剂。
24.如权利要求23所述的方法，其中包括一个或多个吸附剂床的所述反应区中的温度 为 200° F 至 1000° F，压力为 14. 7psig 至 1500psig。
25.如权利要求23所述的方法，其中包括一个或多个吸附剂床的所述反应区中的温度 为 250° F 至 600° F，压力为 5Opsig 至 MOOpsig。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述吸附剂床为包括一种或多种焦油-吸收吸附 剂的流化床，以此吸收所述焦油。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述吸附剂床为包括一种或多种焦油-吸收吸附 剂的固定床，以此吸收所述焦油。
28.如权利要求23所述的方法，其中所述焦油吸收吸附剂选自由活性碳、沸石、天然存 在的硅酸盐和它们的混合物组成的组。
29.一种用于含碳材料的气化的方法，所述方法包括以下步骤a.将再循环炭引入反应器下部，并在其中将所述再循环炭与包括含氧气体或蒸汽的流 部分燃烧，以此产生热并形成包括合成气和熔渣的混合产物，其中所述反应器下部的运行 温度为对00° F至3000° F，所述反应器下部的运行压力为150psig至1200psig，其中包括所述含氧气体和蒸汽的所述流和再循环炭以30至60英尺/秒的进料速率通 过所述反应器下部上的一个或多个分散装置被引入所述反应器下部，且所述反应器下部中 所述再循环炭的停留时间为4至6秒；b.使所述合成气从所述反应器下部向上进入反应器上部，并在所述反应器上部与包括液体载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以此形成混合产物，所述混合产物包括i)包 括合成气和残余焦油的气态产物流、ii)炭和iii)蒸气，其中所述反应器上部的运行温度为阳0° F至1300° F，所述反应器上部的运行压力为 150psig 至 1200psig,其中所述液体载体中的所述粒状含碳材料的浆料以20至60英尺/秒的进料速率通过 所述反应器上部上的一个或多个进料装置被引入所述反应器上部，且所述反应器上部中液 体载体中的所述粒状含碳材料的浆料的停留时间为5至40秒；c.使来自所述反应器上部的所述混合产物通过分离装置，在此所述炭被从来自所述反 应器上部的所述混合产物中分离，并作为进料被再循环引入所述反应器下部；和d.将来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物流送入包括一种或 多种焦油破坏催化剂的一个或多个催化床，所述焦油破坏催化剂选自由沸石、具有载体的 镍、石灰石或它们的混合物组成的组，其中所述催化床的运行温度1200至1600，且所述催 化床的运行压力在150psig至1200psig，以此分解所述残余焦油，由此，所述步骤(a)中产生的热通过将步骤(b)中所述粒状含碳材料的浆料和所述载 体液体转化为步骤(b)中的气态产物流来回收。
30.一种用于含碳材料的气化的方法，所述方法包括以下步骤a.将再循环炭引入反应器下部，并在其中将所述再循环炭与包括含氧气体或蒸汽的流 部分燃烧，以此产生热并形成包括合成气和熔渣的混合产物，其中所述反应器下部的运行 温度为对00° F至3000° F，所述反应器下部的运行压力为150psig至1200psig，其中包括所述含氧气体和蒸汽的所述流和再循环炭以30至60英尺/秒的进料速率通 过所述反应器下部上的一个或多个分散装置被引入所述反应器下部，且所述反应器下部中 所述再循环炭的停留时间为4至6秒；b.使所述合成气从所述反应器下部向上进入反应器上部，并在所述反应器上部与包括 液体载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以此形成混合产物，所述混合产物包括i)包 括合成气和残余焦油的气态产物流、ii)炭和iii)蒸气，其中所述反应器上部的运行温度为阳0° F至1300° F，所述反应器上部的运行压力为 150psig 至 1200psig,其中所述液体载体中的所述粒状含碳材料的浆料以20至60英尺/秒的进料速率通过 所述反应器上部上的一个或多个进料装置被引入所述反应器上部，且所述反应器上部中液 体载体中的所述粒状含碳材料的浆料的停留时间为5至40秒；c.使来自所述反应器上部的所述混合产物通过分离装置，在此所述炭被从来自所述反 应器上部的所述混合产物中分离，并作为进料被再循环引入所述反应器下部；和d.将来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气态产物流送入包括一种或 多种焦油-吸收吸附剂的一个或多个吸附剂床，所述焦油-吸收吸附剂选自由活性碳、沸 石、天然存在的硅酸盐或它们的混合物组成的组，其中所述吸附剂床的运行温度为300° F 至500° F，且所述吸附剂床的运行压力为150psig至1200psig，以此吸收所述残余焦油，由此，所述步骤(a)中产生的热通过将步骤(b)中所述粒状含碳材料的浆料和所述载 体液体转化为步骤(b)中的气态产物流来回收。
31.一种用于含碳材料的气化的系统，所述系统包括a.反应器下部，所述反应器下部用于将再循环炭与包括含氧气体或蒸汽的流部分燃 烧，以产生热和包括合成气和熔渣的混合产物；b.反应器上部，所述反应器上部用于将来自所述反应器下部的所述合成气与包括液体 载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以产生混合产物，所述混合产物包括i)包括合成 气和残余焦油的气态产物流、 )炭和iii)蒸气；c.分离装置，所述分离装置用于将所述炭从来自所述反应器上部的所述混合产物中分 离；和d.反应区，所述反应区用于从来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气 态产物中去除残余焦油，其中，产生自所述反应器下部的热通过在反应器上部中将所述粒状含碳材料的浆料和 所述载体液体转化为所述反应器上部中的所述气态产物流来回收。
32.如权利要求1所述的系统，其中所述反应器下部包括一个或多个分散装置，所述分 散装置用于将包括含氧气体和蒸汽的所述流和所述再循环炭弓I入所述反应器下部。
33.如权利要求1所述的系统，其中所述反应器上部包括一个或多个进料装置，所述进 料装置用于将所述液体载体中的粒状含碳材料的浆料加入到所述反应器上部。
34.如权利要求1所述的系统，其中所述反应区包括包括一种多种焦油破坏催化剂的 一个或多个催化床。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述催化床为催化流化床。
36.如权利要求34所述的系统，其中所述催化床为催化固定床。
37.如权利要求34所述的系统，其中所述焦油破坏催化剂选自由沸石、具有载体的镍、 石灰石和它们的混合物组成的组。
38.如权利要求1所述的系统，其中所述反应区包括包括一种多种焦油破坏催化剂的 一个或多个吸附剂床。
39.如权利要求38所述的系统，其中所述吸附剂床为流化床。
40.如权利要求38所述的系统，其中所述吸附剂床为固定床。
41.如权利要求38所述的系统，其中所述焦油吸收吸附剂选自由活性碳、沸石、天然存 在的硅酸盐和它们的混合物组成的组。
42.如权利要求1所述的系统，其中所述反应器上部通常位于所述反应器下部上方。
43.一种用于含碳材料的气化的系统，所述系统包括a.反应器下部，所述反应器下部用于将再循环炭与包括含氧气体或蒸汽的流部分燃 烧，以产生热和包括合成气和熔渣的混合产物，其中所述反应器下部包括一个或多个分散装置，所述分散装置用于将包括含氧气体和 蒸汽的所述流和所述再循环炭引入所述反应器下部；b.反应器上部，所述反应器上部用于将来自所述反应器下部的所述合成气与包括液体 载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以产生混合产物，所述混合产物包括i)包括合成 气和残余焦油的气态产物流、 )炭和iii)蒸气，其中所述反应器上部包括一个或多个进 料装置，所述进料装置用于将所述液体载体中的粒状含碳材料的浆料加入到所述反应器上 部；c.分离装置，所述分离装置用于将所述炭从来自所述反应器上部的所述混合产物中分离；和d.反应区，所述反应区用于从来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气 态产物中去除残余焦油，所述反应区包括包括一种或多种焦油破坏催化剂的一个或多个催 化床，所述焦油破坏催化剂选自由沸石、具有载体的镍、石灰石或它们的混合物组成的组，其中，产生自所述反应器下部的热通过将反应器上部中的所述粒状含碳材料的浆料和 所述载体液体转化为所述反应器上部中的所述气态产物流来回收。
44. 一种用于含碳材料的气化的系统，所述系统包括a.反应器下部，所述反应器下部用于将再循环炭与包括含氧气体或蒸汽的流部分燃 烧，以产生热和包括合成气和熔渣的混合产物，其中所述反应器下部包括一个或多个分散装置，所述分散装置用于将包括含氧气体和 蒸汽的所述流和所述再循环炭引入所述反应器下部；b.反应器上部，所述反应器上部用于将来自所述反应器下部的所述合成气与包括液体 载体中的粒状含碳材料的浆料的流热解，以产生混合产物，所述混合产物包括i)包括合成 气和残余焦油的气态产物流、ii)炭和iii)蒸气，其中所述反应器上部包括一个或多个进 料装置，所述进料装置用于将所述液体载体中的粒状含碳材料的浆料加入到所述反应器上 部；c.分离装置，所述分离装置用于将所述炭从来自所述反应器上部的所述混合产物中分 离；和d.反应区，所述反应区用于从来自所述反应器上部，包括合成气和残余焦油的所述气 态产物中去除残余焦油，所述反应区包括包括一种或多种焦油-吸收吸附剂的一个或多个 吸附剂床，所述焦油-吸收吸附剂选自由活性碳、沸石、天然存在的硅酸盐或它们的混合物 组成的组，其中，产生自所述反应器下部的热通过将反应器上部中所述粒状含碳材料的浆料和所 述载体液体转化为所述反应器上部中的所述气态产物流来回收。
全文摘要
本发明涉及用于气化如含碳材料等进料的系统和方法。本发明包括在两个分离的反应区中将干固体部分燃烧和将含碳材料浆料热解，且产生包括合成气的混合产物。本发明应用一个或多个催化或吸附剂床以从合成气中去除焦油。在控制所产生焦油的情况下，本发明的系统和方法允许在较高浆料进料速率和较低温度下进行气化，以此增加整个气化的转化效率。
文档编号C10J3/54GK102124083SQ200980131465
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年8月15日
发明者A·C·昌, C·L·威廉姆斯, D·L·布莱顿, M·W·汤普森 申请人:科诺科菲利浦公司