1.一种含碳原料气化制清洁合成气的方法,其特征在于,步骤如下:
在气化反应器中,含碳原料与气化剂被固体热载体加热,发生热解反应、气化反应和/或重整反应,生成气态产物、附着有积炭的固体热载体和半焦,气化反应器的温度为700-950℃;气态产物进入脱硫反应器中,在催化剂作用下,脱除气态产物中的含硫组分,生成清洁合成气和吸附/结合有硫化物的催化剂,脱硫反应器的温度为300-850℃;气化反应器的固体热载体和半焦、脱硫反应器中吸附/结合有硫化物的催化剂进入提升器;在提升器中通入热空气,半焦和固体热载体上的积炭燃烧,过程产生的热量用于加热固体热载体和催化剂,热烟气携带半焦燃烧后的灰分、固体热载体和催化剂经提升器进入气固分离器;在气固分离器中,携带粉尘的热烟气分别与固体热载体和催化剂分离;离开气固分离器的热烟气经除尘、除有害气体和热量回收后外排;离开气固分离器的固体热载体和催化剂被分为两部分,固体热载体经烧焦罐再次回到气化反应器,催化剂进入再生器与再生器中引入的再生气反应,实现吸附/结合硫化物的催化剂的充分再生,再生后的催化剂返回脱硫反应器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的催化剂是脱硫剂、脱硫和焦油重整双功能催化剂。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,当催化剂作为脱硫剂时,用于将气态产物中的硫转移到催化剂中;所述的催化剂是铈系、锰系、铁系或镍系脱硫剂、氧化锌或含氧化锌的复合金属氧化物。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,当催化剂作为脱硫和焦油重整双功能催化剂时,用于将所述的气态产物中的硫转移到所述催化剂中,并实现气态产物中焦油组分的有效脱除;所述的催化剂由脱硫剂与焦油重整催化剂组合而成,所述的脱硫剂是铈系、锰系、铁系或镍系脱硫剂、氧化锌或含氧化锌的复合金属氧化物,所述的焦油重整催化剂是橄榄石、橄榄石载镍催化剂或橄榄石载铁催化剂;所述的催化剂为具备脱硫和焦油重整双重功能的镍系催化剂。
5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于,所述的催化剂中同时混入惰性物料,所述的惰性物料是石英砂、砂子或氧化铝小球。
6.根据权利要求1-4任一所述的方法,其特征在于,气化反应器中温度通过如下方式实现:(1)调节进入气化反应器的固体热载体的温度及其与含碳原料的质量比,其中进入气化反应器的固体热载体的温度为750-1000℃,单位时间内进入气化反应器的固体热载体与含碳原料的质量比为10-100:1;(2)在气化反应器中通入氧气,通过含碳原料或含碳原料的反应产物的部分燃烧提供热量;
进入气化反应器的含碳原料是含碳固体燃料、含碳液体燃料、含碳气体燃料中的一种或两种以上混合;
进入气化反应器的气化剂是水蒸气,或水蒸气与氧气的混合物,或水蒸气与二氧化碳的混合物,或水蒸气与二氧化碳和氧气的混合物。
7.根据权利要求1-4任一所述的方法,其特征在于,脱硫反应器中的温度通过如下方式实现:(1)调节进入脱硫反应器的催化剂的温度及其与进入气化反应器的含碳原料的质量比,单位时间内进入所述脱硫反应器的所述催化剂与进入所述气化反应器的含碳原料的质量比为5-50:1,催化剂进入脱硫反应器时的温度控制在300-850℃;(2)在脱硫反应器的前置再生器中,通过引入再生气,实现吸附/结合硫化物的催化剂的充分再生,与此同时,采用间接或直接换热方式控制再生器出口催化剂的温度;(3)在脱硫反应器中,气态产物与催化剂的接触方式是并流、逆流或错流。
8.根据权利要求1-4任一所述的方法,其特征在于,
通过控制进入提升器的提升空气的温度与固体热载体、催化剂和半焦在提升器中的停留时间,使半焦与固体热载体和催化剂上的积炭在提升过程中完全烧除,固体热载体和催化剂被加热;进入所述提升器的热空气的温度设置为保证所述半焦和所述积炭能够完全燃烧,同时避免所述催化剂中活性组分烧结和所述灰分的熔融,所述热空气的入口温度控制在300-800℃;高温固体热载体经气固分离器进入烧焦罐,所述烧焦罐的最高温度和离开烧焦罐的固体热载体的温度控制在800-1100℃,当所述半焦和积炭的燃烧产生的热量不足以将所述固体热载体加热到上述温度时,通过在所述烧焦罐中添加气体或液体或固体辅助燃料,利用所述辅助燃料的燃烧来补充热量;
通过控制进入提升器的提升空气的温度与固体热载体、催化剂和半焦在提升器中的停留时间,使半焦在提升过程中部分燃烧,所述热空气的入口温度控制在20-600℃;固体热载体和残余半焦经气固分离器进入烧焦罐后,残余半焦和固体热载体上的积炭在空气气氛下燃尽,高温固体热载体返回气化反应器。
9.一种含碳原料气化制取清洁合成气的装置,其特征在于,该装置包括气固分离器、脱硫反应器的前置再生器、烧焦罐、气化反应器、脱硫反应器和提升器;脱硫反应器的前置再生器的催化剂入口和烧焦罐的固体热载体入口分别经管道连接至气固分离器的两个固体物料出口,脱硫反应器的前置再生器的催化剂出口与脱硫反应器的催化剂入口连接,烧焦罐的固体热载体出口与气化反应器的固体热载体入口连接,气化反应器的固体热载体出口管道和脱硫反应器的催化剂出口管道汇合后或各自经提升器连接至气固分离器的固体热载体/催化剂入口,气化反应器的气态产物出口连接至脱硫反应器的气态产物入口。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,在提升器下部设置新鲜催化剂入口,以补充催化剂损失。