处理含碳材料的方法及其设备与流程

本公开涉及一种在反应器中处理含碳材料(尤其是煤)的工艺。

背景技术：

1、热解反应器在没有氧气或任何卤素的条件下在升高的温度提供有机材料的热化学分解。热解涉及化学组成和物理相的同时变化，并且是不可逆的。反应器设计可以使用两种主要的传热模式为热化学转化提供能量：直接传热模式、间接传热模式、或这两者的组合。间接加热依赖于金属传热表面，这是这类设备扩大规模的一个限制因素，导致多个单元并行运转以达到合理的工厂吞吐量。这导致高投资成本、高维护成本、高运转成本和低热效率。这类设备的例子有回转窑、鼓式窑、干馏炉(固定床)、螺杆机、烧蚀和真空反应器。一些新型间接加热方法包括电能(辐射和/或传导)、等离子体、微波和太阳能。这些方法通常需要廉价的电力和惰性载气。此外，这些复杂的加热方法具有高运转和投资成本。

2、直接传热可以使用热燃烧废气流或惰性气体(通常是合成气)的再循环实现。使用热燃烧废气致使合成气被二氧化碳和氮气显著稀释，导致热值非常低的合成气，这种合成气的用途有限，因为它一旦冷却下来就没有足够的燃烧值来实现自燃。使用合成气的再循环的缺点是废气净化系统必须大得多，以处理额外的再循环气体量，并且气体必须被再次压缩。此外，必须对热解废气(粗合成气)进行湿洗(冷却)，以冷凝并去除焦油和油类。因此，在每次循环中，必须将再循环气体从大约80℃再压缩和再加热到+800℃，导致热效率低且运营成本高。此外，必须使用间接热交换器对再循环的合成气再次加热，导致更高的投资成本。通过热解反应器的高气流量降低生物炭的产量。这种技术的例子有固定床干馏炉、多膛炉、流化床和气流床反应器。

3、以上对背景技术的引用并不构成承认该技术构成本领域普通技术人员的公知常识的一部分。上述参考文献也并非意图将本申请限制于在本文中公开的致动器、制造致动器的方法、以及致动器组成。

技术实现思路

1、本公开一般性涉及在反应器中处理含碳材料，包括煤。还应理解，所公开的工艺可以应用于其它含碳材料。

2、在一些形式中，工艺用于使用热解来处理有机材料，以将有机材料原料解构为基础组分。在一些形式中，工艺是对有机材料的低热成本处理，包括所述处理的一些产物或输出物(例如碳)的回收。

3、但是，应理解，工艺不限于这些用途或输出物。所描述的工艺处理原料中的变化性，并且能够在广泛的条件下操作。

4、在一些形式中，一级反应器可能需要在较高的温度下操作，即，处理高固定碳原料，例如煤。使用蒸汽流化的竖直取向能够使用我们的传热和传质方法(尤其是使用多注入点)来大规模地实现这一点。

5、在一些形式中，所公开的技术能够将碳的可控部分作为固体(炭)留下，该固体可以被作为固体材料封存，以实现碳中和。在一些形式中，将一部分碳保持为固体还允许控制合成气的组成(就h2与co的比例而言)，以适合下游的改质工艺。例如，在一些形式中，如果所需的h2:co比例是3:1，那么该技术和工艺允许用户制造甲烷，或者，如果h2:co的比例优选是2:1，那么允许用户制造甲醇。

6、还可以通过混合反应性矿物(铁基矿物)和非反应性矿物(沸石、氧化铝等)来改变传热和传质(hmt)介质的组成，从而操控所公开的系统。这有效地转移co2的去向，即，从合成气转移到流化床氧化废气。使用反应介质(传质)意味着再加热不需要燃料，即，feo氧化成fe2o3提供足够的能量，结果不产生二氧化碳。

7、在一些形式中，所公开的技术可以具有热学和化学循环原理的组合，并且能够提供最佳的热解和气化结果，即，获得高产量的优质生物炭和未被大气氮稀释的清洁合成气。

8、基于化学循环，在一些形式中，可能不需要从空气中分离氧气，这有可能节省电能，同时产生与常规吹氧气化炉类似的合成气品质。

9、在一些形式中，介质可以是固态热和氧载体，该载体能够在工艺中被再循环(循环)。在一些形式中，天然存在的矿物(例如钛铁矿或铁矿石)可能是这一任务的理想选择。

10、在一些形式中，回收的合成气可用于发电(按需)，或者可被分离成产品(即，氢气)，或者可提供化学原料用于转化成其它商品。在一些形式中，合成气没有被氮气稀释，其热值高，这可以允许经济地储存合成气(储存在储气罐中或作为压缩气体储存)。

技术特征：

1.一种处理含碳材料的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一反应器内的温度为800至900℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应器包括至少两个在竖向上彼此分开的区。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括基于铁的氧化物的催化剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述催化剂包括钛铁矿。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括输送热砂形式的所述催化剂或砂形式的其它固体介质。

7.根据权利要求6所述的方法，其中通过沿着所述反应器的高度间隔开的多个输入口输送所述催化剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其中通过所述多个间隔开的输入口向所述反应器中输送所述催化剂是通过多个阀控制的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述阀是非机械的。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述催化剂在沿着所述反应器的长度的多个点处的输送将所述反应器分成多个反应区。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过包括多个输入口的热砂分配组件将所述催化剂输送到所述反应器中，所述输入口是通过向所述组件中添加流化空气以降低提升管室中的密度并将所述热砂移至所述多个输入口中来控制的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含碳材料包括煤。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中输送至所述二级反应器的所述输出物包括气体输出物。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括从所述输出物材料分离生物炭。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述输出物是来自所述反应器的合成气输出物。

16.根据权利要求13、14或15所述的方法，其中所述二级反应器和所述反应器使用共同的再循环介质。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括向所述二级反应器输送另外的催化剂。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括回收固体碳基材料。

19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中利用蒸汽作为流化剂。

技术总结
一种处理含碳材料的方法，该方法包括向第一反应器区输送含碳材料；向该第一反应器区输送催化剂；在该第一反应器内处理含碳材料，以使含碳材料的至少一部分分解和/或脱除挥发组分；将来自第一反应器的输出物输送至二级反应器；该二级反应器具有高于第一反应器的温度。

技术研发人员：J·D·温特
受保护的技术使用者：西亚塔控股私人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17