從含碳材料生產(chǎn)合成氣的過程的運行方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)可有效用于下游過程的合成氣的方法。所述用于生產(chǎn)合成氣的方法包括以啟動模式運行氣化裝置，直至所述氣化裝置和所述氣化裝置的下游設(shè)備被充分升溫到第一目標溫度。然后，在達到第一目標溫度后，以生產(chǎn)模式運行所述方法，以產(chǎn)生具有更高CO/CO2摩爾比的第二合成氣。以啟動模式運行直至達到第一目標溫度，提供了一種有效減少下游設(shè)備中的結(jié)垢并提供可以被更有效地冷卻和清潔的第二合成氣的方法。
【專利說明】從含碳材料生產(chǎn)合成氣的過程的運行方法
[0001]本申請要求均于2011年4月6日提交的美國臨時申請?zhí)?1/516，646、61/516，704和61/516，667的權(quán)益，所有這些臨時申請以其全文通過引用并入本文。
[0002]本發(fā)明提供了一種用于氣化含碳材料以產(chǎn)生包含一氧化碳和氫氣的發(fā)生爐氣體或合成氣體或合成氣的方法。更具體來說，所述方法能夠有效地生產(chǎn)用于下游應用的冷卻的合成氣。所述方法利用含碳材料的氣化來產(chǎn)生合成氣，隨后通過所述合成氣的冷卻來生產(chǎn)冷卻的合成氣，并任選地清潔所述冷卻的合成氣以產(chǎn)生用于數(shù)種下游過程的清潔合成氣。
【背景技術(shù)】
[0003]將含碳材料氣化以生產(chǎn)包含一氧化碳和氫氣的發(fā)生爐氣體或合成氣體或合成氣，在本領(lǐng)域中是公知的。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于化學計算量的氧氣以促進一氧化碳的產(chǎn)生，如PCT專利申請?zhí)朩093/018341中所公開的。通過含碳材料的部分氧化產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，通常在高溫熱處理單元中進行處理，以例如破壞焦油。參見例如W02009/154788，其公開了一種雙級氣化器，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?？刂频谝患壍臏囟群脱鯕廨斎肓?，使得僅僅發(fā)生含碳材料的部分氧化。來自于第一級的氣態(tài)產(chǎn)物移動到第二級(熱處理單元)。將純氧氣導入到第二級中，以便完成來自于第一級的氣態(tài)料流中包含的任何焦油的裂化和部分氧化。從第二級移除產(chǎn)物合成氣。
[0004]通過本領(lǐng)域中描述的氣化過程生產(chǎn)的合成氣可能是熱的，并需要在下游加工之前冷卻。熱合成氣的這種熱含量的回收和使用，對于過程經(jīng)濟學來說可能是非常重要的。在氣化裝置中產(chǎn)生的包含一 氧化碳的熱合成氣，在氣化裝置下游的熱交換器或廢熱鍋爐中被冷卻。參見例如美國專利號6，435，139、美國專利號7，587，995和美國專利號7，552，701。
[0005]在高溫還原性環(huán)境下，一氧化碳是穩(wěn)定的產(chǎn)物。然而，當一氧化碳被冷卻時，一氧化碳可能氧化成二氧化碳，并產(chǎn)生作為煙炱沉淀的碳(石墨):
[0006]2C0 (g) — CO2 (g)+C (S)
[0007]該反應一般被稱為Boudouard反應,并且據(jù)信在等于或低于約760°C的溫度下發(fā)生。由碳的沉積引起的熱轉(zhuǎn)移表面的結(jié)垢，可以造成合成氣冷卻器運行的中斷。因此，消除或減少合成氣冷卻器的結(jié)垢是重要的。
[0008]含碳物質(zhì)中的硫在還原性運行模式中轉(zhuǎn)化成H2S,在氧化性運行模式中轉(zhuǎn)化成SO2。在啟動期間制造SO2是有利的，以便可以在棄置之前將其容易地擦洗掉。
[0009]對于包括將含碳材料在氣化裝置中氣化以產(chǎn)生包含一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的合成氣，并將所述合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以便減少或消除結(jié)垢或碳沉積物的形成的過程的運行方法，存在著需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]提供了一種用于生產(chǎn)可有效用于下游過程的合成氣的方法。所述用于生產(chǎn)合成氣的方法包括以啟動模式運行氣化裝置，直至所述氣化裝置和所述氣化裝置的下游設(shè)備被充分升溫到第一目標溫度。然后，在達到第一目標溫度后，以生產(chǎn)模式運行所述方法，以產(chǎn)生具有更高co/co2摩爾比的第二合成氣。以啟動模式運行直至達到第一目標溫度，提供了一種有效減少下游設(shè)備中的結(jié)垢并提供可以被更有效地冷卻和清潔的第二合成氣的方法。被冷卻并清潔的具有更高co/co2摩爾比的第二合成氣，對于發(fā)酵過程特別有用。
[0011]所述用于生產(chǎn)合成氣的方法包括將含碳材料氣化以提供CO與CO2摩爾比小于約0.5的第一合成氣,直至所述第一合成氣達到第一目標溫度。在達到所述第一目標溫度后，將含碳材料氣化以提供CO與CO2摩爾比大于所述第一合成氣的第二合成氣。含碳材料的氣化發(fā)生在氣化裝置中，并將分子氧在以干重計每噸含碳材料約O至約100磅-摩爾的速率下導入，以提供所述第一合成氣?？梢栽谒鰵饣b置內(nèi)部和/或下游的一個或多個點處測量所述第一合成氣的溫度。當所述氣化裝置內(nèi)部和/或外部的一個或多個點處的所述第一合成氣的溫度達到所述第一目標溫度時，將分子氧在以干重計每噸含碳材料O至約100磅-摩爾的速率下導入，以提供所述第二合成氣。就此而言，所述第一目標溫度為約700°c至約 1000°C。
[0012]在一種情況下，使至少一部分所述第一合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣，并且使至少一部分所述第二合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第二合成氣。就此而言，使合成氣以大于約24米/秒的線速度穿過所述合成氣冷卻器。將至少一部分所述第一合成氣提供到熱氧化單元，直至所述第一合成氣達到所述第一目標溫度。
[0013]在另一種情況下，提供了一種生產(chǎn)合成氣的方法，所述方法包括向氣化裝置添加含碳材料和分子氧，以產(chǎn)生C0/C02摩爾比小于0.5的第一合成氣。在氣化裝置的下游測量所述第一合成氣的溫度。可以在進入合成氣冷卻器之前或在合成氣冷卻器的下游測量溫度。一旦所述合成氣在進入合成氣冷卻器之前達到第一溫度后，減少所述氣化裝置中每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，以產(chǎn)生co/co2摩爾比大于所述第一合成氣的co/co2摩爾比的第二合成氣。所述第一目標溫度為約700°C至約1000°C。減少每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，可以通過提 高含碳材料的添加速率來實現(xiàn)?；蛘?，減少每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，可以通過降低分子氧的添加速率來實現(xiàn)。
[0014]可以使至少一部分所述第一合成氣穿過所述合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣，并可以使至少一部分所述第二合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第二合成氣。可以將至少一部分所述冷卻的第一合成氣與一部分所述第一合成氣在其穿過所述合成氣冷卻器以產(chǎn)生所述冷卻的第一合成氣之前進行混合?？梢詫⒅辽僖徊糠炙隼鋮s的第二合成氣與至少一部分所述第二合成氣在穿過所述合成氣冷卻器以產(chǎn)生所述冷卻的第二合成氣之前進行混合。流過所述合成氣冷卻器的所述冷卻的第一合成氣與所述第一合成氣的混合物可以具有大于約24米/秒的線速度。流過所述合成氣冷卻器的所述冷卻的第二合成氣與所述第二合成氣的混合物可以具有大于約24米/秒的線速度。
[0015]在另一種情況下，可以在降低每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量之前或在達到第一目標溫度之前，向所述氣化裝置添加水蒸氣和CO2中的一種或多種。當在達到第一目標溫度之前進行添加時，添加以干重計每噸含碳材料小于約50磅-摩爾的水蒸氣或以干重計每噸含碳材料小于約50磅-摩爾的CO2。
[0016]在另一種情況下，提供了一種包括將含碳材料在氣化裝置中氣化以產(chǎn)生清潔合成氣的方法。所述方法包括在所述氣化裝置中添加含碳材料并添加分子氧，以產(chǎn)生co/co2摩爾比小于0.5的第一合成氣。使至少一部分所述第一合成氣穿過所述合成氣冷卻器，以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣。使至少一部分所述冷卻的第一合成氣穿過粉塵收集系統(tǒng)以產(chǎn)生清潔的合成氣。在所述粉塵收集系統(tǒng)的出口處測量所述清潔的合成氣的溫度。在清潔的合成氣的溫度達到第二目標溫度后，降低所述氣化裝置中每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，以產(chǎn)生co/co2摩爾比大于所述第一合成氣的co/co2摩爾比的第二合成氣。就此而言，所述第二目標溫度為約100°c至約200°C。所述方法有效地提供具有小于約IOppm焦油的合成氣。
[0017]在另一種情況下，提供了一種用于冷卻合成氣的方法。所述方法包括使合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的合成氣，并將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)到所述合成氣冷卻器的入口，以將所述合成氣冷卻器的入口處的溫度維持在760°C以下，并且穿過所述合成氣冷卻器的線速度為至少24米/秒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]根據(jù)下面的圖，所述方法的數(shù)種情況的上述和其他方面、特征和優(yōu)點將更加顯而易見。
[0019]圖1是方法的一種情況的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣。
[0020]圖2是方法的一種情況的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣；其中將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合。
[0021]圖3是方法的一種情況`的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣；其中將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合；并且其中所述氣化裝置包括通過連接區(qū)相連的兩個反應區(qū)，例如氣化區(qū)和熱處理區(qū)。
[0022]圖4是方法的一種情況的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣；其中將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合；其中可以將熱合成氣和冷卻的合成氣中的一種或多種的至少一部分送往熱氧化單元；并且其中可以將至少一部分所述冷卻的合成氣在袋濾室中進行加工。
[0023]在整個數(shù)張圖的視圖中，相應的參考符號指示相應的部件。專業(yè)技術(shù)人員將會認識到，圖中的元件以簡單明了的方式示出，并且不一定是按比例繪制的。例如，圖中的某些元件的尺寸可能相對于其他元件被夸大，以幫助改善對本發(fā)明的方法和裝置的各個方面的理解。此外，在商業(yè)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，以便于這些各種情況的更少阻礙的圖示?！揪唧w實施方式】
[0024]定義
[0025]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(shù)語如下所定義，并且可以包括下面所限定的定義的單數(shù)或復數(shù)形式:
[0026]修飾任何量的術(shù)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(chǎn)設(shè)施中遇到的變差。例如，當被“約”修飾時，混合物或參量中采用的成分或測量結(jié)果的量包括在生產(chǎn)廠或?qū)嶒炇抑械膶嶒灄l件下測量時的變差和通常所采用的關(guān)注程度。例如，當被“約”修飾時，產(chǎn)物組分的量包括在工廠或?qū)嶒炇业亩啻螌嶒炛胁煌沃g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。本文中所陳述的并被“約”修飾的任何數(shù)量也可以作為未被“約”修飾的量用于本公開中。
[0027]術(shù)語“袋濾室”是指被設(shè)計成使用工程化織物過濾管、包膜或柱盒來捕獲、分離或過濾氣體中包含的固體粒子(細小粒子、粉塵)的過程或設(shè)備。帶有粉塵或帶有固體的氣體進入袋濾室并穿過起到過濾器作用的織物袋。袋子可以是管或包膜形狀的針織棉或氈化棉、合成或玻璃纖維材料。袋濾室的常見類型包括機械振動器、反向空氣和反向噴氣。
[0028]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(chǎn)品。然而，在本說明書中，含碳材料包括固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)或等離子態(tài)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(shè)想了:含碳材料，含碳液體產(chǎn)物，含碳工業(yè)液體再循環(huán)物，含碳市政固體廢物(MSW或msw)，含碳城市廢物，含碳農(nóng)業(yè)材料，含碳林業(yè)材料，含碳木材廢物，含碳建筑材料，含碳植物材料，含碳工業(yè)廢物，含碳發(fā)酵廢物，含碳石化副產(chǎn)物，含碳醇生產(chǎn)副產(chǎn)物，含碳煤，輪 胎，塑料，廢塑料，焦爐焦油，軟纖維(fibersoft)，木質(zhì)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)，污水污泥，動物糞便，作物殘留物，能源作物，林業(yè)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(fā)酵過程廢物，乙醇副產(chǎn)物，酒糟，廢微生物或其組合。
[0029]術(shù)語“粉塵收集器”或“粉塵收集系統(tǒng)”是指被設(shè)計用于捕獲、分離或過濾氣體中包含的固體粒子(細小粒子、粉塵)的過程或設(shè)備。粉塵收集系統(tǒng)一般由送風機、粉塵過濾器、過濾器清潔系統(tǒng)和粉塵容器或粉塵去除系統(tǒng)構(gòu)成。工業(yè)粉塵收集器的主要類型包括惰性分離器、織物過濾器或袋濾室、濕式除塵器、靜電除塵器和單元集塵器。
[0030]術(shù)語“軟纖維”(fibersoft或 Fibersoft 或 fibrosoft 或 fibrousoft)是指由于各種物質(zhì)的軟化和濃縮而產(chǎn)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(zhì)的蒸氣壓熱處理來生產(chǎn)。在另一個實例中，軟纖維可以包括市政、工業(yè)、商業(yè)和醫(yī)療廢物的蒸氣壓熱處理產(chǎn)生的纖維質(zhì)糊狀材料。
[0031]術(shù)語“市政固體廢物”或“MSW”或“msw”是指包含家庭、商業(yè)、工業(yè)和/或殘余廢物的廢物。
[0032]術(shù)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(chǎn)方法的實例包括天然氣或烴的水蒸氣重整以產(chǎn)生氫氣，煤的氣化以及在某些類型的廢物變能源的氣化設(shè)施中。該名稱來自于它們在產(chǎn)生合成天然氣(SNG)的過程中作為中間體和用于生產(chǎn)氨或甲醇的用途。合成氣的用途包括在通過費-托(Fischer-Tropsch)合成和以前的Mobil甲醇制汽油方法生產(chǎn)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(gòu)成，其能量密度(即BTU含量)小于天然氣的一半。合成氣是可燃燒的，并且通常被用作燃料源或作為中間體用于生產(chǎn)其他化學品。
[0033]“噸”是指美國短噸，即約907.2kg (2000磅)。
[0034]當在本文中使用時，術(shù)語“焦油”包括但不限于氣體焦油、液體焦油、固體焦油、形成焦油的物質(zhì)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于測量焦油的焦油測量方法。一大類技術(shù)包括基于與檢測器偶聯(lián)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(zhì)譜儀。另一類技術(shù)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(fā)光光譜法和LIBS (激光誘導擊穿光譜法)技術(shù)。用于監(jiān)測燃燒氣體的另一種技術(shù)是FTIR (傅里葉變換紅外)紅外光譜術(shù)。各種各樣的文獻提到了這種技術(shù)，例如W02006015660、W003060480和美國專利號5，984，998。
[0035]還存在允許連續(xù)監(jiān)測焦油的其他已知電子學方法。這些技術(shù)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(shù)也可用于測量焦油。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，焦油濃度當量或焦油當量最優(yōu)選地對應于苯的當量ppm(摩爾)。在氣化裝置的出口處以及在合成氣的任何顯著冷卻的上游處測量焦油濃度是有用的。
[0036]詳細描述
[0037]下面的描述不應被視為限制性的，而是僅僅出于描述示例性實施方式的一般性原理而做出的。本發(fā)明的范圍應該參考權(quán)利要求書來確定。
[0038]提供了一種用于生產(chǎn)合成氣的氣化方法，所述方法包括將含碳材料在氣化裝置中氣化以產(chǎn)生包括一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的合成氣,并將所述合成氣在合成氣冷卻器或廢熱鍋爐中冷卻，以 及任選地將冷卻的合成氣用化學物質(zhì)進一步處理以去除污染物，然后將含有化學物質(zhì)的合成氣在粉塵收集系統(tǒng)例如袋濾室中進一步處理。所述方法包括以啟動模式，使用降低的進料速率并任選地使用高的每單位質(zhì)量含碳材料的氧氣輸入量(例如化學計算量或接近化學計算量或高于化學計算量的氧氣)運行氣化裝置，以產(chǎn)生具有低CO含量，即具有低co/co2比率例如co/co2摩爾比小于約0.5的第一合成氣。所述方法包括以生產(chǎn)模式，即使用低的每單位質(zhì)量含碳材料的氧氣輸入量(例如低于化學計算量的氧氣)運行氣化裝置，以便優(yōu)先促進一氧化碳的產(chǎn)生并產(chǎn)生具有高CO含量，即具有高co/co2比率例如co/co2摩爾比大于第一合成氣的co/co2摩爾比的第二合成氣。在一種實施方式中，第二合成氣中的co/co2摩爾比大于約1.0。
[0039]所述方法包括以啟動模式運行氣化裝置，直至氣化裝置和氣化裝置的下游設(shè)備被充分升溫。因此，所述方法包括在氣化裝置內(nèi)部和下游的一個或多個點(位置)處測量溫度。在一種情況下，所述方法包括在氣化裝置內(nèi)部和下游的一個或多個點(位置)處測量合成氣(例如第一合成氣)的溫度。根據(jù)所述方法，在氣化裝置內(nèi)部和下游的一個或多個點(位置)達到目標溫度后，氣化裝置的運行從啟動模式過渡到生產(chǎn)模式。在一種情況下，在進入合成氣冷卻器之前的合成氣(第一合成氣)的溫度達到第一目標溫度后，氣化裝置的運行從啟動模式過渡到生產(chǎn)模式。在一種情況下，在粉塵收集系統(tǒng)(例如袋濾室)出口處的合成氣(第一合成氣)的溫度達到第二目標溫度后，氣化裝置的運行從啟動模式過渡到生產(chǎn)模式。
[0040]直到第一合成氣的溫度達到第一目標溫度之前，可以使在該運行的啟動模式期間產(chǎn)生的全部或一部分第一合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣?；蛘?，在該運行的啟動模式期間產(chǎn)生的全部或一部分第一合成氣可以被送往熱氧化單元進行加工和處置。在一種實施方式中，直到所述合成氣冷卻器的入口處的第一合成氣的溫度達到第一目標溫度之前，全部或一部分第一合成氣被送往熱氧化單元。在一種情況下，在以啟動模式運行氣化裝置期間，全部或一部分第一合成氣被送往熱氧化單元。
[0041]在一種情況下，在合成氣冷卻器入口處的第一合成氣的溫度達到第一目標溫度后，氣化裝置的運行過渡到生產(chǎn)模式。在一種情況下，在粉塵收集系統(tǒng)(例如袋濾室)出口處的第一合成氣的溫度達到第二目標溫度后，氣化裝置的運行過渡到生產(chǎn)模式。繼續(xù)將含碳材料和分子氧添加到氣化裝置中，但是降低所述氣化裝置中每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，以便產(chǎn)生具有高CO含量或具有高co/co2比率，例如co/co2摩爾比大于第一合成氣的co/co2摩爾比的第二合成氣。例如，在一種實施方式中，第二合成氣中的co/co2摩爾比大于約1.0?？梢允乖谠撨\行的生產(chǎn)模式期間產(chǎn)生的全部或一部分第一合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第二合成氣。任選地，在該運行的生產(chǎn)模式期間產(chǎn)生的全部或一部分第二合成氣可以被送往熱氧化單元進行加工和處置。
[0042]希望在第一合成氣中具有很少或沒有CO并主要具有C02。在一種情況下，所述方法可有效地在所述第一合成氣中提供小于約0.5的C0/C02摩爾比。在一種情況下，所述第一合成氣中的C0/C02摩爾比小于約0.25。在另一種情況下，所述第一合成氣中的0)/0)2摩爾比小于約0.1。希望在第二合成氣中具有更多CO和更少co2。在一種情況下，所述方法可有效地在所述第二合成氣中提供大于約1.0的co/co2摩爾比。在一種情況下，所述第二合成氣中的C0/C02摩爾比大于約1.5。
[0043]在以生產(chǎn)模式運行期間向氣化裝置供應低于化學計算量的氧氣，以便促進一氧化碳的產(chǎn)生。因此，在一種情況下，在以生產(chǎn)模式運行期間，分子氧輸入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總量之比在0.1至0.9的范圍內(nèi)，在一種情況下在0.1至0.8的范圍內(nèi)，在另一種情況下在0.1至0.7的范圍內(nèi)，在另一種情況下在0.1至0.45的范圍內(nèi)。在一種情況下，在以啟動模式運行期間，分子氧輸入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總量之比在0.5至2.0的范圍內(nèi)。在一種情況下，在以啟動模式運行期間，分子氧輸入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總量之比在0.75至1.5的范圍內(nèi)。在一種情況下，在以啟動模式運行期間，分子氧輸入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總量之比在0.9至1.1的范圍內(nèi)。
[0044]目標溫度被選擇成使得可以避免或減少在氣化裝置內(nèi)部和下游發(fā)生結(jié)垢或沉積物形成。第一目標溫度可以為約700°C至約1000°C。在一種情況下，第一目標溫度可以為約750°C至約850°C。粉塵收集系統(tǒng)出口處的第二目標溫度可以為約100°C至約200°C。在一種情況下，第二目標溫度可以為約100°C至約150°C。
[0045]每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加速率的降低，可以通過提高含碳材料的添加速率來實現(xiàn)。例如在一種情況下，對于啟動模式運行來說，將含碳材料進料的添加速率保持在顯著低于生產(chǎn)模式運行中的所述添加速率，同時在每種運行模式中將分子氧的添加速率保持在相同水平。每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加速率的降低，可以通過降低分子氧的添加速率來實現(xiàn)。例如在一種情況下，對于啟動模式運行和生產(chǎn)模式運行來說，將含碳材料進料的添加速率保持相同，但是降低分子氧的添加速率。在一種情況下，當運行模式從啟動模式變成生產(chǎn)模式時，降低分子氧的添加速率，同時提高含碳材料的添加速率。
[0046]通過采取附加措施確保流過合成氣冷卻器的氣體具有足夠高的線速度，可以避免或減少在合成氣冷卻器中發(fā)生結(jié)垢或沉積物形成。在合成氣冷卻器的入口處測量到的線速度大于約15米/秒，在另一種情況下大于約20米/秒，并且在另一種情況下，約24米/秒是理想的。在另一種情況下，在合成氣冷卻器的入口處測量到的線速度在約15米/秒至約30米/秒之間，并且在另一種情況下在約22米/秒至約26米/秒之間。通過提高氣體的體積流速和/或減小流動的橫截面積，可以獲得提高的線速度。通過將離開合成氣冷卻器的全部或一部分氣體再循環(huán)回到合成氣冷卻器入口，可以提高體積流速。例如在一種情況下，通過將至少一部分冷卻的第一合成氣與至少一部分第一合成氣在穿過所述合成氣冷卻器之前混合，來獲得提高的線速度。在另一種情況下，通過將至少一部分冷卻的第二合成氣與至少一部分第二合成氣在穿過所述合成氣冷卻器之前混合，來獲得提高的線速度。還可以通過提高氣體的惰性含量來獲得提高的體積流速。當無論出于何種原因，包括在啟動、關(guān)閉和原料過渡期間將合成氣生產(chǎn)速率降低時，再循環(huán)的冷卻合成氣的使用能夠使最佳交換器速度得以維持。因此，在一種情況下，特別是在啟動模式運行期間，通過使用空氣作為分子氧來源來獲得提高的線速度。
[0047]氣化裝置可以包括現(xiàn)有技術(shù)中描述的任何氣化設(shè)備，例如但不限于移動床、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，氣化裝置包含橫流單元。在一種實施方式中，氣化裝置包含橫流移動床單元。
[0048]在一種情況下，氣化裝置包括:氣化區(qū)，其中將含碳材料與含氧氣體在相對低的溫度(例如低于灰熔融溫度)下相接觸以產(chǎn)生原始合成氣；以及熱處理區(qū)，其中原始合成氣在附加量的氧氣存在下在較高溫度(例如高于灰熔融溫度)下經(jīng)歷熱處理或調(diào)制以產(chǎn)生熱合成氣。在一種情況下，例如在啟動期間，壓力為大氣壓或大于大氣壓。在另一種情況下，例如在啟動模式期間，可以允許空氣泄漏。
[0049]在一種情況下，氣化裝置或氣化區(qū)包括多個區(qū)段或氣化爐膛，用于將所述含碳材料與第一含分子氧的氣體并任選地與水蒸氣和CO2中的一種或多種相接觸，以氣化一部分所述含碳材料并產(chǎn)生第一氣態(tài)產(chǎn)物。在各種不同情況下，氣化裝置或氣化區(qū)包含1、2、3、4、
5、6、7、8、9或10個區(qū)段或氣化爐膛。用于導入分子氧的氣體入口可以連接于氣化裝置或氣化區(qū)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，將分子氧、水蒸氣和CO2中的一種或多種，在供應到連接于氣化裝置或氣化區(qū)或其中包含的一個或多個爐膛的氣體入口之前進行預先混合。
[0050]熱處理區(qū)可以實現(xiàn)原始合成氣中包含的任何焦油的裂化和部分氧化中的一種或多種。熱處理區(qū)可以是水平腔室或豎直腔室，具有圓形或正方形或矩形或任何其他橫截面。熱處理區(qū)相對于水平或豎直方向可以是傾斜的。在一種情況下，熱處理區(qū)通過一個或多個連接區(qū)連接到氣化區(qū)。氣體入口可以直接連接于熱處理區(qū)。一個或多個氣體入口可以連接于一個或多個連接區(qū)(爐喉)。含分子氧的氣體可以被直接導入到熱處理區(qū)中。含分子氧的氣體可以通過與一個或多個連接區(qū)連接的一個或多個氣體入口導入到熱處理區(qū)中。
[0051]在所述氣化裝置中或在氣化區(qū)或其中包含的爐膛中，由于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(chǎn)生不想要的熱點。這可能產(chǎn)生質(zhì)量不佳的合成氣。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裝置中，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裝置中用水蒸氣和分子氧一起進行處理?？梢詫⒑疾牧线M料在氣化裝置中用CO2氣體和分子氧一起進行處理。然而，在其中目的可能是將過程快速加熱的以啟動模式運行期間，共同進料水蒸氣或CO2可能是不利的。在以生產(chǎn)模式運行期間，共同進料水蒸氣或CO2可能是有利且重要的。
[0052]分子氧的來源可以是空氣、富氧空氣或純氧氣中的一種或多種。在以生產(chǎn)模式運行期間，導入到氣化裝置中的分子氧的總量可以為以干重計每噸含碳材料約O至約75磅-摩爾，在另一種情況下為以干重計每噸含碳材料約O至約50磅-摩爾，在另一種情況下為以干重計每噸含碳材料約40至約60磅-摩爾。在以啟動模式運行期間，導入到氣化裝置中的分子氧的總量可以在以干重計每噸含碳材料約O至約125磅-摩爾范圍內(nèi)，在另一種情況下在以干重計每噸含碳材料約O至約100磅-摩爾的范圍內(nèi)，在另一種情況下在以干重計每噸含碳材料約O至約50磅-摩爾的范圍內(nèi)。導入到氣化裝置中的水蒸氣的總量可以為以干重計每噸含碳材料進料約O至約50磅-摩爾。導入到氣化裝置中的二氧化碳氣體的總量可以為以干重計每噸含碳材料進料約O至約50磅-摩爾。在一種情況下，可以將水蒸氣和二氧化碳氣體兩者導入到氣化裝置中。
[0053]進料到氣化器的含碳材料可以包括含碳材料、含碳液體產(chǎn)物、含碳工業(yè)液體再循環(huán)物、含碳市政固體廢物(msw)、含碳城市廢物、含碳農(nóng)業(yè)材料、含碳林業(yè)材料、含碳木材廢物、含碳建筑材料、含碳植物材料、含碳工業(yè)廢物、含碳發(fā)酵廢物、含碳石化副產(chǎn)物、含碳醇生產(chǎn)副產(chǎn)物、含碳煤、輪胎、塑料、廢塑料、焦爐焦油、軟纖維、木質(zhì)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)、污水污泥、動物糞便、作物殘留物、能源作物、林業(yè)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(fā)酵過程廢物、乙醇副產(chǎn)物、酒糟、廢微生物或其組合。在本公開的一種實施方式中，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(chǎn)物、含碳工業(yè)液體再循環(huán)物、含碳市政固體廢物(msw)、含碳城市廢物、含碳農(nóng)業(yè)材料、含碳林業(yè)材料、含碳木材廢物、含碳建筑材料、含碳植物材料、含`碳工業(yè)廢物、含碳發(fā)酵廢物、含碳石化副產(chǎn)物、含碳醇生產(chǎn)副產(chǎn)物、含碳煤、輪胎、塑料、廢塑料、焦爐焦油、軟纖維、木質(zhì)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)、污水污泥、動物糞便、作物殘留物、能源作物、林業(yè)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(fā)酵過程廢物、乙醇副產(chǎn)物、酒糟、廢微生物或其組合。
[0054]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于約50重量％的水。在一種情況下，所述含碳材料包含小于約25重量％的水。在一種情況下，所述含碳材料包含小于約15重量％的水。在一種情況下，通過預先干燥降低所述含碳材料的水分含量。在一種情況下，所述含碳材料包含以干重或無水重量計大于約25重量％的碳。在一種情況下，所述含碳材料包含以干重或無水重量計大于約50重量％的碳。在一種情況下，所述含碳材料包含以干重或無水重量計約O至約50重量％的氧。在一種情況下，所述含碳材料包含以干重或無水重量計約O至約25重量％的氫。在一種情況下，所述含碳材料包含以干重或無水重量計小于約25重量％的灰。在一種情況下，所述含碳材料包含以干重或無水重量計小于約15重量％的灰。[0055]如上所述，通過氣化裝置生產(chǎn)的合成氣可以在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣，用于下游應用例如用于生產(chǎn)化學品例如乙酸、乙醇等的發(fā)酵。合成氣冷卻器可以是本領(lǐng)域中已知的熱交換設(shè)備或熱交換器。例如，合成氣冷卻器可以選自:殼管式熱交換器，板式熱交換器，板框式熱交換器，管式熱交換器，雙管式熱交換器，發(fā)夾式熱交換器，單程熱交換器，多程熱交換器，板翅式熱交換器，螺旋式熱交換器及其組合。
[0056]冷卻的合成氣可能含有應該在下游使用之前去除的污染物。污染物的去除可以通過用化學試劑處理冷卻的合成氣來實現(xiàn)。因此，可以向冷卻的合成氣加入一種或多種化學試劑以產(chǎn)生含有化學物質(zhì)的冷卻合成氣?？梢詫⒑谢瘜W物質(zhì)的冷卻合成氣在粉塵收集系統(tǒng)(例如袋濾室)中進行加工以去除化學殘留物，由此產(chǎn)生清潔的冷卻合成氣。清潔的冷卻合成氣可以被送往下游加工或送往熱氧化單元。在下游使用之前可以將清潔的冷卻合成氣任選地在驟冷塔中進一步冷卻。
[0057]粉塵收集系統(tǒng)可有效地從氣體捕獲、分離或過濾固體粒子(細小粒子、粉塵)。粉塵收集系統(tǒng)可以包括送風機、粉塵過濾器、過濾器清潔系統(tǒng)和粉塵容器或分成去除系統(tǒng)中的一種或多種。粉塵收集系統(tǒng)可以是惰性分離器類型的粉塵收集器、織物過濾器類型的粉塵收集器(袋濾室)、濕式除塵器、靜電除塵器或單元集塵器。在一種情況下，粉塵收集系統(tǒng)是袋濾室。
[0058]對于包括氣化區(qū)和熱處理區(qū)的氣化裝置來說，在啟動期間熱處理區(qū)可能是冷的，并且可能易于結(jié)垢或形成沉積物，或者可能促成在下游管線或合成氣冷卻器中結(jié)垢或形成沉積物。因此，通常優(yōu)選的是，將氣化裝置以啟動模式運行，直至熱處理區(qū)被充分升溫。例如，在一種情況下，將氣化裝置以啟動模式運行，直至熱處理區(qū)達到約900°C的溫度。直至熱處理區(qū)達到至少約900°C的溫度，才開始以生產(chǎn)模式運行。任選地，將產(chǎn)生的全部或一部分第一合成氣送往熱氧化單元，直至熱處理區(qū)達到至少約900°C的溫度。在一種實施方式中，將氣化裝置以啟動模式 運行，直至熱處理區(qū)達到約1000°C的溫度。直至熱處理區(qū)達到至少約1000°C，才開始以生產(chǎn)模式運行。任選地，將產(chǎn)生的全部或一部分第一合成氣送往熱氧化單元，直至熱處理區(qū)達到至少約1000°C。
[0059]在一種情況下，將至少一部分離開合成氣冷卻器的合成氣再循環(huán)回到氣化裝置，以便冷卻合成氣冷卻器入口溫度和/或提高進入合成氣冷卻器的氣體的線速度。在一種情況下，將至少一部分離開合成氣冷卻器的合成氣再循環(huán)回到氣化裝置的連接區(qū)，以便提高進入合成氣冷卻器以及穿過連接區(qū)的氣體的線速度，其中氣化區(qū)包括通過連接區(qū)相連的氣化區(qū)和熱處理區(qū)。
[0060]圖1至4示出了方法的各種不同情況。圖1是方法的一種情況的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣?，F(xiàn)在參考圖1，將含碳材料進料(100)導入到氣化裝置(200)中。將含分子氧的氣體(150)供應到氣化裝置，并因此將含碳材料進料用分子氧處理以便引發(fā)和促進含碳材料的化學轉(zhuǎn)化。至少一部分含碳材料進料在氣化裝置中被氣化，產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物或合成氣(250)?？梢钥刂乒綒饣b置的氧氣，以便控制從含碳材料的氣化產(chǎn)生的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的相對量。隨后將熱合成氣在合成氣冷卻器(300)中冷卻，以產(chǎn)生冷卻的合成氣(350)。將灰料流(220)從氣化裝置中去除。
[0061]圖2是方法的一種情況的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣；其中將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合。現(xiàn)在參考圖2，將含碳材料進料(100)導入到氣化裝置(200)中。將含分子氧的氣體(150)供應到氣化裝置，并因此將含碳材料進料用分子氧處理以便引發(fā)和促進含碳材料的化學轉(zhuǎn)化。至少一部分含碳材料進料在氣化裝置中被氣化，產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物或合成氣(250)?？梢钥刂乒綒饣b置的氧氣，以便控制從含碳材料的氣化產(chǎn)生的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的相對量。隨后將熱合成氣在合成氣冷卻器(300)中冷卻，以產(chǎn)生冷卻的合成氣(350 )。將至少一部分所述冷卻的合成氣(450 )再循環(huán)，并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合。使用壓縮機(400)來促進冷卻的合成氣的再循環(huán)。將灰料流(220 )從氣化裝置中去除。
[0062]圖3是方法的一種情況的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣；其中將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合；并且其中所述氣化裝置包括通過連接區(qū)相連的兩個反應區(qū)，例如氣化區(qū)和熱處理區(qū)。現(xiàn)在參考圖3，將含碳材料進料(100)導入到所述氣化裝置的氣化區(qū)(201)中。將含分子氧的氣體(150)供應到所述氣化裝置的氣化區(qū)，并因此將含碳材料進料用分子氧處理以便引發(fā)和促進含碳材料的化學轉(zhuǎn)化。至少一部分含碳材料進料在氣化區(qū)中被氣化，產(chǎn)生原始氣態(tài)產(chǎn)物(原始合成氣)。原始合成氣穿過連接區(qū)(203)。將分子氧(202)導入到連接區(qū)中，以與所述原始合成氣混合。包含原始合成氣和分子氧的混合物進入熱處理區(qū)(204)。也可以將分子氧導入到熱處理區(qū)中。原始合成氣在熱處理區(qū)中經(jīng)歷熱處理，以產(chǎn)生熱合成氣(250)?？梢钥刂乒綒饣b置(氣化區(qū)、連接區(qū)和熱處理區(qū)中的一個或多個)的氧氣，以便控制從含碳材料的氣化產(chǎn)生的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的相對量。隨后將熱合成氣在合成氣冷卻器(300)中冷卻，以產(chǎn)生冷卻的合成氣(350)。將至少一部分所述冷卻的合成氣(450)再循環(huán)，并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合。使用壓縮機(400)來促進冷卻的合成氣的再循環(huán)。將灰料流(220)從氣化裝置中去除。
[0063]圖4是方法的示意圖，所述方法包括在氣化裝置中通過用分子氧處理來氣化含碳材料以產(chǎn)生熱合成氣，隨后將所述熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻以產(chǎn)生冷卻的合成氣；其中將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合；其中可以將熱合成氣和冷卻的合成氣中的一種或多種的至少一部分送往熱氧化單元；并且其中可以將至少一部分所述冷卻的合成氣在袋濾室中進行加工?，F(xiàn)在參考圖4，將含碳材料進料(100)導入到氣化裝置(200)中。將含分子氧的氣體(150)供應到氣化裝置，并因此將含碳材料進料用分子氧處理以便引發(fā)和促進含碳材料的化學轉(zhuǎn)化。至少一部分含碳材料進料在氣化裝置中被氣化，產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物或合成氣(250)。可以控制供應到氣化裝置的氧氣，以便控制從含碳材料的氣化產(chǎn)生的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的相對量。隨后將熱合成氣在合成氣冷卻器(300)中冷卻，以產(chǎn)生冷卻的合成氣(350)。將至少一部分所述冷卻的合成氣(450 )再循環(huán)，并與所述熱合成氣在進入合成氣冷卻器之前進行混合。使用壓縮機(400)來促進冷卻的合成氣的再循環(huán)。至少一部分熱合成氣可以被送往熱氧化單元(700)，用于加工和處置(750)?？梢詫⒅辽僖徊糠掷鋮s的合成氣送往熱氧化單元。冷卻的合成氣可能含有應該在下游使用之前被去除的污染物。污染物的去除可以通過添加化學試劑來實現(xiàn)。因此，可以向冷卻的合成氣加入一種或多種化學試劑(500)以產(chǎn)生含有化學物質(zhì)的冷卻合成氣(550)。將含有化學物質(zhì)的冷卻合成氣在袋濾室(600)中進行加工以去除化學殘留物(化學試劑和污染物)，并產(chǎn)生清潔的冷卻合成氣(650)，所述清潔的冷卻合成氣被送往下游加工或送往熱氧化單元。在下游使用之前可以將清潔的冷卻合成氣任選地在驟冷塔中進一步冷卻(在圖上未示出)。將灰料流(220)從氣化裝置中去除。
[0064]實施例
[0065]實施例1:通過以生產(chǎn)模式氣化產(chǎn)生的合成氣的固體含量
[0066]通過以約為生產(chǎn)模式中使用的進料速率的一半的進料速率向氣化器提供含碳材料，將氣化裝置以啟動模式運行。將氧氣在以干重計每噸含碳材料約40至50磅-摩爾的進料速率下供應到氣化器。正如前面描述的，允許一些空氣泄漏到氣化器中，這提高了氧氣的可利用性。
[0067]在如上所述以啟動模式啟動氣化器以獲得在約700°C至約1000°C范圍內(nèi)的第一目標溫度后，提高進入到氣化裝置的含碳材料進料速率。將含分子氧的氣體以每噸無水含碳材料約50至約90磅-摩爾的速率供應到氣化裝置。還以每噸無水含碳材料約10至約15磅-摩爾的速率向氣化器進料二氧化碳料流。
[0068]隨后將在該運行期間產(chǎn)生的熱合成氣在合成氣冷卻器中冷卻，以產(chǎn)生冷卻的合成氣。將冷卻的合成氣在袋濾室中進行加工以去除固體殘留物，并產(chǎn)生清潔的冷卻合成氣。清潔的冷卻合成氣包含在約25至約35摩爾％范圍內(nèi)的CO、在約30至約40摩爾％范圍內(nèi)的CO2、在約10至約20摩爾％范圍內(nèi)的H2、在約15至約25摩爾％范圍內(nèi)的N2和少量CH4。相對于產(chǎn)生的每小時1000磅清潔的冷卻合成氣，袋濾室每小時去除約1.5至約3.5磅固體。
[0069]來自于袋濾室的殘留物的分析
[0070]啟動模式:合成氣中固體殘留物的低水平；然后可以以生產(chǎn)模式運行。
[0071]生產(chǎn)模式:合成氣中固體殘留物的可操作的水平(與啟動模式相比，固體增加3倍)
[0072]盡管已利用特定實施方式、實例及其應用對本文公開的發(fā)明進行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對其做出多種修改和改變，而不背離權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于生產(chǎn)合成氣的方法，所述方法包括: 將含碳材料氣化以提供CO與CO2摩爾比小于約0.5的第一合成氣，直至所述第一合成氣達到第一目標溫度；以及 在達到所述第一目標溫度后，將含碳材料氣化以提供CO與CO2的比率大于所述第一合成氣的第二合成氣。
2.權(quán)利要求1的方法，其中含碳材料的氣化發(fā)生在氣化裝置中。
3.權(quán)利要求1的方法，其中將分子氧在以干重計每噸含碳材料約O至約100磅-摩爾的速率下導入，以提供所述第一合成氣。
4.權(quán)利要求2的方法，其中在所述氣化裝置內(nèi)部和/或下游的一個或多個點處測量所述第一合成氣的溫度。
5.權(quán)利要求4的方法，其中當所述氣化裝置內(nèi)部和/或外部的一個或多個點處的所述第一合成氣的溫度達到所述第一目標溫度時，將分子氧在以干重計每噸含碳材料約O至約100磅-摩爾的速率下導入，以提供所述第二合成氣。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一目標溫度為約700°C至約1000°C。
7.權(quán)利要求1的方法，其中使至少一部分所述第一合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣，并且其中使至少一部分所述第二合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第二合成氣。`
8.權(quán)利要求7的方法，其中使合成氣以大于約24米/秒的線速度穿過所述合成氣冷卻器。
9.權(quán)利要求1的方法，其中將至少一部分所述第一合成氣提供到熱氧化單元，直至所述第一合成氣達到所述第一目標溫度。
10.生產(chǎn)合成氣的方法，所述方法包括: (a)向氣化裝置添加含碳材料和分子氧，以產(chǎn)生C0/C02摩爾比小于0.5的第一合成氣； (b)測量所述氣化裝置下游的所述第一合成氣的溫度；以及 (c)當進入所述合成氣冷卻器之前的所述第一合成氣的所述溫度達到第一目標溫度后，減少所述氣化裝置中每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，以產(chǎn)生C0/C02摩爾比大于所述第一合成氣的co/co2摩爾比的第二合成氣。
11.權(quán)利要求10的方法，其中在進入合成氣冷卻器之前測量所述第一合成氣的溫度。
12.權(quán)利要求10的方法，其中在合成氣冷卻器的下游測量所述第一合成氣的溫度。
13.權(quán)利要求10的方法，其中使至少一部分所述第一合成氣穿過所述合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣，并使至少一部分所述第二合成氣穿過所述合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的第二合成氣。
14.權(quán)利要求10的方法，其中步驟(a)中的分子氧來源選自空氣、富氧空氣、純氧氣及其組合。
15.權(quán)利要求10的方法，其中步驟(c)中的分子氧來源選自空氣、富氧空氣、純氧氣及其組合。
16.權(quán)利要求10的方法，其中步驟(a)中的分子氧來源包含空氣。
17.權(quán)利要求10的方法，其中步驟(c)中的分子氧來源包含純氧氣。
18.權(quán)利要求10的方法，其中所述第一目標溫度為約700°C至約1000°C。
19.權(quán)利要求10的方法，其中所述第一目標溫度為約750°C至約850°C。
20.權(quán)利要求10的方法，其中減少每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，通過提高含碳材料的添加速率來實現(xiàn)。
21.權(quán)利要求10的方法，其中減少每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，通過降低分子氧的添加速率來實現(xiàn)。
22.權(quán)利要求13的方法，其還包括將至少一部分所述冷卻的第一合成氣與所述一部分第一合成氣在穿過所述合成氣冷卻器以產(chǎn)生所述冷卻的第一合成氣之前進行混合。
23.權(quán)利要求13的方法，其還包括將至少一部分所述冷卻的第二合成氣與至少一部分所述第二合成氣在穿過所述合成氣冷卻器之前進行混合。
24.權(quán)利要求22的方法，其中流過所述合成氣冷卻器的所述冷卻的第一合成氣與所述第一合成氣的混合物的線速度大于約24米/秒。
25.權(quán)利要求23的方法，其中流過所述合成氣冷卻器的所述冷卻的第二合成氣與所述第二合成氣的混合物的線速度大于約24米/秒。
26.權(quán)利要求10的方法，其中所述第二合成氣的C0/C02摩爾比大于約1.0。
27.權(quán)利要求10的方法，其中所述第二合成氣的C0/C02摩爾比大于約1.5。
28.權(quán)利要求10的方法，其中所述氣化裝置選自移動床、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、混雜型、橫流、橫流移動床、其部分及其組合。
29.權(quán)利要求10的方法`，其中所述氣化裝置包含一個或多個反應區(qū)。
30.權(quán)利要求10的方法，其中所述氣化裝置包含用于氣化含碳材料以產(chǎn)生原始合成氣的氣化區(qū)，以及用于熱處理所述原始合成氣以產(chǎn)生第一合成氣或第二合成氣的熱處理區(qū)。
31.權(quán)利要求30的方法，其還包括:在步驟(c)之前在所述熱處理區(qū)中獲得至少約900°C的溫度。
32.權(quán)利要求30的方法，其還包括:在步驟(c)之前在所述熱處理區(qū)中獲得至少約1000°C的溫度。
33.權(quán)利要求10的方法，其還包括在熱氧化單元中處理所述第一合成氣、第二合成氣、冷卻的第一合成氣和冷卻的第二合成氣中的一種或多種的至少一部分。
34.權(quán)利要求10的方法，其還包括在熱氧化單元中處理至少一部分所述第一合成氣，直至所述氣化裝置下游的所述第一合成氣的溫度達到第一目標溫度。
35.權(quán)利要求30的方法，其還包括在熱氧化單元中處理至少一部分所述第一合成氣，直至在所述熱處理區(qū)中獲得至少約900°C的溫度。
36.權(quán)利要求10的方法,其中所述合成氣冷卻器選自殼管式熱交換器、板式熱交換器、板框式熱交換器、管式熱交換器、雙管式熱交換器、發(fā)夾式熱交換器、單程熱交換器、多程熱交換器、板翅式熱交換器、螺旋式熱交換器及其組合。
37.權(quán)利要求10的方法，其還包括在步驟(c)中添加水蒸氣和CO2中的一種或多種。
38.權(quán)利要求10的方法，其中在步驟(a)中添加以干重計每噸含碳材料小于約50磅-摩爾的水蒸氣或以干重計每噸含碳材料小于約50磅-摩爾的C02。
39.包括將含碳材料在氣化裝置中氣化以產(chǎn)生合成氣的方法，所述方法包括: Ca)在所述氣化裝置中添加含碳材料并添加分子氧，以產(chǎn)生C0/C02摩爾比小于0.5的第一合成氣; (b)使至少一部分所述第一合成氣穿過所述合成氣冷卻器，以產(chǎn)生冷卻的第一合成氣; (c)使至少一部分所述冷卻的第一合成氣穿過粉塵收集系統(tǒng)以產(chǎn)生清潔的合成氣； Cd)在所述粉塵收集系統(tǒng)的出口處測量所述清潔的合成氣的溫度；以及 (e)在所述清潔的合成氣的溫度達到第二目標溫度后，降低所述氣化裝置中每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量，以產(chǎn)生C0/C02摩爾比大于所述第一合成氣的C0/C02摩爾比的第二合成氣。
40.權(quán)利要求39的方法，其中所述第二目標溫度為約100°C至約200°C。
41.權(quán)利要求39的方法，其中所述第二目標溫度為約100°C至約150°C。
42.權(quán)利要求39的方法，其中所述合成氣含有小于IOppm的焦油。
43.用于冷卻合成氣的方法，所述方法包括: 使合成氣穿過合成氣冷卻器以產(chǎn)生冷卻的合成氣；以及 將至少一部分所述冷卻的合成氣再循環(huán)到所述合成氣冷卻器的入口，以將所述合成氣冷卻器的入口處的溫度維持在760°C以下，并且 穿過所述合成氣冷卻器的入`口的線速度為至少24米/秒。
44.權(quán)利要求43的方法，其中當所述第一合成氣在與再循環(huán)的冷卻的合成氣混合之前低于目標溫度時，將所述合成氣的CO與CO2摩爾比維持在小于約0.5。
45.權(quán)利要求44的方法，其中所述目標溫度為約700°C至約1000°C。
46.權(quán)利要求43的方法，其中當所述第一合成氣在與再循環(huán)的冷卻的合成氣混合之前高于目標溫度時，將所述合成氣的CO與CO2摩爾比維持在高于約I。
47.權(quán)利要求46的方法，其中所述目標溫度為約700°C至約1000°C。
48.權(quán)利要求47的方法，其中所述目標溫度為約750°C至約850°C。
49.權(quán)利要求43的方法，其中將所述合成氣的焦油當量含量維持在低于約lOppm。
50.權(quán)利要求49的方法，其中所述焦油當量相當于選自苯、醇及其混合物的烴。
51.權(quán)利要求43的方法，其中通過控制向所述氣化裝置添加的每單位質(zhì)量含碳材料的分子氧添加量來維持所述CO與CO2摩爾比。
【文檔編號】C10J3/84GK103874750SQ201280024944
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】青-煥·辜, 邁克爾·西恩·斯雷普, 彼得·S·貝爾, 奇姆·奧科菲米亞 申請人:伊內(nèi)奧斯生物股份公司