用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝和裝置的制造方法
【專利摘要】本公開內(nèi)容提供一種用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝。該工藝包括使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸，以重整所述粗制產(chǎn)品氣中的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)，并去除顆粒。進(jìn)一步地，該工藝包括通過在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下與熱交換介質(zhì)的熱交換對得到的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻，以使剩余的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)凝結(jié)于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)上，并濾出細(xì)顆粒。
【專利說明】用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝和裝置發(fā)明領(lǐng)域
[0001]公開了一種用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝和裝置。尤其是，盡管不是專門地，公開了一種用于凈化通過對諸如生物質(zhì)和煤的含碳材料進(jìn)行氣化所產(chǎn)生的粗制產(chǎn)品氣的工藝和
目.0
[0002]發(fā)明背景
[0003 ]氣化是指諸如含碳材料的固體或液體材料向氣態(tài)燃料(還被稱為產(chǎn)品氣)轉(zhuǎn)變。對于化工和能源行業(yè)中的許多低排放技術(shù)而言，氣化是感興趣的問題。
[0004]氣化可應(yīng)用于各式各樣的含碳材料。尤其，諸如褐煤、泥煤、生物質(zhì)和固體廢物的低級含碳燃料由于它們的高氣化反應(yīng)性而特別適于氣化。然而，這些低級燃料是有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的復(fù)雜混合物，并且所得到的粗制產(chǎn)品氣通常被焦油狀殘余物、細(xì)顆粒及堿金屬和堿土金屬(AAEM)物質(zhì)以及微量的諸如錳、硼、銅、鐵、鉬和鋅的無機(jī)物、及污染物形成物質(zhì)(例如NH3、HCN、NOx、SOjPH2 S)所污染。粗制產(chǎn)品氣中的焦油狀殘余物在下游設(shè)備中在較低的溫度下傾向于凝結(jié)，從而引起操作困難。無機(jī)物質(zhì)也可揮發(fā)至產(chǎn)品氣中并引起嚴(yán)重的下游設(shè)備的操作問題，這些問題包括用于發(fā)電的渦輪機(jī)/發(fā)動機(jī)部件的腐蝕/侵蝕。
[0005]因此，通常有必要在粗制產(chǎn)品氣能夠用作例如渦輪機(jī)/發(fā)動機(jī)中的氣態(tài)燃料或用作化學(xué)合成的供料之前，對粗制產(chǎn)品氣進(jìn)行凈化。從氣化產(chǎn)品氣中去除諸如焦油狀物質(zhì)、AAEM蒸氣、顆粒和出5/冊3/!1(:1/!?^的各種不希望有的組分對整個(gè)氣化工藝的復(fù)雜性產(chǎn)生影響，并且成為整個(gè)氣化投資和運(yùn)營成本的一個(gè)重要部分。
[0006]用諸如水或生物柴油的液體對粗制產(chǎn)品氣進(jìn)行滌氣是去除焦油狀殘余物及其它不希望有的物質(zhì)的常規(guī)做法。然而，必須首先將粗制產(chǎn)品氣冷卻，使一些物質(zhì)凝結(jié)。因?yàn)檫@些物質(zhì)不可避免地沉積在熱交換器表面，所以有效地從粗制產(chǎn)品氣回收熱也是有挑戰(zhàn)性的。而且，滌氣操作只是將粗制產(chǎn)品氣中的焦油狀的組分及其它不希望有的物質(zhì)轉(zhuǎn)移至水中，從而產(chǎn)生液體廢物流，該液體廢物流需要在處置之前進(jìn)行昂貴的處理。能夠安裝生物質(zhì)氣化系統(tǒng)例如用于分布式發(fā)電的許多農(nóng)村地區(qū)沒有用于滌氣操作的合適水源。諸如生物柴油的其它液體的使用將是昂貴的，這不僅是因?yàn)橘徺I成本還因?yàn)橛靡詫⒁后w運(yùn)輸至偏遠(yuǎn)地區(qū)的成本。
[0007]生物質(zhì)中的許多無機(jī)物質(zhì)是用于生物質(zhì)生長的基本的主要養(yǎng)分(例如K、Mg和Ca)和微量養(yǎng)分(例如錳、硼、銅、鐵、鉬和鋅)。氣化過程中涉及這些無機(jī)物質(zhì)的復(fù)雜反應(yīng)可將它們轉(zhuǎn)變成諸如硅酸鹽的化學(xué)上非常穩(wěn)定的物質(zhì)，所以，即使使灰分返回土地，它們也變得不能用于或不太適用于新的生物質(zhì)的生長?？蛇x地，它們可能揮發(fā)并(在滌氣操作之后)最終成為淤泥、或存在于不能被返回田地的其它形式的廢物中。這些養(yǎng)分從土地流失將使農(nóng)業(yè)用地的長期生產(chǎn)力和可持續(xù)性惡化。事實(shí)上，已經(jīng)表明，生物質(zhì)成本的重要部分將與購買肥料的額外成本相關(guān)，這些肥料用以補(bǔ)充由于將生物質(zhì)用作能源而從土地流失的養(yǎng)分。不幸地，不是所有的養(yǎng)分都能通過這些肥料進(jìn)行補(bǔ)充。所以，需要確保這些養(yǎng)分在氣化過程中能夠保留為可以實(shí)現(xiàn)新的生物質(zhì)的生長、并返回田地的形式。這對于降低生物質(zhì)供料的成本和確保生物能作為綠色可再生能源的長期可持續(xù)性是重要的。
[0008]因此，存在對技術(shù)進(jìn)步的需求。
[0009]對【背景技術(shù)】的任何引用都不構(gòu)成對于該技術(shù)形成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識的一部分的承認(rèn)。上述引用也并非意在限制本文所公開的裝置和工藝的應(yīng)用。
發(fā)明概要
[0010]大體上，公開了一種用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝、裝置和系統(tǒng)。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝，所述工藝包括以下步驟:
[0012]a)使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸，以重整粗制產(chǎn)品氣中的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)并去除顆粒;以及
[0013]b)通過在焦化物(char)或固體吸附劑介質(zhì)存在下與熱交換介質(zhì)的熱交換，對得到的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻，以使剩余的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)凝結(jié)于所述焦化物或固體吸附劑介質(zhì)上，并濾出細(xì)顆粒。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑包括焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑，并且所述方法因此可包括在操作條件下使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸，其中粗制產(chǎn)品氣中的焦油狀殘余物至少部分地被重整，并且焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑被粗制產(chǎn)品氣中諸如H2O和CO2的氣化劑氣化。一些顆粒也可被焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑所捕獲，并且可從產(chǎn)品氣中被去除。應(yīng)理解的是，焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑可部分或完全地被粗制產(chǎn)品氣中的氣化劑所氣化。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，粗制產(chǎn)品氣在實(shí)質(zhì)垂直于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的方向上流動?？蓪⒔够锘蚪够镓?fù)載的催化劑和粗制產(chǎn)品氣的相對流動調(diào)整成使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸達(dá)限定的時(shí)段。
[0016]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，粗制產(chǎn)品氣具有約800°C或更高的高溫。應(yīng)理解的是，使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸的步驟可將粗制產(chǎn)品氣的溫度降低至約700°C與約750 °C之間的溫度，這主要是由于產(chǎn)品氣(尤其是其中的H2O和CO2)與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑之間的吸熱反應(yīng)。
[0017]在步驟b)的一個(gè)實(shí)施例中，在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下通過熱交換介質(zhì)對得到的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻包括:使產(chǎn)品氣通過熱交換器，所述熱交換器布置成容納焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床。當(dāng)產(chǎn)品氣通過焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床時(shí)，保留在所述產(chǎn)品氣中的焦油狀殘余物、其它可凝結(jié)的有機(jī)物質(zhì)和/或無機(jī)物質(zhì)凝結(jié)于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)的表面上。也將細(xì)顆粒從粗制產(chǎn)品氣中濾出。通過與熱交換器中的熱交換介質(zhì)的熱交換來回收產(chǎn)品氣的顯熱。經(jīng)加熱過的熱交換介質(zhì)隨后可用于在設(shè)備其他位置加熱的工藝。熱交換介質(zhì)可以是諸如空氣的氣體或液體。
[0018]應(yīng)理解的是，熱傳遞介質(zhì)也可以是焦化物或吸附劑或其它固體。在此情形中，產(chǎn)品氣的冷卻包括使產(chǎn)品氣與焦化物或吸附劑相接觸。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻的步驟將產(chǎn)品氣的溫度降低至低于250°(:，諸如低于200°(:。
[0020]依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置，所述裝置包括:
[0021]反應(yīng)區(qū)，布置成與用于產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣的氣化器流體連通，使用時(shí)，催化劑流通過反應(yīng)區(qū)的至少一部分，并且使用時(shí)反應(yīng)區(qū)從氣化器接收粗制產(chǎn)品氣，所述粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸；以及
[0022]冷卻區(qū)，使用時(shí)，容納焦化物或吸附劑材料床，所述冷卻區(qū)被配置成與反應(yīng)區(qū)流體連通，其中使用時(shí)，粗制產(chǎn)品氣被冷卻區(qū)接收，并且通過在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下與流體熱交換介質(zhì)的熱交換在冷卻區(qū)中被冷卻。
[0023]反應(yīng)區(qū)可設(shè)有粗制產(chǎn)品氣入口和產(chǎn)品氣出口，粗制產(chǎn)品氣入口布置成與氣化器流體連通，產(chǎn)品氣出口與冷卻區(qū)流體連通。反應(yīng)區(qū)也可設(shè)有用于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的入口和出口。
[0024]反應(yīng)區(qū)可適于使粗制產(chǎn)品氣能夠在實(shí)質(zhì)垂直于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的方向上流動。在一個(gè)實(shí)例中，反應(yīng)區(qū)可適于使焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流能夠在自重進(jìn)料下在豎直方向上流動。在該具體實(shí)例中，用于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的出口可以設(shè)置在反應(yīng)區(qū)的下部。反應(yīng)區(qū)可以進(jìn)一步設(shè)有呈閉鎖式料斗形式的固體排出裝置，所述固體排出裝置可操作地連接至用于用過的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的出口。
[0025]反應(yīng)區(qū)可適于調(diào)整焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑和粗制產(chǎn)品氣的相對流動，以使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸足夠長的一段時(shí)間，以至少部分地重整粗制產(chǎn)品氣中的焦油狀殘余物，并部分或完全氣化焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑。還可同時(shí)去除一些顆粒。
[0026]冷卻區(qū)設(shè)有熱交換器，所述熱交換器布置成容納焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床，所述床可以是固定床或移動床。冷卻區(qū)可進(jìn)一步設(shè)有產(chǎn)品氣入口和清潔產(chǎn)品氣出口，產(chǎn)品氣入口布置成與反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)品氣出口流體連通。冷卻區(qū)也可以設(shè)有用于操作焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑移動床的入口和出口。熱交換介質(zhì)也可以是焦化物或固體吸附劑。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括容器，所述容器中界定有反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)。
[0028]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括界定有反應(yīng)區(qū)的第一容器和界定有冷卻區(qū)的第二容器。
[0029]第一容器可設(shè)有布置成與氣化器流體連通的粗制產(chǎn)品氣入口和與第二容器流體連通的產(chǎn)品氣出口。第一容器還可以設(shè)有用于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的入口和出
□ O
[0030]第二容器可設(shè)有布置成容納焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床的熱交換器，。第二容器可進(jìn)一步設(shè)有布置成與第一產(chǎn)品氣出口流體連通的產(chǎn)品氣入口，以及清潔產(chǎn)品氣出口。第二容器還可以設(shè)有用于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的入口和出口。
[0031]依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置可容易地與用于含碳材料(尤其是生物質(zhì))的氣化的氣化器整合成一體，以凈化產(chǎn)生于氣化器中的粗制產(chǎn)品氣。
[0032]因此，在本發(fā)明的另一方面中，一種氣化系統(tǒng)，包括用于氣化含碳材料以產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣的氣化器、和用于凈化在本發(fā)明的第二方面中所限定的粗制產(chǎn)品氣的裝置，所述裝置布置成與氣化器流體連通，以接收并凈化粗制產(chǎn)品氣。來自所述裝置的任一或兩個(gè)區(qū)的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑也可被送回氣化器，以用于完全氣化。
[0033]在一個(gè)實(shí)例中，氣化系統(tǒng)包括熱解器，所述熱解器配置成與氣化器流體連通、且位于氣化器上游，借此，氣化器從熱解器接收被熱解的含碳材料，熱解器布置成與所述裝置的所述冷卻區(qū)流體連通，以接收所述流體熱交換介質(zhì)，從而加熱熱解器中的所述含碳材料。
【附圖說明】
[0034]盡管任何其它的形式都可落入如概要中所提出的裝置和方法的范圍中，然而現(xiàn)在將僅以實(shí)例的方式，參照附圖來描述具體的實(shí)施例，其中:
[0035]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置的示意圖；
[0036]圖2a和圖2b分別是根據(jù)本公開內(nèi)容的用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置的可選實(shí)施例的正視圖和平面視圖；以及
[0037]圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的氣化系統(tǒng)的示意圖。
[0038]具體實(shí)施例的詳細(xì)描述
[0039]本發(fā)明的實(shí)施例涉及參照圖1、圖2a和圖2b及圖3描述的用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝和用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置10、10'。
[0040]最廣義而言，用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝包括以下步驟:
[0041 ] a)使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸；以及
[0042]b)通過在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下與熱交換介質(zhì)的熱交換，對得到的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻。
[0043]本文使用的術(shù)語‘粗制產(chǎn)品氣’是指通過氣化含碳材料(氣化)，尤其是諸如生物質(zhì)的低級含碳材料，所產(chǎn)生的產(chǎn)品氣，所述產(chǎn)品氣含有在氣化過程中形成的諸如焦油狀殘余物、可凝結(jié)的光有機(jī)物、細(xì)顆粒、在含碳材料中固有的揮發(fā)的無機(jī)物質(zhì)以及污染物形成物質(zhì)(例如 NH3、HCN、NOx、SOx、和 H2 S)的雜質(zhì)。
[0044]氣化是通過在高溫下與空氣、氧、CO2和/或蒸汽發(fā)生反應(yīng)而將固體或液體含碳材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品氣(即一氧化碳、氫、輕質(zhì)烴和包括氮和CO2的其它氣體的混合物)和灰分。有時(shí)焦化物作為副產(chǎn)品被生產(chǎn)。
[0045]此說明書通篇廣泛使用了術(shù)語‘含碳材料’，該含碳材料包括但并不限于諸如無煙煤、半無煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤的煤和泥煤、油頁巖、石油焦、生物質(zhì)、包括但并不限于車輛輪胎的廢舊橡膠、廢塑料材料，農(nóng)業(yè)廢棄物、它們的混合物以及所述含碳材料與其它物質(zhì)的混合物。參照圖1、圖2a和圖2b及圖3描述的本發(fā)明的實(shí)施例的工藝和裝置尤其適用于由低級含碳材料的氣化所產(chǎn)生的粗制產(chǎn)品氣，所述低級含碳材料具有高揮發(fā)物產(chǎn)率和高揮發(fā)性無機(jī)物質(zhì)含量。
[0046]所述工藝包括使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑包括以焦化物或其它含碳材料的形式負(fù)載于含碳材料基體上的焦化物或金屬催化劑。也可使用其它類型的催化劑。焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑可以由含碳材料或者含有或浸漬有催化物質(zhì)，尤其是過渡金屬，的含碳材料的熱解和/或部分氣化來制得。可選地，按照本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方法，可以將金屬加載/浸漬到焦化物中。在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑包括被焦化物負(fù)載的Fe和/或Ni。有利地，由生物質(zhì)的熱解或氣化生產(chǎn)的焦化物含有充分分散在焦化物中的大量固有的催化物質(zhì)，尤其是AAEM物質(zhì)。于是，由熱解或氣化生產(chǎn)的焦化物可以用于催化粗制產(chǎn)品氣中的焦油殘余物的分解。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑流可以是連續(xù)的。
[0049]催化劑流可逐漸下降經(jīng)過反應(yīng)區(qū)，在該反應(yīng)區(qū)中，粗制產(chǎn)品氣與反應(yīng)區(qū)相接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，通過重力，焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流可隨著移動床而逐漸下降經(jīng)過反應(yīng)區(qū)。在可選的實(shí)施例中，通過傳送機(jī)構(gòu)，焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流可逐漸下降經(jīng)過反應(yīng)區(qū)，所述傳送機(jī)構(gòu)呈螺旋推運(yùn)器、螺桿或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方式的形式。
[0050]在一個(gè)實(shí)施例中，粗制產(chǎn)品氣在實(shí)質(zhì)垂直于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流的方向上流動。有利地，以此方式，粗制產(chǎn)品氣中夾帶的灰分和/或焦化物顆粒被轉(zhuǎn)移至焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流、并被焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流捕獲。
[0051]有利地，相對低的粗制產(chǎn)品氣流將避免在其中夾帶細(xì)焦化物/灰分顆粒。焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流和粗制產(chǎn)品氣的相對流動可以被調(diào)整成使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流在反應(yīng)區(qū)中的相接觸達(dá)限定的停留時(shí)間。這通過焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流來促進(jìn)移除粗制產(chǎn)品氣中的顆粒。
[0052]通過使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸，粗制產(chǎn)品氣中的焦油狀殘余物被存在于粗制產(chǎn)品氣中的H2OXO2和/或其它重整劑重整，以產(chǎn)生主要包含COx(其中X是1、2)和出的另外的產(chǎn)品氣。這些重整反應(yīng)由焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑催化。有利地，產(chǎn)品氣中的諸如HCN、H2S和NH3的污染物形成化合物及諸如NOx和SOx的污染物化合物可以被還原成犯或固定為殘余焦化物或催化劑中的金屬硫化物。產(chǎn)品氣的高溫還滿足了吸熱的揮發(fā)物重整反應(yīng)的能量需求。因此，有利地，氣化器中產(chǎn)生的粗制產(chǎn)品氣的一部分顯熱被回收(recuperate)成呈另外的產(chǎn)品氣形式的化學(xué)能。
[0053]使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑相接觸部分或完全地氣化焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑，以產(chǎn)生另外的產(chǎn)品氣和灰分?；曳?和部分氣化的焦化物)，包括存在于進(jìn)入反應(yīng)區(qū)之前的粗制產(chǎn)品氣中的那些灰分及產(chǎn)生于反應(yīng)區(qū)中的那些灰分，可以通過閉鎖式料斗或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它合適的裝置形式的固體排出裝置的方式從反應(yīng)區(qū)排出。以此方式，按上述處理被污染的產(chǎn)品氣沒有產(chǎn)生額外的固體或液體廢物流。
[0054]通常，粗制產(chǎn)品氣離開氣化器，在氣化器中，粗制產(chǎn)品氣是于相對高的溫度下，例如在800 °C或高于800 °C產(chǎn)生。不考慮其起始溫度，接觸焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流將產(chǎn)品氣的溫度降至約700°C至約750°C之間的溫度。應(yīng)理解的是，產(chǎn)品氣的溫度將依賴于焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的氣化反應(yīng)性。有利地，使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸調(diào)整了粗制產(chǎn)品氣的溫度、并且將抑制氣化器中的任何(例如偶然的)溫度上升，在氣化器中產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣。
[0055]在使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸之后，該工藝包括:通過在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下與流體熱交換介質(zhì)的熱傳遞對得到的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻。通常，當(dāng)所述產(chǎn)品氣通過時(shí)，其被冷卻至低于250°C，諸如低于200°C。
[0056]焦化物可以是與在工藝的步驟a)中所采用的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑相同的類型?？蛇x地，在冷卻步驟中可單獨(dú)地或與焦化物相結(jié)合地采用任何合適的吸附劑介質(zhì)。合適的吸附劑介質(zhì)的實(shí)例包括但不限于活性炭、氧化鋁、二氧化硅或沸石。
[0057]盡管使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸將借助重整反應(yīng)去除諸如焦油狀殘余物的有機(jī)雜質(zhì)，但是所得到的產(chǎn)品氣仍可能含有一些無機(jī)雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)。隨后，在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下對產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻會通過使諸如揮發(fā)的AAEM和其它無機(jī)/金屬物質(zhì)的所述無機(jī)雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)在適當(dāng)?shù)臏囟认履Y(jié)于焦化物或吸附劑介質(zhì)的表面上而從產(chǎn)品氣中去除有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)。產(chǎn)品氣中夾帶的顆粒，諸如亞微米灰分顆粒，被焦化物或吸附劑介質(zhì)所捕獲。諸如NH3、H2S和其它含N-、C1-或S-化合物的其它無機(jī)雜質(zhì)通過與焦化物或吸附劑介質(zhì)相接觸而被分解、吸收或吸附。有利地，AAEM可增強(qiáng)焦化物的反應(yīng)性。因此，該工藝提供了一種手段，以此手段可方便地對來自從低級含碳材料所產(chǎn)生的粗制產(chǎn)品氣的無機(jī)雜質(zhì)進(jìn)行利用，以增強(qiáng)用過的焦化物被用作肥料的能力。
[0058]產(chǎn)品氣中的殘余有機(jī)雜質(zhì)，包括一些類型的焦油狀殘余物，尤其是芳香環(huán)體系(例如萘)，可以抵抗工藝的第一步中的催化重整。在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)的存在下冷卻產(chǎn)品氣使得這些頑固的(refractory)有機(jī)殘余物凝結(jié)于焦化物或吸附劑介質(zhì)的表面上和/或孔隙中。
[0059]在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻所得到的產(chǎn)品氣包括使所述產(chǎn)品氣通過熱交換器，該熱交換器布置成容納焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床。因?yàn)榻够?或固體吸附劑介質(zhì))的更大的表面積并且由于孔隙中的毛細(xì)管作用的緣故，相對于熱交換器的表面而言，有機(jī)化合物和無機(jī)化合物的凝結(jié)優(yōu)先發(fā)生于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)的表面上或孔隙中。有利地，有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)在比熱交換器的表面上的溫度高得多的溫度下凝結(jié)于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)的孔隙中。因此，存在熱交換器表面箔(foiling)的減少問題，這通常是從粗制產(chǎn)品氣或諸如煙道氣的其它‘臟’氣體回收熱所采用的熱交換器的眾所周知的問題。
[0060]來自所述產(chǎn)品氣的顯熱能夠通過與熱交換器中的熱交換介質(zhì)的熱交換被回收。熱交換介質(zhì)可以是諸如空氣(出于經(jīng)濟(jì)性考慮)的氣體或液體(包括熔融鹽)。得到的經(jīng)加熱的熱交換介質(zhì)隨后可被用于在設(shè)備其他位置的工藝加熱，包括干燥生物質(zhì)或其它含碳材料、熱解器或氣化器中的加熱等等。
[0061]應(yīng)理解的是，通過在增加的溫度下對有機(jī)焦油狀物質(zhì)和芳香族化合物進(jìn)行解吸附，焦化物或固體吸附劑介質(zhì)可經(jīng)歷定期再生。焦化物或吸附劑中豐富的多孔結(jié)構(gòu)意味著一批焦化物在需要再生之前可能工作相當(dāng)長一段時(shí)間。所吸附的無機(jī)雜質(zhì)不太可能通過再生而被去除。所以，焦化物將因此需要不時(shí)地進(jìn)行更換，但通常僅在長時(shí)間的工作之后。在經(jīng)歷了解吸附以去除揮發(fā)有機(jī)雜質(zhì)之后，用過的焦化物隨后能夠作為土壤改良劑或肥料返回田地?？蛇x地，用過的焦化物可被氣化，以回收其能量值。
[0062]現(xiàn)在將參照圖1、和圖2a、圖2b以及圖3來分別描述用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置10、10’的兩個(gè)實(shí)施例。
[0063]參看圖1，裝置10包括第一容器12和第二容器14，第一容器12中界定有反應(yīng)區(qū)，第二容器14中界定有冷卻區(qū)。第一容器12與第二容器14流體連通。
[0064]在該具體實(shí)施例中，第一容器12中的反應(yīng)區(qū)由網(wǎng)狀物16和18所形成的豎直面的柱狀物(vertical-sided column)來界定。這些網(wǎng)狀物也可以是打孔的板。在可選的實(shí)施例中，網(wǎng)狀物(打孔的板)之一或兩者是不存在的，并且整個(gè)容器就是反應(yīng)區(qū)。
[0065]從柱狀物上端延伸的是上圓錐部20，該上圓錐部20設(shè)有入口 22用于通過進(jìn)料裝置24從料斗引入連續(xù)的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流。
[0066]從網(wǎng)式柱狀物下端延伸的是下圓錐部28，該下圓錐部28設(shè)有出口 30用于通過排出裝置32排出灰分和用過的催化劑或它們的組合。排出裝置32與下圓錐部28的出口 30流體連通，并且排出裝置32可包括旋轉(zhuǎn)閥或類似裝置，以使堵塞最小化并控制焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑通過第一容器12的流量率。
[0067]第一容器12設(shè)有用于粗制產(chǎn)品氣的入口 34和出口 36，入口 34布置成與氣化器流體連通(未示出)，出口36與第二容器14流體連通，用于收回在反應(yīng)區(qū)中處理過的產(chǎn)品氣。
[0068]入口 34，及可選地出口 36，設(shè)有導(dǎo)向單元38，以引導(dǎo)粗制產(chǎn)品氣在實(shí)質(zhì)垂直于柱狀物的方向上流動。有利地，粗制產(chǎn)品氣中夾帶的細(xì)灰分顆粒在柱狀物中被焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流所捕獲。
[0069]應(yīng)理解的是，第一容器12的形狀和尺寸將適于提供相對大的橫截面積，以最大化氣體-固體相互作用并捕獲粗制產(chǎn)品氣中的細(xì)顆粒。另外，將粗制產(chǎn)品氣流速調(diào)整為相對低的，以使得能在反應(yīng)區(qū)中有足夠的停留時(shí)間。
[0070]大體上，第二容器14包括圓柱形容器，該圓柱形容器具有向內(nèi)逐漸變細(xì)的基座，該基座適于將諸如呈盤繞式熱交換器形式的熱交換器55容納于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床40中。也可以使用其它類型的熱交換器。應(yīng)理解的是，焦化物或固體吸附劑介質(zhì)均勻地散布及分配于盤繞式熱交換器的盤管(coil)之間。在第二容器14的上端44處提供在中心設(shè)置的入口 42，用于向第二容器14裝載及卸載焦化物或固體吸附劑介質(zhì)。也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它卸載焦化物或吸附劑介質(zhì)的方式。可選地，可從容器14下部中的出口(未示出)卸載焦化物或固體吸附劑介質(zhì)。
[0071]第二容器14設(shè)有用于已在第一容器12中處理過的產(chǎn)品氣的入口 46和用于收回清潔產(chǎn)品氣的出口48。入口46設(shè)置在第二容器14的側(cè)壁50中，諸如鄰近第二容器14的上端，并且入口 46與第一容器12的出口 36流體連通。出口 48設(shè)在第二容器14的向內(nèi)逐漸變細(xì)的基座的頂部52中。大的固體顆?？杀谎b進(jìn)該頂部中，以阻止焦化物或固體吸附劑介質(zhì)通過出口48離開容器。
[0072]第二容器14還設(shè)有入口 54和出口 56，入口 54與熱交換器55的盤管流體連通，用于接收熱交換介質(zhì)，出口 56與熱交換器55的盤管流體連通，用于排出被加熱的熱交換介質(zhì)。
[0073]使用時(shí)，如上所述的來自氣化器的、含有有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)的粗制產(chǎn)品氣在第一容器12的入口 34中被接收，并且粗制產(chǎn)品氣被導(dǎo)向單元38引導(dǎo)成以實(shí)質(zhì)垂直的方向流過在網(wǎng)狀物16與18之間實(shí)質(zhì)豎直的柱狀物，該柱狀物中含有在其中流過的下降的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流。通過將焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑進(jìn)料到網(wǎng)式柱狀物16的上部20中的入口 22中，并借助排出裝置32經(jīng)由柱狀物的下部28中的出口 30排出部分氣化的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑、灰分或它們的混合物來建立下降的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流。
[0074]然后經(jīng)由出口36從第一容器12收回得到的產(chǎn)品氣，并經(jīng)由入口 46將該產(chǎn)品氣接收到第二容器14中。使所述產(chǎn)品氣通過嵌于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床40中的盤繞式熱交換器55(的外部)，從而將得到的產(chǎn)品氣從約700°C至約750°C的范圍內(nèi)的溫度逐漸冷卻到在第二容器14的出口 48處的低于2 50 °C諸如低于200 °C的溫度。隨著產(chǎn)品氣冷卻，產(chǎn)品氣中的殘余有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)凝結(jié)于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)上或被焦化物或固體吸附劑介質(zhì)捕獲，并且產(chǎn)品氣的顯熱被傳遞至流經(jīng)盤繞式熱交換器55的熱交換介質(zhì)。
[0075]參看圖2a和圖2b，裝置10’包括容器58，該容器58中界定有反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)。
[0076]容器58具有上部60、與第二下部64間隔開的第一下部62、和中間部66，該中間部66沿著容器58的長度實(shí)質(zhì)水平地設(shè)置在上部60與第一下部62和第二下部64之間。容器58還設(shè)有布置成與氣化器(未示出)流體連通的用于粗制產(chǎn)品氣的入口 68和用于收回在容器58中凈化過的產(chǎn)品氣的出口 70。入口 68和出口 70設(shè)置在中間部66的相應(yīng)的相對端72、74。容器58配置成限制粗制產(chǎn)品氣在大體水平的方向上從入口 68沿著中間部66的長度流動至出口 70。
[0077]容器58的上部60界定空隙，該空隙設(shè)有配置成限制上部60中的氣流的多個(gè)擋板76。上部60還設(shè)有呈格子進(jìn)料器(grate feeder)或‘漏式進(jìn)料器(leaking feeder) ’形式的進(jìn)料器78，用于將焦化物進(jìn)料到容器58中，后文將進(jìn)行描述。使用時(shí)，上部60中的空隙填充有焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑或其它類型的催化劑或它們的混合物。
[0078]第一下部62和第二下部64設(shè)置成鄰近中間部66的相應(yīng)的相對端72、74。第一下部62和第二下部64通常向下逐漸變細(xì)，以將相應(yīng)的氣化的焦化物、灰分或它們的混合物及用過的焦化物流引導(dǎo)到排出口 80、82，后文將進(jìn)行描述。排出口 80、82可設(shè)有諸如閉鎖式料斗的任何合適的排出裝置。第一下部62和第二下部64也可設(shè)有多個(gè)擋板84，擋板84配制成限制其中的氣流。
[0079]中間部66設(shè)有多個(gè)熱交換板或擋板86，熱交換介質(zhì)(例如空氣)流經(jīng)該多個(gè)熱交換板或擋板86。用于熱交換介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)入口 88可設(shè)置成鄰近用于清潔產(chǎn)品氣的出口70。用于熱交換介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)出口 90可設(shè)置成鄰近用于粗制產(chǎn)品氣的入口 68。因此，這種特別的布置提供熱交換介質(zhì)相對于粗制產(chǎn)品氣流的反向式流動(C O u n t e r - C u r r e n tflow)。并向式流動(co-current flow)也是可能的。
[0080]在此具體實(shí)施例中，容器58還容納散布在熱交換板或擋板86之間的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑床。
[0081]熱交換板或擋板86(見細(xì)節(jié)A)配置成實(shí)現(xiàn)高的熱交換表面積。在圖2中，經(jīng)由入口88進(jìn)入容器58的熱交換介質(zhì)被分成多個(gè)子流(圖2中的實(shí)例中示出4個(gè)子流)。熱交換介質(zhì)的每個(gè)子流通過一系列間隔開的且相互連接的平行中空板。擋板設(shè)在每個(gè)中空板中。擋板和中空板的壁界定彎曲的(U型)通道，以增加傳熱表面積和傳熱系數(shù)，從而得到增強(qiáng)的傳熱速率。焦化物或固體吸附劑顆粒填充中空板之間的間隙。當(dāng)產(chǎn)品氣流經(jīng)焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床時(shí)，產(chǎn)品氣流經(jīng)具有許多轉(zhuǎn)彎的通道。容器壁附近的中空板的寬度是內(nèi)部的那些中空板的寬度的一半。容器壁形成中空板的一部分。
[0082]使用時(shí)，經(jīng)由至容器58的上部60的進(jìn)料器78將焦化物、吸附劑或它們的混合物加入容器58中，并且焦化物、吸附劑或它們的混合物在重力下下降至中間部66中。
[0083]容器58的反應(yīng)區(qū)被界定在用于將熱的粗制產(chǎn)品氣接收至中間部66中的入口68處以及鄰近入口68的區(qū)域中，在其中，存在焦化物和焦油狀殘余物的充分氣化/消耗，并且通過與產(chǎn)品氣中的重整劑(諸如H2O和CO2)的催化重整反應(yīng)從粗制產(chǎn)品氣中去除其它有機(jī)雜質(zhì)。諸如NH3/H2S/HCN/HC1和S0x/N0x的一些無機(jī)雜質(zhì)也被破壞或固定至焦化物或催化劑中。粗制產(chǎn)品氣中的顆粒也至少部分地被焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流捕獲。
[0084]灰分、部分氣化的焦化物或兩者的混合物緩慢地下降至第一下部62中，并通過排出口 80排出。通過來自容器58的上部60的焦化物流來補(bǔ)償(S卩補(bǔ)充)在中間部66中的焦化物消耗。
[0085]當(dāng)粗制產(chǎn)品氣通過中間部66的熱交換板或擋板86時(shí)，所述氣體逐漸冷卻，并且氣化終止。容器58的冷卻區(qū)因此被界定為中間部66的如下部分:在中間部66的該部分中，焦化物大體吸附從粗制產(chǎn)品氣凝結(jié)的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)，并過濾出粗制產(chǎn)品氣中的細(xì)顆粒。應(yīng)理解的是，焦化物并非實(shí)質(zhì)消耗于容器58的冷卻區(qū)中，所以包括焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的緩慢移動床?？梢跃徛⑦B續(xù)地或間歇地從容器58的第二下部64的排出口 82排出用過的焦化物?？蓪τ眠^的焦化物進(jìn)行再生以再揮發(fā)焦油狀殘余物，并將用過的焦化物返回至容器58 ο可選地，可對用過的焦化物進(jìn)行氣化，以回收其能量值。
[0086]再生的用過的焦化物還含有豐富的AAEM物質(zhì)及其它無機(jī)養(yǎng)分，并能夠容易地返回土壤作為土壤改良劑。以此方式的焦化物再循環(huán)有兩個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn):(I)焦化物中的無機(jī)養(yǎng)分返回田地，和(2)碳匯，從而減少來自像燃料轉(zhuǎn)換和發(fā)電這樣的工藝的碳排放。對于鄉(xiāng)村和地方社區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展而言，這些因素是重要的。
[0087]正如上面詳細(xì)描述的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種有效的熱氣體凈化方法，尤其用于低級含碳材料的氣化，以生產(chǎn)相對高質(zhì)量的產(chǎn)品氣，用于諸如發(fā)電、產(chǎn)熱和化學(xué)品/燃料合成的目的。
[0088]本發(fā)明的實(shí)施例還提供了能夠從產(chǎn)品氣流中去除焦油殘余物、顆粒、其它雜質(zhì)和污染物形成物質(zhì)，以及能夠增加產(chǎn)品氣中的氫含量的固體催化劑。
[0089]還應(yīng)理解的是，產(chǎn)品氣的顯熱可以在本發(fā)明的其它工藝流用于氣化設(shè)備之前，與這些流一起有效地用于間接熱交換。
[0090]可選地，產(chǎn)品氣的顯熱可用以干燥或熱解經(jīng)氣化之前的含碳材料。
[0091]參看圖3示出了氣化系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例。氣化系統(tǒng)100包括用于干燥諸如生物質(zhì)的含碳材料的干燥器110、用于加熱并熱解干燥過的或部分干燥過的含碳材料并且產(chǎn)生焦化物和揮發(fā)物的熱解器120、用于氣化焦化物并重整揮發(fā)物以產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣的氣化器130、和如前面所描述的用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置10或10’。所述裝置10或10’布置成與氣化器130流體連通，以接收并凈化粗制產(chǎn)品氣。
[0092]可采用如下文所述的氣化系統(tǒng)100。
[0093]例如通過斗式提升器(bucketelevator) 104將生物質(zhì)(或可選的含碳材料或它們的混合物)從儲料斗102傳遞至干燥器110，該斗式提升器104被布置成進(jìn)料生物質(zhì)。干燥器110采用熱空氣流來干燥生物質(zhì)。熱空氣流可包括來源于氣化系統(tǒng)100中的多個(gè)部件中的任何一個(gè)(尤其是熱解器120的排氣裝置)或下游設(shè)備(例如燃?xì)鈾C(jī)(gas engine)的排氣裝置)的廢熱流。可選地，尤其在啟動模式中，熱空氣流可來源于直接式空氣加熱器106中的(例如天然氣與空氣的)燃燒器。
[0094]然后，例如通過斗式提升器108將離開干燥器110的干燥過的或部分干燥過的生物質(zhì)傳遞至平行式料斗(parallel hopper) 112(或其它類型的料斗)。螺旋進(jìn)料器114將來自平行式料斗112的干燥過的生物質(zhì)進(jìn)料到熱解器120中。因?yàn)闊峤馄?0也可以起到進(jìn)料器的作用，所以所述螺旋進(jìn)料器114并不總是必要的。熱解器120對干燥過的生物質(zhì)進(jìn)行加熱，以產(chǎn)生揮發(fā)物(包括水蒸氣)和固體焦化物顆粒。熱解器120的熱負(fù)荷可以源自被加熱的流體熱交換介質(zhì)通路導(dǎo)管115，該通路導(dǎo)管115在用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置10(或10’)的熱交換器55(或86)中使用。另外，或者可選地，來自燃?xì)鈾C(jī)150的煙道廢氣通路導(dǎo)管116可以傳遞用于熱解器120的部分或全部的熱負(fù)荷。
[0095]蒸汽和空氣經(jīng)由線路118和122被傳送至氣化器130。來自熱解器120的揮發(fā)物和夾帶的細(xì)顆粒經(jīng)由導(dǎo)管124進(jìn)入氣化器130。焦化物顆粒離開熱解器120，并經(jīng)由螺旋進(jìn)料器126被進(jìn)料到氣化器130中。氣化器130可設(shè)有輔助燃燒器(未示出)，該輔助燃燒器燃燒天然氣或其它燃料，以提供額外的熱負(fù)荷和/或啟動模式中的熱負(fù)荷。
[0096]在另一實(shí)施例中，熱解器120與氣化器130整合于一個(gè)容器中，并且導(dǎo)管124和進(jìn)料器126不再是必要的。熱解產(chǎn)物離開熱解器并同時(shí)進(jìn)入氣化器130。
[0097]在進(jìn)入氣化器130之后，大的焦化物顆粒下降至氣化器130的下部132，并且揮發(fā)物(和一些夾帶的焦化物微粒)上升至氣化器130的上部134并在那里經(jīng)歷重整反應(yīng)。焦化物顆粒與例如呈空氣、稀釋的氧或純氧形式的含氧氣體流發(fā)生反應(yīng)，以主要產(chǎn)生一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)伴隨諸如出的其它氣體，這些氣體隨后上升至氣化器130的上部，并與揮發(fā)物和重整的氣體混合，以產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣。如上所述的揮發(fā)物重整反應(yīng)和焦化物氣化反應(yīng)的分離使揮發(fā)物-焦化物相互作用的不利影響最小化，從而加速焦化物的氣化。這種布置還使揮發(fā)物與含氧氣體的不必要的接觸最小化，以降低含氧氣體的消耗。
[0098]在一個(gè)實(shí)施例中，在氣化器中提供與進(jìn)料器126連接的導(dǎo)管(未示出)，以使焦化物顆?？拷鼩饣鞯牡撞?。氣化器的下部形成為圓錐形，使得焦化物顆粒被保持在氣化器的下部中，以確保它們有足夠長的停留時(shí)間來與氧和其它氣化劑發(fā)生反應(yīng)。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的公式或使用計(jì)算機(jī)軟件包(例如計(jì)算流體動力學(xué)軟件包)，并且考慮到在感知到的(perceived)條件下它們的停留時(shí)間應(yīng)比燃盡時(shí)間更長，能夠從細(xì)顆粒的終端速度計(jì)算出錐角(即避免細(xì)顆粒夾帶)，。基于焦化物顆粒的粒徑分布來選擇待保留于此區(qū)域中的細(xì)顆粒的尺寸，使得大多數(shù)焦化物顆粒保留在該區(qū)域中用于與氧發(fā)生反應(yīng)。盡管一些大的灰分顆粒從氣化器底部排出，但是灰分和未燃燒的焦化物細(xì)顆粒將被夾帶至氣化器的上部134，然后被運(yùn)送至旋風(fēng)分離器中用于分離和收集。
[0099]為了確保在氣化器的下部處顆粒的正確點(diǎn)火和滅火，來自118和122的氣化劑可在它們進(jìn)入氣化器之前被預(yù)加熱。預(yù)加熱的一種方式是使氣化劑通過熱交換器，例如包裹于氣化器反應(yīng)器壁的外部或內(nèi)部的盤繞式熱交換管。這種熱交換布置還有助于氣化器的下部的溫度譜的調(diào)整。可選地，將蒸汽引入至下部是另一種調(diào)整氣化器的下部處的反應(yīng)溫度的方式。
[0100]可從氣化器130的下部132收回大的焦化物顆粒。正如前文已經(jīng)描述過的，焦化物可被用在用于凈化粗制產(chǎn)品氣的裝置10或10’、反應(yīng)區(qū)或冷卻區(qū)中。
[0101]粗制產(chǎn)品氣經(jīng)由導(dǎo)管140離開氣化器130，并進(jìn)入旋風(fēng)分離器142，在旋風(fēng)分離器142中，粗制產(chǎn)品氣與主要為焦化物和灰分的固體顆粒分離。
[0102]然后粗制產(chǎn)品氣進(jìn)入裝置10或10’，并進(jìn)行如前文所述的處理。得到的經(jīng)凈化的產(chǎn)品氣然后被用于諸如發(fā)電、制氫和/或化學(xué)品/燃料合成的各種目的。
[0103]在圖3中所示的實(shí)施例中，經(jīng)加熱的熱交換介質(zhì)從裝置10或10’被送至熱解器120，以滿足完全地蒸發(fā)生物質(zhì)中的殘余濕氣、熱解生物質(zhì)、以及進(jìn)一步裂解到達(dá)升高的溫度的熱解產(chǎn)物的能量需求。這是一種有效的能量回收方式。
[0104]本發(fā)明的實(shí)施例能夠提高氣化效率。該技術(shù)能夠適當(dāng)?shù)赜迷诶缒茉春突瘜W(xué)工業(yè)中。
[0105]相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)容易理解的是，本發(fā)明的一些實(shí)施例可以提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所述優(yōu)點(diǎn)包括但不限于下列幾點(diǎn):
[0106].提供粗制產(chǎn)品氣凈化工藝，尤其是用于由低級的含碳材料產(chǎn)生的粗制產(chǎn)品氣，該工藝按順序地重整在較高的氣化器出口溫度下的焦油狀殘余物、去除顆粒、破壞污染物或污染物前驅(qū)物、然后隨著產(chǎn)品氣被冷卻而將剩余的焦油狀殘余物及其它有機(jī)殘余物和無機(jī)物(例如AAEM)凝結(jié)并吸附于焦化物或其它固體吸附劑介質(zhì)床上，并且該工藝回收粗制產(chǎn)品氣中的熱能；
[0107]?通過用焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑來重整焦油殘余物，使產(chǎn)品氣中的焦油殘余物的量最小化，該產(chǎn)品氣中的焦油殘余物是在低級的含碳材料的氣化中常出現(xiàn)的一個(gè)問題；
[0108].使產(chǎn)品氣中的細(xì)顆粒減少到最低程度；
[0109].用焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床去除揮發(fā)的AAEM和諸如NH3、HCN和H2S的污染物形成雜質(zhì)；
[0110]?作為一種處置方式，可以將用過的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑排出至氣化器中的焦化物氣化區(qū)并將其氣化，從而對氣化器中的熱能生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)，而不產(chǎn)生額外的液體或固體廢物流；
[0111].用過的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑含有大量AAEM物質(zhì)及其它無機(jī)養(yǎng)分，并且能夠容易地返回土壤作為土壤改良劑及用于固碳；
[0112].可以有效地(部分地)將粗制產(chǎn)品氣的顯熱轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，然后通過與熱交換介質(zhì)的熱交換而被回收；
[0113].可以實(shí)現(xiàn)粗制產(chǎn)品氣的顯熱的熱回收，而不污染熱交換器表面。
[0114]除了已經(jīng)描述的那些之外，在不偏離基本發(fā)明構(gòu)思的情況下，將許多變化和修改建議給相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員?？烧J(rèn)為所有這些變化和修改都是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其性質(zhì)將由前面的描述來確定。例如，應(yīng)當(dāng)理解的是，在小規(guī)模(幾兆瓦或更少)和大規(guī)模(幾百兆瓦)時(shí)，都能夠以各種方式實(shí)踐和執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例。
[0115]還應(yīng)被理解的是，盡管前面的描述涉及工藝步驟的具體順序、裝置和設(shè)備的部件，但是它們的構(gòu)造僅為說明性目的而被提供，并非意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0116]在本發(fā)明的說明書中，除非上下文需要，否則由于語言表達(dá)或必要的暗示，詞語“包括”或諸如“包括了”或“包括有”的變形是包括在內(nèi)的意思，即明確說明被表述的特征的存在，但不排除在本發(fā)明的各種實(shí)施例中存在或添加進(jìn)一步的特征。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于凈化粗制產(chǎn)品氣的工藝，所述工藝包括: a)使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸，以重整粗制產(chǎn)品氣中的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)，并去除顆粒;以及 b)通過在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下與熱交換介質(zhì)的熱交換，對得到的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻，以使剩余的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)凝結(jié)于焦化物或固體吸附劑介質(zhì)上，并濾出細(xì)顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述催化劑包括焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其中使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸包括:在操作條件下使粗制產(chǎn)品氣與焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑流相接觸，借此使粗制產(chǎn)品氣中的焦油狀殘余物及其它雜質(zhì)經(jīng)歷重整反應(yīng)，并且使焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑經(jīng)歷部分或完全氣化。4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述粗制產(chǎn)品氣在實(shí)質(zhì)垂直于催化劑流的方向上流動。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其中所述粗制產(chǎn)品氣流具有相對低的速率，以增強(qiáng)借助催化劑流的顆粒去除。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝，其中催化劑和粗制產(chǎn)品氣的相對流動被調(diào)整成使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸限定的時(shí)段。7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述粗制產(chǎn)品氣具有約800°C或更高的溫度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其中使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸的步驟將粗制產(chǎn)品氣的溫度降低至約700°C與約750°C之間的溫度。9.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下，對步驟a)中的產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻包括:使所述產(chǎn)品氣通過布置成容納焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床的熱交換器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其中所述產(chǎn)品氣通過焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床，并且在所述產(chǎn)品氣中剩余的焦油狀殘余物、其它可凝結(jié)的有機(jī)雜質(zhì)和/或無機(jī)雜質(zhì)凝結(jié)于焦化物或吸附劑介質(zhì)的表面上，且剩余的細(xì)顆粒被濾出。11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的工藝，其中通過與熱交換器中的熱交換介質(zhì)的熱交換來回收所述產(chǎn)品氣的顯熱。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其中所述熱交換介質(zhì)可以是氣體或液體(包括熔鹽)。13.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中對所述產(chǎn)品氣進(jìn)行冷卻的步驟將所述產(chǎn)品氣的溫度降低至低于250°C。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝，其中所述產(chǎn)品氣被冷卻至低于200°C。15.—種裝置，包括: 反應(yīng)區(qū)，布置成與用于產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣的氣化器流體連通，，使用時(shí)，催化劑流通過反應(yīng)區(qū)的至少一部分，并且使用時(shí)反應(yīng)區(qū)從氣化器接收粗制產(chǎn)品氣，所述粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸；以及 冷卻區(qū)，使用時(shí)，冷卻區(qū)容納焦化物或吸附劑材料床，所述冷卻區(qū)被配置成與反應(yīng)區(qū)流體連通，其中使用時(shí)，粗制產(chǎn)品氣被冷卻區(qū)接收，并且通過在焦化物或固體吸附劑介質(zhì)存在下與流體熱交換介質(zhì)的熱交換在所述冷卻區(qū)中被冷卻。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)設(shè)有粗制產(chǎn)品氣入口和粗制產(chǎn)品氣出口，所述粗制產(chǎn)品氣入口布置成與氣化器流體連通，所述粗制產(chǎn)品氣出口與冷卻區(qū)流體連通。17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)設(shè)有用于催化劑流的入口和出口。18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)適于使粗制產(chǎn)品氣能夠在實(shí)質(zhì)垂直于催化劑流的方向上流動。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)適于使催化劑流能夠在自重進(jìn)料下在豎直方向上流動。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中用于所述催化劑流的出口設(shè)置在反應(yīng)區(qū)的下部。21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)一步設(shè)有灰分排出裝置，所述灰分排出裝置可操作地連接至用于灰分或用過的催化劑流的出口。22.根據(jù)權(quán)利要求15至21中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述反應(yīng)區(qū)適于調(diào)整催化劑和粗制產(chǎn)品氣的相對流動，以使粗制產(chǎn)品氣與催化劑流相接觸足夠長的一段時(shí)間，以重整粗制產(chǎn)品氣中的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)、去除產(chǎn)品氣中的細(xì)顆粒、以及部分或完全氣化焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑。23.根據(jù)權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述冷卻區(qū)設(shè)有熱交換器，所述熱交換器布置成容納焦化物或固體吸附劑介質(zhì)床。24.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述冷卻區(qū)進(jìn)一步設(shè)有產(chǎn)品氣入口和清潔產(chǎn)品氣出口，所述產(chǎn)品氣入口布置成與反應(yīng)區(qū)的粗制產(chǎn)品氣出口流體連通。25.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述裝置包括容器，所述容器中界定有所述反應(yīng)區(qū)和所述冷卻區(qū)。26.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述裝置包括第一容器和第二容器，所述第一容器中界定有所述反應(yīng)區(qū)，所述第二容器中界定有所述冷卻區(qū)。27.根據(jù)權(quán)利要求15至26中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述冷卻區(qū)設(shè)有用于流體的入口和出口，所述流體用以再生焦化物或固體吸附劑介質(zhì)。28.根據(jù)權(quán)利要求15至27中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述冷卻區(qū)設(shè)有入口和出口，所述入口用于將焦化物或固體吸附劑介質(zhì)裝載至冷卻區(qū)中，所述出口用于排出焦化物或吸附劑介質(zhì)。29.—種用于從含碳材料產(chǎn)生產(chǎn)品氣的氣化系統(tǒng)，包括用于氣化含碳材料以產(chǎn)生粗制產(chǎn)品氣的氣化器、和用于凈化如權(quán)利要求15至28中任一項(xiàng)所限定的粗制產(chǎn)品氣的裝置，所述裝置布置成與氣化器流體連通，以接收并凈化粗制產(chǎn)品氣。30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的氣化系統(tǒng)，其中，所述氣化系統(tǒng)包括熱解器，所述熱解器以與氣化器流體連通、且位于氣化器的上游的方式配置，借此，所述氣化器從熱解器接收被熱解的含碳材料，所述熱解器布置成與所述裝置的所述冷卻區(qū)流體連通，以接收所述流體熱交換介質(zhì)，從而加熱所述熱解器中的所述含碳材料。31.根據(jù)權(quán)利要求29和30所述的氣化系統(tǒng)，其中所述熱解器與氣化器整合成一體。
【文檔編號】B01D53/00GK105848755SQ201480068560
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】李春柱, 理查德·古納萬, 董利
【申請人】雷內(nèi)吉公司