本发明专利技术公开气化器和/或气化方法，其通过使还原区域夹在两个氧化区域之间提供气化器中长的均匀温度区域，而无论燃料的颗粒大小、化学组成和含湿量如何。该气化器和/或气化方法具有碳，其更加能量密集并且几乎不含湿气，其提供另外的(或碳)氧化区域，温度高于更接近蒸发和脱挥发组分区域的第一氧化区域。因此，另外的(或碳)氧化区域有助于升高还原区域温度，从而提供改善合成气组成和焦油几乎完全转化的有利双重作用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气化方法，并且尤其涉及具有夹在至少两个高温氧化区域之间的至少一个吸热还原区域的气化方法。
技术介绍
清洁合成气的生产和完全的燃料转化是用于商业应用比如产生热、电、气态以及液态燃料和化学品的碳质燃料成功气化的主要要求。这些要求对于实现来自在范围从小分布气化型工艺至大规模气化型工艺的规模下的期望工艺经济学和燃料转化的有利环境影响是至关重要的。在通常已知的基于床构造(固定床、流化床和载流床(entrained bed))定义的气化器类型和它们的变型中，已知下吸式固定床气化器在热合成气中生产最低的焦油，其主要归因于这样的床构造，其中蒸发和脱·挥发组分的(devolatilized)或热解的产品被允许经过高温氧化区域，从而长链烃被还原成它们的短链成分，并且这些气态的燃烧和还原的热解产品与未转化的碳(carbon或char)在还原区域反应以生产清洁合成气。附图说明图1图解通常称为Imbert和分层下吸式气化器的下吸式气化器的两种变化的一般示意图。该图描绘三个主要气化区域:蒸发和脱挥发组分区域1、氧化区域2和还原区域3。注入保持高温氧化区域(区域2)需要的氧化剂(空气)，从而该区域的位置通常是固定的。发生在区域I中的转化主要是吸热的，并且挥发物产量取决于加热速率，所述加热速率取决于燃料颗粒大小和温度。发生在区域3中的还原反应主要是吸热的。这些反应是温度的强函数并且决定燃料转化率，从而限定燃料吞吐量、合成气生产率和合成气组成。维持还原区域中吸热反应需要的热输送自单个氧化区域。因此，清洁合成气的生产和碳转化的程度非常依赖于温度和从氧化区域至还原区域的传热。如图1中所显示的，还原区域中的温度曲线随着距氧化区域的距离增加而急剧下降，从而在氧化-还原区域界面下游，对于一些粒径，还原反应几乎停顿。结果，该区域称为死碳区域，其中进一步转化完全停顿。未转化的碳需要从该区域去除，以便保持连续的燃料转化。燃料的能量含量因此损失在去除的碳中，导致降低的气化器效率和需要对其处理的附加缺点。氧化区域的大小、位置和温度的重要(critical)因素严重限制可在相同气化器中使用的碳质燃料的范围，所述气化器通常设计来转化具有窄范围物理化学特征——尤其是颗粒大小、化学组成和含湿量——的燃料(例如，用于商用生物质气化器的典型燃料规格包括含小于15%湿气和小于5%细粉(fine)的碎木)。已知这些燃料特征的任何改变对气化器性能具有不利影响，并且所以对这种燃料进行预处理(比如使用干燥器减少湿气和细粉)和/或在适当的气化技术保证协议下限制转化。因此，气化器设计的当前状态和迄今气化器不能保持气化器区域中需要的温度曲线一因为当包含高湿气、大量挥发物或大部分精细颗粒的燃料或具有低反应性的燃料气化时引起的重要氧化区域的尺寸和温度下降的双重作用一是目前气化器技术的不期望的缺点。另外，这种燃料的气化导致热解产物的部分分解，这造成合成气中不期望高浓度的焦油以及不利影响其组成和碳转化率，这是动力学控制的还原区域中不适当温度的组合作用。所以，不管上面提到的燃料组成的变化如何而都可在气化器中提供长的、均匀温度区域的气化方法和/或气化器是期望的。
技术实现思路
本专利技术公开了气化器和/或气化方法，其无论燃料的颗粒大小、化学组成和含湿量如何都提供气化器中长的、均匀温度区域。结果，包含高湿气和/或大量挥发物的任何碳质燃料可用作潜在的气化原料，同时保持合成气期望的低焦油组成。该气化器和/或气化方法也解决了为了保持均匀温度和燃料转化曲线而在反应床中进行氧化剂渗透的几何限制引起的固定床构造中最大允许吞吐量的一个主要限制。该气化器和/或气化方法在两个或多个氧化区域之间夹有一个或多个还原区域，并且通过这些区域提供产物气体流，从而可实现精确控制温度和燃料转化曲线。附图简述图1是基于主要气化区域的位置、燃料和氧化剂注入、合成气提取区域和床温度曲线，现有技术固定床下吸式气化器:1) Irnbert气化器；和2)分层气化器的比较；图2是图1中显示的两种现有技术固定床下吸式气化器和根据本专利技术实施方式的气化器的比较；图3是在包含0%_60%湿气分数的碳质燃料-生物质和氧化剂-空气的平衡反应条件下实现的ER对下述的变化的影响的图示:a)AFT ；b)未转化的碳的质量分数；c)C0+H2摩尔分数；和d)惰性气体浓度CO2摩尔分数；图4是氧化剂(空气)和包含0%_60%湿气的碳质燃料(由生物质代表)之间的反应平衡下实现的ER对H2O摩尔分数变化的影响的图示；图5是氧化剂(空气和10%0EA)和包含40%湿气的碳质燃料(生物质)之间的反应平衡和包含0%和40%湿气(按重量计)的残余碳下实现的ER对下述变化的作用的图示:a) AFT ；b)C0+H2摩尔分数；c)C02摩尔分数；和d)N2摩尔分数；图6是描绘对于包含湿气范围从0%至50%的模拟碳质燃料生物质在:a)恒定的焓和压力条件；和b)恒定的温度和压力条件下HHV对ER的图示；图7是根据本专利技术的实施方式的夹心气化方法的示意图，其描绘两个构造:a)开放顶部jPb)闭合顶部，其由气化器操作压力和燃料和氧化剂注入方法限定，显示了脱挥发组分区域的位置、夹在两个氧化区域之间的还原区域和合成气端口的位置；图8是根据本专利技术实施方式的夹心气化方法的示意图，其涉及不同物理化学特性的两种主要燃料的共气化；图9是单个模式和混合模式夹心气化方法的示意图，其描绘用于中等和大范围燃料吞吐量(0.5-20t/h)的两个还原区域和三个氧化区域系统；图10是单个模式和混合模式夹心气化方法的示意图，其描绘低范围燃料吞吐量(0.01-0.5t/h)的两个还原区域和三个氧化区域系统，由在燃料注入和残留物提取区域的单个氧化剂注入喷枪(Iance)构成；图11是根据本专利技术的实施方式的夹心气化方法的示意图，其描绘多个燃料注入区域、挥发物注入区域和残留物注入区域以及在大吞吐量夹心气化器的情况下数个注入和提取区域的实例；和图12是实验结果的图解，其描绘在夹心气化模式中自持式气化期间获得的时间平均轴向床温曲线，图解下述高湿气燃料:(a)木材生物质(松树)；(b)粉河盆地(PowderRiver Basin) (PRB)煤；(c)伊利诺斯州(Illinois)#6 煤；和(d)无用垃圾(turkeylitter)。专利技术详述术语如本文所使用，常规碳质燃料是其中燃烧过程是已知的或为了能量回收进行的那些。这种燃料通常归类为生物质或煤。如本文所使用，非常规碳质燃料典型地是工业的或汽车废气，其具有复杂的组成，从而它们的转化需要非典型的进料或注入、残留物提取、脱挥发组分过程控制和脱挥发组分的产品分配的方法，用于通过补充的燃料或催化剂实现保持强有力气化条件而有效地气化或破坏有毒的有机化合物。这种燃料包括，由钢丝和炭黑组成的全汽车轮胎、具有金属或惰性材料的结构性塑料材料层、需要强有力气化条件的污染的废弃材料、印制电路板、废弃燃料、重有机残留物淤泥和来自食品和化学工业的高粘性工业排出物。如本文所使用，主要燃料是在气化器主进料系统的帮助下，在由定义为ED-l、ED-2等(下面参考图8-11更详细描述)的区域中的氧化区域(0X-1)上游注入的常规和非常规燃料的最大组分。如本文所使用，次要燃料是在气化方法中形成的小本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.16 US 61/374,1391.混合模式气化方法，其包括: 提供具有至少两种不同气化介质注入区域的气化器； 提供至少两种不同的气化介质；和 独立控制所述至少两种不同介质的体积和温度。2.权利要求1所述的方法，其中两个氧化区域连接在还原区域的对侧上。3.权利要求2所述的方法，其中所述两个氧化区域之一是碳氧化区域，所述碳氧化增加高温区域用于实现接近平衡的气体组成。4.权利要求3所述的方法，其中在所述混合模式气化方法期间燃料完全碳转化。5.权利要求3所述的方法，其中所述碳氧化区域在所述还原区域的下游。6.权利要求1所述的方法，进一步包括使用碳代替增加燃料转化和合成气生产率。7.权利要求1所述的方法，其中所述气化介质的至少之一选自空气、富含氧气的空气和蒸汽、和纯氧气加蒸汽。8.权利要求1所述的方法，其中所述气化方法在比标准方法更低的温度下操作。9.权利要求1所述的方法，其中所述气化方法在高于标准方法的效率下操作。10.权利要求2所述的方法，其中熔融的灰烬在所述碳氧化区域的下游回收。11.权利要求1所述的方法，其中实现固定...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·M·帕特尔，
申请(专利权)人：能源与环境研究中心基金会，
类型：
国别省市：
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