[發明專利]分級氣化器及相關方法

無效

• 申請號: 201110344606.3
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102533335A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: S·P·辛赫;V·V·利相斯基;A·J·阿瓦利亞諾;W·馬德爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C10J3/04
• 分類號: C10J3/04;C10J3/20;C10J3/46;C10J3/48;C10J3/54;C10J3/56;C10J3/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進;林毅斌

背景

本發明涉及氣化器系統及處理碳質材料的方法。

與其它可再生燃料一起采用生物質用于產能，被認為是減輕漸增的大氣中CO₂濃度的途徑之一。植物在其生長期間消耗來自環境的二氧化碳。如果生物質在氣化作用中采用，由氣化作用而在環境中釋放的CO₂量相當于在植物生長期間消耗的CO₂量。因此，植物生物質的氣化或燃燒不對環境增加額外的CO₂。因此，使用生物質被認為是“碳中和”。

許多類型的原材料和原料已經被用于氣化操作。實例包括基于烴的材料，比如油、煤、精煉廠殘余物和污水污泥。在氣化工藝中，通過使原材料在高溫下與受控量的氧氣反應，將碳質材料比如煤、石油或生物質轉化為氣體比如一氧化碳和氫氣。當氣化時，含碳原料或者“進料”將形成稱為合成氣體或“合成氣”的所得的氣體混合物，其本身為非常有用的燃料。

通常，氣化工藝包括向加熱室供給含碳原料，與受控和有限量的氧氣和蒸汽一起。生物質氣化中的主要不利條件之一為所形成的合成氣可具有高的焦油濃度，其常常在冷卻時凝結并堵塞氣化器系統。另外，生物質氣化與內燃機和渦輪機的集成(例如用于電力生產)需要具有低焦油含量的合成氣。因此，在被用于產能之前需要廣泛的合成氣凈化。

先前降低合成氣中焦油的嘗試主要被分為兩個主要類型：i)在氣化器容器中除去焦油；和(ii)在氣化器容器外部的反應器中除去焦油。然而，這兩種方法通常伴隨缺點，比如對所要求產物的低選擇性；和成本無效性。減少焦油的替代方法已經采用需要增加水凈化系統的水洗滌器。這可增加工藝成本和復雜性。在其它情況中，下吸式氣化器已經被用于得到具有低焦油含量的合成氣。然而，使用這些類型的氣化器經過一段時間可伴隨結垢(scale-up)問題和可靠性問題，例如由于來自焦化床的合成氣的溝道效應。

因此，對于用于處理碳質材料的方法有著持續的需求，所述方法可將加熱條件最優化，同時產生相對高產率的具有低焦油含量的產品氣。另外，存在對更有效地利用燒焦物(char)的催化活性分解焦油從而導致低焦油合成氣的方法的需求。在最低限度下，為了商業上可行，這樣的技術將合乎需要地以相對低成本采用，并且也將采用碳質材料以相對高產率得到合成氣。

簡短描述

本發明的一個方面提供其被設置以氣化碳質原料的氣化器系統，所述系統包含反應器，反應器包括至少一個原料進口和至少一個粗制產品氣出口，并且所述系統進一步包含再循環管道，其被設置以再循環自反應器的一個部分離開的粗制產品氣，用于進入到反應器的另一個部分。在一些實施方案中，氣化器系統包含反應器、原料進口、氧化劑進口、粗制產品氣出口和再循環管道。所述反應器包括上部、中部和下部。原料進口被配置在反應器的上部以接收碳質原料。氧化劑進口被配置在反應器的下部以接收氧化劑。粗制產品氣出口被配置在反應器的上部。再循環管道被設置以將粗制產品氣出口偶聯于反應器的下部，并將來自反應器上部的粗制產品氣再循環至反應器的下部。

本發明的另一個方面提供一種用于將碳質流在氣化器系統中轉化為產品氣的方法。方法包括：經配置在反應器上部的進口提供碳質原料；經配置在反應器下部的氧化劑進口提供氧化劑；使碳質原料流與氧化劑反應形成包含粗制產品氣、產品氣和固體顆粒的混合物；將粗制產品氣經配置在反應器上部的粗制產品氣出口轉移到再循環管道；將至少一部分粗制產品氣經再循環管道再循環至反應器；并經至少一個位于反應器中部的產品氣出口轉移產品氣。

附圖簡述

當閱讀以下詳細描述并參照附圖(其中相同的字符代表全部附圖的相同部分)時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將變得更好理解，其中：

圖1為本發明一個實施方案的氣化器系統的圖示。

圖2為本發明另一個實施方案的氣化器系統的圖示。

詳細描述

盡管僅有本發明的某些特征已經在本文被闡明并得到描述，本領域技術人員將想到許多修飾和變化。因此應該理解附加的權利要求意圖包括落入本發明的真實精神內的所有這樣的修飾和變化。在說明書和權利要求中，將對具有以下含義的多個術語作出參考。