[發明專利]發酵尾氣在氣化和氣體發酵集成系統中的用途

在審

• 申請號: 202110264458.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113403113A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 高海明;R·J·孔拉多;R·羅辛;G·莫林;F-M·諾瓦克
• 申請（專利權）人: 朗澤科技有限公司
• 主分類號: C10K1/00
• 分類號: C10K1/00;C10K1/32;C10K1/34;C12M1/107
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 孫占華;張廣育

本公開提供了從工業氣體或氣化衍生的合成氣中分離和燃燒至少一種烴、含氧化合物、硫化合物和/或氮化合物以生成蒸汽。使用來自發酵過程的尾氣提供火焰以使來自通過氣化過程生成的合成氣的焦油和其他化合物燃燒，可以將氣化過程和氣體發酵過程集成。通過使用吸附劑從工業氣體或氣化衍生的合成氣中去除焦油和其他化合物并且使用來自氣體發酵過程的尾氣再生吸附劑，可以實現集成。富集了解吸的焦油和其他化合物的尾氣可以用于在蒸汽鍋爐中生成蒸汽，并且該蒸汽可以用于多種目的，包括生成動力以驅動例如氣體發酵過程的壓縮機。

相關申請的交叉引用

本申請要求2020年3月16日提交的美國臨時專利申請號62/990,216的權益，該美國臨時專利申請的全部內容以引用方式并入本文。

技術領域

本發明涉及用于改進氣化過程和氣體發酵過程的集成的方法。特別地，本發明涉及在將由氣化過程產生的合成氣用作氣體發酵過程的進料之前，采用氣體發酵過程的尾氣的至少一部分從用于從合成氣中分離焦油的吸附劑中解吸至少一種焦油。在另一個實施方案中，在將工業氣體引入氣體發酵過程之前，使用尾氣再生用于從工業氣體中分離焦油的吸附劑。

背景技術

隨著世界人口的增加，由這種人口產生的廢棄物成為越來越引人關注的問題。一種用于廢棄物處置的解決方案是氣化。氣化是將基于有機燃料或化石燃料的含碳材料轉化為包含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的合成氣的過程。氣化有利地既減少垃圾填埋場中的廢棄物的量，又產生產物合成氣，該合成氣可以通過一個或多個后續過程轉化為有用的產物。

由氣化產生的合成氣可以被包括費托過程在內的許多過程利用。費托過程提供一氧化碳的催化加氫，以產生多種產物，包括烴、醇或其他氧合烴。然而，費托過程中的催化床對合成氣料流中可能存在的各種組分(取決于氣化原料)特別敏感。一種這樣的組分是硫。如果在將合成氣料流送到費托過程之前未從該合成氣料流中去除硫，則硫可能使費托反應所需的催化劑失活。因此，為了得到適合費托過程的氣體，通常需要粗放性氣體凈化技術。

費托過程的一種替代方案是氣體發酵。氣體發酵將氣體(包括合成氣)生物固定到一種或多種產物中。與費托過程相比，氣體發酵具有多種優勢。首先，費托過程利用高溫(150℃至350℃)、升高的壓力(30巴)和非均相催化劑(諸如鈷、釕和鐵)。相比之下，氣體發酵在約37℃處發生，并且通常在大氣壓力下進行，相對于費托過程，這節省大量的能量和成本。此外，費托過程要求合成氣中的H₂:CO比率相對固定，為2:1左右，而氣體發酵卻能夠接收和利用具有不同的H2:CO比率的各種各樣的底物。

氣化通過部分氧化將生物質或城市廢棄物轉化為合成氣的氣態混合物，該氣態混合物包含一氧化碳、氫氣、甲烷、氮氣、水蒸氣、二氧化碳和焦油。生物質衍生的合成氣尤其含有應當從該合成氣中去除的高濃度的焦油狀化合物和顆粒。焦油通常包含一系列烴和含氧化合物。示例包括芳族化合物、聚芳族化合物、呋喃主鏈結構，其中脂族和氧合的官能團諸如酸、醛、酮和醇連接到主鏈。可以設想，取決于工業氣體的來源，工業氣體也可能含有焦油。

仍然需要在工業氣體或氣化衍生的合成氣可以用于下游過程之前從該工業氣體或合成氣中有效地去除焦油。此外，仍然需要在氣化操作和氣體發酵操作之間進行更高水平的集成，以便以最有益的方式將一個操作的廢棄物料流用于整個系統。來自氣體發酵操作的尾氣的出乎意料的有益用途是在合成氣用作氣體發酵操作的進料之前，采用尾氣的至少一部分來再生用于從合成氣中分離至少一種焦油的吸附劑。通過在蒸汽鍋爐中燃燒在焦油解吸后并因此富集了焦油且具有較高熱值的尾氣以生成蒸汽，可以進一步提高集成度。在富集了焦油的尾氣中存在數量驚人的殘余能量，因此產生了數量驚人的蒸汽。通過利用蒸汽來生成用于在氣體發酵操作中使用的壓縮機的動力，還可以對集成進行進一步的整合。其他選擇包括諸如在燃氣發動機或燃氣輪機中生成動力。

發明內容