[发明专利]流化床反应器中蒸汽加氢气化的方法和装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是2006年7月18日提交的专利申请序列号11/489,353的继续申 请，并要求其优先权。

技术领域

本发明的领域是由含碳原料合成运输燃料。

背景技术

受到包括环境、健康、安全问题，以及基于石油的燃料供给的不可避免 的未来稀缺性的许多关注所驱动，需要辨别化学能的新能源和将其转化为替 代运输燃料的方法。全球内燃机燃料驱动车辆的数目持续增长，特别是在中 等发展中国家。美国以外的主要使用柴油燃料的全球车辆数量比美国内部增 长得更快。这种情况可能改变，因为引入使用混合和/或柴油发动机技术的燃 料更有效的车辆以减少燃料消耗和总排放。由于用于生产基于石油的燃料的 资源正在枯竭，对石油的依赖将变成主要问题，除非开发出非石油替代燃料， 尤其是清洁燃烧的合成柴油燃料。而且，常规发动机中基于石油的燃料的正 常燃烧将引起严重的环境问题，除非使用严格的废气排放控制方法。清洁燃 烧的合成柴油燃料可以帮助减少柴油发动机的排放。

清洁燃烧的运输燃料的生产需要现有基于石油的燃料的重整 (reformulation)或者发现由未使用的材料产生能量或合成燃料的新方法。存在 许多来自可再生有机或废弃含碳物质的可用资源。使用含碳废弃物生产合成 燃料是经济上可行的方法，因为输入原料已经被认为没有什么价值，作为废 物丢弃，并且处理通常引起污染。

液体运输燃料相对于气体燃料具有内在的优势，在相同的压力和温度下 比气体燃料具有更高的能量密度。液体燃料可以在大气压或低压下储存而实 现液体燃料能量密度，气体燃料则必须以高压储存在车辆上的罐中，而这在 泄漏或突然破裂的情况下可引起安全问题。使用简单的泵和管线的液体燃料 分配比气体燃料分配容易得多。现有运输部门的液体燃料供应基础设施确保 容易整合到任何生产清洁燃烧的合成液体运输燃料的现有市场中。

清洁燃烧的液体运输燃料的可用性具有国家优先性。由含碳源清洁并有 效地生产合成气(其是氢气和一氧化碳的混合物)将有利于运输部门和社会健 康，该含碳源可经历费托型方法以生产清洁和有价值的合成汽油和柴油燃 料。本文定义的分别包括费托方法或费托反应器的费托型方法或费托型反应 器是使用合成气生产液体燃料的任意方法或反应器。类似的，费托型液体燃 料是通过这种方法或反应器生产的燃料。该方法允许将目前现有技术的发动 机废气后处理方法应用于NOx还原、除去柴油发动机废气中存在的有毒颗 粒、和减少正常燃烧产物的污染物，这在目前是通过催化剂实现的，但在来 自石油的柴油燃料的普通原料中的情形是该催化剂由于存在的任何硫而快 速中毒，从而降低催化剂效率。通常，由来自生物质(biomass)的合成气生产 的费托型液体燃料不含硫、不含芳烃，并且在合成柴油燃料的情形中具有超 高的十六烷值。

生物质材料是用于生产可再生燃料的最常处理的含碳废原料。废弃塑 料，橡胶，肥料，作物残茬，林地、树木和草的切割部分以及废水(污水)处 理的生物固体也是用于转化法的候选原料。生物质原料可转化以产生电、热、 有价值的化学品或燃料。加州在数种生物质利用技术的使用和开发方面全国 领先。每年在加州丢弃超过4500万吨城市固体废物由废物管理设施进行处 理。大约一半这些废物最终被填埋。例如，仅在加州地区的Riverside County， 估计每天处理约4000吨废弃木料。根据另一估计，每天有超过100000吨的 生物质倒入Riverside County收集区的填埋场。这种城市废物包括约30％的 废纸或废纸板，40％的有机(绿色和食品)废物，以及30％的木材、纸张、塑 料和金属废物的组合。如果废弃材料可以转化为清洁燃烧的燃料，则该废弃 材料的含碳组分将具有可用于减少其它能源需求的化学能。含碳材料的这些 废物来源不是唯一可用的来源。虽然可对许多现有的含碳废物材料如纸张进 行分类、再生并循环用于其它材料，但如果废物直接运输到转化设施，则废 物制造者将无需支付倾卸费用。通常废物管理机构目前收取每吨$30～$35的 倾卸费用以弥补处理成本。因此，不仅可以通过将废物运输给废物-合成燃 料处理工厂而降低处理成本，而且由于处理成本的降低还可获得额外的废 物。