[发明专利]具有原位CO2捕集的合成燃料和化学品生产

说明书

本发明通常涉及具有原位CO₂捕集的用于合成燃料和化学产品生产的系统和方法。通常使用一种或多种化学中间体的氧化还原(redox)系统，并结合以经间接CO₂氢化、直接氢化或热解生产液体燃料。

包括原油、天然气和煤炭的化石燃料提供超过85％的现今能源供应。这些化石燃料通常在由最终消费者利用之前转变成诸如电力和液体运输燃料的载体。电力主要由诸如煤炭、天然气和核的相对充足的能源生产。相比之下，液体运输燃料几乎专门由原油获得，其供应在多变的价格下相对不稳定。在日益增加的能量需要和对于来自化石燃料应用的碳排放的伴随担忧之下，需要来自诸如煤炭、生物质和油页岩的更充裕资源的可承受的合成运输燃料。为了解决环境问题，下一代合成燃料生产方法需要能够捕集在该工艺中产生的污染物。这些污染物包括CO₂、硫化合物和汞，等等。

合成燃料通过重整和费托(Fischer-Tropsch，“F-T”)方案由诸如天然气的气态燃料生产。诸如煤炭、生物质和石油焦的固体燃料可通过间接液化(气化-水煤气变换-费托)、直接液化或热解转化为合成燃料。然而，这些系统比石油精炼方法资本更密集。此外，其能量转化效率比较低。

合成燃料也可经生物化学路径由生物质产生。然而，利用大量工业用水。此外，生物化学方法对原料具有严格需求。

所有上述方法都包括CO₂排放。从这些方法捕集CO₂与显著的能量损耗相关且因此降低工艺效率。

本发明的实施方案提供在高效率和有效CO₂捕集下由天然存在的碳质燃料源生产合成燃料的供选方案。

本发明的实施方案通常涉及具有原位CO₂捕集的用于燃料和化学品生产的新型基于氧化还原的系统。使用一种或多种化学中间体的氧化还原系统通常与经间接费-托合成、直接氢化或热解生产液体燃料结合使用。所述氧化还原系统用以产生用于液体燃料和化学品生产的富氢物流和/或CO₂和/或热。将来自液体燃料和化学品合成的副产物燃料和/或蒸汽的一部分用作用于所述氧化还原系统的原料的一部分。

鉴于以下详述将更全面地理解由本发明的实施方案提供的额外特征和优势。

当结合以下附图阅读时，可更好地理解本发明的说明性实施方案的以下详述，其中类似结构用类似附图标记表示且其中：

图1说明利用碳质原料的间接重整/气化与费-托合成的组合的合成液体燃料生产实施方案。

图2为说明间接重整/气化与费-托合成的集成的另一实施方案的示意图。

图3说明基于铁氧化物的气态燃料间接重整/气化系统与费-托合成的集成的另一实施方案。在该情况下使用煤炭和煤炭气化单元以生产合成气燃料。在该系统中也可直接使用甲烷和烃。或者，可安装重整器以代替气化单元(气化器)来转化烃燃料。

图4说明使用基于铁氧化物的固体燃料间接气化系统与费-托合成的集成的另一实施方案。除了生物质和煤炭以外，在该系统中还可使用其他固体燃料，诸如石油焦、沥青砂、油页岩和废物衍生的燃料。

图5说明使用吸附剂强化的重整/水煤气变换系统与费-托合成的集成的另一实施方案。在该系统中可使用气态燃料，诸如合成气和轻质烃。

图6为显示在直接煤炭变液体子系统与间接碳质燃料重整/气化子系统之间的集成的另一实施方案的示意图。吸附剂强化的重整/水煤气变换系统也可用以代替基于氧化还原的间接重整/气化子系统。

图7显示用于生物油合成的在生物质热解器与间接碳质燃料重整/气化子系统之间的集成的另一实施方案。

图8为说明用于生物油合成的在生物质热解器与间接碳质燃料重整/气化子系统之间的集成方案的另一实施方案。

图9说明在煤炭/生物质粉末向上流动且金属氧化物复合材料向下流动的逆流移动床中用于粉煤/生物质转化的额外还原器设计。

图9(a)说明用于粉煤和生物质转化的移动床还原器设计；图9(b)说明用于煤炭注入和转化的潜在设计。

本发明的实施方案通常涉及在极低碳排放和改进的能量转化效率下将碳质燃料转化为合成燃料的系统和方法。这类系统和方法通常包括间接燃料重整/气化子系统和液体燃料合成子系统。

基于经其生产合成燃料的技术，本发明的各种实施方案通常可归为三类，即，与间接燃料重整/气化子系统集成的间接合成燃料生产、与间接重整/气化子系统集成的直接合成燃料生产和与间接燃料燃烧子系统集成的直接热解系统。以下说明书分别论述这三类。