[发明专利]从含碳材料生产合成气的过程的运行方法

说明书

本申请要求均于2011年4月6日提交的美国临时申请号61/516,646、61/516,704和61/516,667的权益，所有这些临时申请以其全文通过引用并入本文。

本发明提供了一种用于气化含碳材料以产生包含一氧化碳和氢气的发生炉气体或合成气体或合成气的方法。更具体来说，所述方法能够有效地生产用于下游应用的冷却的合成气。所述方法利用含碳材料的气化来产生合成气，随后通过所述合成气的冷却来生产冷却的合成气，并任选地清洁所述冷却的合成气以产生用于数种下游过程的清洁合成气。

背景技术

将含碳材料气化以生产包含一氧化碳和氢气的发生炉气体或合成气体或合成气，在本领域中是公知的。这样的气化过程通常包括含碳材料的部分氧化或贫空气氧化，其中向气化过程供应低于化学计算量的氧气以促进一氧化碳的产生，如PCT专利申请号WO93/018341中所公开的。通过含碳材料的部分氧化产生的气态产物，通常在高温热处理单元中进行处理，以例如破坏焦油。参见例如WO2009/154788，其公开了一种双级气化器，其中将含碳材料进料到第一级，空气、富氧空气或纯氧气可以以受控速率注射到所述第一级中。控制第一级的温度和氧气输入量，使得仅仅发生含碳材料的部分氧化。来自于第一级的气态产物移动到第二级（热处理单元）。将纯氧气导入到第二级中，以便完成来自于第一级的气态料流中包含的任何焦油的裂化和部分氧化。从第二级移除产物合成气。

通过本领域中描述的气化过程生产的合成气可能是热的，并需要在下游加工之前冷却。热合成气的这种热含量的回收和使用，对于过程经济学来说可能是非常重要的。在气化装置中产生的包含一氧化碳的热合成气，在气化装置下游的热交换器或废热锅炉中被冷却。参见例如美国专利号6,435,139、美国专利号7,587,995和美国专利号7,552,701。

在高温还原性环境下，一氧化碳是稳定的产物。然而，当一氧化碳被冷却时，一氧化碳可能氧化成二氧化碳，并产生作为烟炱沉淀的碳（石墨）：

2CO（g）→CO₂（g）+C（s）

该反应一般被称为Boudouard反应，并且据信在等于或低于约760℃的温度下发生。由碳的沉积引起的热转移表面的结垢，可以造成合成气冷却器运行的中断。因此，消除或减少合成气冷却器的结垢是重要的。

含碳物质中的硫在还原性运行模式中转化成H₂S，在氧化性运行模式中转化成SO₂。在启动期间制造SO₂是有利的，以便可以在弃置之前将其容易地擦洗掉。

对于包括将含碳材料在气化装置中气化以产生包含一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）的合成气，并将所述合成气在合成气冷却器中冷却以便减少或消除结垢或碳沉积物的形成的过程的运行方法，存在着需求。

发明内容

提供了一种用于生产可有效用于下游过程的合成气的方法。所述用于生产合成气的方法包括以启动模式运行气化装置，直至所述气化装置和所述气化装置的下游设备被充分升温到第一目标温度。然后，在达到第一目标温度后，以生产模式运行所述方法，以产生具有更高CO/CO₂摩尔比的第二合成气。以启动模式运行直至达到第一目标温度，提供了一种有效减少下游设备中的结垢并提供可以被更有效地冷却和清洁的第二合成气的方法。被冷却并清洁的具有更高CO/CO₂摩尔比的第二合成气，对于发酵过程特别有用。

所述用于生产合成气的方法包括将含碳材料气化以提供CO与CO₂摩尔比小于约0.5的第一合成气，直至所述第一合成气达到第一目标温度。在达到所述第一目标温度后，将含碳材料气化以提供CO与CO₂摩尔比大于所述第一合成气的第二合成气。含碳材料的气化发生在气化装置中，并将分子氧在以干重计每吨含碳材料约0至约100磅-摩尔的速率下导入，以提供所述第一合成气。可以在所述气化装置内部和/或下游的一个或多个点处测量所述第一合成气的温度。当所述气化装置内部和/或外部的一个或多个点处的所述第一合成气的温度达到所述第一目标温度时，将分子氧在以干重计每吨含碳材料0至约100磅-摩尔的速率下导入，以提供所述第二合成气。就此而言，所述第一目标温度为约700℃至约1000℃。