[发明专利]在475-525℃和250-290℃下两步反应的使用铜催化剂的合成气处理及系统

说明书

技术领域

本申请涉及将例如有机废物、生物质等的有机材料转化成合成气的热转化。具体地，本申请涉及改变其H₂和CO含量的合成气的调节。

背景技术

合成气组成主要受到下述因素的影响：被热转化的原料的进料特性(元素组成，热值，水分含量，物理性质)，气化条件(氧化剂，温度，压力，停留时间)，以及所用气化器的类型(固定床，流化床，气流床，间歇反应器)。然而，一旦上述因素被确定，则合成气组成，尤其是H₂，CO，CO₂，和H₂/CO比将在一定范围内由热力学平衡控制。

合成气组成将往往与针对工业应用的特定气体要求不匹配，例如适于有效地将合成气转化为电能的合成气发电机将需要特定的合成气组成以便有效和高效地运行。准确的要求将取决于工业过程，但是将往往与所产生气体的自然组成不相同。

因此有必要进一步控制或改变合成气组成以便满足针对工业应用的特定要求(H₂浓度，H₂/CO比)。这通过改变合成气生产的工艺参数可以实现，但是这样的解决方案需要在气体组成上而不是在系统效率上控制合成气生成，并且这样做会固有地将低下的效率引入到有机材料的处理中，这是不希望的。

本发明至少部分地克服现有系统中的上述问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种增加合成气中CO与H₂比的方法，所述方法包括：使得合成气在有效使得合成气内的CO₂与Cu反应以便生成氧化铜和CO的第一温度下通过包含Cu的第一反应器；将合成气的温度降低至有效使得合成气内的氢气与氧化铜反应以便生成Cu和H₂O的第二温度；以及使得合成气通过包含氧化铜的第二反应器以便使得合成气中的H₂与氧化铜反应。

优选地，所述方法还包括在其通过第一反应器之前，使得合成气通过第一热交换器以便将其热度降低至第一温度。第一温度可在475℃至525℃的范围内，优选地，所述第一温度为500℃±5℃。

优选地，将合成气的温度降低至第二温度包括使得所述合成气通过第二热交换器。所述第二温度可在250℃至290℃的范围内，优选地，所述第二温度为270℃±5℃。

所述方法可进一步包括使得离开第二反应器的合成气通过第三热交换器，以便将其温度增加至大致第一温度，以及使得合成气循环通过所述第一和第二反应器，以便获得下述所需之一：H₂含量、CO含量或CO与H₂比；并且一旦已经获得所需H₂含量、CO含量或CO与H₂比，则排出合成气。可监测第二反应器下游的合成气组成，以及可控制合成气的再循环以便维持下述所需之一：H₂含量、CO含量或CO与H₂比。

所述方法的一个优选实施方案还可包括使得合成气反向流动通过该系统以便将在第一温度下的合成气引导到第二反应器，之后合成气的温度降低并且温度降低的合成气然后被供给到第一反应器。在第一温度下的气体反向流动通过第二反应器导致合成气中的CO₂与Cu反应以便生成氧化铜和CO，从而在第二反应器中再生氧化铜，以及在第二温度下的气体反向流动通过第一反应器导致合成气中的H₂与氧化铜反应以便生成Cu和H₂O，从而在第一反应器中再生铜。

可对合成气组成随着时间推移的变化进行监测，以便指示反应器内物质的反应性，以及当反应性降低到所需反应性以下时，可以反转通过反应器的流动方向。

该方法可包括：监测合成气组成以便确定铜氧化的反应速率是否滞后于氧化铜还原的反应速率，以及如果铜氧化的反应速率滞后于氧化铜还原的反应速率，则减少由第二热交换器所提取的热量以便增加所述第二温度。优选地，监测合成气组成以便确定铜氧化的反应速率是否滞后于氧化铜还原的反应速率包括识别低的H₂值和增加的H₂O中的至少一个与CO值的减小趋势的组合。