[发明专利]用于减少附聚物形成的热分解方法

说明书

本申请要求保护2013年9月17日提交的美国临时申请61/878,940的权益，通过引用以其全文结合到本文。

一种方法，提供减少在含碳材料原料热分解期间的附聚物形成。更具体地，该方法通过控制氧量和原材料停留时间、通过改进氧分散，有效减少附聚物形成。

背景

热分解方法通常称为气化，包括有效将含碳原料例如城市固体废物(MSW)或煤转化为可燃气体的方法。气体可用于产生电力、蒸汽或用作生产化学品和液体燃料的基本原料。

热分解方法包括将含碳原料与受控和/或受限量的氧和任选蒸汽一起进料到经加热的室(气化器)中。与用过量氧操作以产生CO₂、H₂O、SO_x和NO_x的煅烧或燃烧相反，热分解方法产生包括CO和H₂的粗气体组合物。更具体地，热分解方法包括含碳材料的部分氧化或缺空气氧化，其中将低于化学计量量的氧提供到气化过程以促进一氧化碳生产，如WO2009/154788所述。气化过程的成功极大地取决于产生的合成气的品质。在产生的合成气中期望增加含量的一氧化碳(CO)和氢(H₂)。

实现热分解方法的手段在很多方面有差异，但倾向于依赖几个重要的工程因素：气化器中的气氛(氧或空气或蒸汽含量水平)；气化器设计；内部和外部加热设备；过程操作温度。影响产物气品质的因素包括：原料组成、制备和颗粒尺寸；气化器加热速率；停留时间；包括使用干进料系统或浆料进料系统的设备构造、原料-反应物流动几何特性、干灰分或炉渣无机去除系统的设计；使用直接或间接热量产生和传递方法；和合成气净化系统。气化通常在约650℃-1200℃的温度下进行，在真空下、在大气压力下或在最多约100大气压的压力下。

随着原料在热分解方法中加热，原料中的含碳材料转化为CO、CO₂和H₂。原料中的矿物质与任何未转化的含碳物质或未转化的碳一起形成灰分。在在高温(>1,200℃)下操作的气化器中或在具有高温区域的系统中，无机矿物质熔化或玻璃化，形成称为炉渣的熔融类玻璃物质。

灰分的量和组成(例如碳含量)可对分解过程的平稳运行以及灰分的处置有影响。灰分在气化器中的熔融和附聚可导致成渣和熔渣生成，这可引起气化器的部分或完全阻塞。

概述

一种方法，通过减少在含碳材料原料热分解期间的附聚物形成来提供增强的气化器性能。气化器中减少的附聚物形成提供更长的气化器运行时间和更容易的气化器清理。该方法减少附聚物形成，同时保持合成气品质可用于后续的合成气发酵。

一种非催化热分解方法，包括提供总体上为固体的原料至热分解单元，并用移动装置将原料移动通过热分解单元中的至少一个气化区。该方法包括提供氧和任选另外的气体到气化区。在一个方面，该方法包括将原料移动通过气化区且将氧提供至气化区，其速率有效保持材料床温在材料床中任一点不超过约2300℉，和保持约500℉-约2000℉的材料床温。

在另一方面，非催化热分解方法包括提供总体上为固体的原料至热分解单元并用至少一个传送冲杆(transferram)将原料移动通过热分解单元中的至少一个气化区。该方法包括移动传送冲杆，其速率有效提供原料在气化区中约0.25小时-约3小时的停留时间。在一个方面，该方法包括以约0.5至约1.5lb-mol/hr-ft²的速率提供氧和任选另外的气体至传送冲杆的表面。当该方法包括使用另外的气体时，提供至传送冲杆表面的氧和另外的气体重量比为约3:1至约1:2。

在另一方面，热分解方法进一步包括将原料从至少一个气化区移动到至少一个燃烧区，并用至少一个出灰冲杆(ashram)将原料移动通过至少一个燃烧区。至少一个出灰冲杆移动的速率有效提供原料在燃烧区中约0.5小时-约10小时的停留时间。该方法包括将气体从至少一个气化区和至少一个燃烧区传送至焦油分解区以形成合成气。热分解方法有效提供具有约20摩尔%或更高CO含量的合成气和提供具有至少0.75的CO/CO₂比率的合成气。

附图简述

所述方法的以上及其它方面、数个方面的特征和优点由以下附图将更加显而易见。

图1为包括气化区和燃烧区的热分解设备的示意图。

图2为包括气化区和燃烧区的热分解设备的一个方面的示意图，其中气化区包括4个区段或炉膛。