[发明专利]用于碳质燃料转化的方法

说明书

本申请公开了在本文描述的一个实施方案中，碳质燃料可通过包括如下的方法转化为合成气：将碳质燃料和复合金属氧化物以相对于彼此并流流动的方式进料至还原反应器中；使用所述碳质燃料还原所述复合金属氧化物，以形成合成气和经还原的复合金属氧化物；将所述经还原的复合金属氧化物输送至氧化反应器；通过在氧化反应器中用氧化试剂氧化所述经还原的复合金属氧化物而再生复合金属氧化物；和将经再生的复合金属氧化物再循环至还原反应器，从而用于随后的还原反应以生产合成气。其中所述复合金属氧化物包含铁、钛和氧并且所述还原的复合金属氧化物包含FeO·TiO2(即FeTiO3)，或者其中所述复合金属氧化物包含铁、铝和氧并且所述还原的复合金属氧化物包含FeO·Al2O3(即FeAl2O4)。

本申请是申请号为201480016427.9的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2013年2月5日提交的题为“High Quality Syngas Production UsingComposite Metal Oxides”的美国临时专利申请No.61/761,016(案卷号OSU 0080MA)，以及2013年3月13日提交的题为“Systems and Methods for Co-Current Chemical LoopingSystems”的美国临时专利申请No.61/779,243(案卷号OSU 0080M2)，两者的教导以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及化学循环系统和方法，具体涉及用于由原料燃料制备合成气的系统和方法。

背景技术

持续需要清洁有效的能量产生系统。产生能量载体(如蒸汽、氢气、合成气体(合成气)、液体燃料和/或电力)的商业过程中的许多是基于化石燃料。此外，由于相比于一些可再生源的更低的成本，对化石燃料的依赖预计在可预见的未来继续。碳质燃料的目前的转化方法可将大量的二氧化碳排出至环境，并可能要求显著的资本和操作成本。由于煤的复杂内容物，在这些过程中也可产生硫和氮化合物。

存在对可有效转化燃料并同时减少污染物的用于转化燃料的改进系统和方法以及其中的系统部件的需要。

发明内容

在一个实施方案中，燃料可通过包括如下的方法转化为合成气：将燃料和复合金属氧化物以相对于彼此并流流动的方式进料至还原反应器中；使用所述燃料还原所述复合金属氧化物，以形成合成气和经还原的复合金属氧化物；将所述经还原的复合金属氧化物输送至氧化反应器；通过在氧化反应器中用氧化试剂氧化所述经还原的复合金属氧化物而再生复合金属氧化物；和将经再生的复合金属氧化物再循环至还原反应器，从而用于随后的还原反应以产生合成气。所述复合金属氧化物可为包含第一金属氧化物(primary metaloxide)和第二金属氧化物(secondary metal oxide)的固体粒子。

在另一实施方案中，天然气可用作燃料，并可通过包括如下的方法转化为合成气：将燃料和复合金属氧化物以相对于彼此并流流动的方式进料至还原反应器中；使用所述燃料还原所述复合金属氧化物，以形成合成气和经还原的复合金属氧化物；将所述经还原的复合金属氧化物输送至氧化反应器；通过在氧化反应器中用氧化试剂氧化所述经还原的复合金属氧化物而再生复合金属氧化物；和将经再生的复合金属氧化物再循环至还原反应器，从而用于随后的还原反应以产生合成气。所述复合金属氧化物可为包含第一金属氧化物和第二金属氧化物的固体粒子。所述复合金属氧化物可包含氧化铁和氧化钛；或者所述复合金属氧化物包含氧化铁和氧化铝。氧化铁可在还原反应中由FeO_x还原至FeO_y，且1.5x1y0.3。