CN113061471A - 用于减少附聚物形成的热分解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于减少附聚物形成的热分解方法。涉及一种方法，提供减少在含碳材料原料热分解期间的附聚物形成。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至气化区。在一个方面，该方法包括移动原料通过气化区并将氧提供至气化区，其速率有效保持材料床温在材料床中任一点不超过约2300℉，并保持约500℉‑约2000℉的材料床温。

Description

用于减少附聚物形成的热分解方法
本申请是申请日为2014年9月16日，申请号为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，发明名称为“用于减少附聚物形成的热分解方法”的发明专利申请的分案申请。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、SOx和NOx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WO 2009/154788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(transfer ram)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1.5 lb-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(ash ram)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。
图3为包括气化区、燃烧区和焦油分解区(tar reduction zone)的热分解设备的一个方面的示意图，其中气化区包括5个区段或炉膛。
图4A说明传送冲杆的侧视图，而图4B说明传送冲杆表面的正视图。
图5说明材料流动通过热分解单元。
图6显示传送冲杆的透视图。
图7显示由不同来源产生的合成气组成。
在附图的数个视图中，相应的附图标记始终表示相应的组件。技术人员应理解，在附图中的元件为简单和清晰起见而说明，而不一定按比例描绘。例如，在附图中的一些元件的尺寸相对于其它元件可放大以帮助改进本发明方法和设备的各方面的理解。此外，在商业可行方面有用或必需的通用但公知的元件通常不描绘，以利于减少这些各方面视图的阻碍。
详述
以下描述不应理解为限制意义，而是仅为了描述示例性实施方案的通用原理而进行。本发明的范围应参考权利要求限定。
定义
除非另作定义，否则在本公开的整个该说明书中使用的以下术语如下定义，且可包括以下限定定义的单数或复数形式：
修饰作何量的术语“约”指代在现实世界条件中遇到量的变动，例如在实验室、中试设备或生产设施中。例如，当被“约”修饰时，在混合物或数量中所用的成分或测量结果的量包括在生产设备或实验室中的试验条件下测试时通常关注的变动和程度。例如，当被“约”修饰时，产物组分的量包括在设备或实验室中多次试验的批料之间的变变动和分析方法固有的变动。无论是否被“约”修饰，所述量包括那些量的等价量。本文陈述和被“约”修饰的任意数量还可以作为不被“约”修饰的量用于本公开。
本文所用的“含碳材料”指富含碳的材料，例如煤和石化产品。然而，在本说明书中，含碳材料包括无论是固态、液态、气态还是等离子态的任何碳材料。在可认为是含碳材料的许多项目中，本公开预期：含碳材料、含碳液体产物、含碳工业液体再循环物、含碳城市固体废物(MSW或msw)、含碳城市废物、含碳农业材料、含碳林业材料、含碳木材废料、含碳建筑材料、含碳植物材料、含碳工业废料、含碳发酵废料、含碳石化副产物、含碳醇生产副产物、含碳煤、轮胎、塑料、废物塑料、焦炉焦油、软纤维(fibersoft)、木质素、黑液、聚合物、废料聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、下水道淤泥、动物废料、作物残余、能源作物、林木加工残余、木材加工残余、牲畜废料、家禽废料、食品加工残余、发酵工艺废物、乙醇副产物、废颗粒、废微生物，和它们的组合。
术语“软纤维（fibersoft或Fibersoft或fibrosoft或fibrousoft）”表示一种由不同物质软化和浓缩而产生的含碳材料；在一个实例中，经由不同物质的蒸汽压热处理产生含碳材料。在另一个实例中，软纤维可包括城市、工业、商业和医药废物的蒸汽压热处理产生的纤维性糊状材料。
术语“城市固体废物”或“MSW”或“msw”表示可包括家庭、商业、工业和/或残余废物的废物。
术语“合成气”或“合成气体”表示对含有变化量的一氧化碳和氢的气体混合物命名的合成气体。生产方法的实例包括天然气或烃蒸汽重整以产生氢，煤的气化和一些类型的废料至能源气化设备。名称来源于它们在产生合成天然气(SNG)并用于生产氨或甲醇中作为中间体的用途。合成气可燃且通常用作燃料源或用于其它化学品生产的中间体。
“吨（Ton或ton）”表示美制短吨，即约907.2kg (2000 lbs)。
除碳和氢之外，原料将包括一定量的无机不可燃材料，通常称为术语“灰分”，其在原料的完全或部分燃烧期间分离。在特定温度下，灰分可熔化形成附聚物或“炉渣”。炉渣形成的过程称为“成渣”。
气化器设计与操作
现在参考图1，热分解设备10包括气化区103和燃烧区200。气化区可包括一个用于添加气体(例如含氧气体、蒸汽、二氧化碳)的入口，入口102；且燃烧区可包括用于添加气体的入口，入口202。气化区103接收含碳材料原料101。传送冲杆710将原料的材料床移动通过热分解设备。传送冲杆表面715可接收气体(例如含氧气体、蒸汽、二氧化碳)和允许气体在其表面退出。
可从燃烧区200去除固体灰分流205。灰分传送冲杆720可将灰分移出气化器。灰分传送冲杆表面725可接收气体(例如含氧气体、蒸汽、二氧化碳)和允许气体在其表面退出。可从气化区103去除粗合成气流105。
现在参考图2，气化设备11包括气化区113和燃烧区230。如该方面显示，气化区113包括4个气化炉膛：炉膛-I 310、炉膛-II 320、炉膛-III 330和炉膛-IV 340。在其它方面，气化区可包括1至10个炉膛。一个或多个气化炉膛可包括传送冲杆710。传送冲杆表面715可接收气体和允许气体在其表面退出。
各气化炉膛包括一个用于添加气体的入口：至炉膛-I的气体入口111，至炉膛-II的气体入口121，至炉膛-III的气体入口131，和至炉膛-IV的气体入口141。燃烧区包括一个用于添加气体的入口：气体入口202。含碳材料原料101可添加到气化区113的炉膛-I (入口炉膛)中。可从燃烧区230去除固体灰分流205。可利用灰分传送冲杆720将灰分移出气化器。灰分传送冲杆表面725可接收气体和允许气体在其表面退出。可从气化区113去除粗合成气流105。
现在参考图3，气化设备13包括气化区143、燃烧区500、连接区或炉喉300和焦油分解区400。气化区143包括5个气化炉膛：炉膛-I 110、炉膛-II 120、炉膛-III 130、炉膛-IV140和炉膛-V 150。各气化炉膛包括一个用于添加气体的入口：至炉膛-I的气体入口611、至炉膛-II的气体入口621、至炉膛-III气体入口631、至炉膛-IV的气体入口641和至炉膛-V的气体入口651。燃烧区包括一个用于添加气体的入口：气体入口202。连接区或炉喉300包括一个用于添加气体的入口：气体入口301。
含碳材料进料101可添加到气化区143的炉膛-I(入口炉膛)中。一个或多个气化炉膛可包括传送冲杆710。传送冲杆表面715可接收气体和允许气体在其表面退出。可从燃烧区500去除固体灰分流205。可利用灰分传送冲杆720将灰分移出气化器。灰分传送冲杆表面725可接收气体和允许气体在其表面退出。可从焦油分解区400去除热合成气流405。
出灰冲杆更详细的侧视图显示在图4A。气化区103可包括传送冲杆710。来自进料炉膛820的进料材料接触传送冲杆表面715。推杆(poker rod) 800延伸离开传送冲杆表面715和进入进料材料中。推杆可在传送冲杆表面715前的材料内产生空隙。在推杆800下方引入的气体通过材料扩散入气体扩散路径803。
图4B说明传送冲杆710的正视图。传送冲杆710包括传送冲杆表面715和推杆800，推杆800延伸离开传送冲杆表面715。在该方面，传送冲杆715可包括约1-约10个推杆800，在另一方面，约2-约8个推杆，在另一方面约3-约6个推杆，和在另一方面约4-约5个推杆。在另一方面，传送冲杆表面715可包括通常设置在各推杆800之下的气体喷嘴810。
图5说明热分解单元15更详细的方面。在该方面，原料材料101移动进入进料炉膛820中，然后进入气化区103的主炉膛。传送冲杆710将材料移动通过气化区103。推杆臂800可延伸离开传送冲杆710进入材料内。材料移动进入灰分贮槽850内。固体灰分205通过灰分传送冲杆720传送进入灰分接收器860内。在一个方面，原料材料101跟随材料路径840通过热分解单元15。在另一方面，气体900可提供至传送冲杆710和/或至灰分传送冲杆720。可从气化区103去除粗合成气流105。
在一个方面，移动装置移动的速率有效提供原料材料101在气化区103中约0.25小时-约3小时的停留时间，在另一方面，约0.25-约2小时，在另一方面，约0.25小时-约1.5小时，在另一方面，约0.5-约1.25小时，和在另一方面，约0.75-约1小时。移动装置可包括例如传送冲杆、螺杆进料和它们的组合。如图5所示，传送装置是传送冲杆710。
传送冲杆的透视图显示在图6。如所示，传送冲杆710包括延伸离开传送冲杆表面715和延伸进入原料材料内的推杆臂800。推杆臂800有效用于在原料材料中产生有效气体扩散面积。有效气体扩散面积可根据以下公式确定。
有效气体扩散面积 = (A1 + A2 + A3) x (推杆臂数量)
其中A1 = (H杆) x (L杆)
A2 = (H杆) x (L杆)
A3 = (H杆) x (D杆) – 1/2(πD2 杆/4)
其中H杆是推杆臂的高度，按从传送冲杆表面底部到推杆臂中点测量；和
L杆是推杆臂的长度。
在该方面，所述方法有效提供单一推杆臂(A1 +A2 + A3)约0.1ft2至约0.4ft2的有效气体扩散面积，在另一方面，约0.125ft2至约0.375ft2，在另一方面,约0.15ft2至约0.35ft2，和在另一方面，约0.2ft2至约0.3ft2。
原料：根据所述方法，提供至气化器的原料材料形成气化器内部的移动材料床。材料床的温度影响成渣。在该方面，所述方法有效保持材料床温在材料床中任一点不超过约2300℉，在另一方面，材料床温不超过约2200℉，在另一方面，约2100℉，在另一方面，约2000℉，在另一方面，约1900℉，在另一方面，约1800℉，在另一方面，约1700℉，在另一方面，约1600℉，在另一方面，约1500℉，和在另一方面，材料床温不超过约1400℉。可通过任何知道方法测量温度，包括例如使用插入材料床内的热偶。可在炉喉段(例如图3中的300)测量粗合成气温度。
在不同方面，材料床具有一定温度且粗合成气可具有以下温度。
Figure 731274DEST_PATH_IMAGE003
在另一方面，材料床具有约800℉至约1000℉的平均温度，在另一方面，约850℉至约950℉，在另一方面，约875℉至约925℉，和在另一方面，约900℉。跨材料床的温度变化小于约300℉，在另一方面，小于约250℉，在另一方面，小于约200℉，在另一方面，小于约150℉，和在另一方面，小于约100℉。可通过在以下说明的材料床中的位置测量材料床温然后将那些温度取平均来确定平均温度。
1至6位置，在传送冲杆前约2英寸；
1至6位置，在传送冲杆前约14英寸；
1至6位置，在传送冲杆前约20英寸；
1至6位置，在传送冲杆前约26英寸；和
1至6位置，在传送冲杆前约32英寸。
原料/氧：将含碳材料进料引入到气化器中。将第一含分子氧气体提供至气化区，由此用分子氧处理含碳材料进料，以引发和促进含碳材料的化学转化。含碳材料进料的一部分经气化产生第一气态产物。控制氧供应进入气化器内，以优先促进从含碳材料形成一氧化碳。供应低于化学计量量的氧，以促进产生一氧化碳。在一个方面，以约0.5至约1.5lb-mol/hr-ft2的速率提供氧至气化区，和在另一方面，约0.75至约1.25 lb-mol/hr-ft2。
在另一方面，提供氧至气化区的速率有效提供约0.1-约0.5的单位面积O2:碳比率，和在另一方面，约0.2-约0.4。在该方面，根据以下参数确定有效比率。
每个传送冲杆包括4个气体喷嘴。
杆直径为0.125ft。
杆高为0.167ft。
固体进料为80 lbs/hr。
碳%重量为40.1，或32.08 lbs/hr，或2.673(lb-mol/hr)
Figure DEST_PATH_IMAGE004
另外的气体：由于含分子氧气体在含碳材料进料中的不均匀分布，可在热分解单元中在气化区和燃烧区或其包含的炉膛之中的一个或多个内产生不期望的热点。这可导致产生的粗合成气差的品质。热点还可导致局部化的灰分熔化。可通过提供一种或多种另外的气体至气化区和/或燃烧区以减少或阻止热点形成。在该方面，另外的气体可包括CO2、蒸汽、氮、甲烷和它们的混合物。氧和另外的气体以约3:1至约1:2的重量比提供，和在另一方面，约3:2至约1:1的重量比。
在一个方面，为防止不期望的热点，可用蒸汽与分子氧一起在气化区中处理含碳材料进料。可用CO2气体与分子氧一起在气化区中处理含碳材料进料。可用蒸汽与分子氧一起在燃烧区中处理含碳材料进料。可用CO2气体与分子氧一起在燃烧区中处理含碳材料进料。因此，第一含分子氧气体可包括蒸汽和二氧化碳气体中的一种或多种，而第二含分子氧气体可包括蒸汽和二氧化碳气体中的一种或多种。
燃烧区：在一个方面，一个或多个传送冲杆(灰分去除冲杆)用于燃烧区以去除固体灰分。可使用数种方法将固体灰分去除出燃烧区。在一个方面，使用水密封，其中灰分去除冲杆将固体灰分推入水池，使用水作为密封以使进入燃烧区中的空气渗漏最小化，优选避免。然后使用运输带将湿灰分移出水。在另一方面，通过闭锁料斗系统去除灰分，以使进入燃烧区中的空气渗漏最小化，优选避免。例如包含上灰分门和下灰分门的双灰分门可用于提供密封。在一个方面，保持下灰分门闭合以提供密封，打开上灰分门以使灰分下降到非燃烧区中，其中可冷却灰分。为了去除灰分，首先闭合上灰分门以提供密封，然后打开下灰分门，且灰分去除冲杆将冷却灰分推出气化器。该方法去除干灰分且如果灰分具有任何直接用途，其具有优势，因为在这样直接使用灰分之前无需干燥。在一个方面，将原料移动通过燃烧区，其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，在另一方面，约0.5小时-约8小时，在另一方面，约0.5小时-约7小时，在另一方面，约0.5小时-约6小时，在另一方面，约0.5小时-约5小时，在另一方面，约1小时-约4小时，和在另一方面，约2小时-约3小时。
生产可包括一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的粗合成气。期望在粗合成气中具有较多CO与较少CO2。在一个方面，所述粗合成气中的CO/CO2摩尔比大于约0.75。在一个方面，所述粗合成气中的CO/CO2摩尔比大于约1.0。在一个方面，所述粗合成气中的CO/CO2摩尔比大于约1.5。热合成气可包括一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。期望在热合成气中具有较多CO和较少CO2。在一个方面，所述热合成气中的CO/CO2摩尔比大于约0.75。在一个方面，所述热合成气中的CO/CO2摩尔比大于约1.0。在一个方面，所述热合成气中的CO/CO2摩尔比大于约1.5。
除含有非含碳矿物质之外，固体灰分还可包括未转化的碳或未转化的含碳物质。在一个方面，所述固体灰分的碳含量小于约10重量%。在一个方面，固体灰分的碳含量小于5重量%。在一个方面，固体灰分的碳含量与含碳材料进料的碳含量的比率小于约0.1。在一个方面，固体灰分的碳含量与含碳材料进料的碳含量的比率小于约0.01。
灰分的碳含量和含碳材料进料的碳含量指碳或含碳化学品。在该方面，可使用许多已知技术测量碳含量。一些可用于测量碳的技术实例包括且不限于燃烧损失(LOI)测试、热重分析(TGA)、基于激光探针的光学方法、使用微波辐射的方法、使用核磁共振(NMR)的方法和各种ASTM方法(见例如ASTM D6316)。
实施例
实施例1：氧喷嘴位置对材料床温曲线的影响
使用西北亚肯色州橡木操作热分解单元。监控床温，其中气体喷嘴直接设置在推杆之下且其中气体喷嘴设置在推杆之间。
结果如下：
Figure 648414DEST_PATH_IMAGE005
注意：*指定CO2的量与O2混合的比率，然后在传送冲杆表面喷嘴处注入热分解单元中。
†达到温度探针最大极限2,300℉，因此未知实际最大温度。
实施例2：MSW衍生材料源的热分解(试验1)
利用来自Palm Beach可再生能源设施1 (PBREF1)的MSW材料源。这是一种废物衍生燃料型废物变能源(EfW)设施，其设计用于减少佛罗里达州Palm Beach郡的废物量，同时产生电力和从废物流回收金属。该MSW衍生材料可按ASTM E856分类为RDF-2。
粗MSW衍生材料：从大量中取样用于物理表征。样品筛分结果表明通过2”筛保留51%重量部分，因此材料总体上大于2”尺寸。约10%重量部分经过1/4”筛，表示有大量小的/细的颗粒物。以下表格显示相应的部分。
RDF粒径分布(注意：百分数以湿基计)
筛尺寸 保留质量(%)
> 2英寸 51
1英寸 18
1/2英寸 12
1/4英寸 10
<1/4英寸 9
如以下表格所示，由使用2”网目筛筛分保留的部分大致为41%重量纸和纸板、15%重量生物质、35%重量塑料、5%重量橡胶和乳胶以及1%泡沫聚苯乙烯。
2英寸尺寸的分类
分类 重量百分数(%)
纸和纸板 41
生物质 15
塑料 38
刚性塑料 12
硬性塑料 7
膜 19
橡胶和乳胶 5
泡沫聚苯乙烯 1
注意：百分数以干基计(假定纸和纸板为50%MC和生物质为40%MC)。
粉碎和干燥的MSW衍生材料：取两个5加仑样品并分析颗粒尺寸和组成。粉碎后和干燥后的颗粒尺寸分布如下显示。大于2英寸名义尺寸的材料片为20%重量。1英寸至2英寸尺寸部分具有最高百分数，占28%重量，然后是1/2英寸至1英寸部分，占25%重量。1/4英寸至1/2英寸部分为约12%重量，而<1/4英寸部分为15%重量。
粉碎后的MSW颗粒尺寸分布 (注意：百分数以湿基计)
筛尺寸 保留质量(%)
> 2英寸 20
1英寸 28
1/2英寸 25
1/4英寸 12
< 1/4英寸 15
1英寸至2英寸部分和>2英寸部分手动分类的结果显示在以下表格。比起1英寸至2英寸尺寸部分，有较高量的塑料材料在>2英寸尺寸部分。同样来自生物来源的组分占粉碎和干燥的材料的约51%重量。发现分散的目标例如铝罐、塔板和框、玻璃以及其它无机片与废物混合，但通常以小得多的重量量。
不同尺寸部分的组成
Figure DEST_PATH_IMAGE006
注意：生物源部分基于颗粒重量且不基于碳。
来自PBREF的MSW材料的性质与INPB护根物和NWA橡木的比较显示于下表。MSW材料的热值(8,110 BTU/lb)在INPB护根物(7,562 BTU/lb)和NWA橡木(8,427 BTU/lb)之间。灰分含量很高，占干物料的约25%。MSW材料的挥发物质含量比NWA橡木和INPB护根物相对较低：MSW为63.3%重量，对比NWA橡木86.2%重量和INPB护根物材料69.0%重量。MSW材料Cl和S高，测得分别为1.0%重量和0.3%重量。Cl超过NWA橡木的Cl一百倍且接近于INPB护根物的Cl的五倍。S含量为NWA橡木S含量的约25倍和INPB护根物S含量的两倍。MSW和INPB护根物中的钾和Na含量相当接近，但NKjeldahl超过MSW衍生材料的两倍。
MSW (PBREF)与INPB护根物和NWA橡木性质的对比
Figure 365835DEST_PATH_IMAGE007
MSW衍生材料气味分析：确定通常与感知的气味有关的化合物，并由干燥MSW衍生材料定量气味排放水平规格。对于具有极低气味阈值的化合物，对干燥器排气空气取样和分析。目标化合物列表包括胺、羧酸、还原的硫化合物和有气味的挥发性有机化合物(VOC)。
分析结果表明，气味部分由于存在植物组分分解产生的羧酸。发现存在低含量的乙酸、丁酸、己酸和辛酸。未检出胺、氨和还原的硫化合物，但确定了微量的烃、醇、酮和醛。
中试设备试验：转换至MSW衍生材料：通过将MSW与NWA橡木屑共混缓慢释放MSW到过程中，开始中试测试。使用25%重量、50%重量、75%重量、然后100%重量的MSW与木屑的共混比。通过混合适当量的MSW和木屑进行共混，粉碎机料斗(Komar Quad Shear ShredderModel QR 2224-30，Komar Industries, Inc., Groveport, Ohio)。
在25%重量RDF–75%重量木屑下，共混原料的传送相当连续，除了干燥器出口堵塞的一些情况。在这些情况下，必须手动清洁干燥器的排出开口以允许材料落下。
转换至50%重量MSW–50%木屑共混物之后堵塞频率增加。由于进料流量的随后突变(break)，这导致气化器操作中少许不稳定的时间，但没有大的操作问题。
在75%重量MSW–25%重量木屑下，遇到增加发生的传送问题。必须持续清洁干燥器排放出口，因为增加的材料堵塞速率。运输器#4变得卡住，因为长的扭曲铝片堵塞，因此致使材料填塞运输带和运输器盖之间的区域。使气化器稳定很难，由于固体进料流量的持续突变。
在传送系统中进行改进以解决所述问题。通过将开口升高6英寸扩大原料干燥器出口；以防止材料抓住排放出口的上侧。还将干燥器带上的材料高度设置低数英寸，以保证材料不受限地移动通过排放出口。通过升高盖高度4英寸，增加运输器#4的带和盖之间的距离。
成功进行使用100%MSW衍生材料作为原料的中试测试，在这些测试运行时长期间没有遇到大的操作问题。在测试运行期间内进行若干调节，以找到基于以下的操作参数的最佳组合：(i)气化器操作稳定性，受通风、床高和材料附聚程度的影响；和(ii)合成气品质。操作参数包括：固体进料速率、传送冲杆/“推杆”长度、传送冲杆冲程长度、传送冲杆冲程间隔、出灰冲杆冲程间隔、O2流速和CO2流速。
传送冲杆/“推杆”长度：使用4”而不是12”的杆长度(O2喷嘴设置在杆以下)，得到更好的合成气品质。在12”杆长度下，峰值平均CO为约25%，而在4”杆长度下，峰值平均CO为约34%。未观察到H2浓度的显著差异。对合成气品质的影响可通过使用长的冷却杆(较大的表面积)与短的冷却杆对比得到较高的热损失来说明。
传送冲杆冲程长度：中试观察结果表明，传送冲杆推动至少7”(与传送冲杆喷嘴处1:1的CO2:O2流量组合)消除主炉膛上大附聚物的形成。已知这些大附聚物阻塞流过气化器下室的材料。似乎冲杆推动比冲杆冲程之间附聚物形成的长度更长导致附聚物片之间的“破裂”。“破裂”带来的不连续性似乎消除了大附聚物形成。
传送冲杆冲程间隔：每11分钟传送推动冲杆，发现在保持气化器主炉膛30%-40%满(床高相对于炉膛底至气化器顶的距离)方面令人满意，保证高利用率。还发现频繁推动通过将相对更多的连续固体流量引入通过气化器，帮助改进合成气品质的稳定性。
CO2流速：床温测量结果显示，通过在传送冲杆喷嘴使用1:1的CO2:O2流量比，冲杆前的温度可保持在MSW衍生材料的灰分熔化温度(2,200℉)以下。使用该流量比似乎帮助降低附聚的严重性(基于尺寸和硬度)。使用较低的CO2:O2流量比导致直接在传送冲杆前面的区域中2,200℉以上的温度。
以下总结基于气化器操作稳定性和合成气品质的一些优选操作参数的实例。
Figure DEST_PATH_IMAGE008
对于其它原料材料，保持气化器主炉膛处于30%-40%满(基于炉膛底至气化器下室顶的百分比距离)，发现得到最稳定的气化器操作。保持灰分贮槽中低的材料，优选30%-50%(基于贮槽总高度)，使灰分贮槽中附聚的严重性最小化(即，较小和较少数量的附聚物片)。
使用如下显示的方程计算在气化100%MSW衍生材料时的估算气化器进料利用率。利用率是指被转化和作为气流的一部分离开气化器下室的进料中总非灰分组分的百分比。使用以下方程计算利用率，假设进料中可忽略量的灰分组分进入气体产物流。
Figure 761044DEST_PATH_IMAGE009
以下表格显示MSW中试运行的进料利用率(基于非灰分部分)。用于计算的灰分百分数得自气化器残余物近似分析的结果，其似乎与总物料平衡更一致。结果显示利用率相对高(98%)。
固体进料百分比利用率
Figure DEST_PATH_IMAGE010
注意：*灰分百分数基于气化器残余物的灰分百分数估算。
合成气组成：来自气化100%MSW衍生材料的合成气的干基平均组成为34摩尔%CO、15摩尔%H2、38摩尔%CO2和14摩尔%N2(基于操作参数的最佳组合)。这是相对于对MSW的初始中试运行的显著改进，其中最佳平均合成气组成为仅19摩尔%CO和10摩尔%H2。对传送冲杆喷嘴设置的改进(即，“杆下喷嘴”设置而不是“杆间喷嘴”)显示在使用MSW衍生材料作为进料时对可操作性和气化稳定性的显著积极影响，因此对产物合成气品质作出大的改进。
图7显示来自MSW衍生材料的合成气与来自气化NWA橡木比较，两组数据均得自使用改进的传送冲杆喷口设置，以及与INPD护根物比较。来自两种材料的合成气的CO浓度相当接近(NWA橡木比MSW高约13%)。这似乎与两种材料的特征一致，其中MSW比NWA橡木具有略低的热值(8,110 BTU/lb相对于8,447 BTU/lb)。来自NWA橡木的合成气中的H2含量比来自MSW的合成气高39%。
H2S、COS、HCl和HCN均在来自MSW的合成气中检出。以下表格显示这些含量与来自松针护根物和橡木的合成气中发现的含量比较。湿式洗涤器系统似乎有效去除干洗涤的合成气中的NH3。注意在骤冷水中检出高含量的NH3且在湿洗涤合成气中未检出NH3。另一方面，去除湿式洗涤器系统中的HCl和HCN似乎受限。
合成气组分
Figure 762367DEST_PATH_IMAGE011
骤冷水中的组分
Figure 584829DEST_PATH_IMAGE012
试验确定来自MSW的合成气中的有机化合物。类似于来自气化NWA橡木屑的合成气，来自MSW的经处理合成气具有微量烃化合物。试验确定更多种的化合物已从合成气汽提进入湿式洗涤器水中。
检查气化器和下游的管道、管路和设备：未观察到气化器的明显损坏。在传送冲杆表面上和主要在杆基底处有一些结垢(看来像硬化的焦油)，但这些沉积物在清洁期间容易剥离。传送冲杆金属表面和焊接部显得完整；没有任何冷却水渗漏的迹象。所有氧喷嘴均为清洁的。
未发现沿管道和下游设备的较大堵塞。从气化器上室至合成气冷却器的管道是清洁的。水平管道内衬里上有颗粒沉积物，但在沉积量方面并无异常。组成分析显示沉积物为很复杂的混合物。显著的相包括28%无水CaSO4、23%NaCl (还有6%KCl)、18%锌盐、K2ZnCl4和15%的与耐火砖有关的Ca-Al-Si矿物。
所有(共4个)合成气冷却器管是清洁的。在入口表面上有一些烟灰和结晶沉积物但非常少。冷气体再循环管线的内表面被烟灰覆盖且有结晶物质层积。发现沉积物包含61%NH4Cl和36%铁盐、(NH4)2FeCl5、H2O，加上几个百分点的NaCl。没有其它结晶相，但有一些非晶内含物。观察到的另外的元素(例如硫)可在非晶相中。
实施例3：MSW衍生材料源的热分解(试验2)
对来自PBREF的MSW衍生材料进行第二中试试验：(i)以确定使用在中试试验1中发现的最佳操作参数组所得结果的重复性，和(ii)评价该过程在更长运行时间(7天)内的稳定性。
在实施例2中接收和使用的MSW材料与该实例中使用的第二批来自PBREF的MSW材料之间未观察到显著差异，两者均主要由纸、纸板、塑料和生物质组成。
RDF ASTM种类：认为来自PBREF的MSW衍生材料是基于ASTM E 856适用种类的RDF-2材料。认为来自PBREF的MSW衍生材料是基于ASTM E856适用种类的RDF-2材料。
颗粒尺寸分布(PSD)：收集共6个5加仑样品，以评价进入中试设备气化器的材料的颗粒尺寸分布。由中试设备人员从落入气化器进料斗(其在固体进料干燥器之后)的材料中收集各样品体积。颗粒已干燥至小于5%水分(平均2.3%重量)。经一段时间收集样品体积，使得不显著破坏气化器的进料速率。
第二批MSW衍生材料的粒径分布显示在以下表格中。大于2英寸名义尺寸的材料片为19%重量。组合的1/2英寸至1英寸和1英寸至2英寸尺寸部分占粉碎的干燥材料的一半，各部分为25%重量。1/4英寸至1/2英寸部分为约16%重量，且<1/4英寸部分为15%重量。这些结果与用于第一中试试验的材料的颗粒尺寸分布结果接近。
Figure DEST_PATH_IMAGE013
组分和生物源部分的分类：大于1英寸颗粒尺寸的粉碎干燥材料的生物源部分使用根据EN 15440标准的人工分拣方法测定。来自颗粒尺寸分布评定的子样品用于评价生物源、非生物源和惰性物质(金属、岩石等)的部分。筛分之后，分别手工和目视评价大于2英寸的颗粒和1至2英寸的颗粒。
按显现为不同的塑料类型分开塑料颗粒。在有可能时，将颗粒人工分为基础材料类型。未对塑料颗粒进行进一步分析评定以确定塑料类型。按显现为天然的(土耳其式长衫(caftan)/羊毛/皮革)相对于显现为天然的(土耳其式长衫(caftan)/羊毛/皮革)相对于显现为合成的(地毯、聚酯等)来分开织物。
以下表格显示粉碎和干燥的MSW衍生材料(实施例2 MSW对比实施例1 MSW)中可分类组分的定量比较。结果表明独立的两批来自PBREF的MSW衍生材料极相似。与用于实施例21的MSW的特征一致，用于实施例3的MSW显示更多塑料在>2英寸的部分，且发现更多纸和纸板组分在1英寸至2英寸尺寸的部分。
用于实施例3的MSW的总生物源部分(基于可能来自生物源-生物质/木材、纸和纸板和织物的组分的重量百分数)对于1英寸至2尺寸范围为约61%重量，对于2英寸和更大的部分为34%重量，其与用于实施例2的MSW中发现的生物源部分极相似。
Figure 851862DEST_PATH_IMAGE014
注意：SD-标准偏差; ND-未测定
生物源部分基于可能是生物来源的组分的重量百分数，且不基于碳。
MSW衍生材料的性质：用于实施例3的MSW衍生材料的性质与用于实施例2的比较显示于以下表格。C、H、O、N和S的无灰分干基含量非常类似。C含量对于实施例2为约52.5%重量且对于实施例1为约53.6%。H含量对于实施例2为7.5%且对于实施例1为约7.2%。O含量对于实施例2为37.6%且对于实施例1为约36.1%。N含量对于试验2为1.1%且对于实施例1为约1.4%。硫含量对于两个试验均为约0.4%。唯一的例外是Cl含量，其中用于第二试验的材料似乎小于用于实施例的MSW中的Cl含量的一半。
Figure DEST_PATH_IMAGE015
基于用于外部实验室分析的取样，用于实施例3的MSW的灰分含量低于用于实施例2的MSW，其分别为15%重量相对于25%重量。这可在很大程度上说明用于中试试验的独立的两批MSW之间挥发物含量、固定碳含量和热值(干基)的差异。
气化器操作：用于实施例3的气化器操作参数基于从实施例2中的测试确定的最佳参数组合(基于气化器操作稳定性和合成气品质)。这些气化器操作参数显示在以下表格中。
气化器操作参数
Figure 988446DEST_PATH_IMAGE016
八天连续运行后，结束该试验。在测试持续时间内未遇到较大的操作问题，除了后面部分似乎在气化器下游有一些流量限制。下游设备的试验后评价显示，正好在袋室之前设置的合成气-碳酸氢盐混合器积累了足以导致流量限制的水平的材料。通过混合器的气体速度过低，不能将颗粒物从混合器容器带出到袋室单元内。积累的材料似乎是碳酸氢盐和烟灰的组合。
在气化器下室内部观察到材料附聚，但其未严重到足以导致任何桥接或堵塞。在主炉膛和灰分贮槽两者上观察到附聚。似乎保持至少7”传送冲杆冲程足以限制附聚材料形成的长度。
进料利用率：以下表格显示在第二中试试验中获得的进料利用率(基于非灰分部分)。用于计算的灰分百分数得自气化器残余物近似分析而不是固体进料分析的结果，因为它与总物料平衡更一致。结果显示利用率相对高。固体进料非灰分组分的大致98%被气化。
固体进料利用率百分数
Figure DEST_PATH_IMAGE017
*基于气化器残余物百分数估算的灰分百分数。
合成气组成：来自气化100%MSW衍生材料的合成气的干基7日平均组成为32%摩尔CO、14%摩尔H2、36%摩尔CO2和18%摩尔N2。实施例2的合成气组成结果不显著不同于实施例2的最佳结果。
H2S、COS、HCl和HCN全部均在骤冷后合成气中检出，与实施例2的结果一致。总的来说，实施例3中的含量与实施例2对比更高，除了HCl，其未在实施例3中检出。NH3似乎已在湿式洗涤器中有效去除，因为其在骤冷合成气中未检出。
组分 实施例3 实施例2
H<sub>2</sub>S (ppm) 306 126
COS (ppm) 55.6 47.8
HCN (ppm) 6.51 3.64
HCl (ppm) ND (<1.45) 1.85
NH<sub>3</sub> (ppm) ND (<0.74) ND (<0.62)
在湿式洗涤器系统中去除合成气中的总HCN部分。骤冷水HCN浓度是9.79ug/ml。
Figure 657324DEST_PATH_IMAGE018
还试验确定有机化合物存在于实施例3中的合成气，其包括2甲基-1-丙烯和苯。特别定量苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)。苯为852ppbv，且未检出甲苯和二甲苯。检出乙烯为12.9ppm。试验确定更多种化合物已从合成气汽提进入湿式洗涤器水中，包括乙醛、己烷、苯、二甲苯和甲基乙基苯。
检查气化器和下游的管道、管路和设备：未观察到气化器的明显损坏。在传送冲杆表面上和主要在杆基底处有结垢(看来像硬化的焦油)，但这些沉积物在清洁期间容易剥离。传送冲杆金属表面和焊接部显得完整；没有任何冷却水渗漏的迹象。所有氧喷嘴均为清洁的。沿着从合成气冷却器上室至入口的管道未发现堵塞。合成气冷却器的水平管道是清洁的，但陶瓷衬里上有一些淡黄的沉积物。沉积物似乎是与实施例1中管道衬里发现的相同的复杂混合物，包含CaSO4、NaCl、KCl、锌盐、K2ZnCl4、与耐火砖有关的Ca-Al-Si矿物。
合成气冷却器管是清洁的，除了一个似乎被从上方管道落下的“薄片”覆盖。这可归因于在试验运行后面部分期间发生的流量问题。这个问题可能与冷气体再循环点的位置有关，其直接在合成气冷却器入口上方。在合成气冷却器入口表面上有一些烟灰和结晶沉积物。沉积物的厚度对于气化试验长度显得典型，如对木材运行所发现的。
袋室室板和盖板和出口卷轴(outlet spool)的大部分内表面被结晶沉积物覆盖。组成分析显示沉积物几乎完全为NH4Cl，带有微量的Fe氧化物。袋室下游存在NH4Cl，说明未通过干式洗涤器系统有效去除HCl。这可能与以下事实有关：碳酸氢钠未与合成气充分接触，因为由于低气流速度，其趋向于大部分仅沉降在混合器容器底部，且未被携带到袋室中。
MSW合成气对发酵的影响：在变换为RDF合成气之前，对木屑合成气建立稳态发酵器。在MSW气体发酵过程中(-200小时)，发酵器显示氢转化率和乙醇产量两者的初始下降，然后稳定在较低的乙醇生产率(比起点小10%)，且发酵器最终逐渐提高，一直向上恢复。终点的关键性能指标(气体转化率、乙醇生产率、氢比吸收)显示与起点无显著差异。
实施例4：RDF类型材料的成渣潜力评价
如下制备原料：分批混合80:20重量比的增稠工程燃料(dPEF)粒料(LundellEnterprises, Inc.)和西北阿肯色州木屑(WC)，并使混合物通过粉碎机以制备废物衍生燃料(RDF)。
组合物包括以下组分：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
根据以下起始参数，将原料材料进料至气化器。
Figure 837639DEST_PATH_IMAGE020
改变气化器的操作参数，且气化器的目测检查提供以下结果。
Figure DEST_PATH_IMAGE021
实施例5：原料材料的气化
原料
使用以下原料：
JBT：20%木材、40%纸板、40%办公室纸的共混物(干重基准)
VES：80%燃料方块(Lundell Enterprises)、20%木材的共混物(干重基准)
将JBT制备为两种共混物A和B。JBT混合物A结合经筛分以去除细颗粒的木材。使用3/8英寸网筛进行筛分。JBT混合物B结合未经筛分的研磨木材。两种混合物都包括木屑(硬木)以提高木材颗粒尺寸。
使用粉碎的过程工程燃料方块制备VES混合物。粉碎的工程燃料方块(80%)然后与未筛分的研磨木材(20%)混合。添加木屑以提高木材颗粒尺寸。
原料组成如下：
Figure 591968DEST_PATH_IMAGE022
对每种原料组分进行分析。结果如下：
粉碎的纸 粉碎的纸板 燃料方块 经研磨和筛分的木材 带有细粒的研磨木材 木屑
最终分析
C (%重量) 39.51 46.51 41.82 52.72 53.05 49.48
H (%重量) 5.20 5.85 5.60 5.08 5.74 5.51
O (%重量) 46.28 45.88 40.11 41.45 40.65 43.13
N (%重量) <0.50 <0.50 <0.50 <0.50 <0.50 <0.50
S (%重量) <0.05 0.02 <0.05 <0.05 <0.05 0.01
Cl (%重量) 0.33 0.02 0.08 0.01 0.02 0.00
灰分(%重量) 8.69 1.54 11.57 0.74 0.54 1.52
近似分析
挥发物质 (%重量) 75.27 82.74 75.50 85.65 85.42 86.19
灰分 (%重量) 8.69 1.54 11.57 0.74 0.54 1.52
固定碳(%重量) 12.84 15.72 12.93 13.61 14.04 12.99
热值 (Btu/lb) 6174 8151 7224 8544 8850 8427
原料共混物的计算分析如下：
组分 JBT-A JBT-B VES
C (%重量) 44.55 44.60 44.07
H (%重量) 5.43 5.53 5.79
O (%重量) 45.00 44.88 40.11
N (%重量) 0.50 0.50 0.50
S (%重量) 0.11 0.11 0.50
Cl (%重量) 0.14 0.14 0.07
灰分(%重量) 4.28 4.25 9.41
气化器操作
对于每种原料，操作气化器以保持稳定的床高和优化CO组成。
JBT-A：气化器的进料速率初始设置为约80 lbs/hr。传送冲杆表面的氧流量设置为16 lbs/hr且炉喉的氧为约33 lbs/hr。在灰分贮槽初始无氧流量提供。传送冲杆设置为每25分钟6英寸冲程。
调节气化器操作参数以在气化器中获得稳定的合成气组成和稳定的材料床。传送冲杆冲程为每8分钟10英寸，而氧流量设置为在传送冲杆表面18 lbs/hr和在灰分贮槽12lbs/hr，提供稳定的操作。
在测试早期期间，发现在气化器残余物中一些大的炉渣片。为减少这种成渣，在传送冲杆表面进料8 lb/hr的CO2以及氧。炉渣的量在添加CO2后减少。形成的炉渣的数量的数量不导致气化器中的任何问题。
JBT-B：气化器的进料速率初始设置为约80 lbs/hr。传送冲杆表面的氧流量设置为18 lbs/hr且炉喉的氧为约42 lbs/hr。在灰分贮槽初始无氧流量提供。传送冲杆设置为每25分钟10英寸冲程。
调节气化器操作参数以在气化器中获得稳定的合成气组成和稳定的材料床。传送冲杆冲程为每10分钟10英寸，而氧流量设置为在传送冲杆表面18 lbs/hr和在灰分贮槽10lbs/hr，提供稳定的操作。
在测试早期期间，发现在气化器残余物中一些大的炉渣片。为减少这种成渣，在传送冲杆表面进料8 lb/hr的CO2以及氧。炉渣的量在添加CO2后减少。形成的炉渣的数量的数量不导致气化器中的任何问题。
细粒对气化器操作没有任何不利影响。在使用JBT-A (没有细粒)和JBT-B(带有细粒)时，材料床之间没有显著差异。
VES：气化器的进料速率初始设置为约80 lbs/hr。传送冲杆表面的氧流量和二氧化碳流量初始分别设置为18 lbs/hr和8 lbs/hr。通往炉喉的氧流量为约40 lbs/hr且通往灰分贮槽(出灰冲杆表面)的氧流量初始设置为10 lbs/hr。传送冲杆设置为每25分钟10英寸冲程。
在气化器操作期间，炉渣趋向于在主炉膛上形成(在最外面的床推杆内)。传送冲杆推动的炉渣延伸经过灰分贮槽并阻止材料落入贮槽内，导致材料的不均匀分布。
在气化器操作期间，大的炉渣片阻碍出灰冲杆和阻止前向运动或反向运动。通往传送冲杆和出灰冲杆的二氧化碳流量分别增加至16 lbs/hr和8 lbs/hr，但CO2的增加不足以防止成渣。
对每种原料材料的氧和CO2流量设定可总结如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
对每种原料材料的气化器设定可总结如下：
原料 传送冲杆冲程长度(in) 传送冲杆冲程周期(min) 出灰冲杆冲程周期(hr)
JBT-A 10 8 5
JBT-B 10 10 5
VES 5 15 4
对于每种原料材料，合成气组成如下。(结果反映在过滤、湿法洗涤和干燥之后以及在对用于系统清洁的氮气吹洗校正之后的合成气组成。)
原料 %CO %H<sub>2</sub> %CO<sub>2</sub> %N<sub>2</sub>
JBT-A 38 19 40 3
JBT-B 39 22 36 3
VES 38 18 36 7
使用以下方程计算气化器进料利用率的估算值。
Figure 266663DEST_PATH_IMAGE024
其中F = 气化器的平均进料速率
A = 进料中灰分的百分数
R = 平均残余物速率(从气化器去除的残余物)
利用率是指被转化和作为气体离开气化器下室的进料中总非灰分组分的百分数。计算基于以下假设：进料中可忽略量的灰分组分随气体产物流离开气化器。
每种原料的利用率如下。基于操作数据计算平均进料速率和平均残余物速率。基于假设残余物中的总灰分等于进料中的总灰分，计算残余物中的非灰分组分。
Figure DEST_PATH_IMAGE025
灰分平衡如下：
Figure 790049DEST_PATH_IMAGE026
平均进料和气化器残余物速率基于中试设备操作数据。灰分数据基于进料和残余物样品的实验室灰分分析结果。灰分速率通过将平均流速乘以灰分比分数来计算。灰分差是进料中的灰分和气化器残余物中的灰分之间的质量速率差的绝对值。
虽然已经通过具体实施方案、实施例和它们的应用来描述本文公开的发明，但是本领域技术人员在不脱离权利要求所阐述的本发明的范围的情况下可对其进行许多改进和变化。

Claims (24)

1.一种非催化热分解方法，所述方法包含：
提供总体上为固体的原料至热分解单元；
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，其中所述移动装置是传送冲杆，其中设置一个或多个推杆延伸离开传送冲杆表面和进入材料床中，以在所述表面前的材料内产生空隙，传送冲杆表面包括位于各推杆之下的气体喷嘴；和
提供氧和任选另外的气体至气化区，其中将氧和任选另外的气体提供至移动装置的表面；
其中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。
2.权利要求1的热分解方法，其中该方法有效保持约800℉-约1000℉的平均材料床温和约300℉或更小的跨材料床温度变化。
3.权利要求1的热分解方法，其中所述移动装置移动的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。
4.权利要求1的热分解方法，其中以约0.5至约1.5 lb-mol/hr-ft2的速率将氧提供至气化区。
5.权利要求1的热分解方法，其中所述另外的气体选自CO2、蒸汽、氮、甲烷和它们的混合物。
6.权利要求1的热分解方法，其中将氧提供至传送冲杆的表面。
7.权利要求1的热分解方法，其中将氧提供至气化区，其速率有效提供约0.1-约0.5的单位面积O2:碳比率。
8.权利要求1的热分解方法，其进一步包含：
将原料从所述至少一个气化区移动到至少一个燃烧区：
用至少一个出灰冲杆使原料移动通过所述至少一个燃烧区；和
将气体从所述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。
9.权利要求8的热分解方法，其中使原料移动通过燃烧区，其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。
10.权利要求8的热分解方法，其中所述方法有效提供具有约20摩尔%或更高CO含量的合成气。
11.权利要求8的热分解方法，其中所述方法有效提供具有至少0.75的CO/CO2比率的合成气。
12.权利要求1的热分解方法，其中所述原料选自含碳材料、含碳液体产物、含碳工业液体再循环物、含碳城市固体废物(MSW或msw)、含碳城市废物、含碳农业材料、含碳林业材料、含碳木材废料、含碳建筑材料、含碳植物材料、含碳工业废料、含碳发酵废料、含碳石化副产物、含碳醇生产副产物、含碳煤、轮胎、塑料、废物塑料、焦炉焦油、软纤维、木质素、黑液、聚合物、废料聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、下水道淤泥、动物废料、作物残余、能源作物、林木加工残余、木材加工残余、牲畜废料、家禽废料、食品加工残余、发酵工艺废物、乙醇副产物、废颗粒、废微生物，和它们的组合。
13.一种非催化热分解方法，所述方法包含：
提供总体上为固体的原料至热分解单元；
用至少一个传送冲杆使原料移动通过热分解单元中的至少一个气化区，其中所述传送冲杆移动的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，其中设置一个或多个推杆延伸离开所述至少一个传送冲杆的表面和进入材料床中，以在所述表面前的材料内产生空隙，且传送冲杆表面包括位于各推杆之下的气体喷嘴；和
以约0.5至约1.5 lb-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，其中当提供所述另外的气体时，以约3:1至约1:2的比率提供氧和另外的气体至传送冲杆的表面。
14.权利要求13的热分解方法，其中所述另外的气体选自CO2、蒸汽、氮、甲烷和它们的混合物。
15.权利要求13的热分解方法，其中所述原料形成热分解单元中的移动材料床。
16.权利要求15的热分解方法，其中所述方法有效保持材料床温在材料床中任一点不超过约2300℉。
17.权利要求16的热分解方法，其中所述方法有效保持约500℉至约2000℉的材料床温。
18.权利要求15的热分解方法，其中该方法有效保持约800℉-约1000℉的平均材料床温和约300℉或更小的跨材料床温度变化。
19.权利要求13的热分解方法，其中将氧提供至气化区，其速率有效提供约0.1-约0.5的单位面积O2:碳比率。
20.权利要求13的热分解方法，所述方法进一步包含
将原料从所述至少一个气化区移动到至少一个燃烧区；
用至少一个出灰冲杆使原料移动通过所述至少一个燃烧区；和
将气体从所述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。
21.权利要求20的热分解方法，其中所述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。
22.权利要求20的热分解方法，其中所述方法有效提供具有约20摩尔%或更高CO含量的合成气。
23.权利要求20的热分解方法，其中所述方法有效提供具有至少0.75的CO/CO2比率的合成气。
24.权利要求13的热分解方法，其中所述原料选自含碳材料、含碳液体产物、含碳工业液体再循环物、含碳城市固体废物(MSW或msw)、含碳城市废物、含碳农业材料、含碳林业材料、含碳木材废料、含碳建筑材料、含碳植物材料、含碳工业废料、含碳发酵废料、含碳石化副产物、含碳醇生产副产物、含碳煤、轮胎、塑料、废物塑料、焦炉焦油、软纤维、木质素、黑液、聚合物、废料聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、下水道淤泥、动物废料、作物残余、能源作物、林木加工残余、木材加工残余、牲畜废料、家禽废料、食品加工残余、发酵工艺废物、乙醇副产物、废颗粒、废微生物，和它们的组合。
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