CN114479940A

CN114479940A - 一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法

Info

Publication number: CN114479940A
Application number: CN202210176541.4A
Authority: CN
Inventors: 孙震; 薛冬梅; 顾时雨; 王星浩
Original assignee: China India Hengsheng Beijing Trading Co ltd
Current assignee: China India Hengsheng Beijing Trading Co ltd
Priority date: 2022-02-25
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明描述了一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，包括一种集成催化气化过程。涉及到蒸汽的产生以及将含碳材料转化为可燃气体，如甲烷。通常生物质燃烧产生的蒸汽被提供给催化气化炉，在适当的温度和压力条件下，含碳原料被转化为多种产品气体，包括但不限于甲烷、一氧化碳、氢气和二氧化碳。

Description

一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法

技术领域

本发明公开了一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，涉及生产用于催化气化反应器中的蒸汽的方法，其具有减少碳排放的功能。具体而言，本发明涉及生物质用于产生蒸汽，用于碳质材料的催化气化以产生甲烷的方法。

背景技术

将含碳材料催化气化为合成天然气的过程需要有蒸汽与碳反应生成甲烷和二氧化碳。一般考虑使用燃煤锅炉来产生所需的蒸汽。这种方法的缺点是需要为锅炉提供额外的燃料源，同时产生包含二氧化碳的废气，二氧化碳可能会被排放到大气中，这意味着该过程会产生大量的碳排放。因此，本领域需要开发将含碳材料催化气化为合成天然气的工艺，该工艺更有效地利用燃料源，包括用于产生蒸汽的燃料源，同时减少整个工艺中的碳排放。

发明内容

本发明提供了一种将含碳原料转化为多种气体产品的方法，该方法包括以下步骤：（a）向反应器供应生物质原料；（b）在含有氧气的气体存在下，在适当的温度和压力下，在反应器中至少部分燃烧生物质原料以产生热能；（c）利用热能产生蒸汽；（d）将含碳原料、碱金属气化催化剂和至少一部分蒸汽引入气化炉；（e）在蒸汽和碱金属气化催化剂存在下，在适当的温度和压力下，使气化炉中的含碳原料反应，形成包含多种气体产物的气流，这些气体产物包括甲烷和至少一种或多种氢、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢，氨和其他高级碳氢化合物以及至少部分分离所述多个气体产物以产生包含主要量的其中一种气体产物的产物流。

在第二方面，本发明提供了一种将含碳原料转化为多种气体产品并发电的方法，该方法包括以下步骤：（a）向反应器供应生物质原料；（b）在含有氧气的气体存在下，在适当的温度和压力下，在反应器中至少部分燃烧生物质原料以产生热能；（c）利用热能产生蒸汽；（d）将蒸汽分为至少第一蒸汽流和第二蒸汽流；（e）将第一蒸汽流、含碳原料和碱金属气化催化剂引入气化炉；（f）将第二蒸汽流引入蒸汽轮机以发电；（g）在第一蒸汽流和碱金属气化催化剂的存在下，在气化炉中反应含碳原料。

附图说明

图1根据本发明实施例的用于产生可燃气体的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例，图1为根据本发明实施例的用于产生可燃气体的方法的流程图,提供给气化炉（200）的蒸汽由反应器（100）的作用产生，并通过加热的气体导管（110）从反应器输送到催化气化炉（200）。反应器（100）包括但不限于商业气化反应器、氧燃料燃烧器和锅炉。反应器（100）由来自原料制备操作（400）的生物质原料（404）进料，并且通常可包括如本文所定义的一种或多种生物质材料的混合物。生物质原料（404）在反应器（100）中的部分或完全气化或部分或完全燃烧产生大量热能和包含二氧化碳的废气。该热能可用于接触与水源接触的任何类型的热交换器，以产生蒸汽。例如，已知的任何锅炉都可以由生物质原料（404）提供燃料，以向气化炉（200）供应蒸汽。虽然任何水源都可以用来产生蒸汽，但已知锅炉系统中常用的水经过净化和去离子处理（约0.3-1.0μS/cm），从而减缓腐蚀过程。例如，这种锅炉可以通过任何生物质材料的吹氧燃烧来提供动力。最终，来自生物质原料（404）的气化或燃烧的热能可加热与反应器（100）连通的水源，以产生蒸汽（通常在约1300°F和500 psi下）。

反应器（100）的作用产生的蒸汽通常可以根据所使用的反应器和原料的类型而变化。优选地，可在约550至约600 psia和约1300至约1400°F（约700至约760°C）的范围内向催化气化炉提供蒸汽。更优选地，反应器（100）在基本上与催化气化器（200）中使用的条件相同的压力下产生蒸汽，因为任何多余的热量都可以更有效地被捕获以用于其他操作。在另一个示例中，水与热能接触以产生蒸汽可在反应器（100）内发生，通过经由单独的供给线（图1中未示出）向反应器中添加水，或通过供应生物质原料（404），例如，作为包含生物质颗粒的水性浆液。在这种情况下，当反应器（100）是燃烧室时，蒸汽可以生成为进一步包含（i）二氧化碳的气体混合物；或者（ii）当反应器（100）是气化炉时，一氧化碳、氢气（可选）和二氧化碳。

反应器（100）产生的蒸汽可全部或部分进入一个或多个加热导管（105），该加热导管（105）可位于输送燃烧气体的出口导管处或附近（当存在时）。例如，蒸汽可分为多个蒸汽流（例如，至少分为第一和第二蒸汽流），每个蒸汽流包含一部分蒸汽。可根据本领域已知的方法控制提供给各流的蒸汽部分。每个蒸汽流都可以在不同的方向上流动。例如，一个或多个蒸汽流可经由加热导管（110）提供给气化反应器；或者一个或多个蒸汽流可用于干燥含碳原料（例如，通过加热导管130）；或者，一个或多个蒸汽流可被输送至蒸汽轮机（2000，通过加热导管140）以发电（2001）。

Claims

1.一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：向反应器供应生物质原料，其中生物质原料（i）为颗粒形式，或（ii）包含水性浆液；在含有氧气的气体存在条件下，在适当的温度和压力下，在反应器中小部分燃烧生物质原料以产生热能和包含二氧化碳的废气，之后利用热能产生蒸汽；将含碳原料、碱金属气化催化剂和至少一部分蒸汽引入气化炉；蒸汽和碱金属气化催化剂的存在下，在至少450°C至约900°C的温度和至少约400 psig至约1000 psig的压力下，使气化炉中的含碳原料发生反应，形成包含多种气体产物的气流，这些气体产物包括甲烷和至少一种或多种氢、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氨和其他高级碳氢化合物；至少部分分离所述多个气体产物以产生包含主要量的其中一种气体产物的产物流。

2.根据权利要求1所述的一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，其中，生物质原料的至少部分燃烧产生的废气被提供给气化炉，气流包括生物质原料的至少部分燃烧和含碳原料的催化气化产生的二氧化碳。

3.根据权利要求1所述的一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，其中该气流包含一氧化碳及氢，反应器系第二气化炉或氧气燃烧器，碱金属气化催化剂包含至少一种碱金属的来源，且其存在量足以在该含碳原料中提供0.01至约0.08范围内的碱金属原子与碳原子之比。

4.根据权利要求1所述的一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，其特征在于：其中热能被转移到与水源接触的热交换器以产生蒸汽，产物流包含主要量的甲烷。

5.根据权利要求1所述的一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，其特征在于：其中所述生物质原料为颗粒形式，并包含水性浆液。

6.根据权利要求1所述的一种将含碳生物质原料转化为多种气体产品的方法，其特征在于：所述步骤中的蒸汽分为至少第一蒸汽流和第二蒸汽流；将第二蒸汽流引入蒸汽轮机以发电；其中将第一蒸汽流引入气化炉。

7.根据权利要求6所述的蒸汽流引入方式，其中反应器系第二气化炉或氧气燃烧室，蒸汽在该反应器内产生，碱金属气化催化剂包含至少一种碱金属的来源，且其存在量足以在该含碳原料中提供0.01至约0.08范围内的碱金属原子与碳原子之比。