TWI537375B - 用於氣化含碳材料以製造合成氣的裝置及方法 - Google Patents

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Description

用於氣化含碳材料以製造合成氣的裝置及方法
本申請案主張美國臨時專利申請案號61/516,646、61/516,704及61/516,667之利益，其全部皆在2011年4月6日提出，其全部之全文於此以參考方式併入本文。
本發明提供一種用於氣化含碳材料以製造包含一氧化碳與氫的發生爐氣或合成氣體或合成氣之裝置及方法。
發明背景
氣化含碳材料以製造出包含一氧化碳與氫的發生爐氣或合成氣體或合成氣在技藝中熟知。典型來說，此氣化方法包括含碳材料之部分氧化或缺氧氧化，其中將次化學計量的氧量供應至該氣化方法以促進一氧化碳之產生，如在WO 2009/154788中所描述。如在WO 2009/154788中所描述，該氣化方法可進一步藉由加入蒸氣及二氧化碳(CO2)之一或多種而影響。氣化方法之成功大大地與所製造的合成氣之品質相依。想要增加在所製造的合成氣中之一氧化碳(CO)與氫(H2)的含量。換句話說，稀釋劑(諸如二氧化碳(CO2)、氮(N2))的含量應該儘可能地低，特別是在將合成氣產物使用於熱值或製造化學物質時。
多種礦物物質經常形成含碳材料的部分。當該含碳材料之含烴部分轉換成CO、CO2及H2時，該礦物物質變成與任何未轉換的含碳材料或未轉換的碳形式灰分一起與該含烴部分分離。該灰分的量及組成物(例如，碳含量)可在 氣化器之平順進行上和在灰分之廢棄上具有影響。灰分在氣化器中的熔融及結塊可造成熔渣及熔結塊形成，此可導致氣化器部分或完全阻塞。因此，具有避免灰分熔融之氣化方法係優良。亦優良的是，在灰分中具有低含量未燃燒的燃料或碳。
詹姆斯T.卡伯(James T.Cobb)二世("藉由生物質氣化製造合成氣體"，詹姆斯T.卡伯二世，2007春季國家AIChE會議的會議記錄(Proceedings of the 2007 Spring National AIChE Meeting)，豪斯頓(Houston)，德州(Texa)，2007年4月22-26日)描述出一種康蘇泰克(Consutech)氣化器(BRI Energy LLC)，其第一階段係一標準分階爐篦燃燒室(時常使用作為MSW焚化爐)，其作為氣化器使用富氧的空氣在950℉下操作。該第二階段係一熱處理器，其在2000-2250℉下操作及使用最少的氧來裂解焦油。
WO 2009/154788描述出一種二階段氣化器，其中將含碳材料進料至第一階段，其中可使用經控制的速率注入空氣(富氧的空氣)或純氧。該第一階段的溫度及氧輸入受控制，如此含碳材料僅發生部分氧化。來自第一階段的氣體產物移至第二階段。從第一階段中移除灰分。將純氧引進第二階段中，以達成在來自第一階段的氣體流中所包含之任何焦油的裂解及部分氧化。
諸如在WO 2009/154788中所描述的二階段氣化器可用於從多種含碳材料廢棄物製造合成氣，及可製造出好品質的合成氣，但是，在從此氣化方法所產生的灰分中通常觀 察到高碳含量。
發明概要
本發明提供一種用以氣化含碳材料的方法及裝置。該方法產生一粗合成氣，其可進一步在焦油破壞區中加工以提供一熱合成氣。在該熱合成氣中，該熱合成氣具有CO/CO2莫耳比率大於約0.75及固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.1。該固體灰分的碳含量少於約10%。
本發明提供一種用以氣化含碳材料以製造粗合成氣的方法。該方法包括在氣化區域中讓該含碳材料與第一含分子氧氣體及選擇性與蒸氣及CO2之一或多種接觸，以氣化該含碳材料的一部分及產生第一氣體產物。該含碳材料的剩餘部分在燃燒區域中與第二含分子氧氣體及選擇性與蒸氣及CO2之一或多種接觸，以氣化該含碳材料的額外部分及產生第二氣體產物與一包含碳的固體灰分。結合該第一氣體產物與第二氣體產物以產生該粗合成氣。該粗合成氣具有CO/CO2莫耳比率大於約0.75，及固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.1。該固體灰分的碳含量少於約10%。
在另一個觀點中，於輸入氣化區域的含碳材料進料中之每單位總碳質量的總氧質量少於在輸入燃燒區域的含碳材料進料之未轉換部分中每單位總碳質量的總氧質量。該氣化區域可包括一或多個氣化爐床，及該燃燒區域 可包括一或多個燃燒爐床。該氣化爐床之一或多個藉由與該第一氣體產物及第二氣體產物之一或多種熱交換達成該含碳材料的預熱。
在另一個觀點中，在該第一含分子氧氣體與第二含分子氧氣體中所包含的分子氧總量對將包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量的比率在範圍0.1至0.9內。根據該方法，以每噸含碳材料(以乾燥為基礎)約0至約75磅-莫耳的比率，將分子氧引進該氣化區域及燃燒區域。該氣化區域及燃燒區域的溫度不高於800℃。
在另一個觀點中，提供一種用以氣化含碳材料以製造熱合成氣的方法。該方法包括在氣化區域中讓該含碳材料與第一含分子氧氣體及選擇性與蒸氣及CO2之一或多種接觸，以氣化該含碳材料的一部分及產生第一氣體產物。讓該含碳材料的剩餘部分在燃燒區域中與第二含分子氧氣體及選擇性與蒸氣及CO2之一或多種接觸，以氣化該含碳材料的額外部分及產生第二氣體產物與一包含碳的固體灰分。結合該第一氣體產物與該第二氣體產物以產生一包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)及焦油的粗合成氣。該粗合成氣具有大於約0.75的CO/CO2莫耳比率。在焦油破壞區域中讓該粗合成氣與第三含分子氧氣體接觸，以產生該熱合成氣。該焦油破壞區域具有溫度高於約900℃。在該熱合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於約0.75及固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.1。該固體 灰分的碳含量少於約10重量%。
本發明提供一種氣化裝置，其包括一包含一或多個爐床的氣化區域；一與該氣化區域連續的燃燒區域，該燃燒區域包括一或多個爐床，其中該氣化與燃燒區域係效用於提供一具有CO/CO2莫耳比率大於約0.75的粗合成氣，及固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.1；及一焦油破壞區域，其效用於經由一連接區域接收來自該氣化及燃燒區域之粗合成氣。在一個觀點中，該氣化區域包含最高10個爐床。在一個觀點中，該燃燒區域包含最高5個爐床。在另一個觀點中，該氣化裝置包括至少一個固體傳遞設備，其效用於將含碳材料從氣化區域移至燃燒區域。該氣化裝置亦可在該氣化區域、燃燒區域及焦油破壞區域中包含至少一個氣體入口。
圖式簡單說明
將從下列圖形中更明瞭本方法的上述及其它觀點、數個觀點之特徵及優點。
第1圖係一氣化裝置的圖式圖形，其包括一氣化區域及一燃燒區域。現在參照第1圖，該氣化裝置(10)包括氣化區域(103)及燃燒區域(200)。該氣化區域包括一個用來加入氣體(例如，含氧氣體、蒸氣、二氧化碳)的注入口：注入口102；該燃燒區域包括一個用來加入氣體的注入口：注入口202。可將含碳材料進料(101)加入該氣化區域(103)。可從燃燒區域(200)移除固體灰分流(205)。可從氣化區域(103)移除粗合成氣流(105)。
第2圖係一個觀點的氣化裝置之圖式圖形，其包括一氣化區域及一燃燒區域，其中該氣化區域包括四個區段或爐床。現在參照第2圖，該氣化裝置(11)包括氣化區域(113)及燃燒區域(230)。該氣化區域(113)包括四個氣化爐床：爐床-I(310)、爐床-II(320)、爐床-III(330)及爐床-IV(340)。每個氣化爐床皆包括一個用以加入氣體的注入口：爐床-I的氣體入口111、爐床-II的氣體入口121、爐床-III的氣體入口131及爐床-IV的氣體入口141。該燃燒區域包括一個用以加入氣體的注入口：氣體入口202。可將含碳材料進料(101)加入氣化區域(113)的爐床-I(引入爐床)中。可從燃燒區域(230)移除固體灰分流(205)。可從氣化區域(113)移出粗合成氣流(105)。
第3圖為一個觀點的氣化裝置之圖式圖形，其包括一氣化區域及一燃燒區域，其中該氣化區域包括四個區段或爐床及該燃燒區域包括二個區段或爐床。現在參照第3圖，該氣化裝置(12)包括氣化區域(123)及燃燒區域(232)。 該氣化區域(123)包括四個氣化爐床：爐床-I(410)、爐床-II(420)、爐床-III(430)及爐床-IV(440)。每個氣化爐床皆包括一個用以加入氣體的注入口：爐床-I的氣體入口411、爐床-II的氣體入口421、爐床-III的氣體入口431及爐床-IV的氣體入口441。該燃燒區域包括二個燃燒爐床：爐床-V(416)、爐床-VI(220)。每個燃燒爐床皆包括一個用以加入氣體的注入口：爐床-V的氣體入口511及爐床-VI的氣體入口521。可將含碳材料進料(101)加入氣化區域(123)的爐 床-I(引入爐床)。可從燃燒區域(232)的爐床-VI(引出爐床)移除固體灰分流(205)。可從氣化區域(123)移出粗合成氣流(105)。
第4圖係一個觀點的氣化裝置之圖式圖形，其包括一氣化區域、一燃燒區域及一焦油減少區域，其中該氣化區域包括五個區段或爐床。現在參照第4圖，該氣化裝置(13)包括氣化區域(143)、燃燒區域(500)、連接區域或喉道(300)及焦油減少區域(400)。該氣化區域(143)包括五個氣化爐床：爐床-I(110)、爐床-II(120)、爐床-III(130)、爐床-IV(140)及爐床-V(150)。每個氣化爐床皆包括一個用以加入氣體的注入口：爐床-I的氣體入口611、爐床-II的氣體入口621、爐床-III的氣體入口631、爐床-IV的氣體入口641及爐床-V的氣體入口651。該燃燒區域包括一個用以加入氣體的注入口：氣體入口202。該連接區域或喉道(300)包括一個用以加入氣體的注入口：氣體入口301。可將含碳材料進料(101)加入氣化區域(143)的爐床-I(引入爐床)中。可從燃燒區域(500)移除固體灰分流(205)。可從焦油減少區域(400)移出熱合成氣流(405)。
相應的參考符號遍及數個描繪圖指示出相應的構件。 熟練的人士將察知在圖形中的元件係為了簡易及清楚地闡明，其不必呈比例繪製。例如，在圖形中，某些元件的尺寸可相對於其它元件過大以幫助改善了解本方法及裝置的多個觀點。同樣地，經常不描出在商業可行的觀點中有用或需要之常見而且充分了解的元件，以便幫助不妨礙地觀 看這些不同觀點。
詳細說明 定義
除非其它方面有所定義，否則遍及本揭示的此專利說明書所使用之下列用語皆如下所定義及可包括下列所定義的定義之單或複數形式：修飾任何量的用語"約"指為在真實世界條件中(例如，在實驗室、中型試驗工廠或製造設施中)所遭遇到的量之變量。例如，在混合物中所使用的成份或度量之量或定量當由"約"修飾時，其包括典型在製造工廠或實驗室的實驗條件下測量時所使用的變量及關心程度。例如，產物組分的量當由"約"修飾時，其包括在工廠或實驗室的多重實驗批次間之變量及在分析方法中固有的變量。不論是否由"約"所修飾，該等量皆包括那些量的同等物。於本文所描述及由"約"所修飾的任何定量亦可使用在本揭示中，如未由"約"修飾的量般。
如於本文中所使用，"含碳材料"指為富碳材料，諸如煤及石化製品。但是，在此專利說明書中，含碳材料包括任何碳材料，不論是呈固體、液體、氣體或漿狀態。在可視為含碳材料的許多項目當中，本揭示考慮到：含碳材料、含碳液體產物、含碳工業再循環液體、含碳都市固體廢棄物(MSW或msw)、含碳城鎮廢棄物、含碳農業材料、含碳林業材料、含碳木質廢棄物、含碳建築材料、含碳植 物材料、含碳工業廢棄物、含碳發酵廢棄物、含碳石化副產品、含碳醇生產副產品、含碳煤、輪胎、塑膠、廢塑料、焦爐焦油、纖維軟物質(fibersoft)、木質素、黑液、聚合物、廢棄聚合物、聚對酞酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、污水淤泥、動物廢棄物、莊稼殘渣、能源作物、森林加工殘餘物、木材加工殘餘物、家畜廢棄物、家禽廢棄物、食物加工殘餘物、發酵過程廢棄物、乙醇副產品、穀渣、微生物廢料或其組合。
用語"纖維軟物質(fibersoft)"或"纖維軟物質(Fibersoft)"或"纖維軟物質(fibrosoft)"或"纖維軟物質(fibrousoft)"意謂著由於多種物質的軟化及濃縮所產生之含碳材料型式；在實施例中，含碳材料係經由多種物質的蒸氣熱壓而製造。在另一個實施例中，該纖維軟物質可包括蒸氣熱壓產生自纖維糊狀材料的城市、工業、商業、醫療廢棄物。
用語"都市固體廢棄物"或"MSW"或"msw"意謂著包含家用、商業、工業及/或殘餘廢棄物的廢棄物。
用語"合成氣"或"合成氣體"意謂著合成氣體，其係一提供給包含不同量的一氧化碳及氫之氣體混合物的名稱。製造方法的實施例包括天然氣或烴之蒸氣重組以產生氫、煤之氣化及在某些型式的廢棄物轉能源氣化設施中。該名稱來自其作為在產生合成天然氣(SNG)時的中間物及用於製造氨或甲醇的用途。合成氣包括作為在製造合成石油時的中間物之用途，其中該合成石油作為燃料或潤滑 劑、經由費雪-特羅普希(Fischer-Tropsch)合成及在摩比爾(Mobil)甲醇至汽油製程前製造。合成氣主要由氫、一氧化碳及某些二氧化碳組成，及具有少於天然氣一半的能量密度(即，BTU含量)。合成氣可燃燒及經常使用作為燃料來源或作為用於其它化學物質之製造的中間物。
"噸"指為美國短噸，即，約907.2公斤(2000磅)。
如於本文中所使用，用語"焦油"包括(不限於)氣體焦油、液體焦油、固體焦油、焦油形成物質或其混合物，其通常包含烴及其衍生物。大量熟知的焦油測量方法存在，其可使用來測量焦油。一大族群的技術包括以與偵測器耦合之液或氣相色層分析法為基礎的分析方法。在測量焦油的情況中，最常用的偵測器係火焰離子化偵測器(FID)及質譜儀。另一族群的技術包括光譜方法，其包括偵測及分析光譜。此例如有紅外線、紫外線(UV)或發光光譜儀、及LIBS(雷射感應破裂光譜法(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy))技術。另一種用來監視燃燒氣體的技術為FTIR(傅立葉(Fourier)轉換紅外線)紅外線光譜儀。各種各樣的文件提到此技術，諸如例如WO 2006015660、WO 03060480及美國專利案號5,984,998。
有存在其它已知允許連續監視焦油的電子方法。這些技術包括具有電化學電池的偵測器及具有半導體的感應器。多種重量技術亦可使用於焦油測量。在一個觀點中，焦油的量可表示如為碳的相等ppm。在此觀點中，該烴可為苯或醇，諸如甲醇。在此觀點中，減少焦油含量可意謂 著焦油濃度當量或焦油當量與少於約10 ppm苯相應。
詳細說明
下列描述不欲以限制性觀念採用，而是僅用於描述出範例性具體實例之一般原理的目的。本發明之範圍應該參照申請專利範圍而決定。
本發明提供一種用以氣化含碳材料以製造合成氣的方法及裝置。在該方法中，使用氣化裝置來氣化含碳材料。該氣化裝置包括一氣化區域及一燃燒區域。將含碳材料進料引進該氣化裝置的氣化區域中。將第一含分子氧氣體供應至氣化區域，因此以分子氧處理該含碳材料進料以起始及促進含碳材料的化學轉換。在氣化區域中氣化該含碳材料進料的一部分以產生第一氣體產物。控制將氧供應進氣化裝置中及特別是進氣化區域中，以優先地促進從含碳材料形成一氧化碳。供應次化學計量的氧量以促進一氧化碳產生。此作用造成含碳材料在氣化區域中不完全轉換；僅有一部分的含碳材料在氣化區域中氣化。將該含碳材料的剩餘部分傳遞至燃燒區域。將第二含分子氧氣體供應至燃燒區域，因此以分子氧處理該含碳材料的剩餘部分，以促進含碳材料之未轉換的部分化學轉換成氣體組分。因此，該含碳材料的額外部分在燃燒區域中氣化以產生第二氣體產物。結合該第一氣體產物與第二氣體產物以形成一粗合成氣。
在一個觀點中，該氣化區域及燃燒區域係物理分離的單元。在一個觀點中，該氣化區域及燃燒區域係一單一單 元的部分。該氣化區域可為在先述技藝中所揭示的任何氣化設備，諸如及不限於移動床、固定床、流動床、夾帶流、逆流("上向氣流")、並流("下向氣流")、逆流固定床、並流固定床、逆流移動床、並流移動床交叉氣流、混合、交叉流、交叉流移動床或其部分。該燃燒區域可為在先述技藝中所揭示的任何氣化設備，諸如及不限於移動床、固定床、流動床、夾帶流、逆流("上向氣流")、並流(“下向氣流”)、逆流固定床、並流固定床、逆流移動床、並流移動床交叉氣流、混合、交叉流、交叉流移動床或其部分。在一個觀點中，於該燃燒區域的至少一部分中，固體流向下及氣體流向上。在一個觀點中，該氣化區域係一交叉流單元及該燃燒區域係一逆向單元。在一個觀點中，該氣化區域係一交叉流單元及該燃燒區域係一逆向移動床單元。在一個觀點中，該氣化區域係一交叉流移動床單元及該燃燒區域係一逆流單元，其中氣體向上流動及固體向下移動。
在一個觀點中，該氣化區域可包括一或多個用於讓該含碳材料與第一含分子氧氣體及選擇性與蒸氣及CO2之一或多種接觸的區段或氣化爐床，以便氣化該含碳材料的一部分及產生第一氣體產物。在多個觀點中，該氣化區域包括1、2、3、4、5、6、7、8、9或10個區段或氣化爐床。在一個觀點中，該燃燒區域包括一或多個用以讓該含碳材料的剩餘部分與第二含分子氧氣體接觸之燃燒爐床，以便氣化該含碳材料的額外部分及產生第二氣體產物與固體灰分。在多個觀點中，該燃燒區域可包括1、2、3、4或5 個區段或燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括一個氣化爐床及一個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括二個氣化爐床及一個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括三個氣化爐床及一個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括四個氣化爐床及一個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括五個氣化爐床及一個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括二個氣化爐床及二個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括三個氣化爐床及二個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括四個氣化爐床及二個燃燒爐床。在一個觀點中，該氣化裝置包括五個氣化爐床及二個燃燒爐床。在一個觀點中，可使用該氣化爐床之一或多個來達成該含碳材料的預熱。該預熱可藉由與該第一氣體產物及該第二氣體產物之一或多種熱交換達成。在一個觀點中，該燃燒爐床之一或多個提供氣體向上流及固體向下流的安排。
在上述方法中所產生的粗合成氣經常包含焦油，其對下游操作及使用並不想要。可藉由在焦油破壞區域中讓該粗合成氣與第三含分子氧氣體接觸達成減少該粗合成氣的焦油含量。包含在該粗合成氣中的焦油之部分氧化及/或裂解係在焦油減少區域中達成。從而製造一不含或實質上低焦油含量的熱合成氣。因此，在一個觀點中，該氣化裝置包括一焦油減少區域，用以使用第三含分子氧氣體處理該包含第一氣體產物與第二氣體產物的粗合成氣。該焦油減少區域可為具有圓形或方形或矩形或任何其它截面 的水平或垂直艙。該焦油減少區域可對該水平或垂直方向傾斜。該焦油減少區域可經由一或多個連接區域或喉道連接至氣化區域或燃燒區域，或氣化區域與燃燒區域二者。在一個觀點中，該焦油減少區域經由一個連接區域連接至氣化區域。氣體入口可直接接附至該焦油減少區域。可將一或多個氣體注入口接附至一或多個連接區域(喉道)。該第三含分子氧氣體可直接引進該焦油減少區域中。該第三含分子氧氣體可經由一或多個接附至一或多個連接區域之氣體注入口引進該焦油減少區域中。
用以引進該第一含分子氧氣體的氣體注入口可接附至氣化區域或包含在其中的一或多個爐床。用以引進該第二含分子氧氣體的氣體注入口可接附至燃燒區域或包含在其中的一或多個爐床。亦可經由這些氣體注入口之一或多個引進蒸氣或CO2。在一個觀點中，可經由接附至氣化區域或包含在其中的一或多個爐床之氣體注入口引進第一含分子氧氣體、蒸氣及CO2的一或多種。在一個觀點中，在供應至接附至氣化區域或包含在其中的一或多個爐床之氣體注入口前，預混合第一含分子氧氣體、蒸氣及CO2的一或多種。在一個觀點中，在供應至接附至燃燒區域或包含在其中的一或多個爐床之氣體注入口前，預混合第二含分子氧氣體、蒸氣及CO2之一或多種。
在一個觀點中，該氣化區域包括一引入爐床及一或多個額外的氣化爐床，其中將該含碳材料進料引進該引入爐床中。在一個觀點中，不經由接附至該引入爐床的氣體入 口供應該第一含分子氧氣體。在一個觀點中，無氣體入口接附該引入爐床。讓引進該引入爐床的含碳材料選擇性與第一及第二氣體產物之一或多種(包括熱)接觸。因此，包含在該第一及第二氣體產物之一或多種中的熱可與該含碳材料交換，因此達成含碳材料之乾燥或預乾燥。因此，將經乾燥或預乾燥的含碳材料傳遞至隨後的爐床。亦可在該引入爐床中發生含碳材料的一部分之熱分解或氣化。
可使用一或多個機械設備(諸如傳遞活塞)來促進在該氣化區域內的固體例如從一個氣化爐床移動至下一個，及在燃燒區域內例如從一個燃燒爐床至下一個，及促進將固體從氣化區域傳遞至燃燒區域。在一個觀點中，將該氣化區域的底部高度配置在高於該燃燒區域之底部上，以促進固體移動。在一個觀點中，當固體從引入爐床移動至燃燒區域時，將任何氣化爐床的底部配置在高度低於先前爐床之底部處。在一個觀點中，當固體朝向引出爐床移動時，將任何燃燒爐床的底部配置在高度低於先前爐床的底部處。在該氣化區域包含一引入爐床及一或多個額外的氣化爐床之觀點中，在該引入爐床中無使用傳遞活塞；在此引入爐床中，藉由進料更多進料固體(含碳材料)將固體推入下一個氣化爐床中。在一個觀點中，在燃燒區域中使用一或多個傳遞活塞(灰分移除活塞)來移除固體灰分。可使用數種方法將固體灰分移出燃燒區域。在一個觀點中，使用水密封，其中灰分移除活塞將固體灰分推入水池中，使用水作為密封物以減少(較佳為避免)空氣漏入燃燒區域中。 然後，使用運送帶將溼灰分移出水。在另一個觀點中，透過閉鎖式料斗系統移除灰分，以減少(較佳為避免)空氣漏入燃燒區域中。例如，可使用包含上灰分門及下灰分門之雙灰分門來提供密封。在一個觀點中，保持下灰分門關閉以提供密封，打開上灰分門以允許灰分落入非燃燒區域中，於此該灰分可冷卻。為了移除灰分，首先關閉上灰分門以提供密封，然後打開下灰分門及灰分移除活塞將經冷卻的灰分推出氣化器。此方法移除乾灰分及若灰分具有任何直接用途時其可具有優點，因為在此直接使用灰分前無需要乾燥。
在氣化裝置中達到足夠高溫，以促進含碳材料氣化。但是，將溫度維持足夠低，以便包含在含碳材料進料中的非含碳礦物物質不會在該氣化裝置內熔化。換句話說，在該氣化區域或燃燒區域的任何部分中之溫度可不超過包含該非含碳礦物物質的灰分之熔點溫度。典型來說，在該氣化區域中和在該燃燒區域中維持氣相溫度不超過800℃。在一個觀點中，將在氣化區域及在燃燒區域中的溫度維持在範圍260-800℃。因此，包含該非含碳礦物物質的固體灰分在燃燒區域中會累積及從燃燒區域移除固體灰分流。
該焦油減少區域提供短的接觸時間，但是在足夠高的溫度下操作以保證適當的焦油破壞。在焦油減少區域中之溫度可在900至2000℃間。在該焦油減少區域中的反應時間或接觸時間可在範圍約0.5至約5秒。
所產生的粗合成氣可包含一氧化碳(CO)及二氧化碳(CO2)。想要在該粗合成氣中具有更多CO及較少CO2。在一個觀點中，於該粗合成氣中之CO/CO2莫耳比率大於約0.75。在一個觀點中，於該粗合成氣中之CO/CO2莫耳比率大於約1.0。在一個觀點中，於該粗合成氣中之CO/CO2莫耳比率大於約1.5。該熱合成氣可包含一氧化碳(CO)及二氧化碳(CO2)。想要在該熱合成氣中具有更多CO及較少CO2。在一個觀點中，在該熱合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於約0.75。在一個觀點中，在該熱合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於約1.0。在一個觀點中，在該熱合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於約1.5。
除了包含非含碳礦物物質外，該固體灰分可包括未轉換的碳或未轉換的含碳物質。在一個觀點中，該固體灰分的碳含量少於約10重量%。在一個觀點中，該固體灰分的碳含量少於5重量%。在一個觀點中，該固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.1。在一個觀點中，該固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.01。
灰分的碳含量及含碳材料進料的碳含量指為碳或包含碳的化學物質。在此觀點中，可使用許多已知的技術來測量碳含量。某些可使用來測量碳的技術之實施例包括及不限於燃燒損失(LOI)測試、熱重分析(TGA)、以雷射探針為基礎的光學方法、使用微波輻射的方法、使用核磁共振(NMR)的方法及多種ASTM方法(參見例如ASTM D6316)。
由於在該含碳材料進料中的含分子氧氣體之不均勻分佈，可在該氣化裝置的氣化區域及燃燒區域或包含在其中的爐床之一或多個中產生不想要的熱點。此可在所產生的粗合成氣中造成差的品質。熱點亦可造成灰分局部熔融。可藉由將蒸氣及二氧化碳之一或多種注入該氣化區域及該燃燒區域之一或多個中來減少或防止熱點形成。因此，為了防止不想要的熱點，可在該氣化區域中以蒸氣與分子氧一起處理含碳材料進料。可在該氣化區域中以CO2氣體與分子氧一起處理含碳材料進料。可在燃燒區域中以蒸氣與分子氧一起處理含碳材料進料。可在燃燒區域中以CO2氣體與分子氧一起處理含碳材料進料。因此，該第一含分子氧氣體可包括蒸氣及二氧化碳氣體之一或多種，及該第二含分子氧氣體可包括蒸氣及二氧化碳氣體之一或多種。
如上所述，將次化學計量的氧量供應至氣化裝置以促進一氧化碳產生。因此，在一個觀點中，在該第一含分子氧氣體與第二含分子氧氣體中所包含的分子氧總量對將包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量的比率在範圍0.1至0.9內。在一個觀點中，在該第一含分子氧氣體與第二含分子氧氣體中所包含的分子氧總量對將包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量的比率在範圍0.1至0.9內。在一個觀點中，包含在該第一含分子氧氣體、第二含分子氧氣體及第三含分子氧氣體中之分子氧總量對將 包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量的比率在範圍0.1至0.9內。在一個觀點中，包含在該第一含分子氧氣體、第二含分子氧氣體及第三含分子氧氣體中之分子氧總量對將包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量的比率在範圍0.1至0.9內。
需要小心控制在氣化區域及在燃燒區域中的溫度及將氧供應進氣化區域中及進燃燒區域中之速率，以達成在固體灰分中低碳含量及在粗合成氣中高CO/CO2比率。在燃燒區域中對每單位在含碳材料中可獲得的碳量提供較高的氧量(與在氣化區域中對每單位在含碳材料中可獲得的碳量所提供之氧量比較)。因此，在輸入氣化區域的含碳材料進料中每單位總碳質量之總氧質量少於在輸入燃燒區域之含碳材料進料的未轉換部分中每單位總碳質量之總氧質量。在輸入氣化區域的含碳材料進料中每單位總碳質量之總氧質量可在包含0.1至2.0磅/磅的範圍內。在輸入燃燒區域的含碳材料進料之未轉換部分中，每單位總碳質量的總氧質量可在包含0.25至2.5磅/磅的範圍內。包含在該含碳材料中之任何化學鍵結的氧和包含在所供應的任何蒸氣或CO2中之化學鍵結的氧皆可參與含碳材料的化學轉換及氣化。因此，重要的是考慮包含在該含碳材料之任何化學鍵結的氧和包含在所供應的任何蒸氣或CO2中之化學鍵結的氧來決定欲供應的分子氧量。
為了供應分子氧，該第一含分子氧氣體可包括空氣。 為了供應分子氧，該第一含分子氧氣體可包括富含化的空氣。為了供應分子氧，該第一含分子氧氣體可包括純氧。為了供應分子氧，該第二含分子氧氣體可包括空氣。為了供應分子氧，該第二含分子氧氣體可包括富含化的空氣。為了供應分子氧，該第二含分子氧氣體可包括純氧。
在一個觀點中，含分子氧氣體在一或多個氣化爐床內水平地分佈。在一個觀點中，含分子氧氣體在一或多個燃燒爐床中垂直地分佈。在一個觀點中，含分子氧氣體在一或多個燃燒爐床中之引進係不連續。在一個觀點中，氣體注入口之一或多個配備有冷卻設備。在一個觀點中，該冷卻設備之一或多個係在該氣體注入口上的水外罩。在一個觀點中，一或多個氣體注入口延伸出傳遞活塞。在一個觀點中，使用在傳遞活塞表面上的額外噴嘴來引進含分子氧氣體。
該第三含分子氧氣體可包括空氣。該第三含分子氧氣體可包括富含化的空氣。該第三含分子氧氣體可包括純氧。
在一個觀點中，將相同的含分子氧氣體供應至氣化區域、燃燒區域及焦油減少區域之一或多個。在一個觀點中，將不同含分子氧氣體供應至氣化區域、燃燒區域及焦油減少區域。
透過該含分子氧氣體引進該氣化區域及燃燒區域中之分子氧總量可在每噸含碳材料(以乾燥為基礎)約0至約75磅-莫耳的範圍。在多個觀點中，供應至氣化區域及燃 燒區域的分子氧量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，0至50，0至75，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，45至50，50至55，55至60，60至65，及65至70磅-莫耳。在多個觀點中，供應至氣化爐床及燃燒爐床之一或多個的分子氧量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，0至50，0至75，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，45至50，50至55，55至60，60至65，及65至70磅-莫耳。
引進氣化區域及燃燒區域中的蒸氣總量可在每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)約0至約50磅-莫耳的範圍。在多個觀點中，在氣化區域及燃燒區域之一或多個中所加入的蒸氣量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，及45至50磅-莫耳。在多個觀點中，在氣化爐床及燃燒爐床之一或多個中所加入的蒸氣量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，及45至50磅-莫耳。
在氣化區域及燃燒區域中所引進的二氧化碳氣體總量可在每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)約0至約50磅-莫耳的範圍。在多個觀點中，加入該氣化區域及燃燒區域之一或多個的二氧化碳氣體量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，5至10，10至15，15 至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，及45至50磅-莫耳。在多個觀點中，加入該氣化爐床及燃燒爐床之一或多個的二氧化碳氣體量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，及45至50磅-莫耳。
在一個觀點中，將蒸氣及二氧化碳氣體二者引進該氣化及燃燒區域之一或多個中。在一個觀點中，將蒸氣及二氧化碳氣體之一或多種注入一或多條氧供應線，以便僅在分佈噴嘴前與氧線摻合。
加入焦油減少區域中的總氧量可在每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)約0至約75磅-莫耳的範圍。在多個觀點中，供應至該焦油減少區域的分子氧量可包括選自於下列的範圍：每噸含碳材料進料(以乾燥為基礎)0至5，0至50，0至75，5至10，10至15，15至20，20至25，25至30，30至35，35至40，40至45，45至50，50至55，55至60，60至65，及65至70磅-莫耳。
在該氣化裝置的一個觀點中，將壓力維持在負(次大氣壓)壓力以避免易燃及有毒的合成氣漏入環境中。但是，此作用導致空氣漏入氣化器中，例如繞著移動活塞及門。此空氣滲漏可造成粗合成氣損失。此亦可造成粗合成氣稀釋。因此，需要小心控制氣化器氣流以減少空氣滲漏。可將氣化器氣流控制在範圍0.01至0.50英吋水的負(次大氣壓)壓力。達成此的方法之一為藉由手動設定風扇速 度(以控制熱合成氣溫度)及調整固體及氧進料速率來控制氣流。亦可藉由控制在該含碳材料床下的二氧化碳及蒸氣之一或多種的流量達成氣流控制。在一個觀點中，例如在開始期間，壓力可為大氣或大於大氣。
可藉由使用壓緊該含碳材料進料之螺柱進料器來減少該含碳材料進料所容納的空氣。亦可藉由使用沖洗閉鎖式料斗來減少該含碳材料進料所容納的空氣。在一個觀點中，例如在開始期間，可允許空氣滲漏。
在一個觀點中，特別將含甲烷氣體(諸如天然氣)引入該氣化區域、燃燒區域及焦油減少區域之一或多個中以促進開始。
該進料至氣化器的含碳材料可包括來自下列的選擇：含碳材料、含碳液體產物、含碳工業再循環液體、含碳都市固體廢棄物(MSW或msw)、含碳城鎮廢棄物、含碳農業材料、含碳林業材料、含碳木質廢棄物、含碳建築材料、含碳植物材料、含碳工業廢棄物、含碳發酵廢棄物、含碳石化副產品、含碳醇生產副產品、含碳煤、輪胎、塑膠、廢塑料、焦爐焦油、纖維軟物質、木質素、黑液、聚合物、廢棄聚合物、聚對酞酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、污水淤泥、動物廢棄物、莊稼殘渣、能源作物、森林加工殘餘物、木材加工殘餘物、家畜廢棄物、家禽廢棄物、食物加工殘餘物、發酵過程廢棄物、乙醇副產品、穀渣、微生物廢料或其組合。
在本揭示的一個觀點中，進料至該氣化器的含碳材料 包含複數種選自於下列的含碳材料：含碳材料、含碳液體產物、含碳工業再循環液體、含碳都市固體廢棄物(MSW或msw)、含碳城鎮廢棄物、含碳農業材料、含碳林業材料、含碳木質廢棄物、含碳建築材料、含碳植物材料、含碳工業廢棄物、含碳發酵廢棄物、含碳石化副產品、含碳醇生產副產品、含碳煤、輪胎、塑膠、廢塑料、焦爐焦油、纖維軟物質、木質素、黑液、聚合物、廢棄聚合物、聚對酞酸乙二酯(PETA)、聚苯乙烯(PS)、污水淤泥、動物廢棄物、莊稼殘渣、能源作物、森林加工殘餘物、木材加工殘餘物、家畜廢棄物、家禽廢棄物、食物加工殘餘物、發酵過程廢棄物、乙醇副產品、穀渣、微生物廢料或其組合。
在一個觀點中，該含碳材料包括水。在一個觀點中，該含碳材料包括少於約50重量%的水。在一個觀點中，該含碳材料包括少於約25重量%的水。在一個觀點中，該含碳材料包括少於約15重量%的水。在一個觀點中，該含碳材料的水分含量藉由預乾燥減少。
在一個觀點中，該含碳材料包含大於約25重量%的碳(以乾燥或無水為基礎)。在一個觀點中，該含碳材料包含大於約50重量%的碳(以乾燥或無水為基礎)。在一個觀點中，該含碳材料包含氧，其範圍係約0至約50重量%的氧(以乾燥或無水為基礎)。在一個觀點中，該含碳材料包含氫，其範圍係約0至約25重量%的氫(以乾燥或無水為基礎)。在一個觀點中，該含碳材料包括少於約25重量%的灰分(以乾燥或無水為基礎)。在一個觀點中，該含碳材料包括少於 約15重量%的灰分(以乾燥或無水為基礎)。
在多個觀點中，在該氣化區域及燃燒區域之一或多個中的溫度可選自於下列溫度範圍：260-270℃、270-280℃、280-290℃、290-300℃、300-310℃、310-320℃、320-330℃、330-340℃、340-350℃、350-360℃、360-370℃、370-380℃、380-390℃、390-400℃、400-410℃、410-420℃、420-430℃、430-440℃、440-450℃、450-460℃、460-470℃、470-480℃、480-490℃、490-500℃、500-510℃、520-530℃、530-540℃、540-550℃、550-560℃、560-570℃、570-580℃、580-590℃、590-600℃、600-610℃、610-620℃、620-630℃、630-640℃、640-650℃、650-660℃、660-670℃、670-680℃、680-690℃、690-700℃、700-710℃、710-720℃、720-730℃、730-740℃、740-750℃、750-760℃、760-770℃、770-780℃、780-790℃及790-800℃。
在多個觀點中，在該氣化爐床及燃燒爐床之一或多個中的溫度可選自於下列溫度範圍：260-270℃、270-280℃、280-290℃、290-300℃、300-310℃、310-320℃、320-330℃、330-340℃、340-350℃、350-360℃、360-370℃、370-380℃、380-390℃、390-400℃、400-410℃、410-420℃、420-430℃、430-440℃、440-450℃、450-460℃、460-470℃、470-480℃、480-490℃、490-500℃、500-510℃、520-530℃、530-540℃、540-550℃、550-560℃、560-570℃、570-580℃、580-590℃、590-600℃、600-610℃、610-620℃、620-630℃、630-640℃、640-650℃、650-660℃、660-670℃、670-680℃、680-690 ℃、690-700℃、700-710℃、710-720℃、720-730℃、730-740℃、740-750℃，750-760℃、760-770℃、770-780℃、780-790℃及790-800℃。
在一個觀點中，於該氣化區域及燃燒區域中的溫度相同。在一個觀點中，於該氣化區域及燃燒區域中的溫度不同。在一個觀點中，在該燃燒區域中的溫度高於在該氣化區域中的溫度。在一個觀點中，在氣化區域及燃燒區域的全部爐床中之溫度相同。在一個觀點中，不同爐床維持在不同溫度。在一個觀點中，在一或多個燃燒爐床中的溫度可高於在一或多個氣化爐床中的溫度。在一個觀點中，溫度從氣化區域的引入爐床至燃燒區域的引出爐床增加。
在多個觀點中，在該焦油減少區域中的溫度可選自於下列溫度範圍：900-910℃、910-920℃、920-930℃、930-940℃、940-950℃、950-9600c，960-970℃、970-980℃、980-990℃、990-1000℃、1000-1010℃、1010-1020℃、1020-1030℃、1030-1040℃、1040-1050℃、1050-1060℃、1060-1070℃、1070-1080℃、1080-1090℃、1090-1100℃、1100-1110℃，1110-1120℃、1120-1130℃、1130-1140℃、1140-1150℃、1150-1160℃、1160-1170℃、1170-1180℃、1180-1190℃、1190-1200℃、1200-1210℃、1210-1220℃、1220-1230℃、1230-1240℃、1240-1250℃、1250-1260℃、1260-1270℃、1270-1280℃、1280-1290℃、1290-1300℃、1300-1310℃，1310-1320℃、1320-1330℃、1330-1340℃、1340-1350℃、1350-1360℃、1360-1370℃、1370-1380℃、1380-1390 ℃、1390-1400℃、1400-1410℃、1410-1420℃、1420-1430℃、1430-1440℃、1440-1450℃、1450-1460℃、1460-1470℃、1470-1480℃、1480-1490℃、1490-1500℃、1500-1510℃、1510-1520℃、1520-1530℃、1530-1540℃、1540-1550℃、1550-1560℃、1560-1570℃、1570-1580℃、1580-1590℃、1590-1600℃、1600-1610℃，1610-1620℃、1620-1630℃、1630-1640℃、1640-1650℃、1650-1660℃、1660-1670℃、1670-1680℃，1680-1690℃、1690-1700℃、1700-1710℃，1710-1720℃、1720-1730℃、1730-1740℃、1740-1750℃、1750-1760℃、1760-1770℃、1770-1780℃、1780-1790℃、1790-1800℃、1800-1810℃、1810-1820℃、1820-1830℃、1830-1840℃、1840-1850℃、1850-1860℃、1860-1870℃、1870-1880℃、1880-1890℃、1890-1900℃、1900-1910℃、1910-1920℃、1920-1930℃、1930-1940℃、1940-1950℃、1950-1960℃、1960-1970℃、1970-1980℃、1980-1990℃、1990-2000℃。
伴隨著參照第1至4圖描述出本揭示的特定觀點。因此，第1圖提供本揭示的觀點之圖式圖形，其中氣化裝置(10)包括一氣化區域(103)，其包含一個氣化爐床；及一燃燒區域(200)，其包含一個燃燒爐床。將含碳材料進料(101)引進氣化區域。將第一含分子氧氣體(102)供應至該氣化區域。在該氣化區域中產生第一氣體產物。將含碳材料的未轉換部分從氣化區域傳遞至燃燒區域。將第二含分子氧氣體(202)供應至該燃燒區域。在該燃燒區域中產生第二氣體 產物。從該燃燒區域移除固體灰分(205)。結合該第一與第二氣體產物以產生粗合成氣流(105)，其從氣化區域移出。
第2圖顯現出一氣化裝置(10)的圖式圖形，其中該氣化區域包括四個氣化爐床：爐床-I(即，引入爐床(310))、爐床-II(320)、爐床-III(330)及爐床-IV(340)。將含碳材料進料(101)引進氣化區域的爐床-I(引入爐床)。在該氣化區域內，將固體從爐床-I(即，引入爐床)傳遞至爐床-II；將固體從爐床-II傳遞至爐床-III；及將固體從爐床-III傳遞至爐床-IV。將包含含碳材料的未轉換部分之固體從氣化區域的爐床-IV傳遞進燃燒區域(230)中。將第一含分子氧氣體經由氣體注入口111、121、131及141(其各別接附至爐床-I、爐床-II、爐床-III及爐床-IV)供應至不同氣化爐床。在一個觀點中，未將含分子氧氣體引進爐床-I(引入爐床)。經由氣體入口202將第二含分子氧氣體供應至燃燒區域。從燃燒區域移除固體灰分(205)。
可使用一或多個機械設備(在圖形中無顯示，諸如傳遞活塞)促進將固體從一個爐床移動至下一個或從一個區域至下一個，例如在第2圖中，從爐床-I至爐床-II、從爐床-II至爐床-III、從爐床-III至爐床-IV、從氣化區域的爐床-IV至燃燒區域。在一個觀點中，在爐床-I(引入爐床)中並無使用傳遞活塞，其中藉由進料更多進料固體(含碳材料)將固體推入下一個爐床中。
第3圖顯現出一個觀點的氣化裝置(10)之圖式圖形，其中該氣化區域(123)包括四個爐床：爐床-I(即，引入爐床 (410))、爐床-II(420)、爐床-III(430)及爐床-IV(440)。燃燒區域(232)包括二個爐床：爐床-V(416)及引出爐床(爐床-VI(220))。將含碳材料進料(101)引進氣化區域的爐床-I(引入爐床)。在該氣化區域內，將固體從爐床-I(即，引入爐床)傳遞至爐床-II；將固體從爐床-II傳遞至爐床-III；及將固體從爐床-III傳遞至爐床-IV。將包含含碳材料的未轉換部分之固體從氣化區域的爐床-IV傳遞進該燃燒區域之爐床-V。在燃燒區域內，將固體從爐床-V傳遞至爐床-VI(引出爐床)。經由氣體注入口411、421、431及441(其各別接附至爐床-I、爐床-II、爐床-III及爐床-IV)將第一含分子氧氣體供應至不同氣化爐床。在一個觀點中，未將含分子氧氣體引進爐床-I(引入爐床)。經由氣體注入口511及521(其各別接附至爐床-V及爐床-VI(引出爐床))將第二含分子氧氣體供應至不同氣化爐床。從燃燒區域的爐床VI(引出爐床)移除固體灰分(205)。
可使用一或多個機械設備(在圖形中無顯示，諸如傳遞活塞)促進將固體從一個爐床移動至下一個或從一個區域至下一個，例如在第3圖中，從爐床-I至爐床-II、從爐床-II至爐床-III、從爐床-III至爐床-IV、從氣化區域的爐床-IV至燃燒區域的爐床-V，及從爐床-V至爐床-VI。在一個觀點中，在爐床-I(引入爐床)中並無使用傳遞活塞，其中藉由進料更多進料固體(含碳材料)將固體推進下一個爐床中。
第4圖顯現出一個觀點的氣化裝置(13)之圖式圖形，其 中該裝置包含一氣化區域(143)、一燃燒區域(500)及一焦油減少區域(400)，其中該氣化區域(143)包括五個爐床：爐床-I(即，引入爐床(110))、爐床-II(120)、爐床-III(130)、爐床IV(140)及爐床-V(150)。將含碳材料進料(101)引進氣化區域的爐床-I。在氣化區域內，將固體從爐床-I(即，引入爐床)傳遞至爐床-II；將固體從爐床-II傳遞至爐床-III；將固體從爐床-III傳遞至爐床-IV；及將固體從爐床-IV傳遞至爐床-V。將包含含碳材料的未轉換部分之固體從氣化區域的爐床-V傳遞進燃燒區域(500)中。經由氣體注入口611、621、631、641及651(其各別接附至爐床-I、爐床-II、爐床-III、爐床-IV及爐床-V)將第一含分子氧氣體供應至不同氣化爐床。在一個觀點中，並無將含分子氧氣體引進爐床-I。經由氣體入口202將第二含分子氧氣體供應至燃燒區域。
將來自燃燒區域的氣體產物傳遞至氣化區域，且與來自氣化區域的氣體產物結合以產生一粗合成氣流(在圖形中無顯示)，其通過連接區域或喉道(300)進入焦油減少區域(400)中。經由氣體入口301將第三含分子氧氣體引進喉道，於此該粗合成氣流與第三含氧氣體混合。在一個觀點中，該第三含分子氧氣體直接引進焦油減少區域(在圖形中無顯示)。在一個觀點中，將該第三含分子氧氣體引進喉道中和焦油減少區域中(在圖形中無顯示)。在該焦油減少區域中，讓粗合成氣與含氧氣體的混合物接受熱處理。因此產生一熱合成氣及從該焦油減少區域移出熱合成氣 流(405)。
實施例 實施例1：
在此實施例中使用一包含氣化區域、燃燒區域及焦油破壞區域的氣化裝置。將含碳材料進料引進氣化區域。以每噸無水含碳材料約10至約15磅-莫耳的比率將第一含分子氧氣體供應至氣化區域，以氣化該含碳材料的一部分及產生第一氣體產物。
將來自氣化區域的殘餘含碳材料遞送至燃燒區域，其中以每噸無水含碳材料約10至約15磅-莫耳的比率供應第二含分子氧氣體，來氣化額外部分的含碳材料及產生第二氣體產物。
結合該第一與第二氣體產物以產生一允許輸入焦油破壞區域的粗合成氣。以每噸無水含碳材料約20至約30磅-莫耳的比率將第三含分子氧氣體供應至該焦油破壞區域。產生一熱合成氣及將其從該焦油破壞區域移出。
亦以每噸無水含碳材料約10至約15磅-莫耳的比率將二氧化碳流進料至該氣化區域。以每噸無水含碳材料約2至約5磅-莫耳的比率將二氧化碳流進料至該燃燒區域。
額外的是，由於滲漏，以每噸無水含碳材料約20至約30磅-莫耳之空氣輸入該氣化方法。
對輸入至燃燒區域的氧對輸入至氣化及燃燒區域的總氧之比率在範圍約0.4至約0.6內來說，含碳材料的有機或可氣化或揮發性材料成分之轉換大於90%及通常在範 圍約95至約98%。所產生的殘餘灰分之碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於約0.1及通常在範圍約0.04至約0.10。在所產生的熱合成氣中之CO/CO2比率大於約0.75；在所產生的熱合成氣中之CO/H2比率大於1.5；CO/(CO+CO2)的比率大於約0.4。
對輸入至燃燒區域的氧對輸入至氣化及燃燒區域的總氧之比率小於約0.4來說，含碳材料的有機或氣化或揮發性材料成分之轉換約82%。所產生的殘餘灰分之碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率約0.3。
雖然已經藉由特定的具體實例、實施例及其應用描述出於此所揭示的本發明，可由熟習該項技術者向那裏製得許多改質及變化而沒有離開本發明在申請專利範圍中所提出之範圍。
10、11、12、13‧‧‧氣化裝置
101‧‧‧含碳材料進料
102、111、121、131、141、202、301、411、421、431、441、511、521、611、621、631、641、651、103、113、143、105‧‧‧粗合成氣流
110、310、410‧‧‧爐床-I
120、320、420‧‧‧爐床-II
123‧‧‧氣化區域
130、330、430‧‧‧爐床-III
140、340、440‧‧‧爐床-IV
150、416‧‧‧爐床-V
200、230、232、500‧‧‧燃燒區域
205‧‧‧固體灰分流
220‧‧‧爐床-VI
300‧‧‧連接區域或喉道
400‧‧‧焦油減少區域
405‧‧‧熱合成氣流
第1圖係一氣化裝置的圖式圖形，其包括一氣化區域及一燃燒區域。
第2圖係一個觀點的氣化裝置之圖式圖形，其包括一氣化區域及一燃燒區域，其中該氣化區域包括四個區段或爐床。
第3圖為一個觀點的氣化裝置之圖式圖形，其包括一氣化區域及一燃燒區域，其中該氣化區域包括四個區段或爐床及該燃燒區域包括二個區段或爐床。
第4圖係一個觀點的氣化裝置之圖式圖形，其包括一氣化區域、一燃燒區域及一焦油減少區域，其中該氣化區域 包括五個區段或爐床。
10‧‧‧氣化裝置
101‧‧‧含碳材料進料
102‧‧‧氣體入口
103‧‧‧氣化區域
105‧‧‧粗合成氣流
200‧‧‧燃燒區域
202‧‧‧氣體入口
205‧‧‧固體灰分流

Claims (36)

  1. 一種用以氣化含碳材料以製造粗合成氣的方法，該方法包括：(a)在氣化區域中讓一移動床之該含碳材料與第一含分子氧氣體相接觸，以氣化該含碳材料的一部分及產生一第一氣體產物；(b)在燃燒區域中讓該含碳材料的剩餘部分與第二含分子氧氣體相接觸，以氣化該含碳材料的額外部分及產生一第二氣體產物與一包含碳的固體灰分；及(c)運送該第一氣體產物、該第二氣體產物及一第三含分子氧氣體至一連接區域以產生該粗合成氣，其中在該粗合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於0.75，且固體灰分之碳含量對含碳材料進料之碳含量的比率係小於0.1。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該粗合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於1.0。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該固體灰分之碳含量對含碳材料進料之碳含量的重量比率小於0.05。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該固體灰分之碳含量對含碳材料進料之碳含量的重量比率小於0.01。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該固體灰分的碳含量少於10%。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該固體灰分的碳含量少於5重量%。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在進入氣化區域的含碳材料進料中每單位總碳質量之總氧質量，係少於在進入燃燒區域的含碳材料進料之未轉換部分中每單位總碳質量的總氧質量。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該氣化區域包括一或多個氣化爐床。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該燃燒區域包括一或多個燃燒爐床。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該氣化爐床之一或多個藉由與該第一氣體產物及第二氣體產物之一或多種熱交換達成該含碳材料的預熱。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該含碳材料係選自於由下列所組成之群：含碳植物材料、含碳工業廢棄物、含碳發酵廢棄物、聚合物，及其混合物。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該第一含分子氧氣體與第二含分子氧氣體中所包含的分子氧總量，相對於將包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量，其比率在0.1至0.9之範圍內。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該分子氧係以每噸含碳材料(以乾燥為基礎)0至75磅-莫耳的比率引進該氣化區域及燃燒區域中。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該氣化區域及燃燒區域的溫度不高於800℃。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該粗合成氣具有焦油相等成分低於10ppm。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該焦油相等成分相當於選自於由下列物質所組成之群組的烴：苯、醇及其混合物。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(a)之該含碳材料在氣化區域中與該第一含分子氧氣體及與蒸氣及CO2之一或多種相接觸。
  18. 如申請專利範圍第1或17項之方法，其中步驟(b)之該含碳材料在燃燒區域中與該第二含分子氧氣體及與蒸氣及CO2之一或多種相接觸。
  19. 種用以氣化含碳材料以製造熱合成氣的方法，該方法包括：(a)在氣化區域中讓一移動床之該含碳材料與第一含分子氧氣體相接觸，以氣化該含碳材料的一部分及產生一第一氣體產物；(b)在燃燒區域中讓該含碳材料的剩餘部分與第二含分子氧氣體相接觸，以氣化該含碳材料的額外部分及產生一第二氣體產物與一包含碳的固體灰分；(c)運送該第一氣體產物、該第二氣體產物及一第三含分子氧氣體至一連接區域以產生一包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)及焦油的粗合成氣；及(d)從該連接區域運送該粗合成氣至焦油破壞區域以產生該熱合成氣， 其中在該熱合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於0.75，且固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之比率小於0.1。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中在該粗合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於0.75。
  21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中在該熱合成氣中的CO/CO2莫耳比率大於1.0。
  22. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之重量比率小於0.05。
  23. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該固體灰分的碳含量對含碳材料進料的碳含量之重量比率小於0.01。
  24. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該固體灰分的碳含量少於10重量%。
  25. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該固體灰分的碳含量少於5重量%。
  26. 如申請專利範圍第19項之方法，其中在進入氣化區域的含碳材料進料中每單位總碳質量之總氧質量，係少於在進入燃燒區域的含碳材料進料之未轉換部分中每單位總碳質量的總氧質量。
  27. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該氣化區域包括一或多個氣化爐床。
  28. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該燃燒區域包括一或多個燃燒爐床。
  29. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該氣化爐床之一或 多個藉由與該第一氣體產物及第二氣體產物之一或多種熱交換達成該含碳材料的預熱。
  30. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該含碳材料係選自於由下列所組成之群：含碳植物材料、含碳工業廢棄物、含碳發酵廢棄物、聚合物，及其混合物。
  31. 如申請專利範圍第19項之方法，其中在該第一含分子氧氣體與第二含分子氧氣體中所包含的分子氧總量，相對於將包含在含碳材料進料中的全部碳完全氧化成二氧化碳所需要之分子氧總量，其比率在0.1至0.9的範圍內。
  32. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該分子氧以每噸含碳材料(以乾燥為基礎)0至75磅-莫耳的比率引進該氣化區域及燃燒區域中。
  33. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該氣化區域及燃燒區域的溫度不高於800℃。
  34. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該焦油破壞區域的溫度高於900℃。
  35. 如申請專利範圍第19項之方法，其中步驟(a)之該含碳材料在氣化區域中與該第一含分子氧氣體及與蒸氣及CO2之一或多種相接觸。
  36. 如申請專利範圍第19或35項之方法，其中步驟(b)之該含碳材料在燃燒區域中與該第二含分子氧氣體及與蒸氣及CO2之一或多種相接觸。
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