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CN101120076A - 水汽重整含碳物质的方法 - Google Patents

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CN101120076A CNA2006800026240A CN200680002624A CN101120076A CN 101120076 A CN101120076 A CN 101120076A CN A2006800026240 A CNA2006800026240 A CN A2006800026240A CN 200680002624 A CN200680002624 A CN 200680002624A CN 101120076 A CN101120076 A CN 101120076A
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Abstract

一种将含碳物质水汽重整为合成气的方法，所述方法通过使用将回转窑中的含碳物质加热到提高的重整温度的单级过程，从而使所述含碳物质经历向合成气的基本上完全的转化；或者所述方法通过使用将含碳物质加热到重整温度以形成气态和固态物质的双流多级过程，所述的重整温度低于金属物质通常要气化的温度；在第二级重整窑中以提高的重整温度进一步重整所述气态物质以形成合成气；以及将炭焦与所述固态物质分离以进行进一步处理。

Description

水汽重整含碳物质的方法
发明领域
本发明总地涉及水汽重整技术。
发明背景
水汽重整工艺是众所周知的，并且被用于将各种类型的含碳物质转化为有用的产品。使用在这里，术语含碳物质(“CM”)包括任何含碳物质，包括：市政固态废物(“MSW”)；工业、商业和公共废物(“ICIW”)；医疗废物；煤炭；煤炭废物；木废物；锯屑；林产品废物；农业废物；污水；液态废物；危险废物；废油和油副产物；电子废物和其他类似的含碳物；还包括诸如焚烧和/或燃烧灰烬的机会物质(opportunity material)，所述机会物质可以被使用以便在现有的焚烧装置中实现转化升级的机会。
在水汽重整工艺中，含碳物质被置于水汽重整窑中，所述水汽重整窑通常包括可旋转的鼓(drum)或窑。典型地，CM包括相当水平的水分(moisture)。在被加热的同时，所述鼓被旋转以搅拌所述湿的CM。热通常是由在所述窑内但在所述旋转的鼓外部的天然气燃烧器、合成气燃烧器或电感应加热来供应的。
水汽重整是一种吸热过程。然而，与放热的焚烧不同，在水汽重整中没有燃烧。相反，与水组合在一起的CM在被搅拌的同时被加热，导致产生合成气(“syngas”)的反应。所述合成气主要由氢(H2)和一氧化碳(CO)组成。
这两种热过程之间关键的不同在于这些过程所生成的各自的产物。在焚烧/燃烧的情况下，产物主要是氧化的有害化合物，而水汽重整在很大程度上产生有益的合成气燃料，以及少量的酸和通常比燃烧的氧化产物容易净化得多的金属蒸气。
典型地，被用作输入到水汽重整工艺的CM进料(input)的废物包括大部分的氢和碳，以及占小的百分比的其他元素，所述其他元素例如氯、氟、硫、氮、玻璃和各种金属。例如，市政固态废物(MSW)通常具有比率约为1/1.7/0.5的碳/氢/氧。MSW通常还包括重量比约为10％的固态惰性产物。
在典型的现有技术的水汽重整工艺中，合成气是以2-级过程产生的。首先，包含水和CM的鼓被加热，典型地为以范围为650℃的温度加热90分钟。随后，包括金属和碳焦(char)的固态物质从所述鼓中被提取。在此点处，CM的约60-70％已经被水汽重整以产生合成气。该典型过程随后将“精炼(polish)”该合成气以将剩余的烃转化为合成气，并且热解碳焦与惰性无机物的剩余物分离并被灼烧，或者碳焦加上其他固体的整个混合物被处置。
发明概述
根据本发明，存在两种不同的水汽重整过程——单流单级(single stream，one-stage)过程和双流多级(dual stream，multi-stage)过程。
对于在CM中具有非常少量的金属的状况来说，单级过程是优选的。这是因为下面描述的单级过程涉及采用可以使金属气化的温度。在与CM混合的金属量是无足轻重(inconsequential)的情况下，单级过程是优选的，因为任何金属蒸气的量是无足轻重的。在去除基本上所有混合在CM中的金属在技术上不可行的情况下，优选地会/可能使用下面所描述的多级过程。
对于单级过程和多级过程两者来说，CM(例如市政固态废物(“MSW”))首先被弄碎。  (为了本说明书和易于参考的目的，到水汽重整工艺的进料会被称为并且被认为是MSW；然而，应该理解，可以使用任何CM，并且可以针对此相应地调适工艺)。
工业石灰(commercial lime)(即氧化钙和/或小苏打)与碎的MSW混合。当水汽重整正在发生时，石灰中的钙与从MSW释放的卤素反应，形成一般为良性的钙盐。该特征是重要的，因为在该前面的级中去除卤素比之后在下游去除它们更为容易和成本低，之后在下游去除卤素通常会涉及吸附剂床(sorbent bed)净化单元的使用。在前面的级中去除卤素还避免了这样的机会，即如果这些卤素在水汽重整过程期间在提高的温度与氧气接触，这些成分形成酸蒸汽和/或更高毒性的二噁英和呋喃的机会。(二噁英和呋喃的形成是大多数焚烧系统的主要问题之一)。因为卤素非常容易与石灰反应，所以它们不再可用于形成酸蒸汽和/或二噁英和呋喃。注意到，使用水汽重整的话，在大多数大气以及因此氧从(如下面描述的)流入的废物流中被清除的情况下，几乎不存在转换为毒性二噁英和呋喃的机会，而对于燃烧和焚烧系统来说这几乎是肯定会发生的。
在单级和多级过程两者中，碎的MSW被输送到进料斗(hopper)，所述进料斗包含用于将MSW输送到水汽重整窑的螺旋加料器(auger)(即螺旋输送机)。在进入所述窑的入口处，该系统提供连续的高温水汽输送以清除进入所述窑的MSW中的大气，特别是氮和氧。如将进一步解释的，额外的水汽对于该水汽重整工艺来说是有益的，因为该水汽预热MSW，并且由此捕获(capture)一些工厂处理废热。同时，也期望排除氮和氧来阻止毒性一氧化二氮以及其他不期望的氮的氧化物和/或其他氧化产物的形成。
如上面所解释的，典型的现有技术水汽重整工艺是两级过程。其原因在于在第一级中，当大多数CM(典型地，大致为起始CM量的60-70％)被水汽重整时，形成了碳焦(carbonchar)，并且人们通常一直相信需要在残余的CM可以被水汽重整前去除该碳焦。然而，令人吃惊和意想不到的是，人们已经发现如果该碳焦被充分地加热，该碳焦也可以被水汽重整，并且不需要被去除。这是有益的，因为CM的水汽重整更为完全，还因为存在较少的固态废物要处置。
因此，单流单级水汽重整过程已经被如下设计。该过程采用这样的水汽重整窑，所述水汽重整窑以变化的停留时间(residence time)将CM加热至大致为650℃-1100℃的提高的重整温度(或者如果必须的话更高)，以使CM基本上完全转换为主要由H2和CO组成的最终(finished)合成气产物。预期任何常规的水汽重整回转窑可能是合适的；然而，(注意，所述系统包括具有外部加热的单个旋转窑是本发明的具体权利要求，因为当前存在使用单个旋转窑但使用“内部”燃烧加热的专利发明)这样的回转窑从外部被加热(而不是从内部被加热)是优选的，因为这降低了燃烧/焚烧将在所述窑内发生并产生各种有害的副产品化合物的可能性。使用单级过程的目的在于在单个反应区中提供足够的温度、湍流混合(turbulent mixing)和停留时间，以达到目标转化水平。此单级水汽重整过程可以包括在所述窑下游的精炼单元，以进一步将所述被分离但未被完全重整的合成气重整为更清洁的合成气。
随后，在根据需要对第一级水汽重整后的合成气进行精炼之前，所述窑中留下的惰性固态渣被去除。此固态渣被冷却，并且可以作为建筑物填充材料出售。这样的惰性固态提取将通常显示出多达原始MSW混合物的98％的体积减少。
优选地，该系统经历除尘过程，其中粉尘粒子从重整后的合成气被去除。尽管使用常规的粉尘和颗粒分离器/过滤器，但是优选地，采用漩涡式粉尘分离器和微粒过滤器。该漩涡式粉尘分离和去除可以发生在水汽回转窑中。可替换地，粉尘粒子可以在水汽重整回转窑下游的类似的容器中被去除。同时，热提取模块将分别位于分离器和过滤器的下游。热提取器被用来从热的合成气提取热能，以用作直接热量，或者用于产生电力，或用于预热窑的燃烧空气和/或预热供料(feed)CM。
优选地，净化操作的下一级包括吸附剂床或等同的技术来去除挥发性酸和金属蒸气或其他有毒物/污染物，以为后续的过程提供指定的合成气洁净度。该吸附剂床净化系统通常位于粉尘和粒子去除的下游，并且通常位于热提取模块的上游或者下游(取决于该吸附剂床材料的温度敏感性以及有效去除挥发性和有毒的气体的温度相关性)。
如上面所解释的，当在MSW中存在大量金属物质时优选使用双流多级过程。应该意识到，在大多数情况下，金属由于强制回收而从MSW分离出来，并且还可以通过金属分离单元被分离，所述金属分离单元位于将碎的MSW输送到水汽重整窑进料斗中的输送机处。然而，即使是这样，还常常在MSW中存在实质量的金属，所述金属在非常高温的水汽重整过程期间可能气化。同样地，如下面所描述的，多级过程被设计为优化水汽重整过程的能耗。
优选的多级水汽重整过程如下。提供第一级水汽重整回转窑，所述第一级水汽重整回转窑将CM加热到大致为550℃到650℃的重整温度以生成第一阶段的合成气产品，其中金属物质很大程度上是原封不动的(即未气化)，并且具有残余的碳焦。此第一级产物被分隔为两种流：第二级“多尘(dusty)”气态流；和第三级固态流。随后提供第二级水汽重整固定窑(stationary kiln)，所述第二级水汽重整固定窑将“多尘”气态流入物质加热到大致为850℃到1100℃的(或者根据需要更高的)提高的重整温度，以通过促进含碳气体到主要由CO和H2构成的合成气的完全转化来完成第一级气态物质的转换。此合成气通常富含氢，因为多数的碳如下面所描述的那样使其流到第三级水汽重整系统。注意，如果必要的话该第二级“固定”窑可以被配置为回转窑，以优化此第二级的转换性能。
优选地，该过程在第一和第二级之间提供粉尘和粒子的去除。这通常是用漩涡式粉尘分离器和微粒过滤器中的一种或两者进行的。可替换地，或者附加于此粉尘去除过程，该过程还包括在离开第一级和/或第二级和第三级水汽重整窑之前从合成气中内部分离(合成气流夹带的)粉尘和颗粒。此内部分离器使用内部建立的、强大的漩涡运动，所述漩涡运动由在会聚式圆柱通道(converging cylindrical channel)中的静止翼片生成。通过此具有整体式气体转向翼片的出口会聚式圆柱管被抽离的合成气生成漩涡式离心力，以允许比通过此出口圆柱体被抽离的合成气密度更高的颗粒的分离。策略性地位于沿出口圆柱体长度的缝隙为这样的颗粒提供出口，所述颗粒具有漩涡运动所赋予的、足以从离开水汽重整窑的合成气流中分离出这些颗粒的径向动量。此内部分离设备通常是与水汽重整旋转鼓分离的圆柱形容器。
碳焦与在第一级窑中的惰性固态渣分离，并且被输送到第三级水汽重整回转窑，所述第三级水汽重整回转窑将残余的碳加热到大致为850℃到950℃的(或者根据需要更高的)提高的重整温度，以根据下述水汽重整反应(其中具有x摩尔的过量H2O)来完成碳焦到实质上由等体积的CO和H2构成的合成气的转换：
C+H2O+xH2O→CO+H2+xH2O    (1)
可替换地，碳焦可以被直接用作用于蒸汽锅炉的加热燃料，或者用作用于所述两个之前的水汽重整级之一的加热燃料，或者直接用于产物销售。
如果需要的话，来自第三级的流出流可以被引导到上面描述的第二级，从而来自第三级的流出流可以被精炼。然而，从第三级流出的合成气通常比第一级合成气要实质性地更清洁，并且可能无需精炼，其中碳焦已经从残余的剩余物中被有效地分离。
优选地，此多级过程还包括热提取，以在合成气和固态物冷却时捕获有用的能量。在第二和第三级中每一级的下游可以分别且单独地分级出两个热提取模块，或者在来自这些分离的级的组合合成气流的下游分级出两个热提取模块。这些热回收单元可以被用来产生电能(使用具有涡轮机的蒸汽发生)，或者可以简单地捕获用于加热或预热窑燃烧空气和/或预热供料CM的热能。
多级水汽重整过程可以可选地包括净化单元来使用吸附剂床或等同的技术来进行对合成气的最终净化，用于去除挥发性的酸和金属蒸气或其他毒物/污染物以为后续过程提供指定的合成气洁净度。此吸附剂床净化系统通常位于粉尘和粒子去除的下游，并且通常位于热回收单元的上游或者下游(取决于该吸附剂床物质的温度敏感性以及有效去除挥发性和有毒的气体的温度相关性)。
应该意识到，水汽重整过程产生包括H2和CO的合成气。期望产生具有尽可能高的H2/CO比率的合成气。理由在于与CO相比，H2作为商品来说更有价值，并且更易于转化为清洁的能量。鉴于全球变暖的考虑，优选的是使碳被隔离(sequestered)而不是释放到大气中。这使得CO更难以处理。
存在两种使H2/CO比率最大化的方法。第一种是将过量水分(高于化学计量量)作为进料输送到水汽重整过程中，这生成等丰富(equal abundance)的额外的H2和CO。额外的清洁CO2被分离和隔离。第二种方法是将甲烷(特别包括填埋场甲烷)或其他富氢物质(包括废油)作为进料输送到水汽重整过程中。
向水汽重整过程添加过量的水和富氢烃促使水汽重整窑中氢的比例相对于碳和氧的比例提高。这又产生更高的H2/CO比率。过量的水的首要作用就是简单地保证存在足够的水汽供应以尽可能地使水汽重整完成接近100％。高于化学计量的过量的水的任何水汽重整转换会导致CO向CO2加上H2的转化。这造成提高的H2/CO比率，但是也制造额外的CO2。典型地，会避免这种提高H2/CO比率的方法，因为它招致能量处罚(energy penalty)，并且要求额外的特别过程来使CO2隔离。这种使CO2隔离的方法的优点在于合成气混合物相对清洁，并且在这种情况下CO2占合成气的显著比例，且因此允许CO2的有效分离和隔离。
鉴于甲烷作为水汽重整过程的进料的有用性，本发明还优选地预期使用填埋场甲烷。这是方便的，因为水汽重整工厂可以建在填埋场地附近、邻近或在填埋场地处，所述填埋场地不仅仅充当CM来源，还充当填埋场甲烷来源。
存在多种对如上描述的水汽重整过程的产物的有益利用。下面列举这些有益利用。例如，合成气(H2+CO)的一些或者全部可以被输送到燃料电池(fuel cell)中。燃料电池作为氧化反应的宿主(host)。在H2+CO合成气的情况下，最为优选的是使用诸如液态碳酸盐燃料电池或固态氧化物燃料电池的燃料电池，因为这样的燃料电池能够作用于H2和CO两者。关于H2，该气体被氧化以产生H2O加上能量。在CO的情况下，燃料电池输出CO2加上能量。
合成气(或者合成气的一部分)还可以被输送到气转液(“GTL”)合成工厂，以产生选择的合成烃产物，例如甲醇、乙醇、聚乙烯、聚丙烯及其等同物。
来自GTL的过量的CO2和水汽，或者来自燃料电池的CO2和水汽可以被导引到以协同方式设置的温室中。这导致以有益于环境的方式使碳隔离。同时，温室内水果、蔬菜或其他农作物、园艺产品或森林产品的生长得到提高。同样地，CO2可以被捕获，并且用于其他商业用途，或者被引入转化过程以产生有用的副产物。
来自合成气产物的氢可以简单地被提取并出售，或用于期望的应用。
合成气的CO可以被输送到水煤气变换反应器中，在所述水煤气变换反应器中发生如下反应：
H2O+CO++xH2O→H2+CO2+xH2O
同样地，当合成气曾被输送到GTL合成工厂时，该GTL合成工厂通常具有未使用的作为输出的过量CO。此额外的CO也可以被输送到水煤气变换反应器，或者可以被输送到燃料电池或者作为商品出售。来自水煤气变换反应器的H2可以如上面所描述的那样被输送到燃料电池，而CO2如上面所描述的那样(通过将它输送到以协同方式设置的温室中)被隔离。
可替换地，来自上述水汽重整过程中的任一种的CO和/或H2可以被输送到蒸汽锅炉/蒸汽涡轮机和/或燃机，用于产生电能。换言之，可以存在各种分开和/或并发的对CO和H2的使用，包括GTL转化、商品销售、用于燃料电池的燃料，和/或用于气体涡轮机和/或蒸汽发电单元的燃料。
如上面所描述的燃料电池的使用要求对该燃料电池的稳定燃料供应。换言之，如果燃料供应是中断或间歇而非稳定的，则会出现各种问题。因为合成气的产生可能被中断，所以稳定地将天然气或适当净化的填埋场气体输送到燃料电池中。
这些天然气或填埋场气体中的一些可以被引到水汽重整窑。优选地，几乎全部天然气被输送到水汽重整窑中，以如上面描述的那样提高合成气的烃含量。然而，如果来自MSW转化的正常合成气生产被中断，则会进行自动地旁路，由此天然气会被直接路由(routed)到燃料电池以维持持续的燃料供应。
填埋场甲烷可以替代天然气被用于确保用于燃料电池的稳定燃料供应，其中水汽重整过程以协同的方式被设置在填埋场地附近或直接设置在填埋场地上。填埋场甲烷还可以被用来加热水汽重整窑。
产品合成气本身的一部分可以被用于加热所述一个或更多个水汽重整窑。
附图简要描述
图1示出本发明的优选实施方案的示意图。
图2示出单流单级过程的示意图。
图3示出双流多级过程的一个实施方案的示意图。
图4示出双流多级过程的另一个实施方案的示意图。
图5示出双流多级过程的另一个实施方案的示意图。
发明详述
图1是单流单级过程的优选实施方案的示意图。CM进料1被连续地输送到螺旋加料器或螺旋输送机2，其中所述CM进料1在粉碎器4中被粉碎。在被输送进入重整回转窑9之前，CM可以可选地通过传送通过预加热器或转鼓式干燥器6被预处理。这起到以下中的一种或更多种作用：从CM去除过量的水分，生成水气，以及加热碎的CM(至大致250℃)，为水汽重整反应做好准备。必要的话，向碎的CM添加补充水和/或水汽5。如之前提及的，提供持续输送的高温水汽以从进入水汽重整窑9的CM清除空气(特别是清除氧和氮)是有益的。预热器6被提供为具有一个或更多个烟道气的放空口7以及用于释放过量水汽的一个或更多个水汽排放口8。随后CM被输送到水汽重整窑9，所述水汽重整窑9是从外部加热的。工业石灰10被添加到该水汽重整窑，从而所述石灰会与任何卤素化合物反应，由此从CM去除这些卤素。CM在水汽重整窑9内被加热至大概650℃-1100℃或者根据需要更高的温度(取决于CM的组成)，并且经由水汽重整反应而实质上完全转化为重整后的合成气11。可选地，重整后的合成气可以例如通过使其传送通过漩涡式粉尘分离器14和/或微粒过滤器15以分别去除粉尘16和微细粉尘17而被进一步精炼。在水汽重整之后留下的惰性固态渣或窑残余物12大致占起始CM进料1的体积的2％。从这些精炼单元分离出的粉尘16和17连同窑残余物12一起构成总的残余惰性废物18。
热的、精炼后的合成气可以被传送通过热提取模块19，所述热提取模块19可以被用于(使用具有涡轮机的蒸汽发生)产生电能，或者被用于简单地捕获热能并重新使用所述热能来在该系统内进行加热。以实施例的方式，热提取模块19和21可以被用来捕获热能，所述热能被使用在预热器6中以对用于水汽重整回转窑9的燃烧空气进行预热，由此提高工厂效率。如之前描述的，产品合成气20可以以多种不同方式被使用。
图2是图1的单流单级水汽重整过程的简化示意图。如示出的，CM进料1在被输送到水汽重整回转窑9之前于预热器6中被预处理。CM在水汽重整窑中被加热到大致为650℃-1100℃(通常为此范围的较高端)，在所述水汽重整窑中CM经历水汽重整反应。需要的话，一旦水汽重整过程完成，重整合成气11被继续传送以进行额外的精炼和/或净化。窑残余物12从水汽重整窑9中被去除。
图3是双流多级水汽重整过程的一个实施方案的简化示意图。CM进料1被输送到第一级水汽重整窑25，所述第一级水汽重整窑25将CM加热至大致550℃-650℃。CM经历第一级水汽重整反应以形成第二级“多尘”气态流26和第三级固态流27。在该重整温度，CM中的金属物质很大程度上是原封不动的(即未曾气化)，并且与固态流27的残余碳焦一起保留。多尘气态流的产物被传送到第二级水汽重整固定窑28，在第二级水汽重整固定窑28中它们被加热到850℃-1100℃(或者按照需要更高的温度)，以完成这些气态产物向合成气11的转化。固态流27中的碳焦与惰性固态渣或窑残余物29分离。分离出的碳焦30可以被直接用于产品销售。
图4是图3中所示双流多级水汽重整过程的可替换实施方案的简化示意图。在该应用中，分离出的碳焦31连同气态流的产物被输送到第二级水汽重整回转窑28a，以在提高的重整温度经历水汽重整。(在该应用中第二级重整窑28a可能必须是回转窑，以便处理固态碳供料。)
图5是图3中所示双流多级水汽重整过程的另一实施方案的简化示意图。在该应用中，分离出的碳焦32被输送到第三级水汽重整回转窑33，并且被加热到大致850℃-950℃(或者按照需要更高的温度)，以完成碳焦向合成气34的重整。(在该应用中第三级重整窑33可能必须是回转窑，以便处理固态碳供料。)

Claims (15)

1.一种将含碳物质水汽重整为合成气的方法，所述方法包括：
将含碳物质的进料输送到水汽重整回转窑中；
采用所述水汽重整回转窑搅拌所述含碳物质；
在水或水汽的存在下，将所述回转窑中的所述含碳物质加热到从约650℃至1100℃的提高的重整温度；
重整所述含碳物质，从而使所述含碳物质通过水汽重整反应经历基本上完全的转化，以形成合成气和最小量的惰性固态渣。
2.如权利要求1的方法，其中所述水汽重整回转窑是外部加热的。
3.如权利要求1或2中任一的方法，还包括，在所述含碳物质被输送到所述水汽重整回转窑中之前，通过使所述含碳物质经过预热器来预热或干燥所述含碳物质的步骤。
4.如权利要求1的方法，其中所述含碳物质是采用螺旋加料器或螺旋输送机被连续地输送到所述水汽重整回转窑中。
5.如权利要求1的方法，其中工业石灰和/或小苏打被加到在所述水汽重整回转窑中的所述含碳物质，以至于与所述含碳物质中的卤素反应并且除去所述含碳物质中的卤素存在。
6.如权利要求1或2中任一的方法，其中高温水汽被连续地输送进入所述回转窑的进料斗的底部，以便从正在通过推运螺旋加料器被输送到所述水汽重整窑的所述含碳物质清除空气。
7.如权利要求1或2中任一的方法，其中所述水或水汽是以充分过量(高于化学计量量)的方式来给出的，以将全部含碳物质转化为合成气，并且使在所述水汽反应期间形成的所述合成气中的H2/CO比率最大化。
8.如权利要求1或2中任一的方法，其中所述含碳物质是甲烷。
9.如权利要求1或2中任一的方法，其中所述含碳物质是从最近的或协同地设置的填埋场地获得的填埋场甲烷。
10.一种对含碳物质进行水汽重整的方法，所述方法包括：
将含碳物质的进料输送到第一级水汽重整回转窑中；
采用所述第一级水汽重整回转窑搅拌所述含碳物质；
在水或水汽的存在下，将所述第一级回转窑中的所述含碳物质加热到从约550℃至650℃的重整温度，所述的重整温度低于金属物质要气化的温度；
在所述重整温度重整所述含碳物质，从而使所述含碳物质通过水汽重整反应经历部分的转化，以形固态流和气态物质流，所述的固态流由碳焦和惰性固态渣组成；
将所述气态物质输送到第二级水汽重整回转窑中，在水汽或水的存在下，将所述气态物质流加热到从约850℃至1100℃的提高的重整温度；
在所述提高的重整温度重整所述气态物质流，从而使所述气态物质流通过水汽重整反应经历基本上完全的转化，以形成合成气；以及
将所述碳焦与所述惰性固态渣分离，用于碳的直接销售或隔离。
11.一种对含碳物质进行水汽重整的方法，所述方法包括：
将含碳物质的进料输送到第一级水汽重整回转窑中；
采用所述第一级水汽重整回转窑搅拌所述含碳物质；
在水或水汽的存在下，将所述第一级回转窑中的所述含碳物质加热到从约550℃至650℃的重整温度，所述的重整温度低于金属物质要气化的温度；
在所述重整温度重整所述含碳物质，从而使所述含碳物质通过水汽重整反应经历部分的转化，以形固态流和气态物质流，所述的固态流由碳焦和惰性固态渣组成；
将所述碳焦与所述惰性固态渣分离；
将所述碳焦和所述气态物质输送到第二级水汽重整回转窑中；
在水汽或水的存在下，将所述气态物质流和清洁的碳焦加热到从约850℃-1100℃的提高的重整温度；以及
在所述提高的重整温度重整所述气态物质流和碳焦，从而使所述气态物质流和所述碳焦通过水汽重整反应经历基本上完全的转化，以形成合成气。
12.一种对含碳物质进行水汽重整的方法，所述方法包括：
将含碳物质的进料输送到第一级水汽重整回转窑中；
采用所述第一级水汽重整回转窑搅拌所述含碳物质；
在水或水汽的存在下，将所述第一级回转窑中的所述含碳物质加热到从约550℃至650℃的重整温度，所述的重整温度低于金属物质要气化的温度；
在所述重整温度重整所述含碳物质，从而使所述含碳物质通过水汽重整反应经历部分的转化，以形固态流和气态物质流，所述的固态流由碳焦和惰性固态渣组成；
将所述气态物质输送到第二级水汽重整回转窑中；
在水汽或水的存在下，将所述气态物质流加热到约850℃-1100℃的提高的重整温度；
在所述提高的重整温度重整所述气态物质流，从而使所述气态物质流通过水汽重整反应经历基本上完全的转化，以形成合成气；
将所述碳焦与所述惰性固态渣分离；
将所述清洁的碳焦输送到第三级水汽重整回转窑；
在水汽或水的存在下，将所述碳焦加热到约850℃-1100℃的提高的重整温度；以及
在所述提高的重整温度重整所述碳焦，从而使所述碳焦通过水汽重整反应经历基本上完全的转化，以形成合成气。
13.一种对含碳物质进行水汽重整的方法，所述方法包括：
将含碳物质的进料输送到第一级水汽重整回转窑中；
采用所述第一级水汽重整回转窑搅拌所述含碳物质；
在水或水汽的存在下，将所述第一级回转窑中的所述含碳物质加热到从约550℃至650℃的重整温度，所述的重整温度低于金属物质要气化的温度；
在所述重整温度重整所述含碳物质，从而使所述含碳物质通过水汽重整反应经历部分的转化，以形固态流和气态物质流，所述的固态流由碳焦和惰性固态渣组成；
将所述气态物质输送到第二级水汽重整回转窑中，在水汽或水的存在下，将所述气态物质流加热到约850℃-1100℃的提高的重整温度；
在所述提高的重整温度重整所述气态物质流，从而使所述气态物质流通过水汽重整反应经历基本上完全的转化，以形成合成气；
将所述碳焦与所述惰性固态渣分离，并且使用所述碳焦作为燃料来加热所述一级和二级水汽重整窑中的一个或两者。
14.如权利要求1，2，10，11，12或13中任一的方法，还包括将所述合成气输送到燃料电池的步骤，所述燃料电池可以作为所述合成气进行氧化反应以形成H2O和/或CO2的宿主。
15.如权利要求14的方法，其中通过将任何过量的CO2输送到以协同方式设置的温室而使碳被隔离。
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