[go: up one dir, main page]

TW200815582A - Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor - Google Patents

Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor Download PDF

Info

Publication number
TW200815582A
TW200815582A TW096126100A TW96126100A TW200815582A TW 200815582 A TW200815582 A TW 200815582A TW 096126100 A TW096126100 A TW 096126100A TW 96126100 A TW96126100 A TW 96126100A TW 200815582 A TW200815582 A TW 200815582A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
reactor
hydrogen
fluidized bed
steam
bed reactor
Prior art date
Application number
TW096126100A
Other languages
English (en)
Inventor
Joseph M Norbeck
Chan-Seung Park
Surinder P Singh
Original Assignee
Univ California
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ California filed Critical Univ California
Publication of TW200815582A publication Critical patent/TW200815582A/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/005—Rotary drum or kiln gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/463—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension in stationary fluidised beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/50—Fuel charging devices
    • C10J3/503—Fuel charging devices for gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84—Energy production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0966—Hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1659—Conversion of synthesis gas to chemicals to liquid hydrocarbons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

200815582 / 九、發明說明： 相關申請案之相互參照 本案係2006年7月18日申請的專利申請案序號u/ 489,308的部分連續案，並且主張該案之優先權。 【發明所屬之技術領域】 本發明的領域為從碳質原料（feed st〇ck)合成運輸燃 【先前技術】 由於受到包括環境、健康、安全議題以及未來不 免的石油類燃料供應匱乏等許多關注事項的驅策，對於梦 =化學能源資源和將其轉化成為替代性運輸燃料的； 法仍有所需求。全世界以内燃機添加燃料的交通工 目持續增長，特別是在中階的3致 興+热 &的開發中國家。美國以外全世 :使用柴油燃料之交通工具族群成長得比美 η。Η進使用混合及/或柴油引擎技術的更具燃料5 I之父通工具以同時減少燃料消耗和總體 #"二 情況將可獲得改變。由於製造石油類燃 :，此等 漸耗盡，因此除非開發出非石油、ς ^源正逐 燃燒⑽一ng)之合成柴心 將會變成-項重大問題。再者 石油的依賴性 正常燃燒可能導致嚴重的環境污汽、、 石油類燃料之 排放控制辦法。潔淨辦燒性:，除非使用嚴袼的廢氣 自柴油引擎的排放物成柴油燃料可有助於減少來 潔淨燃燒之運輸燃料的製造需要重新調配 94052 5 200815582 \ (―)現有石油類燃料，或者 來產生動力或合成燃料的新方法只自〆又用過的材料 '衍生自可再生的有機& θ 有許夕可使用的資源係 J为俄或疋廢棄的碳質 物來產生合成燃料為經濟可行的方氺…、、。用碳質廢棄 經被認定為幾乎沒有價值，^你，，因為輸入的原料已 .往往造成污染。當作廢棄物被拋棄，且其棄置
料具有優於氣態燃料的固有優點，液能運 輸燃料在相同璧力與溫度時具有H 度。液態燃料可儲存在大氣壓力或低壓; 態燃料能量密度，氣態燃料則 存在n 的儲槽中，且若發Km i 存在父通工具 毛生洩漏或突然破裂的狀況將會有安全的 顧慮。液恶燃料的分配係使用簡單的果 :態賺易許多。現有運輸部門的液態燃料補 (rtruet㈣)確保能將所製造之任何潔㈣燒的合成液 悲運輸燃料輕易地整合至現有的市場。 潔淨燃燒的液態運輸燃料的可取得性係國家級的優 先㈣。由碳質來源潔淨地且有效地製造合成氣（氳與一氧 化碳的混合物）將同時有益於運輸部分及社會健康，該等碳 質來源可經施行費-托型製程（Fischer_Tropsch type P職ss) 而製造潔淨而且有價值的合成汽油及柴油燃料。費-托型製 程或反應器，在本文中將其界定為分別包括費-托製程或反 應器，為任何使用合成氣來製造液態燃料的製程或反應 器。同樣地，費·托型液態燃料為經由此製程或反應器所製 造的燃料。費-托型製程能將現有最新發展的引擎廢氣後處 94052 6 200815582 .理法應用於NOx還原、將存在” -粒移除以及將正常燃燒產物污染物減量，現 觸媒來完成，該等觸媒會被任何存 ”疋猎由 觸媒的效率，如同在普通石瓜母化而降低 ' :。典:地’由合成氣所製造之費·把型液態 .二院^专香族且在合成柴油燃料的情況中具有超高的十 生物質（bi_ss)材料為用於製造可再生燃料中最常 =理的碳質廢棄物原料。廢棄的塑膠、橡膠、肥料 餘物、林業、樹和草錢物及來自廢水（污水）處理 在數種匕而產生電、熱、有價值的化學品或燃料。 =種=質利用技術的使用與發展方面，加州為國内頂 二者。母年在加州’藉由廢棄物管制設備處理的經拋辛都 市固體廢棄物係多於45百萬，。此廢辛物將近半數= 都 送到垃圾掩掠;t曰與乂丨十 ^ f ^半數取、冬都 ^立，场。舉例來說，單在加州地區的利維塞德市 料://0’ ’據估計每天就抛棄約4000 °頓的廢棄木 ⑴根I他的估計，每天有超過⑽，刪嘲的生物質被 隸德市集中區的垃圾掩埋場。此廢棄物包括約 紙張或紙板，40%有機（植物及食物）廢棄物及如％ 所1、八紙張、塑膠及金屬棄物的組合。此等廢棄材料的碳 2刀具有化學能，若可將其轉化為潔淨燃燒燃料，將可 #2ϋ對其他能源的需求。這些韻材料的廢棄物來源 、’ 可取得的來源。雖然許多現有的碳質廢棄材料， 94052 7 200815582 例如紙張，可經分類、再利用及再循環作為其他的材料， 但若將廢棄物直接運送至轉化設備的話，廢棄物製造者將 不需要付垃圾傾倒費。廢棄物管制局通常會收取垃圾傾倒 費以彌補處理成本，現在每噸30至35美元。因此經由將 該廢棄物運輸至「廢棄物變合成燃料」加工廠不僅能降低 處理成本，而且由於降低的處理成本，額外的廢棄物還能 利用。 在燃木火爐中燃燒木料為使用生物質來產生熱能的簡 單例子。不幸地，開放式燃燒生物質廢棄物以獲得能量^ 熱亚非利用熱值（cal〇rific value)之潔淨且有效率的方法。 今日，正在發掘許多利用碳質廢棄物的新方式。舉例來說， 種方式為製造合成液態運輸燃料，而另一方式為製造用 於轉化為電力的高能氣體。 —尸使用來自可再生性生物質來源的燃料實際上可降低溫 體例如二氧化碳的淨累積’同時提供用於運輸的潔 淨、有效的能量。從生物質來源共同製造(c”r〇d⑽沁 :成液態燃料的主要益處之—為其可提供可儲存的運輸辦 料’同時降低造成全球暖化的溫室氣體效應。未來，μ 共同製造方法將可提供潔·燒燃料㈣於 ㈣ 可再生燃料經濟。 力再诗的 現在有許多將煤、生物f及其他碳詩料轉化為潔淨 益的運輸燃料之方法，但是彼等都太貴以致於在市場上 :法與石油類燃料競爭，或彼等產生揮發性燃料，例 知及乙酵’該等揮發性燃料具有太高的蒸氣壓值而益法用 94052 \ 8 200815582 於间污染區’例如南加州空氣域（air_basin)，以致於無法從 潔淨空氣法規立法豁免。近期方法之實例為Hyn〇1曱醇製 ，（Hyn〇1 Methanoi Process)，其使用加氫氣化及蒸汽重組 益反應器以利用固態碳質材料與天然氣的共進料來合成曱 醇，而且其在貫驗室規模示範時具有> 85%之經證實的碳 轉化效率。 ' 许多氣化研究已證實煤炭的部分氧化（ρ〇χ)可製造高 能氣體。所製造的合成氣係使用作為燃料以於igcc製程 中產生電力或者使用作為原料以於氣體變液體 (⑽-to-liquid; GTL)製程中製造液態燃料。該部分氧化製 程一般都需要氧產生設備，因此需要高投資及操作成本。 另-製程為1930年代早期所發展的，其中，係利用氯代替 空氣/氧將煤炭氣化。加氫氣化指白勺是碳及其焦炭盘富 的氣體在600至!0，C下的反應，而主要產物為甲燒。： 2風氣化製程必需以氫當作原料而且該等反應與部匕 =比係慢非常多。由於這些理由，加氣氣化通常都使 苟媒而且在具有高氣體滞留時間的反應器中進行。 氣化製程，就製程而言通常需要乾 ，將提高整個製程的成本。有時候是使用漿液進Γ = 使氣化製程之前先乾燥該原料。該漿液係 饋入反應器内部而不是使用乾進料情形中 :旻_本重的閉鎖料斗Oock hopper)系統。與 :广目：的缺點為該製程需要額外的熱源來提供仏 液進料中的水。㈣將㈣進㈣統料咖域 94052 200815582 乎行不通，因為該加氫氣化製程係仰賴外部熱源而非經由 ^ POX部分原料燃燒所產生的内部熱。 本發明特別感興趣的是更近期所發展出來將碳質材料 饋入加氫氣化反應器的方法。我們的實驗室發展出一種製 造合成氣的此類方法，其中係在產生大量發生氣（producer gas)的條件下，將含有碳質材料粒子在水中的漿液以及來 自内部來源（internal source)的氫饋入加氳氣化反應器中。 在產生合成氣的條件下將發生氣與蒸汽一同饋入蒸汽熱解 重組器中。此方法在Norbeck等人的美國專利申請案序號 10/503,435 (以US 2005/0256212公開）中有詳細說明，發明 名稱：「使用自持加氫氣化從碳質材料製造合成運輸燃料 (Production Of Synthetic Transporation Fuels From Carbonaceous Material Using Self-Sustained Hydro-Gasification)」。 在本方法的另一形式中，係使用蒸汽加氫氣化反應器 • (SHR)在氫及蒸汽二者存在之下同時加熱該碳質材料而在 單一步驟中進行蒸汽熱解及加氫氣化。此方法在Norbeck 等人的美國專利申請案序號10/911，348 (以US 2005/ 0032920公開）中有詳細說明，發明名稱：「增進碳質材料 的加氫氣化之蒸汽熱解方法（Steam Pyrolysis As A Process to Enhance The Hydro-Gasification of Carbonaceous Material)」。美國專利申請案序號10/503,435及10/911，348 的揭示内容係以引用方式併入本文。 流體化床反應器係眾所周知而且用於各種不同的工業 10 94052 200815582 製程中，舉例來說，用於製造燃料的石油 包括煤炭氣化、來自煤炭的肥料及 市^及用於 -的石油化學應用中。在P0X系統的情二==理 了頦熱，所以該流體化床反應器可處理溼式原斜。二二仏 加氫氣化製程並未從内部提供此熱，因為該_庙、°亥，/飞 熱性。在漿液進料的情形中，有效地且迅逮地 ，量的熱^流體化床反應器並行不通。因此很物，就 齡〜飞加虱氧化而言，經最適化的反應器系統並 者i為該流體化床反應器的操作一般都偈限於欲加工材 枓軟化點以下的溫度，而且例如灰燼等材料的結造將合干 擾该床的流體化，所以流體化床反應器在處理作為加^氣 化反應的進料之許多類型的碳質材料時即使有用的話也很 少。再者’焦油形成係為使用傳統技術的低溫流體化床 化器常有的問題。這些問題在擴大規模時將被放大。舉例 來矹，擴大該費-托型合成的嘗試如Wenher等人在「流體 化床反應器的模擬（M〇deling 〇f ___
ReaCt〇rS)」，化學反應器工程國際期刊（International Jounial of Chemical Reactor Engineering)，第 1 卷：第 1 頁， 年中所說明的失敗了。 【發明内容】 儘管有上述的缺點，本發明人察覺用於加氫氣化反應 的原料，例如煤炭及生物質，具有充分的反應性可在流體 化床製程的較低溫度下操作。本發明提供經由在流體化床 反應器中操作加氫氣化而進行加氫氣化之改良的、經濟的 94052 11 200815582 曰代f生方法。使用流體化床來進行加氫氣化將提供進料與 反應氣體之間非常良好的混合，那將同時促進熱與質的傳 送。這確保材料在該床中的均句分布，因此相較於其他類 型的氣化反應器，係導致高轉化率。 田、在特定的具體例中，為了使該流體化床反應器的效能 取適化，係提供二段。在第—階段中，該碳質材料係 以水液j料的形式與氫一同在被饋入該流體化床反 應器之前先饋入熏型反應器。視需要地，可在該窒 應器中提供研磨器。 … 一在此二階段具體例中，該裝置包含窯型反應器、連至 3型反應器輸人部（input)㈣液泵、用於將氫來源連至 二:、型反j器輸入部的機構、經連結以接收用於在流體化 品处理的矣型反應器輸出物（output)之流體化床反應器、以 =至該：體化床反應器的流體化區下方的蒸汽來源和氫 '、°視需要地’可在該窯型反應器中提供研磨器。 發現該蒸汽加氫氣化反應（SHR)，Μ如上文參照 =反：：:'1’，348中所說明的’係特別適合在流體 作，:進仃。因為SHR通常在該灰燼結渣溫度下操 从、所以该SHR的氫進料（視需要地與蒸汽合併），可被者 作流體化介質。加氡氣化厝 田 將僻备力辽轧化的逖原3哀境將抑制焦油形成，那 固能的問題。該流體化床反應器在達到該反應器中 〜、料舁乳體的全面性混合方面係良好的。 的於ί本發明之特定實施方式中’係以該流體化床反應器 、雨物作為用於甲垸蒸汽重組器（SMR)的原料，該^烷 94052 12 200815582 蒸汽重組器為廣泛用於製造合成氣之反應器，舉例㈣， 氣係在費托型反應器（FTR)中用於製造液態燃料與 更特別地，在本發明中，係經由使用蒸汽及/或氫，較 佳為一者，作為流體化介質，而在足以產生富含甲燒及一 氧化碳的氣流(gas s—的溫度及屢力但是在溫度低到 ，以及/錢力高到足以使該碳f材料能被該氫或被氣及 φ 的混合物流體化之下，在流體化床反應器中加敎該碳 質材料以將碳質材料(其可包含都市廢棄物、生物質、木 材、煤炭、或天然或合成聚合物）轉化成富含甲燒及一氧化 碳的氣流。較佳地，該溫度在約132 psi (碎/平方⑺至剔 PS1 (磅/平方吋）’較佳地150至400磅/平方吋的壓力下為 約7001至約9001。在比製程壓力時的水之彿點更高的溫 度以及在貝質上該流體化床反應器的壓力下，從該富含甲 烷及一氧化碳的氣流移除雜質。 • 4車乂么的具妝例中’係在使該碳質材料於窯型反應器 中處理之前，先將該碳質材料的聚液於第一階段與氯饋入 在=00至600 C及132至560石旁/平方忖下之熏型反應器。 在第一 1"白I又日守，使用氫作為流體化介質，及使用蒸汽，在 約700至約900〇C的溫度在藉以產生富含甲院及一氧化碳 的發生氣流之壓力下，將該窯型反應器的輸出物饋入流體 化床反應器。 在利用此等方法時，係在藉以產生包括氮及一氧化碳 的合成氣之條件下對該富含甲燒及一氧化石炭的氣流進行甲 94052 200815582 •燒蒸汽重組。在又更佳的方法中，係在藉以製造液態燃料 ，的條件下將經由該甲烧蒸汽重組所產生的合成氣饋入費_ 托型反應器。來自該費-托型反應的放熱可被轉移至該加氯 氣化反應及/或曱烷蒸汽重組反應。 【實施方式】 參照第1圖’顯示根據本發明第一具體例之用於將例 如都市廢棄物、生物質、木材、煤炭、或天然或合成聚合 物等的碳質材料轉化成富含甲燒及一氧化石炭的氣流之方法 的裝置。將主漿液形式的碳質材料填入漿液進料槽ι〇並且 以重力饋人漿液泵+12。在此具體例中，經由水泵16將來自 水槽14的水饋入汽彦^:哭1 q 止m 、、屋生18。同牯，將氫饋入該蒸汽產 器18,該氫可來自氫儲槽2〇、來自例如下游甲0汽重 組W下文將作說明）的輪出物的内部來源、或來自二者。經 二線22將„亥水液泵12的輸出物饋入流體化床反應器μ =部’同時經由管線25將來自該蒸汽產生器Μ的輸出 物讀入該流體化床反應器24的碳質材料漿液下方之處。 在$具體例中，係將該氫直接饋入該流體化床反應 =碳質材料浆液下方之處’同時將該來自蒸汽產生器 2料導入該碳質材料漿液輸入部上方之處，亦即 貝材料引入點下游。 約反應器18在約戰至約嘴的溫度及 2 132碎/平方忖至560辦方忖，較佳地15〇至400碎/ Γ忖的壓力下係當作蒸汽加氫氣化反應器（哪)摔作而 產生富含甲烧及一氧化碳的氣流，其也可叫做發生氣 94052 14 200815582 此方法中發生的化學反應在Norbeck等人的美國專利申請 ^ 案序號10/911,348 (以US 2005/0032920公開）中有詳細說 ' 明，發明名稱：「增進碳質材料的加氫氣化之蒸汽熱解方法 (Steam Pyrolysis As A Process to Enhance The Hydro-Gasification of Carbonaceous Material)」。美國專利申請案 序號10/911，348的揭示内容係以引用方式併入本文。 在該流體化床反應器24中的灰燼結渣溫度夠低而且 壓力夠高以致可使用流體化床反應。流體化床反應器24 的還原壞境亦將抑制焦油形成。 灰燼和焦炭，以及硫化氫與其他來自該流體化床反應 器18的無機成分係經由管線26來處置，而且流體化床反 應器的輸出物係經由管線28饋入加熱式旋風式分離器 (heated eyelone)30，該旋風式分離器30在32處分離出微 細粒子。經由管線34將來自該加熱式旋風式分離器30的 輸出物饋入熱氣過濾器36，然後經由管線38饋入曱烷蒸 _ 汽反應器40。 在該曱烷蒸汽反應器40處，產生合成氣，該合成氣包 括約3比1的H2 ·· CO莫耳比範圍之氫及一氧化碳。該甲 烷蒸汽重組器40的氫/一氧化碳輸出物可用於各種不同的 目的，其中之一為當作費-托型反應器42的進料，以自該 費-托型反應器42獲得純水44、柴油燃料及/或蠟46。來 自該費-托型反應器42的放熱48可如圖所示由管線50轉 移至該曱烷蒸汽重組器40。
具有以鈷為主的觸媒之費-托型反應器所需的H2 : CO 15 94052 200815582 - 莫耳比為2 : 1。因此，來自該曱烷蒸汽重組器40的氫有 ‘ 過量，該過量的氫可被分離並且饋入該流體化床反應器24 (管線未顯示）而成為自持式製程（self-sustainable process)，亦即，不需要外部的氫進料。 現在參照第2圖，顯示第二個較佳的具體例，其使用 涉及以二階段進行該蒸汽加氫氣化的蒸汽加氫氣化反應器 (SHR)系統。第一階段為窯型反應器（KGR) 52，接著為第 二階段的流體化床反應器（CFBR) 54。該KGR 52使用漿液 0 及氫作為進料。該漿液進料為碳質原料與水的混合物而且 係經由受馬達60驅動的壓力腔漿液泵58傳送至該KGR 52 的輸入部（input)56。將該氫進料傳送至該KGR 52的另一 輸入部62。來自該KGR的產物氣體及固體係由流體化區 66頂部的CFBR輸入部64進入該CFBR。使用在68的蒸 汽及氫將該CFBR 54中的進料流體化。此反應器系統係經 設計以處理漿液進料並且達到該碳質原料的高轉化率。令 • 該等氣體在該反應器系統内達到高氣體滯留時間以達到平 衡。 該KGR 52係藉由馬達70來驅動，且係經由可撓式聯 結器72連至該CFBR 54輸入部64，而且在74處以電力 加熱。在替代性具體例中，可使用來自該產物輸出部夾套 的熱來加熱該KGR 52。以隔熱材料封圍該CFBR及該KGR 的輸出區，在76及78處以陰影顯示。使來自該CFBR的 輸出端80之產物行經旋風式分離器82以提供產物氣體 84 〇 16 94052 200815582 視需要地，可提供進料研磨器86,其可位在該KGR 52 ^ 内部的輸出端，以進一步促成將經處理的漿液進料傳送至 ' 該 CFBR 54 〇 在第一階段中進行進料去揮發（feed devolatilization)。該KGR 52係作用為該漿液去揮發的預 熱器。該KGR 52為加熱該進料及使該進料在進入該CFBR 54之前亦達到該進料的部分轉化的有效系統。該CFBR在 該反應器内部達到氣體與固體的均勻混合並且進一步經由 在較高溫度下的蒸汽加氫氣化反應提高轉化率。 如同在該第一具體例中，該SHR從原料製造富含蒸汽 及曱烷的產物氣體，其中該蒸汽係由於該漿液進料中水部 分的過度加熱而存在。將跑出該氣體淨化單元之富含蒸汽 及甲烷的流體饋入該SMR。該SMR將製造大部分由H2及 CO組成的產物氣體流。該H2/CO比例最初係高的而且將 此高比例合成氣的預定部分再循環至該SHR。 _ 在該二階段蒸汽加氫氣化器的特定實施方式中，該 KGR 52為80吋長，具有4呎的反應區並且在200磅/平方 吋之壓力下於600°C的去揮發溫度操作。該CFBR在200 磅/平方吋之壓力下於850T：下操作，而且總共8呎長，其 中該流體化區為3呎長而且該流體化區上方的「出水高度 (free board)」為4叹長。在該KGR 52中的固體滯留時間 為100秒。總氣體滯留時間為45秒。 雖然已經詳細說明本發明及其優點，但應了解，在此 可進行各種變更、取代及替換而不悖離後附申請專利範圍 17 94052 200815582 所界定的本發明精神及範疇。 意欲受限於本說明書中所敘述n☆㈣並不 .t f 7乃泛及裝置的特定且轉 二項技藝者可輕易理解本發明的揭示内容， =謂說明的對應具體例相同的功能或上達： 兄明的對應具體例相同的結果之方法及裝置。因 =:=範圍係意欲將此等方法及此等裝置之 【圖式簡單說明】 為了更完整了解本發明，頊左4 說明，其中： 現在Μ翏照下列伴隨附圖之 弟1圖為在流體化床反靡哭由 A 冰反應為中進行蒸汽加氫氣化反應 之弟具肢·例的概要流程圖；以及 弟2圖為使用包括窒】 階段蒸汽力‘_來進體化床反應器的二 例的概…/飞加風氣化反應之第二具體 【主 要元件符號說明】 10 裝液進料槽 12 14 水槽 16 18 蒸汽產生器 20 22 管線 24 25 管線 26 28 管線 30 32 微細粒子 34 漿液泵 水泵 氫儲槽 流體化床反應器 管線 加熱式旋風式分離器 管線 94052 18 200815582 ‘ 36 熱氣過濾器 38 管線 λ 40 曱烷蒸汽反應器 42 費-托型反應器 • 44 水 46 柴油及/或虫鼠 48 放熱 50 管線 52 窯型反應器 54 流體化床反應器 56 輸入部 58 壓力腔漿液泵 60 馬達 62 輸入部 64 輸入部 66 流體化區 68 蒸汽及氫 70 馬達 72 可撓式聯結器 74 電熱器 76 隔熱材料 78 隔熱材料 80 輸出端 82 旋風式分離器 84 產物氣體 86 進料研磨器 19 94052

Claims (1)

  1. 200815582 十、申請專利範圍： 氧化碳的氣流之 1. 一種將碳質材料轉化為富含甲烷及一 方法，包括： 使用氫作為流體化介質，以及使用蒸汽，在足以產 生富含甲烷及一氧化碳的氣流的溫度及壓力但是在溫 度低到足以及/或壓力高到足以使該碳質材料能被該蒸 汽及/或氫流體化之下，在流體化床反應器中加熱該碳 質材料。
    2. 如申請專利範圍第μ之方法，其中，該碳質材料係以 漿液進料的形式饋入該流體化床反應器。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，該聚液進料係於 饋入該流體化床反應器之前先在黨型反應器中加献。 4·如申請專利範圍第3項 ’、 方法其中，該漿液進料係與 虱在该窯型反應器中加熱。 5·如申請專利範圍第4項 300 Η阶… 方法其中，«液進料係於 至600 C以及150至4〇〇續/平方下尤 器中加熱。 方’千方寸下在該窯型反應 6. 如申請專利範圍第5項之方法，i 窒型及雍哭*认、册勿士 八中6亥水液進料在該 …、孓反應态中的沛留時間為10至200秒。 7. 如申請專利範圍第5項之方 型反應器至從該流體化床Γί 氫從輪入該黨 45秒、 化床反應器輸出的滯留時間為5至 •如申請專利範圍第3項之方氺， 該窯型反應器中被研磨。 八 該水/夜進料係於 94052 20 200815582 9.如申請專利範圍第1JM之方法，其中，係使用氫 的組合作為流體化介質。 ^ “、、A 1〇.如t請專利範圍第1項之方法，包括從富含甲烧及-氧 化石厌的氣流移除雜質的步驟。
    :利範圍第1〇項之方法，其中，該雜質係在實 貝…爪體化床反應器的壓力以及在比製程壓力時的 =彿點更高的溫度下從富含甲燒及一氧化碳的氣流 =申請專利範圍第1項之方法，包括在藉以產生包含氫 及:氧化碳的合成氣之條件下對富含甲燒及一氧化碳 的氣流進行甲烷蒸汽重組的步驟。 13·如申請專利範圍第12項之方法，其中，係在藉以製造 液態燃料的條件下將經由該甲烧蒸汽重組所產生的合 成氣饋入費-托型反應器（Fischer_Tr〇psch咖_㈣。 14.如申請專利㈣第丨項之方法，係在還原條件下進行。 如申請專利範圍第！項之方法，其中，在132石旁/平方 吋至560磅/平方吋的壓力時，溫度為約7〇〇至9⑼。c。 16.—種用於將碳質材料轉化為合成氣之方法，包括： 形成該碳質材料的漿液，並且在第一階段將該漿液 與氫饋入在300至600t及132磅/平方吋至56〇磅/平 方吋下的窯型反應器； 在第二階段時，使用氫作為流體化介質以及使用蒸 汽，在約700。〇至約90(rc的溫度以及在藉以產生富； 甲烷及一氧化碳的發生氣流之壓力下將該窯型反應器 94052 21 200815582 的輪出物饋入流體化床反應器； 在藉以產生包含氫及一 氧化碳的合成氣之條件下 重組。 ’其中，該壓力為約 對所得的發生氣進行甲烷蒸汽重 •如申凊專利範圍第16項之方法， 至4〇〇石旁/平方叶。
    包括使用該產物輸出 •一種用於將碳質材料轉化為合成氣 之裝置，包括： 具有一個或更多輸入部及輸出部的窯型反應器； 連至5亥菩、型反應器輸入部的漿液泵； 一個或更多個氫來源； 用於將氫來源連至該窯型反應器輸入部的機構； 具有流體化區以及位於該流體化區下方的第一輸 入部之流體化床反應器； 該流體化床反應器具有位於該第一輸入部上方且 連至該羔型反應器輸出部以接收用於在該流體化區處 理的窯型反應器輸出物之第二輸入部； 蒸汽來源；以及 用於將該蒸汽來源及氫來源連至該流體化床反應 為的第一輸入部的機構。 •如申睛專利範圍第19項之裝置，包括在該窯型反應器 中用於研磨該漿液進料的研磨器。 22 94052
TW096126100A 2006-07-18 2007-07-18 Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor TW200815582A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/489,353 US20080021120A1 (en) 2006-07-18 2006-07-18 Operation of a steam hydro-gasifier in a fluidized bed reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW200815582A true TW200815582A (en) 2008-04-01

Family

ID=38957080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW096126100A TW200815582A (en) 2006-07-18 2007-07-18 Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20080021120A1 (zh)
EP (1) EP2043982A4 (zh)
JP (1) JP2009543934A (zh)
CN (1) CN101489962A (zh)
AR (1) AR061921A1 (zh)
AU (1) AU2007275758A1 (zh)
BR (1) BRPI0711673A2 (zh)
CA (1) CA2657786A1 (zh)
MX (1) MX2009000701A (zh)
TW (1) TW200815582A (zh)
WO (1) WO2008011000A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7619012B2 (en) * 2006-07-18 2009-11-17 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor
EP3135747B1 (en) 2007-07-20 2021-04-28 UPM-Kymmene Oyj Method and apparatus for producing liquid hydrocarbonaceous product from solid biomass
US8845771B2 (en) * 2008-07-23 2014-09-30 Latif Mahjoob System and method for converting solids into fuel
CN101709873B (zh) * 2009-12-11 2012-02-29 云南大唐国际红河发电有限责任公司 30万千瓦循环流化床锅炉压火操作方法
JP6455290B2 (ja) * 2015-04-08 2019-01-23 株式会社Ihi ケミカルループ燃焼装置、及びケミカルループ燃焼方法
CN109054903B (zh) * 2018-08-24 2021-04-16 新奥科技发展有限公司 一种煤加氢气化方法及装置
WO2021191504A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Method and process arrangement for producing solid product and use

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2840462A (en) * 1955-05-12 1958-06-24 Consolidation Coal Co Production of high btu-content gas from carbonaceous solid fuels
US3985519A (en) * 1972-03-28 1976-10-12 Exxon Research And Engineering Company Hydrogasification process
US3847567A (en) * 1973-08-27 1974-11-12 Exxon Research Engineering Co Catalytic coal hydrogasification process
US4244706A (en) * 1979-09-10 1981-01-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Process for gasifying carbonaceous material from a recycled condensate slurry
US4720289A (en) * 1985-07-05 1988-01-19 Exxon Research And Engineering Company Process for gasifying solid carbonaceous materials
CA1300885C (en) * 1986-08-26 1992-05-19 Donald S. Scott Hydrogasification of biomass to produce high yields of methane
US6790430B1 (en) * 1999-12-09 2004-09-14 The Regents Of The University Of California Hydrogen production from carbonaceous material
CA2475015A1 (en) * 2002-02-05 2003-08-14 Joseph M. Norbeck Production of synthetic transportation fuels from carbonaceous materials using self-sustained hydro-gasification
US7500997B2 (en) * 2002-02-05 2009-03-10 The Regents Of The University Of California Steam pyrolysis as a process to enhance the hydro-gasification of carbonaceous materials

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0711673A2 (pt) 2011-11-16
WO2008011000A1 (en) 2008-01-24
EP2043982A1 (en) 2009-04-08
EP2043982A4 (en) 2011-04-06
AR061921A1 (es) 2008-10-01
CN101489962A (zh) 2009-07-22
AU2007275758A1 (en) 2008-01-24
MX2009000701A (es) 2009-01-30
JP2009543934A (ja) 2009-12-10
US20080021120A1 (en) 2008-01-24
CA2657786A1 (en) 2008-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7619012B2 (en) Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor
AU2007275752B2 (en) Controlling the synthesis gas composition of a steam methane reformer
CN101489963B (zh) 通过直接进料来自蒸汽加氢气化的富含蒸汽的发生炉煤气操作蒸汽甲烷转化器
JP2008525532A (ja) 炭質材料の水素添加ガス化を向上させるための方法としての蒸気熱分解
TW200815582A (en) Method and apparatus for steam hydro-gasification in a fluidized bed reactor
EP2126004B1 (en) Processing biomass
CN101489916A (zh) 用于高能量密度生物质-水浆料的方法
JPWO2010119973A1 (ja) 炭化水素オイル製造システム及び炭化水素オイルの製造方法
JP2006205135A (ja) 複合廃棄物処理システム
US8143319B2 (en) Method and apparatus for steam hydro-gasification with increased conversion times
JP2023523800A (ja) 原料処理システム、並びにフィッシャー・トロプシュ液体及び輸送燃料を生成する方法
US11142714B2 (en) Highly efficient and compact syngas generation system
JP4885254B2 (ja) バイオマスガス化システム
Park et al. Operation of a steam hydro-gasifier in a fluidized bed reactor
CN117642486A (zh) 合成燃料的制造方法
HK1078842B (zh) 採用自支持加氫氣化從含碳材料製備合成運輸燃料
HK1078842A1 (zh) 采用自支持加氢气化从含碳材料制备合成运输燃料