本申請(qǐng)為申請(qǐng)日為2011年07月26日、申請(qǐng)?zhí)枮?011800455726、名稱為“氣化含碳材料的方法及氣化系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種氣化含碳材料的方法及一種氣化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氣化是指諸如含碳材料的固體或液體材料轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)燃料。對(duì)于化工和能源行業(yè)中的許多低排放技術(shù)而言，氣化是感興趣的問題。

含碳材料的氣化從概念上可以分為兩個(gè)步驟，雖然這兩個(gè)步驟之間不可能有明顯的區(qū)別。

當(dāng)含碳材料(固體)被加熱，從含碳材料中釋放出包括含碳材料中的水分的氣體和蒸氣(“揮發(fā)物”)的混合物，留下固體殘余物(“焦化物(char)”)。然后，揮發(fā)物和焦化物均與諸如h2o和o2的氣化劑反應(yīng)以形成產(chǎn)品氣。

諸如褐煤、泥煤、生物質(zhì)和固體廢物的低等級(jí)的含碳的燃料尤其適合于氣化，這是由于它們高的氣化反應(yīng)性。然而，這些的低等級(jí)的燃料有幾種特性，這些特性在設(shè)計(jì)和操作用于氣化低等級(jí)的燃料的氣化器時(shí)是必須考慮的。

首先，低等級(jí)的燃料通常具有高揮發(fā)物的產(chǎn)率，例如對(duì)于某些類型的生物質(zhì)而言是80(重量)％或更多(干基)。揮發(fā)物的焦油狀組分的完全轉(zhuǎn)化在氣化器的設(shè)計(jì)中是最重要的考慮因素之一，因?yàn)榻褂偷娜コ欠爆嵑桶嘿F的。

其次，低等級(jí)燃料往往含有分散良好的堿金屬和堿土金屬(aaem)物質(zhì)，在熱解和氣化過程中，這些物質(zhì)能夠很容易地?fù)]發(fā)。在氣化產(chǎn)品氣中揮發(fā)的aaem物質(zhì)能夠造成氣渦輪機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)部件的腐蝕/侵蝕。揮發(fā)的aaem物質(zhì)也可以與流化床氣化器的床料(如砂子)反應(yīng)，導(dǎo)致床料的團(tuán)聚和去流化。另一方面，如果這些aaem物質(zhì)保留在焦化物中，它們可以是焦化物氣化的優(yōu)良的催化劑。

第三，來自低等級(jí)燃料的焦化物和揮發(fā)物非?；顫?。焦化物和揮發(fā)物之間的相互作用能夠提高它們固有的金屬物質(zhì)(例如，褐煤中的na和生物質(zhì)中的k)的揮發(fā)，使焦化物結(jié)構(gòu)失活，從而降低了焦化物的反應(yīng)性。在最壞的情況下，揮發(fā)物與焦化物的相互作用實(shí)際上可以終止焦化物的氣化。當(dāng)存在揮發(fā)物與焦化物的相互作用時(shí)，提高氣化溫度不總是引起氣化率顯著提高。實(shí)際上，揮發(fā)物與焦化物的相互作用幾乎影響氣化的每一個(gè)方面。

氧的消耗是設(shè)計(jì)和運(yùn)行氣化器以實(shí)現(xiàn)高效率的一個(gè)重要考慮因素。在許多氣化器中，作為比焦化物更活潑的揮發(fā)物往往會(huì)優(yōu)先與o2反應(yīng)，留下較不活潑的焦化物用蒸汽和其他氣化劑使其緩慢地被氣化。一個(gè)更理想的情況是，較不活潑的焦化物與o2反應(yīng)，而用蒸汽和其他氣化劑使更活潑的揮發(fā)物被轉(zhuǎn)化。

粗制產(chǎn)品氣會(huì)含有微量的焦油、已揮發(fā)的無機(jī)物(如堿)和污染形成物質(zhì)(如nh3、hcn、h2s)。粗制產(chǎn)品氣通常需要被凈化，然后才能夠作為例如渦輪機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)的氣態(tài)燃料或作為用于化學(xué)合成的原料被利用。從氣化產(chǎn)品氣中去除諸如焦油狀物質(zhì)、aaem蒸氣、顆粒和h2s/nh3/hcl的各種不希望有的組分通常增加了氣化工藝整體的復(fù)雜性，并且成為氣化投資和運(yùn)營成本整體的一個(gè)重要的部分。當(dāng)通過液體(例如，水)洗滌去除這些不希望有的物質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生必須用很高的花費(fèi)進(jìn)一步處理的液體廢物流?？梢圆捎酶鞣N常規(guī)的催化劑使焦油轉(zhuǎn)化。但是，這些催化劑往往很容易失活。

因此，有需要使技術(shù)進(jìn)步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種氣化含碳材料的方法，所述方法包括以下步驟：

熱解所述含碳材料以生產(chǎn)揮發(fā)物和焦化物；

將所述焦化物與所述揮發(fā)物分離；

氣化所述焦化物；

轉(zhuǎn)化所述揮發(fā)物以生產(chǎn)產(chǎn)品氣；以及

使部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣通過產(chǎn)品氣凈化區(qū)，諸如催化劑床。

使部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣通過催化劑床導(dǎo)致幾個(gè)效果，這些效果包括對(duì)焦油殘余物和諸如無機(jī)污染物的其他雜質(zhì)的去除，以及通過進(jìn)行水煤氣反應(yīng)，提高所述產(chǎn)品氣的氫含量，從而生產(chǎn)清潔的產(chǎn)品氣。

所述催化劑床可以包括焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的移動(dòng)床。移動(dòng)床可以是焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的非等溫的移動(dòng)床。焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑可以由含碳材料(包括加入催化物質(zhì)的含碳材料)的熱解和/或部分氣化來制備。在一實(shí)例中，該過程包括這樣的步驟，即將用過的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑從催化劑床排出并氣化所述用過的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑以回收(recuperate)它們的能量值。也可以將用過的或部分用過的焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑作為是養(yǎng)分源的土壤改良劑而返回到田地并且/或者用于生物固碳(carbonbiosequestration)。

在另一實(shí)施例中，所述催化劑床是一系列催化劑床之一。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，熱解含碳材料的步驟包括熱解所述含碳材料并持續(xù)足夠長的一段時(shí)間以基本上將所有所述含碳材料轉(zhuǎn)化為揮發(fā)物和焦化物。

在一實(shí)施例中，熱解含碳材料的步驟包括用逆流的熱氣流加熱所述含碳材料。所述熱氣可以由氣化焦化物來制備。所述含碳材料可以經(jīng)歷同時(shí)的熱解和(部分)氣化。

在一實(shí)施例中，氣化所述焦化物的步驟包括使所述焦化物與氣化劑反應(yīng)。氣化所述焦化物的步驟可以包括使所述焦化物與控制的量的含氧氣體反應(yīng)。執(zhí)行氣化步驟可以孤立于轉(zhuǎn)化所述揮發(fā)物的步驟，以使揮發(fā)物與焦化物的相互作用最小化。

依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種處理由低等級(jí)的含碳材料的氣化生產(chǎn)的粗產(chǎn)品氣的方法，其中所述粗產(chǎn)品氣包括部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物、焦油殘余物和污染物，所述方法包括使所述粗產(chǎn)品氣通過催化劑床。

在一實(shí)施例中，處理所述粗產(chǎn)品氣的方法包括使所述粗產(chǎn)品氣通過催化劑床，且該催化劑床包括焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的移動(dòng)床。從所述粗產(chǎn)品氣中去除焦油殘余物和諸如無機(jī)污染物的其他雜質(zhì)。此外，與所述粗產(chǎn)品氣相比，通過進(jìn)行水煤氣反應(yīng)，提高了處理后的產(chǎn)品氣的氫含量。

所述方法可以包括在熱解所述含碳材料之前干燥所述含碳材料的步驟。對(duì)于包括干燥所述含碳材料的步驟的方法的實(shí)施例，由干燥步驟產(chǎn)生的蒸汽可以用在轉(zhuǎn)化所述揮發(fā)物的步驟中。

依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于氣化含碳材料的氣化系統(tǒng)，所述氣化系統(tǒng)包括：

一轉(zhuǎn)化區(qū)，用于轉(zhuǎn)化揮發(fā)物以生產(chǎn)產(chǎn)品氣；

一焦化物氣化區(qū)，用于氣化焦化物；

一熱解區(qū)，用于熱解含碳材料，所述熱解區(qū)以與所述轉(zhuǎn)化區(qū)和所述焦化物氣化區(qū)流體連通的方式設(shè)置，由此分離在所述熱解區(qū)中形成的揮發(fā)物與焦化物并分別導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)化區(qū)和所述焦化物氣化區(qū)；以及

一產(chǎn)品氣凈化區(qū)，所述產(chǎn)品氣凈化區(qū)以與所述轉(zhuǎn)化區(qū)流體連通的方式設(shè)置，由此部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣能夠通過產(chǎn)品氣凈化區(qū)。

以此方式，本發(fā)明的氣化系統(tǒng)減少并通常使揮發(fā)物與焦化物的相互作用最小化。

在一實(shí)施例中，所述熱解區(qū)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)化區(qū)和所述焦化物氣化區(qū)的中間。

在一實(shí)施例中，所述產(chǎn)品氣凈化區(qū)包括催化劑床?？衫斫獾氖?，所述催化劑床可以包括串聯(lián)排列的多于一個(gè)的催化劑床。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述氣化系統(tǒng)可以設(shè)置有用于將含碳材料引入所述熱解區(qū)的入口，以及用于將諸如蒸汽和含氧氣體的氣化劑引入所述焦化物氣化區(qū)的一個(gè)或多個(gè)入口。所述氣化系統(tǒng)也可以設(shè)置有用于從所述催化劑床排出產(chǎn)品氣的出口。

在一實(shí)施例中，所述氣化系統(tǒng)包括一氣化容器，所述氣化容器具有被限定于其中的所述轉(zhuǎn)化區(qū)、焦化物氣化區(qū)和熱解區(qū)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述焦化物氣化區(qū)設(shè)置在所述氣化容器的下部。所述轉(zhuǎn)化區(qū)可以設(shè)置在所述氣化容器的上部。

在一實(shí)施例中，所述焦化物氣化區(qū)還設(shè)置有諸如閉鎖式料斗的灰分排出裝置，該裝置與設(shè)置在所述氣化容器的下部的出口可操作地相連。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述熱解區(qū)設(shè)置成將所述含碳材料在所述熱解區(qū)保留足夠長的一段停留時(shí)間以基本上將所有的所述含碳材料轉(zhuǎn)化為揮發(fā)物和焦化物。

所述熱解區(qū)可以設(shè)置有熱解器，該熱解器適于將所述含碳材料在所述熱解區(qū)保留足夠長的一段停留時(shí)間以基本上將所有的所述含碳材料轉(zhuǎn)化為揮發(fā)物和焦化物。

在一實(shí)施例中，與其余的含碳材料分離的、在所述熱解區(qū)中形成的焦化物的一部分作為氣體凈化催化劑并被導(dǎo)至所述產(chǎn)品氣凈化區(qū)。

在一實(shí)施例中，所述氣化系統(tǒng)包括諸如移動(dòng)床反應(yīng)器的單獨(dú)的容器，該單獨(dú)的容器用于熱解和/或部分氣化含碳材料以便制備焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑，所述系統(tǒng)設(shè)置成允許將熱解后的和/或部分氣化的含碳材料排至所述產(chǎn)品氣凈化區(qū)以起到用于凈化所述產(chǎn)品氣的催化劑的作用。所述含碳材料可以是用于氣化的主要原料。

所述產(chǎn)品氣凈化區(qū)可以與所述焦化物氣化區(qū)重合，所述焦化物氣化區(qū)在這樣的條件下被設(shè)置并被操作，即使焦化物經(jīng)歷部分或完全氣化。所述焦化物氣化區(qū)也可以是包括焦化物儲(chǔ)料器的單獨(dú)的容器。

依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于熱解和部分氣化含碳材料的裝置，所述裝置包括：

至少一個(gè)部件，該部件具有被這樣設(shè)置的面，即當(dāng)所述裝置接收含碳材料時(shí)，所接收的含碳材料與所述面接觸并持續(xù)足夠長的一段時(shí)間，以便熱解所述含碳材料；

其中所述裝置設(shè)置成使得所述面接收用于熱解和部分氣化所述含碳材料的熱。

在一實(shí)施例中，所述面具有向下傾斜的部分，所述向下傾斜的部分設(shè)置成在所述一段時(shí)間中協(xié)助所述含碳材料與所述面的接觸。

所述裝置可以包括多個(gè)面，每個(gè)面設(shè)置成接收含碳材料，以便被接收的含碳材料與各個(gè)面接觸并持續(xù)足夠長的一段時(shí)間以熱解所述含碳材料，每個(gè)面設(shè)置成接收用于熱解和部分氣化所述含碳材料的熱。多個(gè)面可以呈串聯(lián)排列(cascadearrangement)，并且所述裝置可以設(shè)置成使得含碳材料在足夠長的一段時(shí)間后被輸送至串聯(lián)排列的接連的面，以便熱解和部分氣化所述含碳材料。

在一實(shí)施例中，所述裝置包括與所述至少一個(gè)部件相關(guān)的攪拌器，所述攪拌器設(shè)置成攪拌與所述面接觸的含碳材料，以便將所述含碳材料輸送至所述面下面的區(qū)域。

在所述裝置包括串聯(lián)排列的多個(gè)面的實(shí)施例中，所述攪拌器可以被設(shè)置成將含碳材料輸送至串聯(lián)排列的接連的面。

在一實(shí)施例中，所述裝置包括多個(gè)攪拌器，每個(gè)攪拌器與具有各自的面的各部件相關(guān)，每個(gè)攪拌器設(shè)置成將所述含碳材料輸送至串聯(lián)排列的接連的面，或者在串聯(lián)排列的最后一個(gè)面的情況下，將所述含碳材料輸送至串聯(lián)排列的最后一個(gè)面的下面的區(qū)域。

多個(gè)面可以設(shè)置成豎直串聯(lián)排列并且所述裝置可以包括豎直延伸穿過所述多個(gè)面的可旋轉(zhuǎn)的軸，其中與各個(gè)面相關(guān)的攪拌器可通過旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)的軸操作。

豎直串聯(lián)排列的各接連的面可以具有向下傾斜的部分，該部分以與其上方的面互補(bǔ)的方式成型。

附圖說明

現(xiàn)在將僅以實(shí)例的方式，參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氣化含碳材料的方法的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氣化系統(tǒng)的示意圖；

圖3是用于熱解含碳材料的裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，且該含碳材料可以用于圖2所示的氣化系統(tǒng)；以及

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于氣化含碳材料，從而生產(chǎn)焦化物和產(chǎn)品氣的氣化系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例涉及如參照?qǐng)D1至圖4描述的氣化含碳材料的方法10、氣化系統(tǒng)20、40和熱解含碳材料的裝置30。

可理解的是，可以在氣化容器中執(zhí)行方法10，且該氣化容器具有被一體地限定于其中的用于熱解含碳材料的熱解區(qū)、用蒸汽和含氧氣體氣化焦化物的焦化物氣化區(qū)、用蒸汽轉(zhuǎn)化揮發(fā)物以生產(chǎn)產(chǎn)品氣的轉(zhuǎn)化區(qū)以及凈化產(chǎn)品氣的氣體的凈化區(qū)。將在說明書的下文中更詳細(xì)地描述本發(fā)明的氣化容器的一實(shí)施例。

最廣意而言，且如圖1所示，氣化方法10包括以下步驟：熱解含碳材料以生產(chǎn)揮發(fā)物和焦化物的步驟12、分離焦化物和揮發(fā)物的步驟14、氣化焦化物的步驟16、轉(zhuǎn)化揮發(fā)物以生產(chǎn)產(chǎn)品氣的步驟18以及凈化產(chǎn)品氣的步驟19。

此說明書通篇使用最廣意的術(shù)語“含碳材料”，該含碳材料包括，但并不限于，諸如無煙煤、煙煤、次煙煤、土狀褐煤(browncoal)、暗色褐煤(lignite)的煤，泥煤，生物質(zhì)，包括但并不限于車輛輪胎的廢舊橡膠，廢塑料材料，農(nóng)業(yè)廢棄物，它們的混合物以及所述含碳材料與其他物質(zhì)的混合物。參照?qǐng)D1至4描述的本發(fā)明的實(shí)施例的方法和系統(tǒng)尤其適用于具有高揮發(fā)物產(chǎn)率和高水分含量的低等級(jí)的含碳材料。參照?qǐng)D4描述的系統(tǒng)特別地適用于具有高揮發(fā)物產(chǎn)率和高水分含量的生物質(zhì)。

在諸如生物質(zhì)的水分含量高的含碳材料的實(shí)施例中，優(yōu)選地，在熱解該含碳材料之前干燥該含碳材料。預(yù)干燥含碳材料的優(yōu)點(diǎn)是雙倍的。預(yù)干燥使儲(chǔ)料斗和氣化容器中的含碳材料的顆粒團(tuán)聚最小化。

此外，優(yōu)選地，一定量的固有的水分與含碳材料一起被引入氣化容器，并隨后被轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝栽谵D(zhuǎn)化區(qū)中使用，過量的水分會(huì)增加氣化容器內(nèi)的將水分轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝哪芰啃枨蠖鴮?dǎo)致效率下降。

于是，在一實(shí)施例中，方法10包括在熱解含碳材料之前干燥含碳材料的步驟。

在本發(fā)明的一種形式中，干燥含碳材料包括在間接熱交換的裝置中使含碳材料接觸工藝產(chǎn)品氣。諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的，通過使含碳材料經(jīng)過常規(guī)的間接式干燥機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)品氣的間接熱交換。以此方式，在方法10中可以有效地利用產(chǎn)品氣的顯熱。

在方法10的一個(gè)實(shí)施例中，熱解含碳材料包括將含碳材料的連續(xù)物料流引入氣化容器的熱解區(qū)中。為了促進(jìn)含碳材料的連續(xù)物料流進(jìn)入熱解區(qū)，并使顆粒團(tuán)聚最小化，優(yōu)選地，如上所述地控制含碳材料的水分含量以及控制含碳材料的粒徑。

熱解含碳材料包括加熱含碳材料，優(yōu)選地，用熱氣直接加熱含碳材料。可以在氣化容器的焦化物氣化區(qū)中生產(chǎn)熱氣，并且在熱解區(qū)中熱氣被引導(dǎo)與含碳材料的連續(xù)物料流逆流直接熱交換。熱氣的溫度取決于含碳材料的類型，并且可以是在約900℃至約1200℃的溫度范圍內(nèi)。通過與熱氣流的反應(yīng)，含碳材料可以同時(shí)經(jīng)歷熱解和部分氣化。

在一優(yōu)選的實(shí)施例中，含碳材料的連續(xù)物料流逐漸下降，用足夠長的一段時(shí)間經(jīng)過熱解區(qū)以確保含碳材料基本上被完全熱解成揮發(fā)物和焦化物。在一實(shí)施例中，通過重力，含碳材料的連續(xù)物料流逐漸下降經(jīng)過熱解區(qū)。在一可選的實(shí)施例中，通過傳送裝置或攪拌裝置，含碳材料的連續(xù)物料流逐漸下降經(jīng)過熱解區(qū)，所述傳送裝置諸如螺旋推運(yùn)器、螺桿、移動(dòng)床，所述攪拌裝置是諸如例如將參考圖3進(jìn)行描述的與熱解器相關(guān)的攪拌裝置。

隨著熱解，揮發(fā)物升入氣化器的轉(zhuǎn)化區(qū)中，而焦化物下降至氣化器的氣化區(qū)中。有利的是，含碳材料被完全熱解成揮發(fā)物和焦化物，這能夠提高對(duì)揮發(fā)物和焦化物的分離，使它們分別到轉(zhuǎn)化區(qū)和焦化物氣化區(qū)中，從而使在焦化物氣化區(qū)中的揮發(fā)物和焦化物之間的相互作用最小化。因此，與現(xiàn)有技術(shù)工藝相比，在焦化物氣化區(qū)中基本上不存在揮發(fā)物，這有利于相對(duì)地提高焦化物的氣化速率。在基本上不存在揮發(fā)物的情況下，氧氣主要被焦化物消耗，促進(jìn)通常是限速步驟的焦化物的快速氣化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例以最少量的氧氣提高氣化率，以實(shí)現(xiàn)高氣化效率。

氣化焦化物包括將諸如蒸汽和含氧氣體的氣化劑引入焦化物氣化區(qū)，并使焦化物與蒸汽和含氧氣體反應(yīng)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，引入焦化物氣化區(qū)的含氧氣體可以包括空氣、純氧氣或稀釋的氧氣。氧氣和焦化物之間的放熱反應(yīng)可以用簡化的反應(yīng)表示如下：

c+1/2o2->co(1)

c+o2->co2(2)

蒸汽和焦化物之間的吸熱反應(yīng)可以用簡化的反應(yīng)表示：

c+h2o->co+h2(3)

可以分別改變引入焦化物氣化區(qū)的含氧氣體和/或蒸汽的量以控制焦化物氣化區(qū)的操作溫度。

根據(jù)氣化容器內(nèi)的包括用于產(chǎn)品氣凈化的催化劑床的各個(gè)區(qū)之間的能量平衡，能夠確定所需的操作溫度。為了達(dá)到高氣化效率，優(yōu)選地使氧氣進(jìn)入焦化物氣化區(qū)的進(jìn)料速率盡可能的低。

在一實(shí)施例中，在焦化物氣化區(qū)中，焦化物基本上被消耗掉，導(dǎo)致熱氣和灰分的產(chǎn)生。通過諸如閉鎖式料斗的灰分排出裝置的方式，可以從氣化容器的焦化物氣化區(qū)排出灰分。

焦化物氣化產(chǎn)生的熱氣提供熱源，該熱源用于加熱和熱解在氣化容器的熱解區(qū)中的含碳材料，用于轉(zhuǎn)化在轉(zhuǎn)化區(qū)中的揮發(fā)物以及用于凈化在氣體凈化區(qū)中的產(chǎn)品氣。

可理解的是，在包括“啟動(dòng)”模式在內(nèi)的焦化物不足以平衡熱需求的情況下，可以再循環(huán)并在焦化物氣化區(qū)中燃燒或在轉(zhuǎn)化區(qū)中燃燒方法10生產(chǎn)的產(chǎn)品氣的一部分。

熱氣從焦化物氣化區(qū)流至熱解區(qū)，并在含碳材料逐漸移動(dòng)經(jīng)過熱解區(qū)并被熱解時(shí)，熱氣經(jīng)過并與含碳材料逆流直接熱交換。當(dāng)熱氣通過熱解區(qū)時(shí)，熱氣與從含碳材料釋放出的揮發(fā)物(包括水蒸汽)混合并流入轉(zhuǎn)化區(qū)。以此方式，熱氣協(xié)助在熱解區(qū)中生產(chǎn)的揮發(fā)物與焦化物的分離。

熱氣還滿足在轉(zhuǎn)化區(qū)中吸熱的揮發(fā)物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的能量需求。在轉(zhuǎn)化區(qū)中，揮發(fā)物和蒸汽吸熱地反應(yīng)以生產(chǎn)產(chǎn)品氣。在一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化區(qū)中揮發(fā)物與蒸汽的轉(zhuǎn)化在約700℃至約1000℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。因此，有利的是，焦化物氣化區(qū)中產(chǎn)生的熱氣的顯熱的一部分被回收(recuperate)變成呈產(chǎn)品氣形式的化學(xué)能。

當(dāng)上述熱氣向上流動(dòng)時(shí)，上述熱氣中的過量的氣化劑會(huì)接觸正在熱解的原料、它的揮發(fā)物和焦化物并與它們反應(yīng)。

轉(zhuǎn)化區(qū)中生產(chǎn)的產(chǎn)品氣會(huì)含有有機(jī)和無機(jī)污染物。污染物的實(shí)例包括但不限于焦油殘余物、nh3、hcn、h2s和揮發(fā)的無機(jī)aaem物質(zhì)。含有污染物的氣體產(chǎn)品通常被稱為“粗產(chǎn)品氣”。

方法10從產(chǎn)品氣中方便地去除有機(jī)和無機(jī)污染物。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，方法10進(jìn)一步包括使部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣通過催化劑床。

在一實(shí)施例中，所述催化劑床包括催化劑的非等溫的移動(dòng)床。在另一實(shí)施例中，所述催化劑床是串聯(lián)排列的多個(gè)流體互連的床。

在一實(shí)施例中，催化劑包括被含碳材料基體負(fù)載的過渡金屬催化劑。這可以由含有或浸漬有金屬的含碳材料的熱解和/或部分氣化來制得?？蛇x地，按照本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的方法，可以將金屬加入/浸漬到焦化物中。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，催化劑包括被焦化物負(fù)載的fe和/或ni。在另一實(shí)施例中，催化劑可以是焦化物本身。有利的是，由生物質(zhì)熱解生產(chǎn)的焦化物含有很好地分散在焦化物中的大量固有的催化物質(zhì)，尤其是aaem物質(zhì)。于是，由熱解生產(chǎn)的焦化物可以用于催化產(chǎn)品氣中的焦油殘余物的分解。在焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的情況下，可以在容器(例如，移動(dòng)床)中由熱解含碳材料來制備催化劑，然后將該催化劑送入氣體凈化區(qū)。含碳材料可以是待被氣化的原料(如生物質(zhì))。在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，催化劑包括諸如鈦鐵礦的(處理后的)鐵芯。

催化劑床可以與氣化容器成為一體，并且與轉(zhuǎn)化區(qū)流體連通。在催化劑包括焦化物或焦化物負(fù)載的催化劑的某些實(shí)施例中，用過的催化劑可以被排入氣化容器的焦化物氣化區(qū)中，并隨后被氣化。如上所述，以此方式，沒有額外的固體或液體廢物流源于對(duì)被污染的產(chǎn)品氣的處理。

使部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣通過催化劑床，從中去除無機(jī)污染物。在適當(dāng)?shù)臏囟认?，揮發(fā)的aaem在固體催化劑表面上凝結(jié)，并且顆粒也被催化劑床捕捉。通過與固體催化劑接觸，諸如nh3、h2s和其他含n、cl或s的化合物的其他無機(jī)污染物被分解或吸附。以此方式，諸如aaem的無機(jī)污染物被捕獲到催化劑上。有利的是，aaem提高焦化物氣化區(qū)中的焦化物的反應(yīng)性。因此，方法10提供了一種方法，通過該方法可以方便地利用來自由低等級(jí)的含碳材料產(chǎn)生的揮發(fā)物中的無機(jī)污染物，以提高焦化物的氣化。隨后，aaem呈現(xiàn)在灰分中。

部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣通過催化劑床，通過例如與蒸汽的被催化的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，還去除諸如焦油殘余物的有機(jī)污染物。有利的是，這一過程將熱能(顯熱)回收并變成轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的化學(xué)能。通過在固體催化劑表面上形成焦炭(coke)也去除一些焦油殘余物。此外，通過使產(chǎn)品氣通過催化劑床，能夠提高產(chǎn)品氣中的氫含量，因?yàn)樵诖呋瘎┐驳妮^低溫度的端部有利于催化的水煤氣變換反應(yīng)(co+h2o->co2+h2)。

使部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物和/或產(chǎn)品氣經(jīng)過催化劑床的操作能夠在約1000℃至約200℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。優(yōu)選地，催化劑床的溫度沿氣流方向逐漸降低至約200℃。

現(xiàn)將參照?qǐng)D2和圖3描述氣化系統(tǒng)20和用于熱解用在氣化系統(tǒng)20中的含碳材料的裝置30。

氣化系統(tǒng)20包括氣化容器21，氣化容器21具有被一體地限定于其中的四個(gè)反應(yīng)區(qū)，即熱解區(qū)22，焦化物氣化區(qū)23、轉(zhuǎn)化區(qū)25和催化劑床26。熱解區(qū)22與焦化物氣化區(qū)23和轉(zhuǎn)化區(qū)25流體連通。

通常，氣化容器21是側(cè)面豎直的容器，該容器基本上沿其全長和/或者沿材料和/或流體流的方向具有大致恒定的橫截面面積。在改變材料和/或流體在容器21中的停留時(shí)間是有利的情況下，根據(jù)含碳材料的組成特性，沿容器21的長度方向和/或沿材料和/或流體流動(dòng)的方向可以改變?nèi)萜?1的橫截面面積。優(yōu)選地，容器21襯有耐火材料。

氣化容器21的上部設(shè)置有入口28a，入口28a用于通過進(jìn)料器28引入諸如生物質(zhì)的含碳材料的連續(xù)物料流。進(jìn)料器28是與容器的入口28a流體連通的，并且優(yōu)選地包括旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器以使阻塞問題最小化。優(yōu)選地，進(jìn)料器28還包括與用于儲(chǔ)存生物質(zhì)的料斗相關(guān)的攪拌器。攪拌器設(shè)置成使得料斗中潛在的生物質(zhì)的橋連最小化。

熱解區(qū)22設(shè)置有用于熱解含碳材料的裝置30(見圖3)?？梢圆捎弥T如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的熱解器。合適的熱解器的說明性的實(shí)例包括但不限于移動(dòng)床、螺桿/螺旋推運(yùn)器/窯熱解器和這些的組合。

裝置30能夠設(shè)置成通過重力或機(jī)械傳送裝置促進(jìn)輸送含碳材料逐漸通過熱解器并送進(jìn)焦化物氣化區(qū)。優(yōu)選地，使裝置30適合于將含碳材料在熱解區(qū)中保持足夠長的一段時(shí)間，以將含碳材料基本上轉(zhuǎn)化成焦化物和揮發(fā)物。

在圖2所示的實(shí)施例中，熱解區(qū)22設(shè)置有裝置30，裝置30用源自焦化物氣化區(qū)23的被加熱的氣體加熱含碳材料，以生產(chǎn)揮發(fā)物和焦化物。圖3更詳細(xì)地示出裝置30。

在一優(yōu)選的形式中，裝置30與焦化物氣化區(qū)23和轉(zhuǎn)化區(qū)25分開，以促進(jìn)在裝置30中制得的揮發(fā)物和焦化物的有效分離。

裝置30包括三對(duì)錐面32、34、36。將被理解的是，可以改變這樣的錐面的數(shù)目。錐面對(duì)32、34、36彼此分開，并沿可旋轉(zhuǎn)的軸31的長，以分開的，縱向?qū)R的方式設(shè)置。每一對(duì)錐面32、34、36包括上部倒錐面32a、34a和36a，上部倒錐面32a、34a和36a與面對(duì)的下部直立錐面32b和34b、36b分開。

優(yōu)選地，錐面對(duì)32、34、36包括適合為了熱的通路，并尤其是熱氣穿過的穿孔的金屬片。金屬片還起到用于直接加熱含碳材料的有效的熱導(dǎo)體的作用。

下部直立錐面32b、34b、36b的每個(gè)都有圍繞軸31同心地設(shè)置的開口32c、34c、36c。開口32c、34c、36c的目的是提供含碳材料從下部直立錐面32b、34b、36b到上部倒錐面34a、36a以及到在正下方設(shè)置的焦化物氣化區(qū)23的通路。

此外，上部倒錐面32a、34a、36a的直徑小于的面對(duì)的下部直立錐面32b、34b、36b的直徑。以此方式，在上部倒錐面32a、34a、36a上停留的含碳材料可以滑出所述面的邊緣并落入在正下方設(shè)置的面對(duì)的下部直立錐面32b、34b、36b中。

裝置30還包括與各對(duì)錐面32、34、36相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)攪拌裝置32d、34d、36d。可理解的是，攪拌裝置的數(shù)目不必須與錐面對(duì)的數(shù)目相匹配。在這一特定的實(shí)施例中，攪拌裝置32d、34d、36d是旋轉(zhuǎn)臂。旋轉(zhuǎn)臂在上部倒錐面32a、34a、36a的上方和/或在下部面對(duì)的直立錐面32b、34b、36b的上方且分開一短距離(例如，2-5毫米)。通過旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)的軸31可操作攪拌裝置32d、34d、36d。根據(jù)含碳材料的特性，可以改變軸31的旋轉(zhuǎn)速度，以控制在熱解區(qū)中的顆粒停留時(shí)間。在一實(shí)例中，旋轉(zhuǎn)臂以12rpm的速度旋轉(zhuǎn)。

可旋轉(zhuǎn)的軸31的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致攪拌裝置32d、34d、36d干擾停留在下部直立錐面32b、34b、36b上的含碳材料顆粒，并導(dǎo)致它們通過各個(gè)開口32c、34c、36c到達(dá)其正下方的倒錐面。類似地，可旋轉(zhuǎn)的軸31的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致攪拌裝置32d、34d、36d干擾停留在上部倒錐面32a、34a、36a上的含碳材料顆粒，并導(dǎo)致它們滑動(dòng)并從所述面的邊緣落下，并被收集于正下方的面對(duì)的下部直立錐面32b、34b、36b中。

可以改變所述軸的旋轉(zhuǎn)速度以改變停留在上部倒錐面32a、34a、36a和面對(duì)的下部直立錐面32b、34b、36b上的含碳材料的停留時(shí)間。以此方式，可以控制裝置30中的含碳材料的停留時(shí)間，以允許有足夠的時(shí)間將含碳材料基本上轉(zhuǎn)變成焦化物和揮發(fā)物。

可以改變錐面的斜率以控制含碳材料顆粒停留在所述面上的時(shí)間。可選地，錐面可以相對(duì)于所述攪拌裝置旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明的工藝和裝置中也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他合適的方法，用于控制裝置30中的含碳材料的停留時(shí)間以促進(jìn)含碳材料基本上被完全熱解成焦化物和揮發(fā)物。除了熱解反應(yīng)，在裝置30內(nèi)，原料也會(huì)經(jīng)歷一定程度的氣化。

焦化物氣化區(qū)23設(shè)置在容器21的下部。焦化物氣化區(qū)23可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)固定床或具有爐柵的移動(dòng)床，爐柵在其上支撐焦化物，并同時(shí)允許含氧氣體和蒸汽通過所述移動(dòng)床且與焦化物反應(yīng)?？蛇x地，焦化物氣化區(qū)23可以設(shè)置有鼓泡流化床和供給含氧氣體和蒸汽的氣體分配器。

在圖2所示的實(shí)施例中，在錐形的固定床中氣化焦化物。容器21設(shè)置有含氧氣體入口23a和蒸汽入口23b?？梢栽O(shè)想，通?？諝鈺?huì)被用于諸如生物質(zhì)氣化的小規(guī)模的應(yīng)用，而純的或稀釋的氧會(huì)被用于諸如煤的氣化的大規(guī)模的應(yīng)用，特別是在意圖捕獲和儲(chǔ)存二氧化碳或當(dāng)產(chǎn)品氣被用于合成液體燃料和化學(xué)品時(shí)。

焦化物氣化區(qū)23還設(shè)置有諸如鎖閉料斗的灰分排卸裝置24。

轉(zhuǎn)化區(qū)25設(shè)置在容器21的上部并包括由容器21的上部限定的空腔，在該空腔中可以發(fā)生揮發(fā)物和蒸汽之間的氣體轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

轉(zhuǎn)化區(qū)25與催化劑床26流體連通。優(yōu)選地，催化劑床26是固體催化劑的移動(dòng)床或一系列的催化劑床。在一實(shí)施例中，移動(dòng)床設(shè)置成將用過的催化劑排卸到容器21中。于是，催化劑床26設(shè)置有固體催化劑排卸裝置26a以當(dāng)催化劑從催化劑床26排出時(shí)不斷地補(bǔ)充固體催化劑的移動(dòng)床。催化劑床26設(shè)置有排出產(chǎn)品氣體的出口27。

在催化劑床中的固體催化劑可以是各種形式。焦化物負(fù)載的過渡金屬(例如，fe和/或ni)催化劑是優(yōu)選的實(shí)施例，這可以通過熱解和部分氣化加有過渡金屬(例如，fe和/或ni)的含碳材料(例如，生物質(zhì)或褐煤)來制得。沒有加金屬的焦化物本身可以是催化劑?？蛇x地，鈦鐵礦、鐵礦石也能夠被用作固體催化劑。

圖4示出用于由含碳材料，尤其是生物質(zhì)，生產(chǎn)產(chǎn)品氣和焦化物的系統(tǒng)40的一實(shí)施例。系統(tǒng)40用于方法10的實(shí)施例，方法10包括將產(chǎn)品氣和/或部分轉(zhuǎn)化的揮發(fā)物暴露于焦化物的額外步驟。方法10生產(chǎn)的焦化物可以用作活性炭或作為土壤改良劑和/或用于固碳(carbonsequestration)。

在此實(shí)例中，儲(chǔ)料器50中的具有高至約60％的水分含量的含碳材料的原料被送入干燥器52，優(yōu)選地，在干燥器52中，原料中的水分被減少至低于約20％的水分含量。由工藝的其他步驟產(chǎn)生的熱能夠被用作干燥器52的加熱介質(zhì)。

然后，部分干燥的原料被送至熱解器54，在熱解器54中加熱原料，以便生產(chǎn)焦化物和揮發(fā)物。發(fā)明人已經(jīng)表明，在諸如約450℃至約550℃的中等溫度下對(duì)干燥后的原料的熱解將從原料中釋放大部分潛在的揮發(fā)物。此外，在中等熱解溫度下，諸如aaem物質(zhì)的無機(jī)物質(zhì)往往會(huì)被保留在焦化物中。無機(jī)物質(zhì)保留在焦化物中是特別有益的，因?yàn)樗鰪?qiáng)了焦化物的催化活性，并且在生物質(zhì)可以用作原料并且將所得的焦化物用作土壤改良劑的情況下，促進(jìn)無機(jī)養(yǎng)分的再循環(huán)使其返回至土壤中。

熱解器54可以設(shè)置成通過重力或機(jī)械傳送裝置促進(jìn)將焦化物從熱解器54輸送至反應(yīng)器60。在將焦化物輸送至反應(yīng)器60之前，可以將焦化物輸送并暫時(shí)裝盛在與反應(yīng)器60流體連通的儲(chǔ)存室(未示出)中。儲(chǔ)存室可以設(shè)置有一控制裝置，以控制焦化物進(jìn)入反應(yīng)器60的流速。

熱解后，將揮發(fā)物導(dǎo)至氣體轉(zhuǎn)化器56。加熱氣轉(zhuǎn)化器56，并且通過各自的進(jìn)氣口56a和56b，將在干燥器52中產(chǎn)生的所需量的蒸汽與諸如氧氣或空氣的含氧(o2)氣體一起引入氣體轉(zhuǎn)化器56，在氣體轉(zhuǎn)化器56中，揮發(fā)物經(jīng)歷氣體的轉(zhuǎn)化反應(yīng)以生產(chǎn)主要包括co和h2的粗產(chǎn)品氣。

如虛線54a和56c表示的，可以將粗產(chǎn)品氣和/或焦化物的一部分導(dǎo)至用于燃燒的燃燒器58，以產(chǎn)生用于加熱氣體轉(zhuǎn)化器56和反應(yīng)器60的高溫氣體。

在氣體轉(zhuǎn)化器56中生產(chǎn)的粗產(chǎn)品氣被引入到反應(yīng)器60中，反應(yīng)器60還裝盛由熱解器54生產(chǎn)的焦化物。反應(yīng)器60被加熱到高達(dá)約900℃的溫度并且其中的焦化物起到固體催化劑的作用，以便催化分解包含在粗產(chǎn)品氣中的焦油殘余物以形成co、h2和其他可燃?xì)怏w。通過在焦化物表面上形成焦炭，也去除一些焦油殘余物。通過焦化物，還從粗產(chǎn)品氣中去除其他無機(jī)污染物。例如，焦化物還可以捕獲釋放出的aaem物質(zhì)和無機(jī)顆粒，并且通過與焦化物接觸，諸如nh3、h2s和其他含n、cl或s的化合物的其他無機(jī)污染物被分解或吸附。以此方式，諸如aaem的無機(jī)污染物被捕獲到焦化物上。有利的是，aaem增強(qiáng)焦化物的反應(yīng)性。

粗產(chǎn)品氣會(huì)含有過量的蒸汽，并且在反應(yīng)器60中的操作條件是這樣的，當(dāng)粗產(chǎn)品氣被帶入反應(yīng)器60中與焦化物接觸時(shí)，焦化物可以被部分地氣化。

優(yōu)選地，反應(yīng)器60中的焦化物的部分氣化應(yīng)在約700℃至約900℃的溫度下進(jìn)行。有利的是，這些溫度促進(jìn)用于焦油殘余物的分解的焦化物上的催化活性位點(diǎn)的形成和碳活化。

部分氣化后，本發(fā)明的工藝生產(chǎn)的用過的焦化物具有高表面積，通常高于約700平方米每克焦化物。焦化物中的一些可能的污染物(例如，有機(jī)物)也在部分氣化工藝中被去除。重要的是，在此溫度范圍內(nèi)，焦化物中固有的aaem物質(zhì)被轉(zhuǎn)化成更可浸出的形式，所述更可浸出的形式促進(jìn)無機(jī)養(yǎng)分再循環(huán)到田地中的。

從反應(yīng)器60排出的用過的焦化物被儲(chǔ)存在容器64中。用過的焦化物含有大量的aaem物質(zhì)和其他無機(jī)養(yǎng)分，并能夠容易地返回土壤作為土壤改良劑。以此方式的焦化物再循環(huán)有兩個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)：(1)焦化物中的無機(jī)養(yǎng)分返回到田地，和(2)固碳，從而減少了與發(fā)電相關(guān)的碳排放量。對(duì)于鄉(xiāng)村和地方社區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展而言，這些因素是非常重要的。

可以改變方法40生產(chǎn)的焦化物和產(chǎn)品氣的相對(duì)量(即，焦化物與產(chǎn)品氣的比)。在一實(shí)施例中，反應(yīng)器60包括部分氣化區(qū)和完全氣化區(qū)。反應(yīng)器60的部分氣化區(qū)在這樣的條件下操作，即其中焦化物被部分氣化以生產(chǎn)產(chǎn)品氣和用過的焦化物，而反應(yīng)器60的完全氣化區(qū)在這樣的條件下操作，即其中焦化物被氣化以生產(chǎn)產(chǎn)品氣和灰分。在需要更大體積的清潔產(chǎn)品氣的情況下，可以將相對(duì)比例更大的焦化物輸送到反應(yīng)器60的完全氣化區(qū)?？蛇x地，在需要更大體積的用過的焦化物的情況下，可以將相對(duì)比例更大的焦化物輸送到反應(yīng)器60的部分氣化區(qū)。

系統(tǒng)20或40可以設(shè)置有用于建立、維持和/或改變氣化容器內(nèi)的溫度分布的裝置。這樣的裝置可以包括用于控制的含氧氣體和/或蒸汽的進(jìn)料速率的控制器。例如，為了提高焦化物氣化區(qū)的溫度，可以提供更多的含氧氣體以促進(jìn)其中的與焦化物的放熱反應(yīng)。

在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)20或40進(jìn)一步包括多個(gè)傳感器以及氣體和固體的取樣探頭。

正如上面詳細(xì)描述的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種特別用于低等級(jí)的含碳材料的有效的氣化方法，以生產(chǎn)相對(duì)高質(zhì)量的產(chǎn)品氣，用于諸如發(fā)電、產(chǎn)熱和化學(xué)品合成的目的。

在本發(fā)明的實(shí)施例還提供能夠從產(chǎn)物氣流中去除焦油殘余物、其他的雜質(zhì)和污染物形成物質(zhì)的固體催化劑，以及能夠增加產(chǎn)品氣中的氫含量。

還將被理解的是，在本發(fā)明中，在諸如蒸汽的其他工藝物流被引入焦化物氣化區(qū)之前，產(chǎn)品氣的顯熱可以有效地用于與所述其他工藝物流的間接熱交換?？蛇x地，在進(jìn)行氣化之前，產(chǎn)品氣的顯熱可以用于干燥含碳材料。

在一些實(shí)施例中，特別是在氣化方法10的啟動(dòng)模式中，可以在焦化物氣化區(qū)中燃燒產(chǎn)品氣以提高其中的工作溫度和/或在轉(zhuǎn)化區(qū)中燃燒產(chǎn)品氣以提高其中的溫度。

還將被理解的是，雖然前面的描述參照特定順序的方法步驟，提供的系統(tǒng)、設(shè)備和裝置的部件及其設(shè)置僅用于說明的目的，并非意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施例能夠提高氣化效率。該技術(shù)能夠適當(dāng)?shù)赜糜冢?，能源和化學(xué)工業(yè)中。特別是，本發(fā)明人提出，本發(fā)明的實(shí)施例適用于采用相對(duì)寬的粒徑分布的生物質(zhì)的分布式發(fā)電。

有利的是，方法10使熱解、揮發(fā)物的轉(zhuǎn)化、焦化物的氣化以及產(chǎn)品氣的凈化結(jié)合成一體，以得到一個(gè)提高了工藝的效率和經(jīng)濟(jì)性的緊湊的氣化器配置。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解的是，本發(fā)明的一些實(shí)施例可以提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所述優(yōu)點(diǎn)包括但不限于下列幾點(diǎn)：

-提供尤其為了氣化低等級(jí)的含碳材料的氣化工藝，可以在使氣化與熱氣凈化結(jié)合成一體的一單一氣化容器中進(jìn)行所述氣化工藝；

-在焦化物氣化過程中，使揮發(fā)物和焦化物之間的相互作用最小化，以使焦化物氣化率增加；

-使揮發(fā)物和其轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的直接氧消耗最小化；

-促進(jìn)在焦化物氣化區(qū)中焦化物與氧的直接反應(yīng)，以生成在氣化容器內(nèi)的各種反應(yīng)所需的熱，從而以化學(xué)能的形式作為產(chǎn)品氣，回收焦化物氣化產(chǎn)物的熱能；

-為了最大化的氣化效率而使氧氣的總消耗最小化；

-通過用催化劑轉(zhuǎn)化焦油殘余物，使產(chǎn)品氣中的焦油殘余物的量最小化，在低等級(jí)的含碳材料的氣化中，產(chǎn)品氣中的焦油殘余物是常出現(xiàn)的一個(gè)問題；

-使普遍存在于低等級(jí)的含碳材料的無機(jī)物，特別是aaem的揮發(fā)最小化；

-用催化劑去除揮發(fā)的aaem和諸如nh3、hcn、h2s的污染物形成雜質(zhì)；

-作為一種處理的方式，可以將用過的催化劑排至焦化物氣化區(qū)并將其氧化氣化，從而對(duì)容器中的熱能生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)，而不產(chǎn)生額外的液體或固體廢物流；

-催化劑可以用于促進(jìn)水煤氣變換反應(yīng)，從而提高最終產(chǎn)品氣中的氫含量，而沒有與催化劑失活、再生和處理相關(guān)的傳統(tǒng)問題。

除了已經(jīng)描述的那些之外，在不偏離基本發(fā)明概念的情況下，將許多變化和修改建議給相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員?？烧J(rèn)為所有這些變化和修改都是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其性質(zhì)將由前面的描述來確定。例如，應(yīng)當(dāng)理解的是，在小的(幾兆瓦或更少)和大的(幾百兆瓦)的規(guī)模下，能夠以各種方式實(shí)踐和執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例。

在本發(fā)明的說明書中，除非上下文需要，否則由于語言表達(dá)或必要的暗示，詞語“包括(comprise)”或諸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的變形是包括(inclusive)的意思，即明確說明被表述的特征的存在，但不排除在本發(fā)明的各種實(shí)施例中存在或添加進(jìn)一步的特征。