用于从合成气去除焦油的装置和方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103958649 A (43)申请公布日 2014.07.30 C N 1 0 3 9 5 8 6 4 9 A (21)申请号 201280024962.X (22)申请日 2012.04.04 61/516,646 2011.04.06 US 61/516,667 2011.04.06 US 61/516,704 2011.04.06 US 13/427,193 2012.03.22 US C10J 3/72(2006.01) C10J 3/84(2006.01) C01B 3/50(2006.01) C10K 3/00(2006.01) (71)申请人伊内奥斯生。

2、物股份公司 地址瑞士罗勒 (72)发明人彼得S贝尔 青-焕辜 约瑟夫戈拉布 伯纳德德斯卡勒斯 朱利安埃罗 (74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人刘慧 杨青 (54) 发明名称 用于从合成气去除焦油的装置和方法 (57) 摘要 本发明提供了一种用于降低含焦油合成气中 的焦油含量的方法和装置。所述方法包括将所述 含焦油合成气与含分子氧的气体在第一反应区中 相接触，以产生气体混合物。使所述气体混合物 以约0.5秒至约5秒的接触时间穿过被维持在约 900至约2000之间的温度下的热处理区。在 这种情况下，至少一部分所述焦油经历至少部分 氧化和/或裂化，以产生热合成气。

3、。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.11.22 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/032160 2012.04.04 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2012/138751 EN 2012.10.11 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103958649 A CN 103958649 A 1/3页 2 1.用于降低含焦油合成气中的焦油含量的方法，所述方法包括： 将所述含焦油合成气与。

4、含分子氧的气体在第一反应区中相接触，以产生气体混合物； 以及 使所述气体混合物以约0.5秒至约5秒的接触时间穿过被维持在约900至约2000 之间的温度下的热处理区，其中至少一部分所述焦油经历至少部分氧化和/或裂化，以产 生热合成气； 其中来自于所述第一反应区的气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。 2.权利要求1的方法，其中所述热处理区被维持在约1000至1500之间的温度下。 3.权利要求1的方法，其中所述热处理区被维持在约1200至1250范围之间的温度 下。 4.权利要求1的方法，其中在所述第一反应区的出口处所述含焦油合成气-氧气混合 物流的线速度大于约5米/秒。 5.权利要求1的。

5、方法，其还包括将至少一部分热合成气导入到所述第一反应区中。 6.权利要求4的方法，其中线速度与所述热处理区的高度之比为约0.3:12.5至约 2.0:2.5。 7.权利要求1的方法，其中所述热处理区包含： （a）第一热处理区，其有效地对所述气体混合物中包含的焦油进行热处理，以产生含更 少焦油的气体混合物；和 （b）第二热处理区，其有效地对所述含更少焦油的气体混合物中包含的焦油进行热处 理，以产生热合成气。 8.用于生产热合成气的方法，所述方法包括： 将含碳材料在气化区中用含分子氧的气体并任选地用水蒸气和二氧化碳中的一种或 多种进行处理，以产生含焦油合成气； 使所述含焦油合成气和含分子氧的气体穿。

6、过第一反应区，以产生气体混合物；以及 使所述气体混合物以约0.5秒至约5秒范围内的接触时间穿过被维持在约900至约 2000的温度下的热处理区，其中至少一部分所述焦油经历部分氧化和裂化中的一种或多 种，以产生热合成气； 其中来自于第一反应区的所述气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。 9.焦油去除装置，其有效地降低含焦油合成气中的焦油含量以产生热合成气，所述焦 油去除装置包含： （a）第一反应区，其中将分子氧导入并与所述含焦油合成气混合，以产生气体混合物； 和 （b）热处理区，其用于对所述气体混合物中包含的焦油进行热处理； 其中来自于第一反应区的所述气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。

7、；并且 其中所述热处理区提供约0.5秒至约5秒的接触时间。 10.权利要求9的焦油去除装置，其中所述第一反应区在所述第一反应区的出口处提 供大于约5米/秒的所述含焦油合成气-氧气混合物流的线速度。 11.权利要求9的焦油去除装置，其中所述第一反应区在所述第一反应区的出口处提 供大于约10米/秒的所述含焦油合成气-氧气混合物流的线速度。 权 利 要 求 书CN 103958649 A 2/3页 3 12.权利要求9的焦油去除装置，其中所述第一反应区在所述第一反应区的出口处提 供大于约50米/秒的所述含焦油合成气-氧气混合物流的线速度。 13.权利要求9的焦油去除装置，其中所述热处理区包含： （a。

8、）第一热处理区，其用于对所述气体混合物中包含的焦油进行热处理，以产生含更少 焦油的气体混合物；和 （b）第二热处理区，其用于对所述含更少焦油的气体混合物中包含的焦油进行热处理， 以产生热合成气。 14.权利要求9的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物在小 于约2秒的时间内撞击在表面上。 15.权利要求9的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物在小 于约1秒的时间内撞击在表面上。 16.权利要求9的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物在小 于约0.5秒的时间内撞击在表面上。 17.权利要求9的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合。

9、物在小 于约0.1秒的时间内撞击在表面上。 18.合成气生产装置，其包含： （a）气化区，其中将含碳材料与分子氧相接触并任选地与水蒸气和二氧化碳中的一种 或多种相接触，以产生含焦油合成气； （b）第一反应区，其中将分子氧导入并与所述含焦油合成气混合，以产生气体混合物； 和 （c）热处理区，其用于对所述含焦油合成气-氧气混合物中包含的焦油进行热处理； 其中来自于第一反应区的所述含焦油合成气-氧气混合物通过撞击在表面上而改变 流动方向；并且 其中所述热处理区提供约0.5秒至约5秒范围内的接触时间。 19.权利要求18的合成气生产装置，其中所述热处理区包含： （a）第一热处理区，其用于对所述气体混合。

10、物中包含的焦油进行热处理，以产生含更少 焦油的气体混合物；和 （b）第二热处理区，其用于对所述含更少焦油的气体混合物中包含的焦油进行热处理， 以产生热合成气。 20.权利要求18的合成气生产装置，其中所述第一反应区在所述第一反应区的出口处 提供大于约5米/秒的所述含焦油合成气-氧气混合物流的线速度。 21.权利要求18的合成气生产装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物在 小于约2秒的时间内撞击在表面上。 22.权利要求18的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物在小 于约1秒的时间内撞击在表面上。 23.权利要求18的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合。

11、物在小 于约0.5秒的时间内撞击在表面上。 24.权利要求18的焦油去除装置，其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物在小 于约0.1秒的时间内撞击在表面上。 权 利 要 求 书CN 103958649 A 3/3页 4 25.用于降低含焦油合成气中的焦油含量的方法，所述方法包括： 将所述含焦油合成气与含分子氧的气体在第一反应区中相接触，以产生气体混合物； 以及 使所述气体混合物在能够有效地将所述合成气的焦油含量降低至少约10%的温度和 时间下穿过热处理区； 其中来自于所述第一反应区的所述气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。 26.焦油去除装置，其有效地降低含焦油合成气中的焦油含量以产生。

12、热合成气，所述焦 油去除装置包含： （a）第一反应区，其中将分子氧导入并与所述含焦油合成气混合，以产生气体混合物； 和 （b）热处理区，其用于对所述气体混合物中包含的焦油进行热处理； 其中来自于第一反应区的所述气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向；并且 其中所述热处理区提供的接触时间能够有效提供具有小于约10ppm焦油当量的热合 成气。 27.权利要求26的装置，其中所述焦油当量相当于选自苯、醇及其混合物的烃。 28.用于降低含焦油合成气中的焦油含量的方法，所述方法包括： 将所述含焦油合成气与含分子氧的气体在第一反应区中相接触，以产生气体混合物； 以及 使所述气体混合物以约0.5秒至约5秒。

13、的接触时间（Ct）穿过被维持在约900至约 2000之间的温度（T）下的热处理区，其中至少一部分所述焦油经历至少部分氧化和/或 裂化，以产生热合成气； 其中所述热合成气的焦油浓度当量含量被维持在小于10ppm。 29.权利要求28的方法，其中通过控制所述温度（T）和/或所述接触时间（Ct），将所述 热合成气的所述焦油浓度当量含量维持在小于10ppm。 权 利 要 求 书CN 103958649 A 1/8页 5 用于从合成气去除焦油的装置和方法 0001 本申请要求均于2011年4月6日提交的美国临时申请号61/516,646、61/516,704 和61/516,667的权益，所有这些临时申。

14、请以其全文通过引用并入本文。 0002 本发明提供了用于气化含碳材料以产生包含一氧化碳和氢气的发生炉气体或合 成气体或合成气的装置和方法。更具体来说，所述装置和方法能够有效地调制发生炉气体 或合成气体或合成气并降低含焦油合成气的焦油含量。 背景技术 0003 含碳材料在贫氧条件下的气化产生包含焦油的合成气（也称为合成气体；也称为 发生炉气体）。合成气中存在焦油造成气化过程中的主要技术障碍，其引起下游过程和设备 的结垢、堵塞。冷凝的焦油能够使气体清洁设备严重结垢，并且进入原动机的焦油液滴妨 碍合成气的这些终端用途应用的运行。合成气中的焦油也可以极大地影响废水管理。例 如，如果在常规的基于水的气体。

15、清洁系统中焦油与冷凝水混合，它可能引起通常高成本且 困难的水处理问题。为了使合成气对于下游过程和设备来说是可接受的，必须降低合成气 中的焦油含量。在已公布的技术中已公开了数种减少或去除焦油的方法，包括物理和化 学处理两者。用于去除焦油的物理处理包括使用过滤器和静电去除焦油。化学处理包括 催化和非催化方法两者。降低合成气的焦油含量的一种方法是热破坏，其中焦油经历部 分氧化和热裂化中的一种或两种。参见例如“通过燃料气体的部分燃烧减少焦油”（Tar reduction through partial combustion of fuel gas），Houben,M.P,Lange,H.C.de和 S。

16、teenhoven,A.A.van,Fuel,vol.84,pp817-824,2005；“氢气对通过部分氧化去除焦油的影 响的分析”（Analysis of hydrogen-influence on tar removal by partial oxidation）， Hoeven,T.A.van der,Lange,H.C.de和Steenhoven,A.A.van,Fuel,vol.85,pp1101-1110,2 005。 0004 在这种方法中，使从气化器单元产生的含焦油合成气穿过其中添加有含氧气体的 处理区或单元。在该单元中获得高温以便实现焦油的裂化和/或部分氧化。因此，Jame。

17、s T.Cobb,Jr.（“通过生物质气化产生合成气体”（Production of Synthesis Gas by Biomass Gasification），James T.Cobb,Jr.,Proceedings of the2007Spring National AIChE Me eting,Houston,Texas,April22-26,2007）描述了Consutech气化器（BRI Energy LLC），其 第一级是标准的阶梯炉蓖燃烧炉（step-grate combustor）（通常被用作MSW焚化炉），其使 用富氧空气在950下作为气化器运行。第二级是在2000-225。

18、0下运行并使用极少氧气 来裂化焦油的热处理器。 0005 WO2009/154788描述了一种两级气化器，其中来自于第一级的气态产物移动到第 二级。将纯氧气导入到第二级中，以将温度升高到约1750至约2250，以便实现来自于第 一级的气态料流中包含的焦油的部分氧化和裂化中的一种或多种。 0006 据显示，上述热处理方法能够在小尺寸单元中有效地降低合成气的焦油含量。对 于将这种热处理方法规模放大以在大规模单元中实现有效的焦油去除的知识的发展，仍存 在需求。 说 明 书CN 103958649 A 2/8页 6 发明内容 0007 提供了一种用于降低含焦油合成气中的焦油含量的方法。所述方法包括将所。

19、述含 焦油合成气与含分子氧的气体在第一反应区中相接触，以产生气体混合物。使所述气体混 合物以约0.5秒至约5秒的接触时间穿过被维持在约900至约2000之间的温度下的热 处理区。在这种情况下，至少一部分所述焦油经历至少部分氧化和/或裂化，以产生热合成 气。来自于所述第一反应区的气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。 0008 在一种情况下，在所述第一反应区的出口处所述含焦油合成气-氧气混合物流的 线速度大于约5米/秒。可以将至少一部分热合成气导入到第一反应区中。在另一种情况 下，线速度与所述热处理区的高度之比为约0.3:12.5至约2.0:2.5。在一种情况下，所述热 处理区包括：（a）第。

20、一热处理区，其有效地对所述气体混合物中包含的焦油进行热处理，以 产生含更少焦油的气体混合物；和（b）第二热处理区，其有效地对所述含更少焦油的气体 混合物中包含的焦油进行热处理，以产生热合成气。 0009 提供了一种焦油去除装置，其有效地降低含焦油合成气中的焦油含量以产生热合 成气。所述焦油去除装置包括：（a）第一反应区，其中将分子氧导入并与所述含焦油合成气 混合，以产生气体混合物；和（b）热处理区，其用于对所述气体混合物中包含的焦油进行热 处理。来自于所述第一反应区的气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。所述热处 理区提供约0.5秒至约5秒的接触时间。在一种情况下，所述第一反应区在所述第一。

21、反应 区的出口处提供大于约5米/秒的所述含焦油合成气-氧气混合物流的线速度。在另一种 情况下，所述焦油去除装置的热处理区包括：（a）第一热处理区，其用于对所述气体混合物 中包含的焦油进行热处理，以产生含更少焦油的气体混合物；和（b）第二热处理区，其用于 对所述含更少焦油的气体混合物中包含的焦油进行热处理，以产生热合成气。所述焦油去 除装置有效地提供在小于约2秒的时间内撞击在表面上的来自于所述第一反应区的气体 混合物。 0010 提供了一种合成气生产装置，其包括（a）气化区，其中将含碳材料与分子氧相接 触并任选地与水蒸气和二氧化碳中的一种或多种相接触，以产生含焦油合成气；（b）第一 反应区，其中。

22、将分子氧导入并与所述含焦油合成气混合，以产生气体混合物；和（c）热处理 区，其用于对所述含焦油合成气-氧气混合物中包含的焦油进行热处理。来自于第一反应 区的所述含焦油合成气-氧气混合物通过撞击在表面上而改变流动方向，并且所述热处理 区提供约0.5秒至约5秒的接触时间。 0011 提供了一种用于降低含焦油合成气中的焦油含量的方法。所述方法包括：将所述 含焦油合成气与含分子氧的气体在第一反应区中相接触，以产生气体混合物；以及使所述 气体混合物在能够有效地将所述合成气的焦油含量降低至少约10%的温度和时间下穿过 热处理区。来自于所述第一反应区的所述气体混合物通过撞击在表面上而改变流动方向。 附图说明。

23、 0012 根据下面的图，所述方法的数种情况的上述和其他方面、特征和优点将更加显而 易见。 0013 图1是用于降低含焦油合成气的焦油含量的降焦油装置的示意图。图1示出了装 说 明 书CN 103958649 A 3/8页 7 置的一种情况，其包括第一反应区和热处理区。 0014 图2是用于降低含焦油合成气的焦油含量的降焦油装置的示意图。图2示出了装 置的一种情况，其包括第一反应区和包含热处理区I和热处理区II的热处理区。 0015 图3是用于降低含焦油合成气的焦油含量的气化装置的示意图。图3示出了装置 的一种情况，其包括气化区、第一反应区和包含热处理区I和热处理区II的热处理区。 0016 。

24、图4示出了其中第一反应区为圆柱形状的第一反应区的情况的侧视图和顶视图。 图4（I）和4（II）示出了第一反应区的情况的侧视图，其中所述第一反应区是竖直的，并 且用于分子氧的气体入口与水平线成一定角度倾斜。图4（III）和4（IV）示出了第一反 应区的情况的顶视图或横截面，其中所述第一反应区是竖直的，并且用于分子氧的气体入 口与所绘出的穿过横截面与气体入口的轴的交点的对角线成一定角度倾斜。 0017 图5示出了第一反应区的情况的侧视图和顶视图，其中所述第一反应区是竖直圆 柱容器，并具有与其连接的用于导入分子氧的8个气体入口喷嘴。 0018 图6示出了第一反应区的情况的侧视图。图6（I）和6（II。

25、）示出了其中第一反 应区与竖直线成一定角度倾斜的第一反应区的情况的侧视图。 0019 在整个数张图的视图中，相应的参考符号指示相应的部件。专业技术人员将会认 识到，图中的元件以简单明了的方式示出，并且不一定是按比例绘制的。例如，图中的某些 元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本发明的方法和装置的各个方面的 理解。此外，在商业上可行的情况下有用或必需的普通但公知的元件通常没有被示出，以便 于这些各种情况的更少阻碍的图示。 具体实施方式 0020 定义 0021 除非另有定义，否则在本公开的整个本说明书中使用的下列术语如下所定义，并 且可以包括下面所限定的定义的单数或复数形式： 002。

26、2 修饰任何量的术语“约”是指所述量在真实世界条件下，例如在实验室、中试厂或 生产设施中遇到的变差。例如，当被“约”修饰时，混合物或参量中采用的成分或测量结果的 量包括在生产厂或实验室中的实验条件下测量时的变差和通常所采用的关注程度。例如， 当被“约”修饰时，产物组分的量包括在工厂或实验室的多次实验中不同批次之间的变差以 及分析方法所固有的变差。不论是否被“约”修饰，量包括所述量的等效值。本文中所陈述 的并被“约”修饰的任何数量也可以作为未被“约”修饰的量用于本公开中。 0023 当在本文中使用时，“含碳材料”是指富含碳的材料例如煤和石化产品。然而，在本 说明书中，含碳材料包括固态、液态、气态。

27、或等离子态的任何碳材料。在可以被认为是含碳 材料的大量物品中，本公开设想了：含碳材料，含碳液体产物，含碳工业液体再循环物，含碳 市政固体废物（MSW或msw），含碳城市废物，含碳农业材料，含碳林业材料，含碳木材废物， 含碳建筑材料，含碳植物材料，含碳工业废物，含碳发酵废物，含碳石化副产物，含碳醇生产 副产物，含碳煤，轮胎，塑料，废塑料，焦炉焦油，软纤维（fibersoft），木质素，黑液，聚合物， 废聚合物，聚对苯二甲酸乙二酯（PETA），聚苯乙烯（PS），污水污泥，动物粪便，作物残留物， 能源作物，林业加工残留物，木材加工残留物，家畜粪便，家禽粪便，食品加工残留物，发酵 过程废物，乙醇副产物。

28、，酒糟，废微生物或其组合。 说 明 书CN 103958649 A 4/8页 8 0024 术语“软纤维”（fibersoft或Fibersoft或fibrosoft或fibrousoft）是指由于 各种物质的软化和浓缩而产生的一种类型的含碳材料；在一个实例中，含碳材料通过各种 物质的蒸气压热处理来生产。在另一个实例中，软纤维可以包括市政、工业、商业和医疗废 物的蒸气压热处理产生的纤维质糊状材料。 0025 术语“市政固体废物”或“MSW”或“msw”是指包含家庭、商业、工业和/或残余废 物的废物。 0026 术语“合成气”或“合成气体”是指合成气体，这是给予含有不同量一氧化碳和氢 气的气体混。

29、合物的名称。生产方法的实例包括天然气或烃的水蒸气重整以产生氢气，煤的 气化以及在某些类型的废物变能源的气化设施中。该名称来自于它们在产生合成天然气 （SNG）的过程中作为中间体和用于生产氨或甲醇的用途。合成气的用途包括在通过费-托 （Fischer-Tropsch）合成和以前的Mobil甲醇制汽油方法生产用作燃料或润滑剂的合成石 油的过程中作为中间体。合成气主要由氢气、一氧化碳和一些二氧化碳构成，其能量密度 （即BTU含量）小于天然气的一半。合成气是可燃烧的，并且通常被用作燃料源或作为中间 体用于生产其他化学品。 0027 “吨”是指美国短吨，即约907.2kg（2000磅）。 0028 当在。

30、本文中使用时，术语“焦油”包括但不限于气体焦油、液体焦油、固体焦油、形 成焦油的物质或其混合物，其一般包含烃及其衍生物。存在大量公知的可用于测量焦油的 焦油测量方法。一大类技术包括基于与检测器偶联的液相或气相色谱的分析方法。在测量 焦油的情况下，最常用的检测器是火焰电离检测器（FID）和质谱仪。另一类技术包括光谱 测量方法，其包括检测和分析光谱。其实例是红外、紫外（UV）或发光光谱法和LIBS（激光 诱导击穿光谱法）技术。用于监测燃烧气体的另一种技术是FTIR（傅里叶变换红外）红外 光谱术。各种各样的文献提到了这种技术，例如WO2006015660、WO03060480和美国专利号 5,984。

31、,998。 0029 还存在允许连续监测焦油的其他已知电子学方法。这些技术包括具有电化学池的 检测器和具有半导体的传感器。各种重量分析技术也可用于测量焦油。在一种情况下，焦 油量可以表示成碳的当量ppm。在这种情况下，烃可以是苯或醇例如甲醇。在这种情况下， 降低焦油含量可以意味着对应于小于约10ppm苯的焦油浓度当量或焦油当量。 0030 详细描述 0031 下面的描述不应被视为限制性的，而是仅仅出于描述示例性实施方式的一般性原 理而做出的。本发明的范围应该参考权利要求书来确定。 0032 提供了用于处理含焦油合成气以降低其焦油含量的装置和方法。在另一种情况 下，提供了用于气化含碳材料以产生含。

32、焦油合成气并随后对所述含焦油合成气进行热处理 的装置和方法。本公开的装置的各种情况被示出在图1至3中。 0033 图1是用于降低含焦油合成气的焦油含量的降焦油装置（10）的一种情况的示意 图。图1示出了装置的一种情况，其包括第一反应区（200）和热处理区（300）。现在参考图 1，将含焦油合成气（150）和含分子氧的气体（250）导入到所述第一反应区中。在第一反应 区中产生进入热处理区的气体混合物（含焦油合成气与分子氧的混合物）（在图上未示出）。 从热处理区移除热合成气料流（450）。 0034 图2是用于降低含焦油合成气的焦油含量的降焦油装置（11）的一种情况的示意 说 明 书CN 1039。

33、58649 A 5/8页 9 图。图2示出了所述装置的一种情况，其包括第一反应区（200）和包含热处理区I（300）和 热处理区II（400）的热处理区。现在参考图2，将含焦油合成气（150）和含分子氧的气体 （250）导入到所述第一反应区中。在第一反应区中产生进入热处理区I的气体混合物（含焦 油合成气与分子氧的混合物）（在图上未示出）。热处理过的气体混合物离开热处理区I并 进入热处理区II。从热处理区II移除热合成气料流（450）。 0035 图3是用于降低含焦油合成气的焦油含量的气化装置（12）的示意图。图3示出 了所述装置的一种情况，其包括气化区（100）、第一反应区（200）和包含热处。

34、理区I（300） 和热处理区II（400）的热处理区。现在参考图3，将含碳材料进料（110）和含分子氧的气 体（120）导入到气化区中，所述气化区产生含焦油合成气（在图上未示出）。将所述含焦油 合成气和含分子氧的气体（250）导入到第一反应区中。在第一反应区中产生进入热处理区 I的气体混合物（含焦油合成气与分子氧的混合物）（在图上未示出）。热处理过的气体混合 物离开热处理区I并进入热处理区。 0036 因此，焦油处理装置包括第一反应区和热处理区。使含焦油合成气进料穿过第一 反应区。第一反应区可以是小的管段或小容器，其可以具有任何横截面，包括但不限于圆形 或矩形横截面，其一端连接于热处理区。在一。

35、种情况下，第一反应区的横截面是圆形的。在 一种情况下，第一反应区被竖直放置。 0037 将含分子氧的气体导入到第一反应区中。一个或多个气体入口（喷嘴）可以连接于 第一反应区，用于导入含分子氧的气体。一个或多个所述喷嘴可以如图4（I）和4（II）中 所示被放置成垂直于第一反应区的轴。图4（I）示出了第一反应区的情况，其中用于分子 氧的气体入口与水平线成角度倾斜，并具有向下流动方向。图4（I）示出了第一反应区 的情况的侧视图，其中第一反应区是竖直的，并且用于分子氧的气体入口与水平线成角度 倾斜，并具有向下流动方向。图4（II）示出了第一反应区的情况，其中用于分子氧的气 体入口与水平线成角度倾斜，并。

36、具有向上流动方向。图4（II）示出了第一反应区的情 况的侧视图，其中第一反应区是竖直的，并且用于分子氧的气体入口与水平线成角度倾 斜，并具有向上流动方向。 0038 一个或多个所述喷嘴可以被放置成倾斜于所绘出的穿过第一反应区的表面与气 体入口的轴的交点的对角线，并且被放置成促进在混合区内形成漩涡。图4（III）和4（IV） 分别示出了第一反应区的情况的顶视图或横截面，其中所述第一反应区是竖直的，并且用 于分子氧的气体入口与所绘出的穿过横截面与气体入口的轴的交点的对角线成角度倾 斜。 0039 图5（I）和5（II）分别示出了第一反应区的情况的侧视图和顶视图，其中所述第 一反应区是竖直圆柱容器，。

37、并具有与其连接的用于导入分子氧的8个气体入口喷嘴。每个 喷嘴被安装成与水平方向成角度，具有向上的气体流动方向。每个喷嘴被安装成与所绘 出的穿过喷嘴与第一反应区的交点的横截面的对角线成角度。 0040 在各种情况下，第一反应区可以被放置成与竖直方向成一定角度。图6（I）和6 （II）分别示出了第一反应区的情况的侧视图，其中所述第一反应区与竖直线成角度倾 斜。 0041 热处理区是具有任何横截面的容器，所述横截面包括但不限于圆形、正方形、矩形 等。在一种情况下，热处理区被放置成基本上竖直。在一种情况下，热处理区被放置成基本 说 明 书CN 103958649 A 6/8页 10 上水平。在一种情况。

38、下，热处理区被放置成与水平方向成一定角度。在一种情况下，热处理 区包含多个区段或子区。在一种情况下，热处理区包含两个区段或子区：热处理区I和热处 理区II。在一种情况下，热处理区I是水平的。在一种情况下，热处理区I是竖直的。在一 种情况下，热处理区II是水平的。在一种情况下，热处理区II是竖直的。在一种情况下， 热转移区I被放置成与水平方向成一定角度。在一种情况下，热转移区II被放置成与水平 方向成一定角度。在一种情况下，热转移区I被放置成与竖直方向成一定角度。在一种情 况下，热转移区II被放置成与竖直方向成一定角度。 0042 在一种情况下，含焦油合成气在热处理区中经受热处理，以便通过裂化和。

39、部分氧 化中的一种或多种实现焦油的破坏，其中在导入热处理区之前，将所述含焦油合成气与含 分子氧的气体混合。混合在第一反应区中完成，通过所述第一反应区将含焦油合成气导入 到所述热处理区中。热处理区中热处理的有效性可以取决于混合的有效性。可以通过获得 进入热处理区的气体混合物（含焦油合成气-氧气混合物）的指定的最低线速度，来提高热 处理的有效性。可以通过改变气体混合物在进入热处理区时的流动方向，来提高热处理的 有效性。可以通过在它进入热处理区时撞击在表面上，来提高热处理的有效性。可以通过 撞击在表面上而改变进入热处理区的气体混合物的流动方向，来提高热处理的有效性。在 一种情况下，可以通过使来自于第。

40、一反应区的气体混合物撞击在热处理区的表面上，来提 高热处理的有效性。 0043 在一种情况下，在第一反应区的出口处气体混合物的线速度为至少5米/秒。在一 种情况下，气体混合物的线速度为至少10米/秒。在一种情况下，气体混合物的线速度为至 少15米/秒。在一种情况下，气体混合物的线速度为至少20米/秒。在一种情况下，气体 混合物的线速度为至少25米/秒。在一种情况下，气体混合物的线速度为至少50米/秒。 热处理区的高度可以在约1米至约15米的范围内。在另一种情况下，线速度与热处理区的 高度之比为约0.3:12.5至约2.0:2.5。在各种不同情况下，线速度与热处理区的高度之比 可以选自0.3:1。

41、2.5、0.4:10.0、0.5:7.5、0.6:6.25、0.8:5.0、1.0:4.0、1.25:3.75、1.5:3.3、 1.7:3.0和2.0:2.5。在第一反应区的出口处测量线速度。如果热处理区是正方形或矩形 的，那么高度是内部高度。如果热处理区是圆形的，那么高度是内部直径。在另一种情况下， 来自于第一反应区的气体混合物在小于约2秒的时间内撞击在表面上，在另一种情况下小 于约1秒，在另一种情况下小于约0.5秒，在另一种情况下小于约0.1秒。 0044 能够影响混合和热处理性能的因素包括但不限于由第一反应区提供的混合长度 （例如第一反应区的高度）、第一反应区的形状和横截面积、含分子氧。

42、的气体与含焦油合成 气的比率、氧气入口下游的第一反应区的长度与直径的比率。用于导入含分子氧的气体的 气体入口（喷嘴）的数目和取向能够影响混合。也可以通过在第一反应区内插入混合装置 例如挡板或静态混合器，来改善混合。通过提高气体穿过第一反应区或热处理区的流速，可 以改善混合和热处理性能。例如，在一种情况下，可以通过将一部分离开热处理区的合成气 （热合成气）再循环，来改善热处理性能。在另一种情况下，可以通过将来自于超过一个来源 的含焦油原始合成气进料通过一个第一反应区和一个热处理区，来改善热处理性能。在一 种情况下，可以通过将来自于超过一个气化器的含焦油原始合成气进料通过一个第一反应 区和一个热处。

43、理区，来改善热处理性能。 0045 为了实现焦油的部分氧化和裂化中的一种或多种，将热处理区维持在约900至 说 明 书CN 103958649 A 10 7/8页 11 约2000之间的温度下。在一种情况下，温度在约1000和约1700之间。在一种情况 下，温度在约1100和约1500之间。在一种情况下，温度在约1200和约1250之间。 0046 为了有效地实现焦油的部分氧化和裂化中的一种或多种，在热处理区中的接触时 间为约0.5秒至约5秒之间。在这些情况下，所述方法有效地将合成气的焦油含量降低至 少约10%。 0047 含分子氧的气体可以包括空气。含分子氧的气体可以包括富氧空气。含分子氧的。

44、 气体可以包括纯氧气。被添加在降焦油区中的分子氧的总量可以在以干重计每吨干燥的含 碳材料约0至约100磅-摩尔的范围内。 0048 本公开的气化区可以是现有技术中公开的任何气化设备，例如但不限于移动床、 固定床、流化床、夹带流、逆流（“向上气流”）、顺流（“向下气流”）、逆流固定床、顺流固定床、 逆流移动床、顺流移动床横向气流、混合型、横流、横流移动床或其部分，或其组合。在一种 情况下，气化区是横流移动床单元。在一种情况下，气化区包含两个或更多个单元或区段或 炉膛，用于将所述含碳材料与含分子氧的气体并任选地与水蒸气和CO 2 中的一种或多种相 接触，以气化所述含碳材料并产生含焦油合成气。在各种。

45、不同情况下，气化区包含1、2、3、4、 5、6、7、8、9或10个单元或区段或炉膛。 0049 用于导入含分子氧的气体的气体入口可以连接于气化区或其中包含的一个或多 个区段或单元或炉膛。水蒸气或CO 2 也可以任选地通过一个或多个这些分子氧入口导入。 在一种情况下，含分子氧的气体、水蒸气和CO 2 中的一种或多种可以通过连接于气化区或连 接于其中包含的一个或多个炉膛或区段或单元的气体入口导入。在一种情况下，含分子氧 的气体、水蒸气和CO 2 中的一种或多种，在供应到连接于气化区或连接于其中包含的一个或 多个炉膛或区段或单元的气体入口之前进行预先混合。 0050 将含碳材料进料导入到气化区中。向。

46、气化区供应含分子氧的气体。因此，将含碳 材料进料用分子氧处理，以便引发并促进含碳材料的化学转化。将含碳材料进料在气化区 中气化，以产生含焦油合成气。控制供应到气化装置中的氧气，以便优先促进从含碳材料形 成一氧化碳。供应低于化学计算量的氧气，以便促进产生一氧化碳。从气化区移除含焦油 合成气的料流。 0051 在气化区中获得足够高的温度以促进含碳材料的气化。然而，温度被维持得足够 低，使得含碳材料进料中包含的不含碳矿物质在气化区内不熔化。换句话说，在气化区的任 何部分中的温度不可以超过包含所述不含碳矿物质的灰的熔点温度。通常，在气化区以及 焚烧区中维持不超过800的温度。在一种情况下，将气化区中的。

47、温度维持在250-800 范围内。因此，包含所述不含碳矿物质的固体灰在气化区中积累，并将固体灰料流从气化区 去除。在各种不同情况下，气化区中的温度可以在250-800范围内，在450-800范 围内，在650-800范围内。 0052 为了供应分子氧，所述含分子氧的气体可以包含空气。为了供应分子氧，所述含分 子氧的气体可以包含富集的空气。为了供应分子氧，所述含分子氧的气体可以包含纯氧气。 0053 通过所述含分子氧的气体导入到气化区中的分子氧的总量可以在以干重计每吨 含碳材料约0至约50磅-摩尔的范围内。导入到气化区中的水蒸气的总量可以在以干重 计每吨含碳材料进料约0至约100磅-摩尔的范围内。

48、，并且在另一种情况下，为以干重计每 吨含碳材料进料约0至约50磅-摩尔。导入到气化区中的二氧化碳气体的总量可以在以 说 明 书CN 103958649 A 11 8/8页 12 干重计每吨含碳材料进料约0至约50磅-摩尔的范围内。在一种情况下，将水蒸气和二氧 化碳气体两者导入到气化区中。在一种情况下，将水蒸气和二氧化碳气体中的一种或多种 注射到供应氧气的一个或多个管线中，以在紧靠分配喷嘴之前在氧气管线中掺混。 0054 进料到气化区的含碳材料可以包含选自下列的材料：含碳材料，含碳液体产物，含 碳工业液体再循环物，含碳市政固体废物（MSW或msw），含碳城市废物，含碳农业材料，含碳 林业材料，含。

49、碳木材废物，含碳建筑材料，含碳植物材料，含碳工业废物，含碳发酵废物，含 碳石化副产物，含碳醇生产副产物，含碳煤，轮胎，塑料，废塑料，焦炉焦油，软纤维，木质素， 黑液，聚合物，废聚合物，聚对苯二甲酸乙二酯（PETA），聚苯乙烯（PS），污水污泥，动物粪 便，作物残留物，能源作物，林业加工残留物，木材加工残留物，家畜粪便，家禽粪便，食品加 工残留物，发酵过程废物，乙醇副产物，酒糟，废微生物或其组合。 0055 在本公开的一种情况下，进料到气化区的含碳材料包含多种选自以下的含碳材 料：含碳材料、含碳液体产物、含碳工业液体再循环物、含碳市政固体废物（MSW或msw）、含 碳城市废物、含碳农业材料、含碳林业材料、含碳木材废物、含碳建筑材料、含碳植物材料、 含碳工业废物、含碳发酵废物、含碳石化副产物、含碳醇生产副产物、含碳煤、轮胎、塑料、废 塑料、焦炉焦油、软纤维、木质素、黑液、聚合物、废聚合物、聚对苯二甲酸乙二酯（PETA）、聚 苯乙烯（PS）、污水污泥、动物粪便、作物残留物、能源。