發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種由含碳原料生產(chǎn)烴混合物的方法，以及一種用于氣化含碳原料的集成反應(yīng)器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、從全球發(fā)展來看，由非化石含碳原料生產(chǎn)烴，特別是用于聚合物合成的如乙烯和丙烯單體，正變得越來越重要。與此同時(shí)，人們迫切需要減少產(chǎn)生的廢物總量。在這方面，關(guān)于塑料廢料以及其他潛在有價(jià)值的含碳原料來源的化學(xué)回收的研究活動(dòng)在持續(xù)增加。
2、然而，目前塑料廢料的化學(xué)回收，特別是在處理低質(zhì)量的廢物流時(shí)，預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳。預(yù)計(jì)從產(chǎn)物流中直接分離合成氣(氫氣+一氧化碳)和二氧化碳將為通過合成反應(yīng)(例如甲醇合成)生產(chǎn)化學(xué)品提供碳源。然而，加工低質(zhì)量的原料會(huì)導(dǎo)致氫氣不足。合成反應(yīng)要求(h2–co2)/(co+co2)＝2。這個(gè)比值被稱為r比。為了達(dá)到r比＝2，氫氣的補(bǔ)充必須來自可再生能源，以避免向大氣排放碳。
3、在流化床反應(yīng)器系統(tǒng)中對含碳原料(如塑料廢料)進(jìn)行間接氣化被認(rèn)為是一種很有前景的技術(shù)。
4、mandviwala等人于2022年6月14日在線發(fā)表的《生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與生物煉制(biomassconversion?and?biorefinery)》(https://doi.org/10.1007/s13399-022-02925-z)概述了將生物原料(特別是菜籽油)進(jìn)行熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為化學(xué)工業(yè)的基本組成部分，以此作為引入無化石原料的手段。
5、ep3950889a1提到了在催化裂化中，將塑料廢物與烴原料相結(jié)合的方案。然而，該方法的催化性能意味著對原料有嚴(yán)格的規(guī)格要求。
6、部分氧化氣化方法能夠處理質(zhì)量較低的原料，但該工藝主要設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)合成氣，而合成氣需要進(jìn)一步處理并消耗能量才能轉(zhuǎn)化為烴，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
7、hofbauer等人在《燃料(fuel)》107(2013)787–799研究了在雙流化床氣化中試工廠(dfb)中的塑料材料的蒸汽氣化。
8、這些方法依靠蒸汽(水蒸氣)作為流化氣體。
9、另一方面，除了作為能源載體外，作為原料的氫的生產(chǎn)預(yù)計(jì)將在未來幾年內(nèi)增加。電解水是生產(chǎn)可再生氫最常見的方法。然而，為了利用電解產(chǎn)生的氫進(jìn)行合成反應(yīng)，必須將電解槽出口處產(chǎn)物流中的水蒸氣冷凝出來。顯然，這降低了電解方法的整體能源效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供了一種由含碳原料(特別是由含碳廢物流)生產(chǎn)烴混合物的方法，該方法克服了由于氫氣不足而導(dǎo)致產(chǎn)生過量合成氣的問題。
2、此外，本發(fā)明的目的是通過提供用于氣化含碳原料的集成反應(yīng)器系統(tǒng)來克服當(dāng)前化學(xué)回收方法和電解水的缺點(diǎn)。
3、發(fā)明概要
4、現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，上述目標(biāo)可以通過由含碳原料生產(chǎn)烴混合物的方法來和提供用于氣化含碳原料的集成反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟：a)通過至少一個(gè)氣體入口向流化床反應(yīng)器的底部提供包含氫氣、氧氣和蒸汽混合物的氣體流；b)允許所述氣體流中包含的至少部分氧氣和氫氣在所述流化床反應(yīng)器的底部發(fā)生反應(yīng)，以產(chǎn)生過熱的蒸汽流；c)使所述過熱的蒸汽流與固體床料接觸，從而將熱量從所述過熱的蒸汽流傳遞到所述床料，以獲得包含蒸汽的氣體流和加熱的床料；d)將含碳原料供料至所述流化床反應(yīng)器；e)將所述含碳原料與包含蒸汽的所述氣體流接觸，從而形成氣態(tài)烴的混合物和冷凝烴的混合物，f1)從所述流化床反應(yīng)器中排出包含所述氣態(tài)烴混合物的氣態(tài)產(chǎn)物混合物；所述用于氣化含碳原料的集成反應(yīng)器系統(tǒng)包括電解槽和至少一個(gè)流化床反應(yīng)器，其中所述電解槽包括至少一個(gè)第一氣體出口，并且所述電解槽的所述第一氣體出口與所述至少一個(gè)流化床反應(yīng)器的至少一個(gè)氣體入口流體連接。
1.由含碳原料生產(chǎn)烴混合物的方法，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟a)包括向所述流化床反應(yīng)器的所述底部提供包含氫氣和蒸汽的第一氣體流和包含氧氣和蒸汽的第二氣體流的混合物。
3.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，包含氫氣、氧氣和蒸汽的混合物的所述氣體流或所述第一氣體流和/或所述第二氣體流至少部分地、優(yōu)選地全部在電解槽中產(chǎn)生，并通過所述電解槽的至少一個(gè)出口與所述流化床反應(yīng)器的至少一個(gè)氣體入口之間的至少一個(gè)流體連接直接轉(zhuǎn)移到所述流化床反應(yīng)器的所述底部。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟a)還包括預(yù)熱所述氣體流，該氣體流包含氫氣、氧氣和蒸汽的混合物。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，步驟a)中提供的所述氣體流包含過量的氫氣。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括步驟f2)，將至少一部分固體床料和至少一部分在步驟e)中產(chǎn)生的所述烴混合物轉(zhuǎn)移到與所述第一流化床反應(yīng)器流體連接的第二流化床反應(yīng)器。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述步驟f2)在所述步驟g)之前進(jìn)行，并且所述步驟g)在所述第二流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，包含蒸汽和在步驟g)中用作氧化劑的氧氣的氣體流至少部分地在電解槽中產(chǎn)生。
10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括以下步驟：
11.一種用于氣化含碳原料的集成反應(yīng)器系統(tǒng)，包括電解槽和至少一個(gè)流化床反應(yīng)器，其中所述電解槽包括至少一個(gè)第一氣體出口，并且其中所述電解槽的所述第一氣體出口與所述至少一個(gè)流化床反應(yīng)器的至少一個(gè)氣體入口流體連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的集成反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述電解槽還包括第二氣體出口，其中所述第二氣體出口與所述至少一個(gè)流化床反應(yīng)器的至少一個(gè)氣體入口流體連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11至12中任一項(xiàng)所述的集成反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述集成反應(yīng)器系統(tǒng)包括雙流化床反應(yīng)器組件，該組件包括流化床氣化爐和流化床燃燒器；其中，所述電解槽的所述第一氣體出口與所述流化床氣化爐的至少一個(gè)氣體入口流體連接和/或其中所述電解槽的所述第二氣體出口與所述流化床氣化爐的至少一個(gè)氣體入口流體連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述電解槽的所述第二氣體出口與所述流化床燃燒器的至少一個(gè)氣體入口流體連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求11到14中任一項(xiàng)所述的集成反應(yīng)器系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)氣體分析儀和至少一個(gè)控制單元，所述氣體分析儀與所述至少一個(gè)流化床反應(yīng)器的產(chǎn)品氣體出口流體連接，以及所述控制單元用于調(diào)節(jié)所述混合含碳原料的組成。