用于至少部分氣化固體有機(jī)進(jìn)料的方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】用于至少部分氣化固體有機(jī)進(jìn)料的方法和裝置
[0001] 本發(fā)明涉及用于至少部分氣化固體有機(jī)進(jìn)料、特別是生物質(zhì)的方法和裝置,其具 有低溫氣化器和高溫氣化器。 現(xiàn)有技術(shù)
[0002] 用于由固體有機(jī)進(jìn)料形成合成氣體的方法(簡(jiǎn)稱為氣化方法)是眾所周知的。有 利地,可以使用煤或生物質(zhì)作為所述方法的進(jìn)料。在生物質(zhì)氣化方法的情況中,不僅僅使用 例如木材廢棄物和林業(yè)殘?jiān)蛩^的木質(zhì)燃料,還使用例如稻草或谷殼的農(nóng)業(yè)廢棄物。
[0003] 通過使用下游處理步驟(稱為生物質(zhì)制油(BTL)方法)氣化生物質(zhì)來(lái)形成合成氣 體,就可以獲得例如合成生物燃料,其物理化學(xué)特性是與已知的天然氣制油(GTL)和煤制 油(CTL)燃料類似的。用于產(chǎn)生BTL燃料的裝置的例子公開于Kiener,C.和Bilas,I.: Synthetischer Biokraftstoff der zewiten Generation, ffeltweit erste kommerzielle BTL-Produktionsanlage[Second-Generation Synthetic Biofuel. First commercial BTL production plant worldwide],Energy 2.0, 2008 年 7 月,第 42-44 頁(yè)。
[0004] 用于至少部分氣化固體有機(jī)進(jìn)料的方法和裝置從例如EP 0 745 114 BK DE 41 39 512 Al和DE 42 09 549 Al中是已知的。如在下文所揭示的,本申請(qǐng)?jiān)谶@種情況中涉及 具有低溫氣化器和高溫氣化器的那些方法和裝置。與其它方法相比,所述方法和裝置特別 允許更低的進(jìn)料消耗,并具有更高的冷氣體效率。
[0005] 在低溫氣化器中,例如生物質(zhì)的進(jìn)料通過使用氣化裝置,在約300°C至600°C之間 的溫度下通過部分氣化進(jìn)行轉(zhuǎn)化,從而形成焦炭(在生物質(zhì)的情況中稱為生物質(zhì)焦炭)和 低溫碳化氣體。在本申請(qǐng)的內(nèi)容中,這種轉(zhuǎn)化稱為"低溫碳化"。眾所周知的是,低溫碳化通 過亞化學(xué)計(jì)量氧氣供給來(lái)區(qū)分,并因此在相對(duì)低的溫度下進(jìn)行不完全的燃燒。
[0006] 低溫碳化氣體隨后會(huì)被傳遞至高溫氣化器的燃燒室,并因此由包含氧氣的氣體, 例如或多或少的純氧氣,或者空氣和/或例如源自燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的含氧廢氣部分地氧 化。通過這種氧化釋放的熱量會(huì)使溫度提高至1200°C至2000°C,例如1400°C。在這樣的條 件下,在低溫碳化氣體中存在的芳香族化合物、焦油和含氧化合物被完全分解。結(jié)果,合成 氣體形成為基本上僅由一氧化碳、氫氣、二氧化碳和蒸氣構(gòu)成的。此時(shí),合成氣體還可被稱 為原始(合成)氣體。
[0007] 在另一個(gè)階段中,例如在高溫氣化器中結(jié)合的或者在其下游連接的淬火單元中, 由此形成的合成氣體會(huì)與源自低溫氣化器的焦炭接觸。所述焦炭可以被預(yù)先單獨(dú)地處理 (例如通過研磨和轉(zhuǎn)移),并隨后引入至淬火單元。焦炭和合成氣體之間的吸熱反應(yīng)會(huì)將后 者冷卻至約900°C。這會(huì)導(dǎo)致二氧化碳部分轉(zhuǎn)化為一氧化碳。
[0008] 由此產(chǎn)生的富含一氧化碳的合成氣體隨后可被進(jìn)一步調(diào)節(jié)。所述調(diào)節(jié)例如包含將 殘留的二氧化碳進(jìn)一步冷卻、脫塵、壓縮和/或分離。
[0009] 由低溫氣化器排出的低溫碳化氣體為焦油飽和的,或者基本上焦油飽和的。因此, 當(dāng)?shù)蜏靥蓟瘹怏w的溫度下降的時(shí)候,所述焦油會(huì)冷凝,并最終使管線和容器阻塞。相應(yīng)的裝 置因此需要易于維護(hù)。
[0010] 因此,需要改進(jìn)相應(yīng)裝置的操作,特別是避免過量的焦油沉積。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 根據(jù)本發(fā)明,提供了包括獨(dú)立權(quán)要求特征的,用于至少部分氣化固體有機(jī)進(jìn)料、特 別是生物質(zhì)的方法和裝置,其具有低溫氣化器和高溫氣化器。優(yōu)選實(shí)施方式為從屬權(quán)利要 求和說(shuō)明書下文的主旨。
[0012] 有益效果
[0013] 本發(fā)明是對(duì)用于至少部分氣化固體有機(jī)進(jìn)料、例如生物質(zhì)的已知方法的改進(jìn)。如 上所述的,包含焦油的低溫碳化氣體在低溫氣化器中,通過低溫碳化由進(jìn)料獲得。隨后在高 溫氣化器中,通過部分氧化以及隨后的部分還原,將低溫碳化氣體轉(zhuǎn)化為合成氣體。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在本文開端所描述的缺點(diǎn)可以通過使低溫碳化氣體與一部 分所獲得的合成氣體和/或一部分源自其的氣體混合物混合來(lái)克服。所述源自合成氣體的 氣體混合物例如可以是經(jīng)調(diào)節(jié)的合成氣體,例如經(jīng)脫塵、冷卻、壓縮和/或脫二氧化碳的合 成氣體。
[0015] 由于低溫碳化氣體與一部分合成氣體和/或一部分源自其的氣體混合物混合,即 焦油飽和的氣體混合物與基本上焦油飽和的氣體混合物的混合,焦油分壓會(huì)被降低,作為 其結(jié)果,在低溫下的焦油冷凝會(huì)被可靠地防止。與之相應(yīng)運(yùn)行的裝置因此被較少地維護(hù),因 為管線不會(huì)被焦油阻塞,或者幾乎不會(huì)被焦油阻塞。
[0016] 在本申請(qǐng)內(nèi)容中,"焦油"被認(rèn)為是指褐色至黑色的、粘稠的有機(jī)化合物的混合物, 其通過有機(jī)天然材料的破壞性熱處理(熱解)而形成,例如所描述的低溫碳化。焦油的其它 性質(zhì)可以參見 Neumilller 0· -A.(編者):R6mpp'S Chemie-Lexikon。第 8 版 Stuttgart : Franckh' sche Verlagshandlung,1983.第 4137 頁(yè)和Bliimer, G. -P.,Collin,G.和H6ke, H. :Tar and Pitch. In :Ullmann, s Encyclopedia of Industrial Chemistry.第 5 版 Weinheim :VCH,1988.第A26卷,第91-128頁(yè)。"焦炭"為在低溫碳化后相應(yīng)的剩余殘留物。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于相應(yīng)裝置的啟動(dòng)、關(guān)停、局部負(fù)載和標(biāo)準(zhǔn)操作 的穩(wěn)定化,因?yàn)樘貏e是所不期望的回流會(huì)被防止。這種穩(wěn)定化使與進(jìn)程相關(guān)的波動(dòng)一致化, 并由此允許更加穩(wěn)定地運(yùn)行。所述一部分合成氣體和/或一部分源自其的氣體混合物與低 溫碳化氣體的混合會(huì)產(chǎn)生防止相應(yīng)氣體回流的壓力降。總的來(lái)說(shuō),氣化器中的流動(dòng)條件以 及管線在所有運(yùn)行狀態(tài)下的流入和流出都是穩(wěn)定的。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明所提出的將合成氣體循環(huán)至低溫氣化器還允許低溫氣化器和高溫氣 化器在還原條件下啟動(dòng)。在相應(yīng)裝置中所使用的高溫氣化器具有用于試運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動(dòng)燃燒 器。在試運(yùn)轉(zhuǎn)期間,它們?cè)谶€原條件下運(yùn)行。所獲得的合成氣體通過再循環(huán)而循環(huán)至低溫 氣化器,并用于加熱低溫氣化器,直至達(dá)到其點(diǎn)燃溫度。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提出的方法還顯著地使在這種情況中所使用的燃燒器更加穩(wěn)定地運(yùn) 行,因?yàn)樵谪?fù)載變化時(shí),流動(dòng)條件保持為恒定的。
[0020] 低溫碳化氣體與一部分合成氣體和/或一部分源自其的氣體混合物的混合可以 通過將所述一部分合成氣體和/或一部分源自其的氣體混合物供給至低溫氣化器中和/或 通過將其供給至低溫氣化器的下游,即低溫氣化器和高溫氣化器之間來(lái)執(zhí)行。兩種替換方 式也可以是有利的。例如,一個(gè)子流可被供給至低溫氣化器中,而另一個(gè)子流可被供給至低 溫氣化器和高溫氣化器之間的管線中。
[0021] 具體而言,如上所述,通過根據(jù)本發(fā)明的方法,低溫碳化氣體中的焦油分壓可被降 低。因此,有利地,所述用于與低溫碳化氣體混合的一部分合成氣體和/或一部分源自其的 氣體混合物可以至少基于焦油含量和/或低溫碳化氣體的溫度差來(lái)確定。例如,在低焦油 含量的低溫碳化氣體的情況中,可以使用更小部分的合成氣體和/或源自其的氣體混合物 的氣體。而且,當(dāng)預(yù)期更低的溫度差的時(shí)候,就可以使用更小部分的相應(yīng)氣體混合物。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明方法的內(nèi)容中,在低溫氣化器中的低溫碳化氣體通過在300°C至 600°C的低溫碳化由進(jìn)料來(lái)獲得。相應(yīng)獲得的低溫碳化氣體通常為焦油飽和的,在這樣的方 式中,與一部分合成氣體和/或一部分源自其的氣體混合物的混合就是特別有利的。
[0023] 在高溫氣化器中,通過含氧氣體的方式,所述低溫碳化氣體的部分氧化會(huì)導(dǎo)致氣 體被加熱至約1400°C至2000°C。如上所述,所述含氧氣體可以是或多或少的純氧氣,空氣 和/或已知過程的含氧廢氣。
[0024] 通過供給由低溫氣化器的進(jìn)料獲得的焦炭來(lái)有利地提高冷氣的效率,由此進(jìn)行冷 卻至 800 °C 至 1000°C。
[0025] 同樣如所描述的,在獲得源自合成氣體的氣體混合物的各種情況中,合成氣體會(huì) 被調(diào)節(jié),即例如冷卻、脫塵、壓縮和/或脫二氧化碳,以這樣的方式其適用于后續(xù)的合成,例 如 Fischer-Tropsch 過程。
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