用于至少部分氣化固體有機進料的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于至少部分氣化固體有機進料的方法和裝置
[0001] 本發(fā)明涉及用于至少部分氣化固體有機進料、特別是生物質的方法和裝置，其具 有低溫氣化器和高溫氣化器。 現(xiàn)有技術
[0002] 用于由固體有機進料形成合成氣體的方法（簡稱為氣化方法）是眾所周知的。有 利地，可以使用煤或生物質作為所述方法的進料。在生物質氣化方法的情況中，不僅僅使用 例如木材廢棄物和林業(yè)殘渣或所謂的木質燃料，還使用例如稻草或谷殼的農業(yè)廢棄物。
[0003] 通過使用下游處理步驟（稱為生物質制油（BTL)方法）氣化生物質來形成合成氣 體，就可以獲得例如合成生物燃料，其物理化學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。
[0004] 用于至少部分氣化固體有機進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，本申請在這種情況中涉及 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，例如生物質的進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行轉化，從而形成焦炭（在生物質的情況中稱為生物質焦炭）和 低溫碳化氣體。在本申請的內容中，這種轉化稱為"低溫碳化"。眾所周知的是，低溫碳化通 過亞化學計量氧氣供給來區(qū)分，并因此在相對低的溫度下進行不完全的燃燒。
[0006] 低溫碳化氣體隨后會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/或例如源自燃氣輪機或內燃機的含氧廢氣部分地氧 化。通過這種氧化釋放的熱量會使溫度提高至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、二氧化碳和蒸氣構成的。此時，合成氣體還可被稱 為原始（合成）氣體。
[0007] 在另一個階段中，例如在高溫氣化器中結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與源自低溫氣化器的焦炭接觸。所述焦炭可以被預先單獨地處理 (例如通過研磨和轉移），并隨后引入至淬火單元。焦炭和合成氣體之間的吸熱反應會將后 者冷卻至約900°C。這會導致二氧化碳部分轉化為一氧化碳。
[0008] 由此產(chǎn)生的富含一氧化碳的合成氣體隨后可被進一步調節(jié)。所述調節(jié)例如包含將 殘留的二氧化碳進一步冷卻、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?shù)蜏靥蓟瘹怏w的溫度下降的時候，所述焦油會冷凝，并最終使管線和容器阻塞。相應的裝 置因此需要易于維護。
[0010] 因此，需要改進相應裝置的操作，特別是避免過量的焦油沉積。

【發(fā)明內容】

[0011] 根據(jù)本發(fā)明，提供了包括獨立權要求特征的，用于至少部分氣化固體有機進料、特 別是生物質的方法和裝置，其具有低溫氣化器和高溫氣化器。優(yōu)選實施方式為從屬權利要 求和說明書下文的主旨。
[0012] 有益效果
[0013] 本發(fā)明是對用于至少部分氣化固體有機進料、例如生物質的已知方法的改進。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克服。所述源自合成氣體的 氣體混合物例如可以是經(jīng)調節(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，焦油分壓會被降低，作為 其結果，在低溫下的焦油冷凝會被可靠地防止。與之相應運行的裝置因此被較少地維護，因 為管線不會被焦油阻塞，或者幾乎不會被焦油阻塞。
[0016] 在本申請內容中，"焦油"被認為是指褐色至黑色的、粘稠的有機化合物的混合物， 其通過有機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 性質可以參見 Neumilller 0· -A.(編者）：R6mpp'S Chemie-Lexikon。第 8 版 Stuttgart : Franckh' sche Verlagshandlung，1983.第 4137 頁和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。"焦炭"為在低溫碳化后相應的剩余殘留物。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明方法的另一個優(yōu)點在于相應裝置的啟動、關停、局部負載和標準操作 的穩(wěn)定化，因為特別是所不期望的回流會被防止。這種穩(wěn)定化使與進程相關的波動一致化， 并由此允許更加穩(wěn)定地運行。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產(chǎn)生防止相應氣體回流的壓力降?？偟膩碚f，氣化器中的流動條件以 及管線在所有運行狀態(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。在相應裝置中所使用的高溫氣化器具有用于試運轉的啟動燃燒 器。在試運轉期間，它們在還原條件下運行。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，直至達到其點燃溫度。
[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 行，因為在負載變化時，流動條件保持為恒定的。
[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執(zhí)行。兩種替換方 式也可以是有利的。例如，一個子流可被供給至低溫氣化器中，而另一個子流可被供給至低 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，當預期更低的溫度差的時候，就可以使用更小部分的相應氣體混合物。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明方法的內容中，在低溫氣化器中的低溫碳化氣體通過在300°C至 600°C的低溫碳化由進料來獲得。相應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導致氣 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料獲得的焦炭來有利地提高冷氣的效率，由此進行冷 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 被調節(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。
[002