CN102639680B - 用于从生物质气化过程中得到的合成气去除焦油的方法和装置 - Google Patents

用于从生物质气化过程中得到的合成气去除焦油的方法和装置 Download PDF

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Abstract

生物质气化的方法和***。来自用于生物质气化的反应器的负载焦油的气体分别经受第一流体和第二流体的饱和处理及吸附处理。第一流体含有芳香烃，而第二流体含有线性烃。在芳香流体中接收到的焦油连同这些流体一起进入分离塔。基于蒸发温度实现分离并且较轻的馏分回到饱和分离器的流入物中。较重馏分或者排放或者送回生物质反应器。可以在饱和清洁器的排放和分离器之间提供中间缓冲容器。

Description

用于从生物质气化过程中得到的合成气去除焦油的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种根据前文的权利要求1的在反应器中进行生物质气化的方法。
背景技术
从专利权人的WO2008/010717A2中了解到这种方法并公开了方法和***，其中，气体离开生物质反应器经受油流。过量的油再循环并且过滤灰尘之后再用于与来自反应器的气体接触。额外的油从气体进入的分离装置的下游回收。
在专利权人的WO03/018723中公开了所谓的OLGA***，其中，特定的设计用于生物质气化。由气化产生的气体经受两步清洁处理以去除焦油。在第一步中将气体压缩到第一清洁流体油中。例如通过在气流中淋浴油能发生饱和。
在第二阶段在吸收塔中使用油吸收剩余的焦油。
使用后，负载(laden)焦油的油排放到分离器，其中，重馏分回到生物质气化器中，轻馏分进一步用作上述过程的油。
尽管理论上是很好的功能***，但是实际上它显示在开始阶段清洁非常有效，随后至少在第一清洁步骤，大部分气体没有被冷却且焦油的量没有减少而且必须在第二吸收步骤去除。然而，用于该目的的吸收器应该具有相对小的尺寸并且因此不能在更高温度下操作。这意味着第一清洁步骤的效率不如预期的那样。进一步，油的质量随时间变化，引起***内处理的问题，需要一些油回收的形式。更特别的，较轻组分和较重组分之间的分布向较重组分更多的方向变化，使得粘度显著更高以及焦油的去除效率较小。
发明内容
本发明的目的是克服这个缺点并提供其中更大量部分的焦油存在于气体中并且特别适合于通过生物质气化去除的第一清洁步骤。
根据本发明，这个目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。
出人意料地发现，在第一清洁步骤中如果使用芳香烃能够相当地增加清洁的效率。
此外，这些芳香烃在使用之后经受分离步骤。
在原始的OLGA概念中，作为清洁油使用的脂肪族烃具有线性分子链或为烯烃。
它呈现并且能够解释芳香族焦油组分在芳香族溶剂中的溶解性质比在脂肪族溶剂中的溶解性质好的多。
具体实施方式
根据本发明的优选实施方式，芳香烃的碳与焦油的芳香烃的碳一致。更特别的，这些烃含有重焦油和轻焦油两种。相对地轻焦油定义为含有达到三到四个环的多环芳烃(PAH)的焦油。
根据本发明，含有第一清洁流体和从中回收的焦油的第一混合物经受第一分离步骤。在这样的分离步骤中，基于在第一混合物中相关组分的蒸发温度实现分离。根据本发明，将由这样的分离产生的较轻馏分添加到来自气化反应器的气流中，并且较重的馏分被排放。部分这种排放的重馏分可以回到生物质反应器的入口，或者，因为这种馏分含有很多化学能，可以用于其他加热目的。
轻馏分例如含有乙苯、间/对二甲苯、邻二甲苯+苯乙烯、苯酚、邻甲酚、茚、间/对甲酚、萘(naphtalene)、喹啉、异喹啉(isoquinoline)、2-甲基萘(2-methyl-naphtalene)、1-甲基萘(1-methyl-naphtalene)、联苯(biphenyl)、乙烯基萘(ethenyl-naphtalene)、苊(acenaphthylene)、二氢苊(acenaphthene)、芴、菲(phenanthrene)、蒽、荧蒽和芘中的一种或多种，以及重馏分例如含有苯并(a)蒽、屈(chrysene)、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(e)芘、苯并(a)芘、苝、茚并(123-cd)苝、二苯并(ah)蒽、苯并(ghi)苝和晕苯中的一种或多种。
根据本发明进一步优选的实施方式，第一混合物没有直接经受第一分离步骤而是储存在中间缓冲器中。从这个中间缓冲器，部分第一混合物进入上述第一分离器。另外的部分经受第一清洁步骤。这意味着来自第一清洁步骤的第一混合物仅仅部分经受第一分离步骤。此外，可以加入对混合物粘度产生影响的物质到中间缓冲器中。更特别的，可以添加灰尘(炭(char)和灰)类似物质用于增加粘度。例如提到的从来自生物质反应器的气体中分离的灰尘。这些灰尘可以在第一清洁步骤之前的步骤或第一清洁步骤之后的步骤中从气体分离。如果在第一清洁步骤之前实现分离优选清洁基于重力例如在艾因(een)旋风分离器实现。如果分离在第一清洁步骤之后实现优选分离通过静电分离器实现。
第一清洁步骤之后基于吸收提供第二清洁步骤。
将注意到在这个过程中可以加入物质维持第一流体需要的清洁性质。此外，应该采取步骤以增加、维持或降低在相关位置的相关温度。
在第一清洁步骤的下游提供第二清洁步骤，第二清洁步骤可以通过使用具有更多线性分子链结构的油(脂肪族油)吸收来实现。相对较小的大量焦油可以在这种下游吸收***中有效去除。然而，它的前提是，在第一分离步骤大部分的焦油已经去除。
本发明也涉及生物质气化***，包括具有用于待气化的生物质的入口和用于产生的气体的出口的生物质气化器，所述出口与第一清洁装置连接，所述第一清洁装置包括与所述出口连接的入口以及用于第一清洁流体的入口、用于已清洁的气体的出口和用于由清洁产生的产品的出口，其中，所述第一清洁装置包括饱和装置，所述出口连接到用于从所述出口回收所述第一流体的第一分离装置，其中所述第一分离装置包括汽提塔(strippercolumn)，汽提塔的用于轻芳香馏分的出口连接到所述第一清洁装置的用于第一清洁流体的入口，以及用于重芳香馏分的出口连接到排放。
更特别的，缓冲容器设置成连接在第一清洁装置和第一分离装置之间，其中，这种缓冲容器连接到所述第一清洁装置的用于第一清洁流体的入口。本发明将进一步参见单图图解(schematically)所示的例子进行阐述。
在图1中示意性示出了根据本发明的***。生物质1的流通过生物质气化器3的入口40添加到提供的生物质气化器3。气化气体例如空气、氧气和/或蒸汽用2示意性表示，从入口43进入。除了生物质1，相对重的焦油34的流也可以通过入口40或者单独的入口42进入，取决于气化器的类型(例如单或双(duel)反应器气化器)。
在生物质气化器中，在600-1300℃的温度下发生气化。按亚化学计量(sub-stoichiometric)的量供应氧气。
离开气化器出口41的气体除了含有期望的组分(CO、H2、H2O、CH4)，还含有(碳)灰尘和焦油(较重烃)。
在第一步骤，通过基于重力的分离并且更特别的用旋风分离器5的分离去除灰尘来实现气体6的生产。由旋风分离器产生的灰尘气流用7表示，部分灰尘气流进料到缓冲容器13的入口53，如箭头37所示，同时，由旋风分离器产生的灰尘气流的另外的部分可以通过其他方式如38表示的排放。
清洁的气流6(部分灰尘)与来自产品22的较轻馏分混合。所得混合物(用29表示)进入饱和装置8。通过饱和装置的入口46以下流方向向以上流方向移动到出口47的气流喷雾第一清洁流体11。气流中的大部分焦油被这种方法捕捉并且通过出口49与第一流体一起排放并如箭头12所示进入缓冲容器13。除了第一清洁装置8的用于排放的入口，缓冲容器13包括如上所述用于来自旋风分离器5的灰尘颗粒的入口53。并且提供入口34，如箭头35所示，来自下游过滤器15的另外的灰尘从入口34进入到缓冲容器13。缓冲容器13具有两个出口，如箭头9所示，一个出口56用于供应第一清洁流体11到泵10并且随后进入第一分离装置8。另一出口57通过箭头22提供与分离塔(separatorcolumn)23的连接。气体24进入该分离塔23的下部。这种气体优选来自外部来源并且可以包括蒸汽、二氧化碳和/或氮气。也可能这种气体是最终产品气体的部分并且这种气体在图中用26表示。这些相对清洁的气体24进入塔23的下部并可能被预热。因为这些气体的流，基于蒸发温度实现分离。来自产品22的较轻馏分进入塔23的入口52通过出口50分离，这种流28与气流5混合产生流29。
例如在第一分离装置8的蒸发温度为280-320℃。然而，这取决于轻馏分在气流6中是可接受的。
混合物的较重部分(含有焦油和灰尘)以及第一清洁流体将不蒸发并通过出口51排放。排放的这个流30可以部分回到生物质气化器的下侧，如箭头32，泵33和箭头34所示。然而，也可能以其他方式排放这种重馏分如箭头31所示。当然取决于具体的情况，这些排放中的一种可能是(更)优选的。
除了仅仅含有烃的焦油，灰尘以及含有硫(sulphur)和氯化物的组分也可以从气流中去除。
如箭头35和37所示，通过添加固体组分例如灰尘可以改变容器13中混合物和产品30的粘度。这可能是令人期待的，并且来自旋风分离器5的灰尘进入容器13和如箭头38所示排放的比例和根据箭头35和36排放的量的比例一样决定离开容器13的混合物的粘度的增加。
如上文显示，在第一分离装置8的下游提供过滤器15。优选这个过滤器15为静电除尘器(electrostaticprecipitator)去除灰尘。在5和15两个灰尘去除步骤之后气体基本上没有灰尘并且这种气流17进入吸收器18的下部。(链烷基)油(脂肪族)流通过19指示进入这个吸收器的顶部。焦油和油一起通过20排放，同时不含焦油的清洁气体用21表示。部分不含焦油的清洁气体可以通过26循环并且用27表示的气体是最终产品气体。
实施例
在实施例中，气流6的温度高于气体的焦油露点，在大气条件下通常为200-400℃，稍微高于提高的压力。气体通过温度优选稍微高于气流6的水露点通常为50-90℃的油在塔8中进行部分液化(partiallycondensed)。容器13中的混合物同样地具有在初始油温度和初始气流温度之间的温度，因此在150-250℃之间。这个温度通常增加50-100℃以提供流50和流51的分离。不同阶段的收率强烈地取决于气流6的组成，由此也强烈地取决于应用的气化器和选择的气化器操作条件。因为气化器中没有使用基本的焦油措施如催化剂床层材料，在塔8中轻焦油和重焦油之间的切割将在20％和80％之间。在塔23中的切割强烈地取决于容器13中的混合物的期望粘度和产品51的期望粘度，尽管通常从顶部分离出30％合计70％(30tot70％)。
上述之后本领域技术人员将立即清楚如上描述的***取决于使用的目的，可以发生很多改变。更特别的取决于添加到气化器3的生物质的种类、***的期望产能值和允许的排放，可以对几个工艺流程进行调整并能够添加或省略一些装置。
这些修正在本领域技术人员的范围内和附随的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种在600-1300℃的温度下在反应器(3)中气化生物质并通过从所得气流中去除焦油从而净化来自所述反应器的合成气流的方法，该方法包括通过两个步骤去除所述焦油，
其中，在第一清洁步骤(8)中，在250-900℃下用含有芳香烃的第一烃基流体使来自反应器(3)的气体饱和，并且
在第一清洁步骤(8)之后的第二清洁步骤(18)中，用第二烃基流体从所述气体中吸收剩余的焦油，
其中，所述第一清洁步骤产生的焦油和第一烃基流体的混合物被供应到第一分离步骤(23)，与所述第二烃基流体分离，其特征在于，
在所述第一分离步骤(23)中，基于蒸发温度使所述混合物分离成轻馏分和重馏分，并且其中，将所述轻馏分加入到来自第一清洁步骤(8)的反应器(3)的气流中，并且其中重馏分被去除；
其中，所述第二烃基流体含有线性烃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一流体含有与待除去的焦油一致的芳香烃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轻馏分含有乙苯、间/对二甲苯、邻二甲苯+苯乙烯、苯酚、邻甲酚、茚、间/对甲酚、萘、喹啉、异喹啉、2-甲基萘、1-甲基萘、联苯、乙烯基萘、苊、二氢苊、芴、菲、蒽、荧蒽和芘中的一种或多种，以及其中所述重馏分含有苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]苝、二苯并[a,h]蒽、苯并[ghi]苝和晕苯中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述焦油和第一烃基流体的混合物在第一分离步骤(23)之前进入缓冲器(13)，来自所述缓冲器(13)的所述混合物的部分经受所述第一分离步骤(23)，以及来自所述缓冲器(13)的所述混合物的其他部分在所述第一清洁步骤(8)重复利用。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，来自反应器(3)的气体在所述第一清洁步骤(8)之前在旋风分离器(5)中清洁。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，气体在所述第一清洁步骤(8)和第二清洁步骤(18)之间通过静电过滤器(15)清洁。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，将从所述旋风分离器(5)或静电过滤器(15)产生的非气态馏分供应到所述缓冲器(13)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，来自缓冲器的流体的粘度通过调节非气态馏分的供应进行调整。
9.用于生物质气化的***(1)，该***(1)包括：
-生物质气化器(3)，所述生物质气化器(3)具有用于待气化的生物质的入口(40)和用于由气化器产生的气体的出口(41)，
-第一清洁装置(8)，所述第一清洁装置(8)包括与所述出口(41)连接的入口(45)、用于第一清洁流体的入口(46)、用于清洁的气体的出口(47)以及用于排放流体的出口(49)，其中，所述第一清洁装置(8)包括饱和装置，
-吸收器(18)，所述吸收器(18)与气体出口(47)连接，并且具有用于油的入口(19)和出口(20)以及用于清洁气体的出口(21)；
其特征在于，所述***还包括：
-缓冲容器(13)，所述缓冲容器(13)与出口(49)连接，所述缓冲容器具有用于粘度增加的物质的两个入口(34、53)并且具有用于第一清洁流体的两个出口(56、57)，出口(56)与入口(46)连接，以及
-分离塔(23)，所述分离塔(23)具有与出口(57)连接的入口(52)、用于气体(24)的入口、用于轻馏分的出口(50)以及用于重馏分的出口(51)，所述出口(50)连接到所述第一清洁装置(8)的入口(45)，所述出口(51)连接到排放(30)。
10.根据权利要求9所述的***，其中，所述***还包括在所述第一清洁装置(8)和所述吸收器(18)之间的静电过滤器(15)，所述静电过滤器(15)的排放(16)连接到所述缓冲容器(13)的供应(35)和入口(34)。
11.根据权利要求9或10所述的***，其中，所述***还包括重力分离器(5)，所述重力分离器(5)位于所述气化器(3)和所述第一清洁装置(8)之间，所述重力分离器的排放(7)连接到所述缓冲容器(13)的供应(37)和入口(53)。
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