CN105392868A - 用于至少部分气化固体有机进料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法(100)，用于至少部分气化固体有机进料(A)，其中，通过在低温气化器(1)中碳化，由进料(A)获得包含焦油的碳化气体(B)，并随后通过在高温气化器(2)中的部分氧化以及后续的部分还原将碳化气体(B)转化为合成气体(D)。所述碳化气体(B)与一部分合成气体(D)和/或一部分源自合成气体(D)的气体混合物(E)接触。本发明还提供了用于实施所述方法(100)的装置(10)。

Description

用于至少部分气化固体有机进料的方法和装置
本发明涉及用于至少部分气化固体有机进料、特别是生物质的方法和装置，其具有低温气化器和高温气化器。
现有技术
用于由固体有机进料形成合成气体的方法(简称为气化方法)是众所周知的。有利地，可以使用煤或生物质作为所述方法的进料。在生物质气化方法的情况中，不仅仅使用例如木材废弃物和林业残渣或所谓的木质燃料，还使用例如稻草或谷壳的农业废弃物。
通过使用下游处理步骤(称为生物质制油(BTL)方法)气化生物质来形成合成气体，就可以获得例如合成生物燃料，其物理化学特性是与已知的天然气制油(GTL)和煤制油(CTL)燃料类似的。用于产生BTL燃料的装置的例子公开于Kiener，C.和Bilas，I.：SynthetischerBiokraftstoffderzewitenGeneration.WeltweiterstekommerzielleBTL-Produktionsanlage[Second-GenerationSyntheticBiofuel.FirstcommercialBTLproductionplantworldwide]，Energy2.0，2008年7月，第42-44页。
用于至少部分气化固体有机进料的方法和装置从例如EP0745114B1、DE4139512A1和DE4209549A1中是已知的。如在下文所揭示的，本申请在这种情况中涉及具有低温气化器和高温气化器的那些方法和装置。与其它方法相比，所述方法和装置特别允许更低的进料消耗，并具有更高的冷气体效率。
在低温气化器中，例如生物质的进料通过使用气化装置，在约300℃至600℃之间的温度下通过部分气化进行转化，从而形成焦炭(在生物质的情况中称为生物质焦炭)和低温碳化气体。在本申请的内容中，这种转化称为“低温碳化”。众所周知的是，低温碳化通过亚化学计量氧气供给来区分，并因此在相对低的温度下进行不完全的燃烧。
低温碳化气体随后会被传递至高温气化器的燃烧室，并因此由包含氧气的气体，例如或多或少的纯氧气，或者空气和/或例如源自燃气轮机或内燃机的含氧废气部分地氧化。通过这种氧化释放的热量会使温度提高至1200℃至2000℃，例如1400℃。在这样的条件下，在低温碳化气体中存在的芳香族化合物、焦油和含氧化合物被完全分解。结果，合成气体形成为基本上仅由一氧化碳、氢气、二氧化碳和蒸气构成的。此时，合成气体还可被称为原始(合成)气体。
在另一个阶段中，例如在高温气化器中结合的或者在其下游连接的淬火单元中，由此形成的合成气体会与源自低温气化器的焦炭接触。所述焦炭可以被预先单独地处理(例如通过研磨和转移)，并随后引入至淬火单元。焦炭和合成气体之间的吸热反应会将后者冷却至约900℃。这会导致二氧化碳部分转化为一氧化碳。
由此产生的富含一氧化碳的合成气体随后可被进一步调节。所述调节例如包含将残留的二氧化碳进一步冷却、脱尘、压缩和/或分离。
由低温气化器排出的低温碳化气体为焦油饱和的，或者基本上焦油饱和的。因此，当低温碳化气体的温度下降的时候，所述焦油会冷凝，并最终使管线和容器阻塞。相应的装置因此需要易于维护。
因此，需要改进相应装置的操作，特别是避免过量的焦油沉积。
发明内容
根据本发明，提供了包括独立权要求特征的，用于至少部分气化固体有机进料、特别是生物质的方法和装置，其具有低温气化器和高温气化器。优选实施方式为从属权利要求和说明书下文的主旨。
有益效果
本发明是对用于至少部分气化固体有机进料、例如生物质的已知方法的改进。如上所述的，包含焦油的低温碳化气体在低温气化器中，通过低温碳化由进料获得。随后在高温气化器中，通过部分氧化以及随后的部分还原，将低温碳化气体转化为合成气体。
根据本发明，已经发现在本文开端所描述的缺点可以通过使低温碳化气体与一部分所获得的合成气体和/或一部分源自其的气体混合物混合来克服。所述源自合成气体的气体混合物例如可以是经调节的合成气体，例如经脱尘、冷却、压缩和/或脱二氧化碳的合成气体。
由于低温碳化气体与一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物混合，即焦油饱和的气体混合物与基本上焦油饱和的气体混合物的混合，焦油分压会被降低，作为其结果，在低温下的焦油冷凝会被可靠地防止。与之相应运行的装置因此被较少地维护，因为管线不会被焦油阻塞，或者几乎不会被焦油阻塞。
在本申请内容中，“焦油”被认为是指褐色至黑色的、粘稠的有机化合物的混合物，其通过有机天然材料的破坏性热处理(热解)而形成，例如所描述的低温碳化。焦油的其它性质可以参见NeumüllerO.-A.(编者)：Chemie-Lexikon。第8版Stuttgart：Franckh’scheVerlagshandlung，1983.第4137页和G.-P.，Collin，G.和H.：TarandPitch.In：Ullmann’sEncyclopediaofIndustrialChemistry.第5版Weinheim：VCH，1988.第A26卷，第91-128页。“焦炭”为在低温碳化后相应的剩余残留物。
根据本发明方法的另一个优点在于相应装置的启动、关停、局部负载和标准操作的稳定化，因为特别是所不期望的回流会被防止。这种稳定化使与进程相关的波动一致化，并由此允许更加稳定地运行。所述一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物与低温碳化气体的混合会产生防止相应气体回流的压力降。总的来说，气化器中的流动条件以及管线在所有运行状态下的流入和流出都是稳定的。
根据本发明所提出的将合成气体循环至低温气化器还允许低温气化器和高温气化器在还原条件下启动。在相应装置中所使用的高温气化器具有用于试运转的启动燃烧器。在试运转期间，它们在还原条件下运行。所获得的合成气体通过再循环而循环至低温气化器，并用于加热低温气化器，直至达到其点燃温度。
根据本发明提出的方法还显著地使在这种情况中所使用的燃烧器更加稳定地运行，因为在负载变化时，流动条件保持为恒定的。
低温碳化气体与一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物的混合可以通过将所述一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物供给至低温气化器中和/或通过将其供给至低温气化器的下游，即低温气化器和高温气化器之间来执行。两种替换方式也可以是有利的。例如，一个子流可被供给至低温气化器中，而另一个子流可被供给至低温气化器和高温气化器之间的管线中。
具体而言，如上所述，通过根据本发明的方法，低温碳化气体中的焦油分压可被降低。因此，有利地，所述用于与低温碳化气体混合的一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物可以至少基于焦油含量和/或低温碳化气体的温度差来确定。例如，在低焦油含量的低温碳化气体的情况中，可以使用更小部分的合成气体和/或源自其的气体混合物的气体。而且，当预期更低的温度差的时候，就可以使用更小部分的相应气体混合物。
在根据本发明方法的内容中，在低温气化器中的低温碳化气体通过在300℃至600℃的低温碳化由进料来获得。相应获得的低温碳化气体通常为焦油饱和的，在这样的方式中，与一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物的混合就是特别有利的。
在高温气化器中，通过含氧气体的方式，所述低温碳化气体的部分氧化会导致气体被加热至约1400℃至2000℃。如上所述，所述含氧气体可以是或多或少的纯氧气，空气和/或已知过程的含氧废气。
通过供给由低温气化器的进料获得的焦炭来有利地提高冷气的效率，由此进行冷却至800℃至1000℃。
同样如所描述的，在获得源自合成气体的气体混合物的各种情况中，合成气体会被调节，即例如冷却、脱尘、压缩和/或脱二氧化碳，以这样的方式其适用于后续的合成，例如Fischer-Tropsch过程。
有利地，至少在低温气化器和高温气化器之间建立压力降。这种压力降有助于避免例如由过程缺陷导致的回流。在多级气化方法的情况中，这样的过程缺陷使常规装置产生问题。对于这种目的，例如在低温气化器和高温气化器之间，或者在其他装置之间，压力降借助合适的具有高流速的管道部件和/或管线而产生。
同样根据本发明提供的装置经装备以执行如上所述的方法。其具有低温气化器和高温气化器，在所述低温气化器中，包含焦油的低温碳化气体可以通过低温碳化由固体有机进料获得，在所述高温气化器中，低温碳化气体可以通过部分氧化以及随后的部分还原来转化以形成合成气体。
所述装置另外包含装备用于使低温碳化气体与一部分合成气体和/或一部分源自其的气体混合物混合的设备。这样的设备例如可以具有管道***，所述***具有一个或多个回流管以及合适的开环和/或闭环控制设施。
在根据在上文和下文描述的优点的各个实施方式中，根据本发明的装置有益于以类似的方式由其明确地做出。
特别地，相应的装置也具有装备以至少在低温气化器和高温气化器之间建立压力降的设备。
本发明将参考附图进行进一步的解释，所述附图示出本发明优选的实施方式。
附图说明
图1示意性地示出装备以执行根据本发明方法的装置。
图2以流程图的方式示出根据本发明的方法。
发明实施方式
在图1中示出装备以执行根据本发明方法的装置，并总体标记为10。所述装置10包含低温气化器1和高温气化器2。
如上所述，例如生物质，像木材或相应废弃物的进料A可被供给至低温气化器1。通过管线11，例如可供给氧气。低温气化器1装备以用于固体有机进料A的低温碳化。出于这种目的，可例如使用高温气化器2的废热将低温气化器1外部加热至合适的温度，例如300℃至600℃。在这种情况中，在装置的启动阶段，还可使用高温气化器2的启动燃烧器。
通过管线12，低温碳化气体B可以由低温气化器1流出，并传递至高温气化器2内。所述高温气化器2由两个部分构成。其包含氧化单元21和淬火单元22。在氧化单元21中，低温碳化气体B通过所供给的含氧气体而部分氧化，结果，如所述的，获得例如1400℃至2000℃的温度。结果获得标记为C的合成气体。
通过氧化单元21和淬火单元22之间的流体连接，将所述合成气体C传递至淬火单元22。在淬火单元22中，例如源自低温气化器1的经研磨的焦炭会被引入(未示出)。由于在其中进行的吸热反应，气体温度在短时间内会冷却至约900℃，并且至少发生部分还原。
所获得的仍表示为合成气体的气体混合物D(现在富含一氧化碳)会被供给至冷却器3，并在其中冷却至例如600℃的温度。所述合成气体随后可在旋风器4中脱尘。在本申请的内容中，经脱尘的合成气体E现在称为“源自合成气体的气体混合物”，现在具有例如500℃的温度，并可在其它冷却器5和6中的一个中冷却。其随后例如可被供给至二氧化碳分离设备7。
在二氧化碳分离设备7的下游，在其中获得的气体混合物例如会在压缩器8中压缩。在所述压缩器8的出口，经压缩的气体混合物的子流可以通过管线13而分支。所述子流还可用于在冷却器5中冷却。这是温度控制的，通过相应的控制器TC示出。相应获得的气流可与其它气流结合，并通过管线14引入至低温气化器中。通过这种方式，低温碳化气体B与相应的气流混合，作为结果，如上所述的，焦油分压会被降低。
通过管线15和16，其它气流可由装置10导出。此外，为了确保足够的压力降并由此而避免回流，所述装置10具有包括制动器的压力控制器PC，其并未示出。
尽管在图1中示出的是供给至低温气化器1，但是还可以供给至例如低温气化器和高温气化器之间的管线12内。
在图2中，以流程图的方式示意性地示出根据本发明特别优选实施方式的方法，并总体标记为100。
在第一方法步骤101中，有机进料A在低温气化器(例如低温气化器1)中至少部分转化为低温碳化气体。
在高温气化器(例如高温气化器2中)，低温碳化气体B随后如所描述的会在方法步骤102中被氧化，并随后还原，由此转化为合成气体D。
如上所述的，另一个方法步骤103用于处理(调节)合成气体D。结果，如所述的，会获得经处理的气体混合物E，其可在另一个方法步骤104中由装置边界输出。
根据本发明特别优选的实施方式，在各种情况中可以提供一部分分离合成气体D和/或一部分由其制备的气体混合物E，并使用其与存在于方法步骤101中(即在低温气化)和/或低温气化和高温气化之间(即在步骤101和102之间)任一情况中的低温碳化气体B混合。每种情况通过箭头110、120、130和140来描述。

Claims (10)

1.一种用于至少部分气化固体有机进料(A)的方法(100)，其中通过低温碳化，在低温气化器(1)中由进料(A)获得包含焦油的低温碳化气体(B)，并且所述低温碳化气体(B)随后在高温气化器(2)中通过部分氧化以及随后的部分还原而被转化为合成气体(D)，其特征在于，所述低温碳化气体(B)至少偶尔地与一部分合成气体(D)和/或一部分源自合成气体(D)的气体混合物(E)混合。
2.如权利要求1所述的方法，其中在低温气化器(1)中和/或在低温气化器(1)和高温气化器(2)之间，所述低温碳化气体(B)与所述一部分合成气体(D)和/或一部分源自合成气体(D)的气体混合物(E)混合。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述与低温碳化气体(B)混合的一部分合成气体(D)和/或一部分源自合成气体(D)的气体混合物(E)至少基于焦油含量和/或所述低温碳化气体(B)的温度差来确定。
4.如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述低温气化器(1)中的低温碳化气体(B)由所述固体有机进料(A)通过在300℃至600℃下的低温碳化获得。
5.如前述权利要求任一项所述的方法，其中所述低温碳化气体(B)在高温气化器(2)中的部分氧化借助含氧气体加热至1400℃至2000℃来执行。
6.如前述权利要求任一项所述的方法，其中供给在低温气化器(1)中由进料(A)获得的焦炭(F)，并冷却至800至1000℃，由此实施在高温气化器(2)中的所述部分还原。
7.如前述权利要求任一项所述的方法，所述合成气体(D)被冷却、脱尘、压缩和/或脱除二氧化碳，在各种情况下获得源自该合成气体的气体混合物(E)。
8.如前述权利要求任一项所述的方法，其中至少在低温气化器(1)和高温气化器(2)之间建立压力降。
9.一种装备以用于执行如在前述权利要求任一项中所述的方法(100)的装置(10)，其具有低温气化器(1)和高温气化器(2)，在所述低温气化器(1)中，通过低温碳化由固体有机进料(A)获得包含焦油的低温碳化气体(B)，而在所述高温气化器(2)中，所述低温碳化气体(B)则通过部分氧化和随后的部分还原而发生转化以形成合成气体(D)，其中提供装备以使低温谈化气体(B)与一部分合成气体(D)和/或一部分源自合成气体(D)的气体混合物(E)混合的设备。
10.如权利要求9所述的装置(10)，其中提供用于建立所述至少在低温气化器(1)和高温气化器(2)之间的压力降的设备。
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