用于至少部分气化固体有机进料的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于至少部分气化固体有机进料的方法和装置
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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.: 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 页。
[0004] 用于至少部分气化固体有机进料的方法和装置从例如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。
[0005] 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°C至600°C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。
[0006] 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°C至2000°C，例如1400°C。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。
[0007] 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°C。这会导致二氧化碳部分转化为一氧化碳。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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】
[0011] 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。
[0012] 有益效果
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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 Neumilller 0· -A.(编者）：R6mpp'S Chemie-Lexikon。第 8 版 Stuttgart : Franckh' sche Verlagshandlung，1983.第 4137 页和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页。"焦炭"为在低温碳化后相应的剩余残留物。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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°C至 600°C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。
[0023] 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°C至2000°C。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。
[0024] 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 °C 至 1000°C。
[0025] 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。
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