[发明专利]整合了气体纯化的固体燃料的气化方法以及使用该方法的气化装置

说明书

技术领域

本发明涉及固体燃料的气化技术，更具体地说，涉及高效率且更清洁地使固体燃料气化的技术。

背景技术

为了获得足够的反应速度和向反应提供足够的热，通常，气化炉中的煤炭、生物质、各种废弃物等固体燃料的气化是在1123°K附近或更高的高温环境下进行。为了在气化炉内获得上述1123°K附近或更高的高温环境，必须使固体燃料本身一部分燃烧。

但是，使固体燃料本身燃烧，则有燃料的气化效率降低的问题，如果燃料的燃烧和气化在同一反应空间(即气化炉内)进行，则不可避免地会使生成的气化气体中混入大量的CO₂和N₂等惰性气体，气体产品的纯度和热量降低。

另一方面，在高温下生成的气化气体中CO或CO₂的含量较多，而H₂的含量较少，例如，为了生产GTL(Gas to Liguid)的合成工艺中必需的富H₂气体产品，必须使高温气化气体冷却，独立地进行CO变换反应或除去CO₂。

作为同时除去伴随着固体燃料的气化产生的CO₂，现有技术已知的方法是使用基于CaO的氧化物等化学药品，在气化炉中吸收气化气体中的CO₂，但是在1123°K以上的高温环境下，为了发生CO₂的吸收，从化学平衡关系考虑，必须将气化炉置于20个大气压或更高的高压环境中(参照专利文献1、2等)。

现实中，上述在高压下的气化技术由于成本限制等只能在数百MW的大型能源、燃料生产系统中利用，在各种其它的低容量系统、例如分散型氢燃料电池发电和合成系统中，人们要求通过低压、优选常压下的气化来生产富H₂的气体产品。

由此，为了在包括上述GTL的各种能源规模的能源、燃料生产系统中应用，或者为了构建下一代的高效率的发电系统，在低中温和低压下可高效率地气化的方法是不可缺少的。

即，如果可以实现低中温下的气化，则即使不燃烧固体燃料本身，例如可利用各种工业废热(例如燃汽轮机的排放气体的热等)作为气化的热源，有望实现气化的高效率。另外，即使不放置在高温环境下，例如在常压下、低中温下也可以通过CaO等氧化物化学药品良好地吸收气化气体中的CO₂。

另一方面，使固体燃料本身燃烧、使燃料气化的方法(通常的部分氧化物：不使用其它气化剂时；或者自热气化法：使用其它气化剂例如水蒸气或CO₂时)中，为了避免燃烧生成的CO₂以及由于供给燃烧用空气而提供的N₂等惰性气体混入到气化气体中，已知有如下方法：将固体燃料的气化在气化炉中进行，将气化后的碳在与气化炉分离的燃烧炉中燃烧，使热流动介质在气化炉和燃烧炉之间循环，由此使热量由燃烧炉输送给气化炉的循环型双塔式流化床气化方法(参照专利文献3、4等)。

上述将燃料气化和碳燃烧分开的气化方法中，为了进一步吸收气化气体中的CO₂、生产富H₂的气体产品，近年来欧洲开发出了一种被称为AER(Absorption Enhanced Reforming)的气化方法(参照非专利文献1)，该方法是向在燃烧炉和气化炉之间循环的热介质中添加CaO化学药品。该AER法中，使用循环流化床，在设置于降液管一侧的气化炉中，在873-973°K且常压的环境下进行生物质的气化，用CaO化学药品吸收CO₂，获得高H₂含量的气化气体，同时促进气化反应，将由此生成的CaCO₃在提升管燃烧炉中再生为CaO，与流动热介质一起再循环至气化炉中。

专利文献1：US4231760号公报

专利文献2：日本特开2004-59816号公报

专利文献3：US4568362号公报

专利文献4：AT405937B号公报

非专利文献1：http://www.aer-gas.de

发明内容

将燃烧(碳)和气化(燃料)分离的上述现有的气化方法是气化反应温度为1123°K以上的高温(专利文献3、4)，或973°K左右的低中温(AER)。