[发明专利]气化炉

说明书

本发明涉及以热化学方式将生物质(biomass)或含碳原料转化成可燃气 体的设备及相应的方法，其中生物质或含碳原料具体为木片，可燃气体具 体为贫气或合成气。

在干燥生物质之后，特别是除去生物质中可能存在的水分后，通过热 解将生物质分解成气体形式和挥发性的组分。优选在约200℃～700℃的热作 用下进行热解。为了防止生物质的燃烧，在相应的气氛下进行热解。优选 在基本排除空气或氧气的条件下进行热解。热化学分解的终产物具体为下 列气体：如CO、CO₂、H₂、CH₄、挥发性的油性成分、焦炭和/或水蒸气。

接着进行氧化或部分氧化。此时，通过引入气化剂(如空气、水蒸气、 二氧化碳和/或氧气)，将热解产物的全物流(Vollstrom)(优选为未分离的物料 流)中的部分，即直至本步骤前为固态和液态的成分至少部分地转化为气体 形式。该部分氧化过程发生在优选约800℃～2000℃、更优选约1000℃～1300 ℃的温度范围内，这种温度能分解或裂解一部分热解时形成的物质，如焦 油。

接着进行还原。具体而言，在还原步骤中，氧化产生的物质发生反应。 有利的是，因氧化反应而产生的初始高温会降低，特别是因为氧化还原反 应进行时的放热而使初始高温减低。

接着，对制备得到的气体进行相应的冷却，并在回收任何能量和纯化 以后，将其用于运行热机等。例如为了将所得气体供应至生物燃料的制备 或者例如为了将所得气体用于燃料电池，可以与上述步骤以结合和择一的 方式对制备得到的气体进行进一步地精炼提纯。

基于该领域第一次发展开发出的各种改进方案基本上都以利用生物质 为目标。下面对一些已知方法进行简单地讨论。

流化床气化方法(Wirbelschichtvergasung)(如记载在DE-A-4 413 923中 的方法)的特点是能够高效地转化大量原料等。但是，由于该方法基于快速 热解，所以在产物气体中形成了高浓度的焦油。因此需要进行复杂的气体 纯化，从而很难设计出自身能经济运形的大型设备。

由单级并流(Gleichstrom)或单级逆流(Gegenstrom)气化炉实施的固定床 气化方法(如记载于专利申请EP-A-1 203 802、DE-U-20 2004 011 213、 DE-A-100 307 78或WO9426849中的方法)主要以其简单的结构设计 (Bauweise)为特点。但是，固定床气化方法在可调节性、设备尺寸、气体纯 度以及选料灵活性等方面都受到很大限制。此外，即使 当燃料中灰分含量低时，例如由格栅(Gitterrost)构成的固定床支座自身也会 面临较高的成渣风险，

在单级逆流气化方法(如记载于专利申请WO-A-2005047436和DE-A-33 46 105中的方法)中额外地提及了得到了含有高含量缩聚残余物 的产物气体，与流化床气化方法中得到的产物气体含 量一样高。此外，将空气引入氧化区也是很难实现的，尤其是对于大型设 备而言。

多段式气化方法(Vergasungskonzepte)提供了使热化学转化的各个步骤 (即干燥、热解、氧化和还原步骤)在空间上彼此分离的可能性。此时，热解 单元的形式不是很重要，并且根据如DE-A-31 26 049中记载的已知方法进 行。

如在专利申请WO-A-0250214和JP-A-2003253274中所记载的，可以在 热解后将固体物流与气体物流分离。由此实现了从固体馏分中获得高纯度 合成气的可能性。其中，热解气馏分中具体包含气体形式的组分以及在热 解中产生的焦油或缩聚物馏分，它们占输入物料流的比例高达80％，但是 只能有效地利用其中的一部分。此外，需要另外的利用单元用于第二物料 流。在物料流分离后又合并(zusammenführen)物料流的方法同样也是已知 的，例如在专利申请WO-A-9921940、WO-A-0168789和WO-A-0006671中 记载的方法，但是在这些方法步骤中需要复杂的操控单元。这两种情况都 使核心步骤更为复杂，并基本上都使得成本更高。