[发明专利]用于从生物气生产合成气的方法和设备

说明书

本发明涉及用于从生物气生产合成气的一种方法以及用于进行该方 法的一种适当的设备。合成气能以本身已知的方式被催化转化为高级烃 类，尤其是用于内燃机的液体燃料。

生物气通过有机材料的厌氧(无氧)发酵形成，并且用作可再生能 源。产生的这些气体根据使用的原料被分为污泥气、掩埋气和生物气， 这些原料包括包含生物质、厩肥(例如淤浆和粪)的原料、以及可再生 的原料。

在本说明以及这些权利要求中使用的术语“生物气”将用于是指通 过发酵形成的所有气体。上述气体还包含二氧化碳和硫化氢连同少量剩 余的其他化学物质。

从DE 31 30 013 A1中已知一种液化生物气的方法，其中生物气的这 些未分离的组分，即甲烷、二氧化碳和水，通过一种催化剂以1∶1到1∶3 之间的一氧化碳/氢气比被吸热转化为合成气，其中如果需要，则加入水。 该合成气随后通过催化水合作用被转化为液体烃类。用于从生物气生产 甲醇的一种方法和装置描述于DE 198 27 154 C2中，其中生物气在一个 重整装置中在一种循环催化剂的存在下被热催化并且热中性地转化为合 成气，而没有加入蒸汽。在该方法中，生物气在一个两段重整过程中在 增加的压力和温度下被催化转化为合成气，其中CO₂通过物理洗涤从所 述合成气中去除。该洗涤液被释放出并且在出口处重新放出CO₂和H₂S 的脱附组分，这些组分与空气一起燃烧并且被释放到环境中。该纯的合 成气随后被催化转化为甲醇。该循环催化剂在一个下游燃烧阶段中通过 氧化在该重整装置中沉积的碳而再生。

对于沼气池的另一个替代性用途是已知的(DE 10 2005 031 224 A1)，其中对已经被萃取的甲烷进行处理以形成纯甲烷，并且在一个裂 解设备中转化为甲醇。在该公布中没有给出气体液化怎样进行的进一步 的细节。

就所要求的能量输入和设备而言，这些已知的方法是非常昂贵的， 因为与甲烷相比生物气包含大约2到2.5倍的CO₂。此外，在生物气中 的硫化氢对催化转化作用具有一种消极作用，并且降低了合成气的产率， 该产率进一步被存在的CO₂降低。硫化氢和有机硫化合物起催化剂毒物 的作用。

此外，硫化氢是极端腐蚀性的，这样用于生产合成气的设备必须满 足特殊的要求。

氢气在生物气成合成气的热催化以及热中性转化中损失，导致产生 的合成气的体积的减少。

本发明的目的是设计出用于从生物气生产合成气的一种方法，该方 法使用更有效的过程控制并且产生了更高的产率。此外，设计出了适合 进行该方法的一种设备。

以上目的按照本发明通过在权利要求1中所限定的特征解决。该方 法的有利的实施方案是权利要求2至16的主题。适合进行该方法的一种 设备是权利要求17的主题。在权利要求18至27中给出了该设备的有利 的设计变体。

在生物气被催化转化为合成气之前，硫化氢和二氧化碳在多个分离 的洗涤阶段中几乎完全从生物气中去除。

硫化氢通过加入氧气和/或包含氧气的一种氧化剂而生物去除，其中 该氧气或一种氧化剂被如此配量，以便在该纯化的生物气(甲烷)中有 过量至少按体积计1.0％的氧气。

有利地，该纯化的生物气不需要除湿。它随后被浓缩、加热、并且 与过热蒸汽混合。因此在该重整过程中通过在该生物气中的氧气与氢气 一种放热氧化而额外地产生热能量，以便在该催化床中快速引发用于甲 烷到成合成气的吸热转化的反应。就该方法的经济操作而言，该方法提 供了巨大优势，因为该重整过程通过该生物气的内在温升而引发，免除 了外部的能源供应的需要并且减少了所要求的催化剂的量。

早在该发酵罐阶段中就可以使用添加剂(例如铁盐)或者通过加入 纯氧气或包含氧气的一种氧化剂去除大约80到90％的在该生物气中包 含的硫化氢。基于具有700到1500ppm的硫含量的一种生物气的硫化氢 的剩余含量然后达到大约70到300ppm。这可以通过在一种下游生物脱 硫方法中进一步加入氧气而几乎完全被去除直到10到50ppm。

硫化氢还可以单独地在一种下游生物脱硫方法中去除。然而，在这 种情况下，必须送入包括所要求的过量氧气的这个所要求的氧气总量。

在该沼气池中产生的包含硫化氢的生物气还可以被临时贮藏，并且 加入所要求量的氧气。