[发明专利]采用生物质制取合成气的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用含碳的载能体、特别采用生物质通过热化学方式制取合成气的方法和装置。

背景技术

由生物质制取的合成气是用于未来的太阳能氢能经济的初始产物，在太阳能氢能经济中，氢气通过管道运输到最终用户。通过氢气分散发电的高效率，在几乎所有的最终消费者一方都提供过剩的电力。在这样的热传递的能量经济中，电力和热量具有相同的价值。出于这方面原因，为了提供反应焓而采用电能对于合成气制取具有经济意义。因为在电力过剩的情况下，电流仅是受限地进行操作，所以必须使太阳能发电例如由风能通过将水电解成氢气和氧气转化而成。在此，氧气用于热化学的气化。为了控制物流，在来自农业和林业的生物质的供料方面，优选使设备参数在20和500MW之间。这些设备还应该在6至40bar的升高的压力条件下能够进行工作，因此可以使产生的气体直接输入到区域燃气网。

对于采用生物质通过热化学方式制取合成气来说，公知的有三种方法。

对于小功率范围来说，大多数采用不同类型的固定床气化器。固定床气化器取决于一贯高质量的生物质，而并不适用于高质量的合成气的制取，这样的高质量合成气适用于再处理成氢气。

气流床式气化器特别适用于1GW以上的高效率，这是因为气流床式气化器的反应器参数相对较小。对于较小的设备，气流床式气化器由于较高的器材消耗而不具有经济性。因为气流床式气化器在较高的温度条件下与氧气一起工作，所以气流床式气化器需要大量的干燥的生物质和中间制品。灰尘熔化成玻璃质的，而不能作为矿物质肥料使用。这样产生的问题是，使肥料越发趋于昂贵和稀缺。

流化床反应器在其平均工业效率范围为1MW至1GW的条件下而具有优势。在采用流化床反应器的方法中，分为自热气化和变温气化。在自热气化中，一部分生物质在流化床反应器中燃烧用于补充缺乏的吸热反应。在变温气化中，实现了经过热传递的必不可少的热量之间的连接。这一点例如可以在流化床中设置加热棒或通过环绕设置的载热体来实现。作为载热体多数采用沙石，使沙石在第二个反应器中通过一部分生物质的燃烧而进行加热。一种这样的热效率为8MW的气化器在奥地利的Güssing市有出售。有关这样的设备的介绍出自于1st International Ukrainian Conference on BIOMASS FORENERGY；September 23-27，2002 Kyiv，Ukraine von M.Bolhar-Nordenkampf et all.题目是：“Scale-up of a 100KW_th pilot FICFBto 8 MW_th FICFB-gasifier demonstration plant in Güssing(Austria)”。在文献DE 102004045772A1中公开了一种采用环绕设置的载热体的方法，该方法附加地采用了由CaO转化成CaCO₃过程中的热效应。流化床反应器在低于形成灰尘的烧结温度的条件下进行操作，由此使灰尘能够用作矿物质肥料。

作为旋涡气体和碳的氧化剂，在合成气反应器中设置流化床、氧气、空气和水蒸气。在变温气化中，一般情况下仅采用水蒸气。在自热气化中，通过空气进行操作。因为纯氧会导致流化床中的局部过热，所以将纯氧应用在含有水蒸气和空气的混合物中。空气的使用导致含有氮气和CO₂的合成气的稀释，因此很难用于进行发电和再处理成产物，这些产物例如为氢气、甲烷、甲醇或液体燃料。水蒸气的供给需要额外的能量消耗以及提高的投资成本。

根据现有技术，将生物质直接输入到合成气反应器的流化床中。在流化床中，先热解成初级焦油，同时在很短的时间内紧接着反应成合成气。这里，合成气中的焦油含量很高。焦油必须以耗费工本的方式来除掉。此外，设备中的焦油沉淀还经常导致整个设备的损坏。

由所有的气化方法可知，在流化床反应器中的气化的特征在于，灰尘没有熔化，因此可以在农业上用作肥料。然而，所得到的合成气具有较高的焦油含量。这一点在合成气的应用中是一个很大的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，避免在由生物质制取的合成气的生产过程中所论述的缺陷。

上述目的通过本发明的权利要求1的方法得以实现。本发明其它具有优势的技术方案在权利要求2至9中给出。上述目的还通过权利要求10至12的装置得以实现。这里，生物质可以理解为所有源于生物的物质。合成气主要由H₂、CO、CO₂和CH₄组成。