[发明专利]由生物质制造低焦油合成气的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法及一种装置，用于通过含碳的能量载体，尤其是生物质制造合成气。所获得的、尽可能无焦油的合成气尤其适用于化学合成，特别用于制造氢气。

在此，生物质应理解为所有源于有机体的材料。合成气主要由氢气(H₂)，一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)构成。

背景技术

在日渐匮乏的化石能量载体背景下，将生物质转化为易于配送的气体是一种经济的选择。当最初形成的合成气随后转化为氢气，并且配送到最终用户时，借助于燃料电池甚至于还能够分散式发电。氢气的制造与使用需要非常纯的无氮合成气。这样的要求也适用于其他的化学合成。

对于通过生物质以热化学来制造合成气而言，基本上已知三种方法。

对于较小的功率范围，通常会发现不同变体的固定床气化反应器。固定床气化反应器需要生物质仍保有高的质量，并且本身却不适于制造高质量的合成气，该合成气用于再加工为氢气。

而撞击流气化反应器尤其适用于1GW以上的较高的功率，因为撞击流气化反应器的反应器尺寸相对较小。对于小型的设备而言，撞击流气化反应器鉴于高昂的成本显得不太经济实用。撞击流气化反应器大多数都要求干燥的生物质或原料，因为撞击流气化反应器在高温下要与纯氧进行工作。它的灰都玻璃状地熔融，而不能作为肥料应用。该方案鉴于昂贵及逐步短缺的肥料是有问题的。

流化床反应器的强度处于1MW到1GW的中等工业功率范围内。来自于流化床反应器的灰可以作为农业的矿物肥料使用。在利用流化床反应器的方法中需要区分出自热气化和变温气化。

在自热气化中，流化床反应器中的一部分生物质被燃烧用于抵消持续的吸热反应。自热气化要利用空气进行。纯氧有可能会导致流化层的局部过热。将空气作为流化气体的方法也不能简单地转换为氧气。而空气的使用将导致合成气被氮气和CO₂冲淡，这将会难以进行发电利用和再加工为氢气、甲烷、甲醇或液态燃料。

在变温气化中需要通过热量传递进行所需热量的耦合。这例如可以通过流化层中的加热棒进行，如DE 199 26 202 C1所描述的。在燃烧器和合成气反应器之间流通的热量载体也是已知的。通常沙子用作热量载体，其在第二反应器中通过一部分生物质的燃烧而被加热。这种带有热功率为8MW的气化反应器坐落于奥地利的Güsing。这种设备在“关于生物能源的乌克兰第一国际会议；2002年九月23-27日，乌克兰，基辅；演讲者M.bolhar-Nordenkampf等；标题为：“Scale-up of a 100KW_th pilot FICFB to 8MW_th FICFB-gasifier demonstration plant in Güsing(Austria)”。”有所介绍。水蒸汽被用作流化气体。但是水蒸汽的制备需要耗费额外的能源，这在大多数情况下都降低效率并增加了投入成本。

通常，生物质被直接馈送到合成气反应器中，其结果是富含焦油，因为生物质的粗大颗粒部分在数秒之后会到达流化层的上部，并且所形成的富含焦油的析出气体直接进入到合成气中。因此，任何时候都会需要用于去除焦油的复杂方法。由于在低于350℃时焦油才能存储在设备壁上，因此可感热量的回收会是非常有限的。当前，焦油处理问题在生物质气化时遇到很大的阻碍。

根据DE 601 20 957 T2已知一种方法，在该方法中生物质首先在热解反应器中被分解为热解焦炭和热解气体，以便于随后两者被引至用于生成合成气的一个反应器中。该方法适应于空气的使用，因此在合成气中具有较高的氮气成分。鉴于热解反应器的结构和工作方式，适当的粗颗粒的焦炭进入到合成气反应器中。这些粗颗粒的焦炭还没有完全干馏，并且会造成在合成气中较高的焦油成分。焦油及氮气含量通过简单的清除虽然能够满足内燃机的要求，但是却不能满足用于制造和使用氢气以及其他化学合成的处理。

发明内容

本发明的目的在于，进一步避免现有技术中的缺点，并且通过原有的措施提供低焦油且高价值的合成气。

根据本发明，提出一种用于通过生物质制造低焦油合成气的方法，其中

a)生物质在至少一个第一流化床反应器中至少分解为热解气体和热解焦炭组分，

b)在第一流化床反应器中产生的气体作为流化气体引至至少一个后续的流化床反应器中，

c)热解焦炭以细微的颗粒通过气体输送，并且引至后续的流化床反应器中。