[发明专利]用于气化湿生物质的方法和反应装置

说明书

本发明涉及一种用于气化湿生物质的方法。本发明还涉及用于气化湿生物质的反应装置。

湿生物质(例如来自于发酵设施和畜粪的残留物)可大量使用，并且需要处置。它包含有机材料，该材料可以在高温气化反应中转化成甲烷和富氢气体。甲烷和氢气都是有价值的燃料。在这种方式中，湿生物质原则上可以是环境友好的和可持续能源，其不会导致大气中温室气体的累积。

除了有机材料外，湿生物质还包含矿物和其他无机材料，例如沙子和水。水可以大量存在。超临界水是许多有机材料的良溶剂，并且是矿物和其他无机材料的不良溶剂。因此，已经建议在水作为超临界水存在于反应混合物中的条件下进行湿生物质的气化。这些条件包括温度高于水的临界温度，即373.946℃，和压力高于水的临界压力，即22.064MPa(220.64bar)。

在E Dinjus和A Kruse，“Hot compressed water-a suitable and sustainable solvent and reaction medium”(J.Phys.：Condens.Matter16(2004)，第1161-1169页)中，作者在标题“Gasification in supercritical water”下公开了一种气化湿生物质的方法，该方法包括在气化反应器中通过与作为加热流体的废气热交换来加热湿生物质。

能量有效运行是这种高温气化方法的一个重要特征。令人期望的是改进在超临界水存在下的气化的能量效率。

已经发现，在超临界水存在下的气化的能量效率，可以通过进一步加热从气化中抽出的流体气化产物，和通过与该进一步加热的流体气化产物热交换来加热湿生物质，从而得到改进。该流体气化产物可以使用来自于外部能源的能量来进一步加热。

本发明提供一种气化湿生物质的方法，该方法包括

-在22.1MPa-35MPa(绝对)的压力P_p，通过与第一加热流体热交换来将湿生物质从至多T₁的温度加热到至少T₂的温度，通过该加热获得流体气化产物，

-进一步加热该流体气化产物，和

-使用该进一步加热的流体气化产物作为该第一加热流体，通过该使用，将该进一步加热的流体气化产物在22.1MPa-35MPa(绝对)的压力P_s从至少T₃的温度冷却到至多T₄的温度，

其中T₁、T₂、T₃和T₄是单位为℃的温度，其可以使用以下数学式来计算

T₁=3.2×P_p+301.6，

T₂=3.8×P_p+292.4，

T₃=3.8×P_s+292.4，和

T₄=3.2×P_s+301.6，

其中P_p和P_s分别表示压力P_p和P_s，单位是MPa。

在一个优选的实施方案中，进一步加热该流体气化产物包括与第二加热流体热交换。

本发明还提供一种用于气化湿生物质的反应装置，该反应装置包括

-反应器，其包括反应管和加热装置，其中

-该反应管经配置来流体连接到湿生物质源上，该湿生物质源具有22.1MPa-35MPa(绝对)的压力P_p，和

-该加热装置经配置，通过与第一加热流体热交换来加热该反应管和该湿生物质(当存在于反应管中时)，以将该湿生物质从至多T₁的温度加热到至少T₂的温度，和

-加热器，该加热器流体连接到该反应管上和连接到该加热装置上，并且该加热器经配置来接收流体气化产物，以使用来自能源的能量进一步加热该流体气化产物，和将压力P_s为22.1MPa-35MPa(绝对)的该进一步加热的流体气化产物供给到该加热装置中，用作该第一加热流体，通过该使用，将该进一步加热的流体气化产物从至少T₃的温度冷却到至多T₄的温度，