[发明专利]使碳基原料热化学转化为主要含有H2和CO的合成气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使碳基(碳质)原料热化学转化为合成气体的新方法，所述合成气体主要含有氢气(H₂)和一氧化碳(CO)，该方法用来生产液体燃料(费托“FT”柴油、二甲醚“DME”、甲醇)或气体燃料(合成天然气(SNG))，或其它合成化学品例如甲醇。

本发明主要期望地应用是对于碳基原料是生物质的应用。

背景技术

术语“碳基原料”指由含碳化合物构成的任何可燃材料。

因此碳基原料可以是生物质，换句话说，碳基原料可以是含碳的植物来源的任何非均质材料，如木质纤维素生物质、森林废物或农业(稻草)废物，该含碳植物来源的任何非均质材料可以是准干燥的或浸透水的，如家居废物。

碳基原料也可以是矿物燃料，如煤。

碳基原料也可以是含碳的工业来源的可燃废物，如塑料材料或轮胎。

碳基原料也可以是生物质和矿物燃料的组合。

目前正在研究或处于工业试验规模的方法必需包括利用蒸汽使生物质气化以获得主要含有一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的合成气体的步骤，该方法使得可能通过根据公知为被称为“费托方法”的方法进行化学合成，以经过热化学途径将生物质转变成液体燃料。然后，费托方法使得可能根据以下反应式从CO和H₂起始以获得类似于柴油的-CH₂-链：

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_2n+2+nH₂O。

在压力下操作的流化床型或气流床型的化学反应器(气化反应器)中，从正常储存在大气压力下的具有不同特性和粒径的生物质出发来连续地进行气化的实际步骤。

流化床型反应器在800℃～1000℃之间的反应温度下由于导致生物质向CO和H₂合成气体的转化较低而伴随甲烷(CH₄)的产生从而导致效率较低。另一方面，流化床型反应器具有的优点是仅需要对生物质进行干燥和中等粒径的磨碎而无需其它特殊制备。干燥和磨碎仅导致整个方法的效率存在微小的损失。因此流化床反应器能够适用于生产合成天然气(SNG)。

对于气流床反应器来说，气流床反应器具有对于生物质向CO和H₂合成气体优良的转化效率，并且因此完全适用于由生物质来生产燃料和合成化学品。因此，目前气流床反应器在被称为术语BtL(生物质液化)的燃料领域中用作参照。但是，气流床反应器需要对生物质进行热预处理，以便能够使生物质磨碎以具有精细粒径且容易被注入，这样引入了质量或能量的损失，从而使该方法的效率降低。

目前已知方法的热的输入通常通过生物质自身(生物质原材料、气体、固体残渣、焦油等)的部分燃烧来实现。这些方法被称为“自热的”。因此在自热方法中，来源于生物质的碳的一部分并未转化成液体燃料。该方法的热的输入可以通过外部热源来实现，优选通过无需CO₂排放的核电来源的外部热源来实现。

这些方法被称为“异热的”，具有的优点是其质量效率高于自热方法的质量效率。

无论反应器的技术如何保持不变，如上所述，气化都具有的主要不足是其需要对生物质进行特定制备，如烘焙，这就导致能量消耗并且使得材料产率下降。

专利申请US2009/0235587公开了一种用于利用碳基原料的氧化期间产生的热来生产合成气体的方法。

另外，焚化家居废物以引起热和电的联合产生是众所周知的。而且，已经设想到进行家居废物的氧燃烧(参见[1])。

最后，已经完成了对具有不同变量的用于使生物质转变成液体燃料(生物燃料)的不同方法的技术经济评估，在[2]中给出了该评估。

本发明的目标是提供一种使碳基原料热化学转化为合成气体的新方法，所述合成气体主要含有氢气(H₂)和一氧化碳(CO)，本发明用来生产液体燃料或其它合成化学品，且该方法与目前已知的方法相比，具有更高的能量效率和/或质量效率。

具体的目标是提供一种使碳基原料热化学转化为合成气体的新方法，该方法使得能够实现比在出版物[2]中经经济评估的方法更高的能量效率和/或质量效率。

发明内容

为了达到上述目标，本发明的主题是一种使碳基(碳质)原料热化学转化为合成气体的方法，所述合成气体主要(大部分)含有氢气(H₂)和一氧化碳(CO)，该方法包括以下步骤：

a/使碳基原料进行氧燃烧以引起电和热的联合产生；