[发明专利]具有集成的中等温度等离子体的气流床气化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在标准压力到10Mpa之间的压力下并且在800℃到1500℃之间的温度下将固态的或者液态的气化物质气化成合成气的方法和装置。

本发明此外还涉及一种在800℃到1500℃之间的温度下并且在环境压力到10Mpa（100巴）之间的压力下利用水蒸汽作为氧化剂并且在使用等离子体发生器的情况下将液态的或者固态的燃料、尤其生物质气化成高卡路里的合成气的方法和气流床气化器。

背景技术

由于世界上具有波动特征的可再生能源例如光电伏或风能的份额越来越大，所以对于国家能量供应系统提出了新的要求。只有当在需求量少的时候能有效地存储来自这些可持续性来源的能量，并且要么在能量需求超过能量供应时能够馈入到能量供应网络中，要么这样存储的能量以另一种方式帮助减少对化石一次能源的需求时，才能有意义地利用这些波动能源的装机功率。为此，迄今为止的方案都是借助电解从可再生能源中生成氢气，所述电解是用于这些应用的高动态的理想负载。氢气能够通过像甲烷一样的碳氢化合物构成的合成物得以利用，其方式为使电解生成的氢气（H₂）与碳载体例如二氧化碳（CO₂）发生反应。然而，例如来自地质来源或者来自沼气设备的价格低廉的CO₂仅有很少的量并且一般几乎无法在将电解定位为能阱的地方提供，也就是例如在近海风电场附近。而通过从发电厂废气或者甚至从环境空气中分离而获取的CO₂却十分昂贵，从而由此使得碳氢化合物合成物本身从长远来看不是一种经济的选择方案。

而在此所基于的出发点是，与迄今为止不同，不仅将生物质用作可再生的能量生成的来源，还通过生成富含热值的、可存储的制品，用于存储来自风力发电厂和太阳能发电厂的可再生的过剩电流。这个制品能够是来自费托合成的柴油、合成天然气、氢气以及甲烷和在进一步的合成步骤中从中生成的制品、例如二甲基乙醚（DME）或烯烃。与像甲烷或氢气这样富含热值的物质相反，生物质是一种低能量值的燃料，它在不进一步处理的情况下只能以非常低的效率用于加热目的或者用于发电。为了能够在利用生物质时达到更高的效率，使用了吹气的固化床气化器或者流化床气化器，它们将生物质转化为合成气并且随后将其输送给用于生成电能的煤气发动机或煤气涡轮机。这种工艺能够达到超过30%的效率，但是为了去除焦油化合物和不希望的碳氢化合物需要耗费成本地净化煤气。所生成的合成气由于氮气含量很高是低卡路里的并且不适合于合成工艺和化学的能量储存。通过使用自热的、利用氧气运行的气流床气化工艺能够消除这个缺点并且生成适合用于化学存储的合成制品。而气流床气化工艺仅仅对于高的功率大小来说是经济的，需要氧气设备和耗费成本的生物质干燥部和处理部，因此气流床气化工艺不适合于不集中的生物质利用。

已经有人建议，经由等离子体带入所需要的反应热量。为此提出了“Alter NRG Plasma Gasification system”（Alter NRG等离子体气化系统），例如由Van Nierop在2009年的煤气化技术理事会上发表的“Alter NRG Plasma gasification system for waste and biomass gasification”（用于废弃物和生物质气化的Alter NRG等离子体气化系统）。进一步的研发内容由A·Gorodetsky在2012年5月8日到12日在意大利的卡利亚里举办的欧洲煤气化会议上发表的“Westinghouse plasma gasification technology and project update”（威斯汀豪斯等离子体煤气化技术和项目升级）中示出。这种技术利用已知的无压的固化床气化并且经由多个靠电力激发的等离子体发生器输送一部分所需要的反应热。作为气化介质输送水蒸汽并且必要时还输送氧气或者空气。这种对于固化床气化典型的将反应区设置在干燥区、热解区、还原区和氧化区内的布置方式被证明特别不利，其中所述区从下朝上被穿流而过。在此，尤其在热解区解除碳氢化合物，这些碳氢化合物能够占输入的燃料量的最高达10%。尤其包含在其中的焦油和石油必须从粗煤气中被分离出去，这需要特别高的处理成本。在冷却气体时出现的含水的冷凝物包含许多有机酸、苯酚和有机硫化物，它们需要全面的废水处理并且很大程度地损害环境。

发明内容

本发明的任务在于，实现一种气化工艺，所述气化工艺生成高价值的合成气，这种合成气适合用于氢气生产，但是也适合用于后续的合成工艺，该气化方法不需要氧气设备并且不需要耗费成本的生物质预处理并且此外还提供了不含碳氢化合物的粗煤气。