[发明专利]制备合成气体的方法

说明书

一种用于由水分含量小于20％的有机材料(10)制备合成气体(62)的方法，该方法包括用于进行热分解有机材料(10)的第一步骤和用于气化(ⅱ)经热分解的有机材料(12)的第二单独步骤，其特征在于：热分解步骤通过将原料(10)的温度升高至高于150℃并且低于1400℃的终温来进行；热分解步骤(ⅰ)在受控的气氛中进行，其中所供应的氧气的量小于有机原料的化学计量燃烧所需的氧气量的20％；热分解步骤中获得的热分解气体(11)被输送至用于除去不期望成分的纯化步骤(ⅲ)；经热分解的材料(12)被输送至在高于800℃温度下进行的吸热气化步骤(ⅱ)，由此获得气化气体(21)；并且气化气体(21)经历焓回收步骤(ⅴ)，使得其温度低于500℃；热分解步骤(ⅰ)所需能量的35％以上由所述焓回收步骤(ⅴ)供应。

技术领域

本发明涉及通过热分解以固体或液体形式使用的有机材料来制备气体的领域，该材料能够主要由植物或动物的生物质，或化石来源(例如由烃构成的塑料或其它产物)组成。

本发明具体涉及用于制备气体的方法和使用所述方法由有机材料制备气体的装置。

背景技术

有机材料的气化是其能量再处理的可能方法中的一个，其它方法为燃烧和甲烷化。

有机材料通常主要由碳C、氢H和氧O构成的分子(其可能与水H₂O组合)组成。如果此有机材料在无氧条件下经受150℃以上的温度，则其经历被称为热解的转化，该转化通过使共价键断裂来分解碳分子。在此热解期间获得的产物为固体(矿物灰分加上被称为焦炭的残余碳)、在环境温度和压力下冷凝的蒸气(焦油、油)和在环境温度和压力下仍然处于气态的被称为合成气(syngas)的合成气体(一氧化碳、氢气(dihydrogen)和不能以经济的方式进行再处理的气态成分，诸如二氧化碳)。

由热解制备的焦炭还通过碳与氧和氢的结合经历气化，这在理想条件下制备一氧化碳、氢气和甲烷。此反应是吸热的并且需要特定的热量添加。传统上，此添加是通过该过程中产生的在空气中的燃烧反应来提供的。

理想地，该过程的产物应当仅仅是一氧化碳、氢气和甲烷。实际上，根据原料的来源、其纯度和反应条件(压力、温度、速度等)，通过与某些元素，特别是氯、硫、氮等化学重组而获得的成分出现并且是不期望成分，因为其对设备的腐蚀、磨损和结垢具有影响。另外，在反应期间还可制备其它成分诸如二噁英和呋喃等，代表对周围人群的健康的高风险。

根据有机材料气化方法的现有技术，合成气的制备主要依赖三种技术：

—在所谓的缓慢热解的并流或逆流型的方法中，原料被引入到腔室中，在该腔室中，原料在其移动期间经历热解和气化步骤。空气或氧气被局部引入到该腔室中，以便使焦炭部分燃烧并且生成吸热气化所需的能量(特别是由于同时存在水)。所制备的气体在原料入口处(逆流逻辑)或在灰分排出口处(并流逻辑)提取。

—在所谓的快速热解的流化床型的方法中，将原料预先研磨和标准化，并且然后引入反应器中，在反应器中在高于500℃下搅拌大量颗粒，例如砂或橄榄石或白云石。然后被快速气化前锋侵蚀的原料在几分之一秒内经历热解和气化步骤。所制备的气体被收集在放置在高位置的单个主出口中。在大多数情况下，下面的步骤影响借助砂制备的气体的离心分离。然后将砂再流通到反应器中以便再利用，其夹带大部分未气化的焦炭颗粒。

—在旋转滚筒型方法中，原料被引入旋转滚筒中，该旋转滚筒的腔室在外部壳层上被加热。所制备的气体在另一端排出。材料的前进由滚筒中的自由旋转运动提供。所制备的气体被收集在单个主出口中。

这些传统解决方案具体具有以下缺陷：

—通过这些不同方法制备的合成气被认为具有低能量，其中净热值NCV通常低于5MJ/Nm³。

—在同一腔室中发生的热解和气化反应不可能精确控制存在于反应器各区域中的反应物的温度和化学组成。由此特别是通过焦油、氮氧化物、二噁英等的可能存在而不利地影响最终气体的组成。