CN101848979A - 由固体生物质生产液体生物燃料的方法和装置 - Google Patents

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P·克努蒂拉
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Abstract

本发明涉及自固体生物质(2)生产液体碳氢产品(1)如生物燃料的方法和装置。所述方法包含在气化炉(6)中气化固体生物质(2)以生产粗合成气(3)的气化步骤，纯化粗合成气(3)以获得氢气与一氧化碳的摩尔比在2.5比1与0.5比1之间、优选2.1比1与1.8比1之间、更优选约2比1的纯化合成气(4)的粗合成气(3)调理步骤，以及在费-托反应器(5)中对纯化合成气(4)进行费-托合成以生产液体碳氢产品(1)的步骤。

Description

由固体生物质生产液体生物燃料的方法和装置
技术领域
本发明涉及如独立权利要求1的前序部分所述，由固体生物质生产液体碳氢产品如液体生物燃料的方法。
本发明还涉及如独立权利要求18的前序部分所述，由固体生物质生产液体碳氢产品如液体生物燃料的装置。
背景技术
本发明涉及由固体生物质生产液体生物燃料的方法和装置，也就是涉及由生物质到液体(BTL)的工艺。已知本领域有几种工艺用于由固体生物质生产液体生物燃料，包括费-托(Fischer-Tropsch)工艺。费-托工艺见述于例如美国专利第1746464号。
美国专利公开第2005/0250862A1号涉及一种由含有机物的固体进料生产液体燃料的装置和方法。在该方法中，固体进料发生热解和气化，从而将所述进料转化为合成气。由此形成的合成气在二次气化区，在高于1000℃的温度下进一步气化，然后纯化该合成气。利用费-托合成法，将该纯化的合成气转化为液体流出物和气体流出物，对该液体流出物分馏，得到气体馏分、石脑油馏分、煤油馏分和汽油馏分。至少有一部分石脑油馏分在气化阶段再循环。
专利公开WO 2006/043112介绍了一种通过处理固体生物质来发电和提供可用作燃料的液体烃的方法和设备。将固体生物质如木屑供给流化床气化炉，同时还向该气化炉通入包含800℃以上的空气和热蒸汽的气流，使固体材料床流化。可将该气化炉产生的热混合气冷却，产生高压蒸汽，用于驱动涡轮。优选将混合气冷却到100℃以下、压缩到至少1.7MPa，然后进行费-托合成。此过程产生了液体烃产品和尾气。在紧凑型催化反应器热交换器中使该尾气燃烧来提供气化炉所需的热气流。
专利公开WO 2008/011000介绍了一种通过以下方式将含碳材料转化为富含甲烷和一氧化碳的气流的方法和装置，即，在流化床反应器中，用氢气作流化介质并使用蒸汽，在还原条件下，在足以产生富含甲烷和一氧化碳的气流的温度和压力下加热该含碳材料，但同时温度也要足够低且/或压力要足够高，使氢气能够流化含碳材料。在特定实施方式中，将含碳材料以浆料形式与氢气一起加入窑式反应器中，然后再送入流化床反应器。该方法可包括在一定条件下对富含甲烷和一氧化碳的气流进行蒸汽甲烷重整的步骤，由此产生含氢气和一氧化碳的合成气。可在一定条件下将蒸汽甲烷重整产生的合成气送入费-托式反应器，由此产生液体燃料。
发明内容
本发明的目的是提供用于由固体生物质生产液体生物燃料的新发明的方法和装置。
本发明由固体生物质生产液体碳氢产品如生物燃料的方法具有独立权利要求1所限定的特征。
所述方法的优选实施方式由从属权利要求2-17限定。
本发明由固体生物质生产液体碳氢产品如生物燃料的装置相应地具有独立权利要求18所限定的特征。
所述装置的优选实施方式由从属权利要求19-34限定。
几乎任何类型的可气化固体生物质均适合用作本发明方法和装置的原料。固体生物质通常选自来源于植物、动物和/或鱼类的原初材料和废料，如城市垃圾、工业废料或副产物、农业废料或副产物(包括粪便)、木材加工业的废料或副产物、食品工业的废料或副产物、海洋植物(如海藻)及其组合。较佳的是，固体生物质材料选自非食用源，如非食用废物和非食用植物材料，包括油、脂肪和蜡。本发明优选的固体生物质材料包含木材加工业的废料和副产物，如残渣、城市木材废料、废木料、木屑、锯末、草、木柴、木料、纸、造纸或木建副产物、短期轮耕农作物等。用于所述方法的固体生物质材料还可包含植物油、动物脂肪、鱼油、天然蜡和脂肪酸。
几乎任何类型的可气化液体生物质均可用作本发明方法和装置的液体原料。用于所述方法的液体生物质材料可选自植物油(如妥尔油、棕榈油)、动物脂肪、鱼油、天然蜡、脂肪酸、生物甲醇、黑液、意大利宽面条(linguine)、热解油和甘油。
本发明包括在气化炉中气化固体生物质的气化步骤，产生包含一氧化碳和氢气的粗合成气。在本文中，粗合成气是指除一氧化碳和氢气外，该合成气还包含“杂质”，如CO2(二氧化碳)、CH4(甲烷)、H2O(水)、N2(氮气)、H2S(硫化氢)、NH3(氨)、HCl(氯化氢)、焦油和细粒子如灰分和烟炱。对粗合成气进行调理，以纯化粗合成气，得到适用于费-托合成的纯化合成气。调理粗合成气是指，例如，纯化合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比在2.5∶1与0.5∶1之间，优选在2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约为2∶1。在费-托反应器中对纯化合成气进行费-托合成，产生纯化合成气的液体碳氢产品。
在本发明的一个优选实施方式中，使用包括流化床反应器，例如循环流化床反应器或沸腾流化床反应器的气化炉用于气化固体生物质。在此优选实施方式中，使用氧气和蒸汽以及可能的来自费-托反应器的尾气作为流化床反应器中的气化和流化介质。与用空气作为流化介质相比，当用氧气作为气化和流化介质时，费-托合成更为有效。在用空气作为流化介质的现有技术方法如WO2006/043112所述的方法中，流化空气包含惰性组分如氮气，在进行费-托合成之前，必须将其除去。
在本发明的一个优选实施方式中，利用闭锁式料斗(lock hopper)将固体生物质送入气化炉。
在本发明的一个优选实施方式中，为产生纯化合成气而对粗合成气进行的调理包括一系列调理步骤，其中为调理在气化步骤得到的粗合成气，对粗合成气进行各种调理，以纯化粗合成气，得到适用于费-托合成的纯化合成气。这意味着，例如，纯化合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比在2.5∶1与0.5∶1之间，优选在2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约为2∶1。所述调理是利用调理粗合成气的设备进行的，所述设备由一系列执行不同类型的调理步骤的调理装置组成。换句话说，在本发明装置的一个优选实施方式中，构成粗合成气调理设备的一系列调理装置设置在气化炉与费-托反应器之间，所述装置包括导管设备，用来引导粗合成气从气化炉顺序通过该系列调理装置，得到最终送入费-托反应器的纯化合成气。
在本发明的一个优选实施方式中，在优选但非必须包括第一旋风分离器的第一颗粒分离器中进行颗粒分离步骤，从粗合成气中分离诸如灰分、炭和床料之类的粒子。在此优选实施方式中，利用第一颗粒分离器从粗合成气中分离出的粒子优选但非必须再循环到气化炉底部。在本发明的另一个优选实施方式中，除了在第一分离器中进行颗粒分离步骤外，在优选但非必须包括第二旋风分离器的第二颗粒分离器中进行粉尘分离步骤，降低粗合成气中粉尘的含量。
在本发明的一个优选实施方式中，调理步骤之一是在重整器中对粗合成气进行催化处理，将粗合成气中存在的焦油和甲烷转化为一氧化碳和氢气。重整器中优选但非必须使用含镍催化剂。焦油和甲烷重整是吸热的化学反应。因此，在本发明的此优选实施方式中，优选但非必须在粗合成气流入重整器之前，将来自费-托合成的氧气、蒸汽以及可能的尾气送入流进重整器的粗合成气流，以便提高粗合成气的温度，优选提高到约900℃。在本发明的一个优选实施方式中，将重整器设置为用于纯化粗合成气的系列调理装置中的第一调理装置，所述系列调理装置设置在气化炉下游和费-托反应器上游。将重整器设置为系列调理装置中的第一调理装置后，就容易将温度设定在催化处理所需的约900℃的较高温度范围，因为粗合成气从气化炉出来后进入该系列调理装置的温度为750-850℃。另外，相比于重整器被设置在离气化炉更远的位置、处在其他整理步骤之后，因而粗合成气具有较低温度的方法，上述优选实施方式节省了能量。在本发明的一个优选实施方式中，当在重整器中进行过催化处理之后，在冷却器中冷却粗合成气，将粗合成气的温度降低到低于250℃。
在本发明的一个优选实施方式中，调理步骤之一是过滤步骤，即用过滤器过滤粗合成气，从粗合成气中除去诸如灰分和烟炱这样的粒子。过滤器优选但非必须是金属或烧结烛式过滤器。过滤器优选设置在系列调理装置中的冷却器下游，其原因是，若粗合成气从气化炉出来后未经冷却即被送入过滤器，粗合成气的温度将导致从粗合成气中清理下来的粒子烧结(sintrate)或堵塞过滤器。
在本发明的一个优选实施方式中，调理步骤之一是在水-气转移反应器中进行的水-气转移反应，将氢气与一氧化碳的摩尔比调整到2.5∶1与0.5∶1之间，优选2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约2∶1。水-气转移反应器优选设置在系列调理装置中的过滤器下游。
在本发明的一个优选实施方式中，调理步骤之一是洗涤步骤，即对粗合成气进行洗涤，优选进行水洗涤，以便从粗合成气中除去剩余固体和残余焦油组分，还有HCl(氯化氢)、NH3(氨)及其他组分。洗涤在洗涤器中进行。所述洗涤器优选设置在系列调理装置中的水-气转移反应器下游。
在本发明的一个优选实施方式中，在洗涤步骤之后，通过超纯化过程纯化粗合成气，以从粗合成气中除去含硫组分、CO2(二氧化碳)、H2O(水)、HCN(氰化氢)、CH3Cl(一氯甲烷)、羰基化合物、Cl(氯化物)和NOx(氮氧化物，以提高用于费-托工艺的纯化合成气的品质。纯化在超纯化设备中进行。在本发明装置的一个优选实施方式中，所述超纯化设备适合将粗合成气置于高压和低温甲醇或甲醚中，所述高压如约30巴至40巴，例如约35巴，所述低温如-25℃至-60℃。高压和低温增加了含硫组分和二氧化碳在液体溶剂中的溶解性，所述溶剂用来将含硫组分和二氧化碳带离粗合成气。可用于此步骤的方法的例子是鲁奇公司(Lurgi AG)的
Figure G2008800251159D00051
方法或UOP公司的SelexolTM方法。在本发明装置的一个优选实施方式中，所述超纯化设备适合于对粗合成气进行物理清洁，如进行胺洗。在胺洗过程中，将粗合成气通入吸收器底部。再生溶液直接或在闪蒸(flashing)后逆流加热吸收器。热的再生溶液被用作热源。在下游，通过再沸过程使溶液完全再生，同时将酸性气体输出到焚烧炉。将冷却下来的再生溶液重新送入吸收塔顶部。在胺洗方案中，可在胺洗之前将粗合成气中的COS化合物水解为H2S。在本发明的一个优选实施方式中，在将粗合成气导入超纯化设备之前，设置压缩机，将粗合成气的压力升高到约30至40巴，例如约35巴。超纯化设备优选设置在系列调理装置中的洗涤器下游。
在本发明的一个优选实施方式中，优选但非必须利用包含氧化锌催化剂和/或活性炭的保护床反应器，用于除去合成气中的含硫物质，然后再将纯化合成气送入费-托反应器。
在本发明的一个优选实施方式中，利用多个气化炉生产粗合成气。在本发明方法的此优选实施方式中，所述多个气化炉中至少有一个是用于由固体生物质生产粗合成气的气化炉，且至少有一个是用于由液体生物质生产粗合成气的气化炉。采用多个气化炉增加了该工艺的正常运行时间，因为这样的话，即便有一个气化炉不在生产粗合成气，费-托合成也有可能继续进行。采用多个气化炉还增加了该工艺的产能。另外，将多个气化炉组合起来气化液体和固体生物质，有助于控制输入生物质的物料流量。
在本发明的一个优选实施方式中，通过一个产品升级步骤，利用产品升级设备将费-托反应器生产的液体碳氢生物燃料制成至少一个柴油馏分和至少一个石脑油馏分。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明。
图1是由固体生物质生产液体生物燃料的装置的示意图。
图2是由固体生物质生产液体生物燃料的另一装置的示意图。
图3是由固体生物质生产液体生物燃料的第三种装置的示意图。
图4是由固体和液体生物质生产液体生物燃料的装置的示意图。
在图1-4中，相同的附图标记表示相同的部件，后面将不再分别解释，除非对主题内容的阐述要求作出解释。
具体实施方式
附图显示了本发明由固体生物质2生产液体碳氢产品1如液体生物燃料的方法的优选实施方式，以及由固体生物质2生产液体碳氢产品1如液体生物燃料的装置的优选实施方式。
图1显示本发明由固体生物质2生产液体碳氢产品1的一个实施方式。
在图1所示实施方式中，固体生物质2在气化步骤气化，产生含一氧化碳和氢气的粗合成气3。在本文中，粗合成气3是指除一氧化碳和氢气外，该合成气还包含“杂质”，如二氧化碳、甲烷、焦油和/或小粒子如灰分和/或烟炱。
在气化步骤中形成的粗合成气3通过连续调理步骤进行调理，即通过用于调理粗合成气的设备26纯化粗合成气3，至少除去粗合成气3中的部分“杂质”，得到氢气与一氧化碳的摩尔比在2.5∶1与0.5∶1之间，优选在2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约为2∶1的纯化合成气4。在图1所示实施方式中，所示调理步骤包括催化处理、冷却、过滤、水-气反应、洗涤、超纯化和保护床处理。
纯化合成气4在费-托反应器5中进行费-托合成，产生纯化合成气4的液体碳氢产品1。
气化步骤包括在气化炉6中至少部分燃烧固体生物质2，产生所述含一氧化碳和氢气的粗合成气3。
所用气化炉6包括流化床气化炉(例如循环流化床反应器或沸腾流化床反应器)，用于至少部分燃烧固体生物质2。流化床气化炉包含床料，所述床料优选但非必须包含白云石和沙的混合物。通过流过布风板(grid)(图中未示出)的流化剂进行床流化。将燃料(在此情况中为固体生物质2)送入流化床下部。固体生物质2、沙和白云石之间的相互作用使流化床气化炉所产生的粗合成气3中的焦油含量减少。白云石降低了流化床气化炉所产生的粗合成气3中的硫化合物含量。在气化炉中用作流化剂的是温度约为200℃的氧气7和蒸汽8，还可能有来自费-托过程的再循环尾气9。优选但非必须至少将氧气和蒸汽混合起来，然后再将它们通入气化炉。纯氧会熔化燃料灰分，产生团聚体和烧结饼，它们会阻塞气化炉。固体生物质2中的化合物将与蒸汽发生吸热反应，产生一氧化碳和氢气，同时固体生物质2中的化合物还将与氧气发生放热反应，产生一氧化碳、二氧化碳和另外的蒸汽。此过程的结果是得到粗合成气3。
利用闭锁式料斗10将固体生物质2送入气化炉6。将气化炉6增压至例如10巴至20巴，如约15巴，因此，必须将固体生物质2增压至此压力，然后才能将其送入气化炉6。利用闭锁式料斗10将固体生物质2至少增压至气化炉6中存在的压力。闭锁式料斗主要包含两个燃料筒仓(第一燃料输送筒仓11和第二筒仓12，一个位于另一个上方)和位于第一燃料筒仓12与第二燃料输送筒仓11之间的阀机构13。第二燃料输送筒仓11始终在气化炉6的压力下工作，而第一燃料筒仓12的压力在大气压(装入生物质2期间)与气化炉6的压力(将生物质2卸入第二燃料输送筒仓11期间，即第一燃料筒仓12与第二燃料给送筒仓11之间的阀机构13打开，将增压的生物质送入气化炉6)之间波动。闭锁式料斗11中所用的增压气体优选但非必须是二氧化碳。由于第二燃料输送筒仓11的压力必须稍高于气化炉6的压力，所以增压气体有可能泄漏入气化炉6。若采用二氧化碳，则漏入工艺物流的二氧化碳可从粗合成气3中回收，而采用氮气则不行。虽然氮气不会使催化剂中毒，但是它会起惰性气体的作用，占用下游设备的容量。
利用设置在闭锁式料斗10的第二燃料输送筒仓11与气化炉6之间的固体生物质进料机构27，如螺杆传送器，将增压固体生物质2从第二燃料给送筒仓11送入气化炉6。
在将固体生物质送入闭锁式料斗10的第一燃料输送筒仓12之前，通过粉碎或其他任何合适的方法对固体生物质2进行预处理，将其细分为粒子，所述粒子的尺寸优选但非必须小于50mm。在本发明方法的一个优选实施方式中，在将固体生物质2送入闭锁式料斗10的上燃料筒仓12之前，通过粉碎或其他任何合适的方法对固体生物质2进行预处理，将其细分为粒子，所述粒子的尺寸优选但非必须小于50mm。
也可通过热干燥对固体生物质2进行预处理。所述干燥是在将固体生物质2送入闭锁式料斗10的上燃料筒仓12之前进行。在本发明方法的一个优选实施方式中，通过热干燥对固体生物质2进行预处理，使其含湿量小于约20％。
在图1-4所示的实施方式中，对固体生物质2的预处理是利用生物质预处理设备31进行的，如图所示，所述设备包括粉碎机14和/或干燥器15，它们已被设置为由固体生物质2生产液体生物燃料的装置的一部分。或者，对固体生物质2的预处理可至少部分地在其他地方进行。
在第一颗粒分离器16中处理气化炉6中产生的粗合成气3，所述第一颗粒分离器优选但非必须包括设置在气化炉6下游的第一旋风分离器。在第一颗粒分离器16中，诸如灰分、焦油和床料粒子的粒子在颗粒分离步骤中从粗合成气3里分离出来，分离出来的粒子又返还到气化炉6中。
除了在第一颗粒分离器16中的处理外，还在第二颗粒分离器中处理粗合成气，所述第二颗粒分离器优选但非必须包含第一颗粒分离器16下游的第二旋风分离器17。第二颗粒分离器17用于粉尘分离步骤，以降低粗合成气3中的粉尘含量。第一颗粒分离器16中的颗粒分离步骤和第二颗粒分离器17中的粉尘分离步骤的目的是，为后面在气化步骤与费-托合成步骤之间的下游调理步骤准备粗合成气3。
在连续调理步骤中，通过用于调理粗合成气的设备26，对粗合成气进行调理。用于调理粗合成气的设备26包含多个连续的调理设备。在图1-4所示的实施方式中，用于调理粗合成气的设备26包括重整器18、冷却器19、过滤器20、水-气反应器21、洗涤器22、超调理设备23和保护床25。用于调理粗合成气的设备26还可包括其他不影响粗合成气组成而只为后面的调理装置调理粗合成气的装置。在图1-4所示实施方式中，设置在洗涤器22下游用于升高粗合成气压力的压缩机24就是这种调理装置的一个例子。
所述调理包括在重整器18中对粗合成气3进行催化处理的调理步骤，将粗合成气3中存在的焦油和甲烷转化为一氧化碳和氢气。此催化过程优选在约900℃进行，催化剂优选为镍和/或新型金属基催化剂。由于焦油和甲烷重整是吸热的化学反应，即这些化学反应消耗热能并降低合成气3的温度，所以在将粗合成气3送入重整器18之前，优选将其加热。在本发明的一个优选实施方式中，在将粗合成气3送入重整器18之前，通过向粗合成气流3中通入氧气来升高粗合成气3的温度。为防止形成热区和灰分熔化，将蒸汽以及可能的来自费-托合成的尾气与氧气一道送入粗合成气流3中。
所述调理还包括在重整器18中进行催化处理之后，在冷却器19中将粗合成气3冷却至约250℃。
粗合成气在冷却器19中冷却之后，将其导入过滤步骤形式的调理步骤，在过滤器20中过滤粗合成气3，以从粗合成气3中除去诸如灰分、烟炱、炭之类的粒子，以及夹带出来的床料。
所述调理还包括调节氢气和一氧化碳的摩尔比的调理步骤，即按照以下化学方程式，在水-气转移反应器21中通过水-气转移反应将所述摩尔比调至2.5∶1与0.5∶1之间，优选2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约2∶1：
Figure G2008800251159D00091
如上所述，H2与CO的目标比值约为2∶1。
为获得所需的氢/碳比，根据粗合成气3的含湿量，优选但非必须向粗合成气3中通入蒸汽36。在水-气反应器21中进行的调理步骤处于过滤器20下游。
将粗合成气从水-气反应器21导入洗涤步骤，在洗涤器22中对粗合成气3进行水洗，除去粗合成气3中的剩余固体和残余焦油组分，还有HCl(氯化氢)、NH3(氨)及其他组分。
所述调理还包括在超纯化设备23中进行超纯化的调理步骤，至少从粗合成气3中除去二氧化碳和含硫组分。含硫组分的目标浓度值优选低于20ppb，更优选低于10ppb；二氧化碳的目标浓度值优选低于5重量％。将粗合成气自洗涤器22导入超纯化设备。
用于从粗合成气3中除去含硫组分、CO2(二氧化碳)、H2O(水)、HCN(氰化氢)、CH3Cl(一氯甲烷)、羰基化合物、Cl(氯化物)和NOx(氮氧化物)的超纯化步骤可通过物理清洁法进行。物理清洁法利用甲醇或甲醚作为溶剂，在30巴至40巴，例如约35巴的压力和-25℃至-60℃的低温下进行。高压和低温提高了上述物质的溶解性，有利于将其捕集到所用液体溶剂中，从而将它们带离该过程。合适的方法的一个例子是鲁奇公司(Lurgi AG)的方法。
或者，从粗合成气3中除去含硫组分、CO2(二氧化碳)、H2O(水)、HCN(氰化氢)、CH3Cl(一氯甲烷)、羰基化合物、Cl(氯化物)和NOx(氮氧化物)的超纯化步骤可通过化学清洁法进行。化学清洁法可以是例如对粗合成气3进行胺洗。
在本发明方法的一个优选实施方式中，在超纯化步骤之前，在压缩机24中将粗合成气的压力升高到约30巴至40巴，例如约35巴。
最后一个调理步骤包含保护床反应器25，在超纯化步骤之后，将粗产物气导入该反应器。保护床包含ZnO催化剂和活性炭。在保护床反应器25中进行的调理步骤的目的是从粗合成气3和/或纯化合成气4中除去可能存在的含硫组分。将纯化合成气4从保护床反应器25导入费-托反应器5。
将液体碳氢生物燃料从费-托反应器5引入产品升级步骤进行产品升级，得到至少一个柴油馏分34和至少一个石脑油馏分35。
在本发明方法的一个优选实施方式中，所述方法包括在产品升级设备32中进行的产品升级步骤，对从费-托反应器中得到的液体碳氢生物燃料进行升级，得到至少一个柴油馏分34和至少一个石脑油馏分35。术语“石脑油”是指经过蒸馏得到的烃馏分，其中所述烃基本上由碳链长度为5-10(记作C5-C10)的烃组成。石脑油馏分烃通常用作轻燃料、溶剂，或者在基于蒸汽裂解的后续工艺中用作原料。
术语“柴油馏分”也是指一种烃馏分，其中所述烃基本上由碳链长度为11-20(记作C11-C20)的烃组成。柴油馏分的沸点通常在150℃至400℃、优选175℃至350℃的范围内。柴油馏分烃通常用作柴油燃料。应当注意，由于蒸馏操作不可能按具体链长进行绝对切割，各种馏分可能包含少量碳链长度稍短一些或稍长一些的烃。根据柴油馏出物的目标用途和所需性质，蒸馏操作中的切割点稍有变化。因此，包含更宽范围的碳水化合物如C9-C22或更窄范围的碳水化合物如C4-C18的馏分也应视为柴油馏分。
在本发明的其他实施方式中，采用多个气化炉6生产粗合成气3。图2至图4显示了本发明的这种实施方式。
在图2所示实施方式中，粗合成气3是由两个气化固体生物质2的气化炉3产生的。将这两个气化炉产生的粗合成气送入同一个粗合成气调理设备26。这意味着，两个固体生物质气化炉6只需一个调理设备26。在图1所示实施方式中，两个气化炉6具有各自的燃料输送设备10、11、12、27和生物质预处理设备31。燃料输送和预处理装置也可合并，这样就在一个燃料输送和预处理装置中处理燃料，两个气化炉从这一个装置接收燃料。
在图3所示实施方式中，也采用了两个气化固体生物质2的气化炉6。这两个气化炉6产生各自的粗合成气流3，所述粗合成气流分别在粗合成气调理设备26中进行部分处理。将这两股独立的粗合成气流3合并起来，然后将合并的粗合成气流3a送入在共用超纯化设备23和共用保护床25上游的共用压缩机24中。
在图4中，用一个气化炉6自固体生物质2生产粗合成气3，用另一个气化炉6a自液体生物质33生产粗合成气3a。液体生物质33可包含例如以下物质中的至少一种：生物甲醇、妥尔油、黑液、意大利宽面条、热解油和甘油。在位于重整器18、冷却器19、过滤器20、水-气转移反应器21和洗涤器22之后的一个位点，优选但非必须连接在用于自液体生物质33生产粗合成气3的气化炉6所产生的粗合成气3的线路，以便将粗合成气流3a送入用于自固体生物质2生产粗合成气3的气化炉6所产生的粗合成气流3。这样做是有可能的，因为用于自液体生物质2生产粗合成气3的气化炉6所产生的粗合成气3包含较少的杂质如焦油和灰分。在本发明的一个优选实施方式中，用于自固体生物质2生产粗合成气3的气化炉6包含一个夹带气流气化炉(entrained flowgasifier)。
若采用的是用于自液体生物质33生产粗合成气3a的气化炉6a，则气化炉6a优选但非必须是夹带气流气化炉，其中温度在900℃与1200℃之间，优选约为1000℃。由于温度高，所以气化炉6a产生的粗合成气3a不含焦油或甲烷，这意味着气化炉6a产生的粗合成气3a无须重整。粗合成气3a也不含固体粒子，这意味着可考虑不必进行过滤。此粗合成气3a主要包含CO2(二氧化碳)、CO(一氧化碳)和H(氢)。
优选但非必须在水-气转移反应器21中对气化炉6a产生的粗合成气3a进行水-气转移反应步骤，用于将氢气和一氧化碳的摩尔比调节到2.5∶1与0.5∶1之间，优选在2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约为2∶1。优选但非必须将气化炉6a产生的粗合成气3a冷却至约250℃，然后再将该粗合成气送入水-气转移反应器21中。
在本发明的一个优选实施方式中，采用三个气化炉6，用于自固体生物质2生产粗合成气3，并采用一个气化炉6a，用于自液体生物质33生产粗合成气3a。
本领域的技术人员不难理解，随着技术的进步，本发明的基本构思可通过许多方式实现。因此，本发明及其实施方式不限于上述实例，而是可在权利要求的范围内变化。
附图标记清单
1.液体碳氢产物
2.固体生物质
3.粗合成气
4.纯化合成气
5.费-托反应器
6.气化炉
7.氧气
8.物流
9.尾气
10.闭锁式料斗
11.下燃料输送筒仓
12.上燃料输送筒仓
13.阀机构
14.粉碎机
15.干燥器
16.第一颗粒分离器
17.第二颗粒分离器
18.重整器
19.冷却器
20.过滤器
21.水-气转移反应器
22.洗涤器
23.超纯化设备
24.压缩机
25.保护床反应器
26.粗合成气调理设备
27.固体生物质进料机构
28.氧气输送设备
29.氧气
30.蒸汽输送设备
31.固体生物质预处理设备
32.产品升级设备
33.液体生物质
34.柴油馏分
35.石脑油馏分
36.蒸汽

Claims (33)

1.一种由固体生物质(2)生产液体碳氢产品(1)如生物燃料的方法，其特征在于，所述方法包括：
气化步骤，用于在气化炉(6)中气化固体生物质(2)，产生粗合成气(3)；
调理粗合成气(3)，以纯化粗合成气(3)，得到氢气与一氧化碳的摩尔比在2.5∶1与0.5∶1之间、优选在2.1∶1与1.8∶1之间、更优选约为2∶1的纯化合成气(4)；以及
在费-托反应器(5)中使纯化合成气(4)进行费-托合成，产生液体碳氢产物(1)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述气化步骤包括在包含流化床反应器的气化炉(6)中气化固体生物质(2)；以及
使用氧气(7)和蒸汽(8)作为流化床反应器中的流化介质。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还采用来自费-托反应器(5)的尾气(9)作为流化床反应器中的气化和流化介质。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，利用闭锁式料斗(10)将固体生物质(2)送入气化炉(6)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，将粗合成气(3)送入第一颗粒分离器(16)进行颗粒分离步骤，从粗合成气(3)中分离诸如灰分、炭和床料这样的颗粒。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将来自第一颗粒分离器(16)的粗合成气(3)送入第二颗粒分离器(17)进行粉尘分离步骤，降低粗合成气(3)中的粉尘含量。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，调理粗合成气(3)的步骤包括在重整器(18)中对粗合成气(3)进行催化处理，将粗合成气(3)中的焦油和甲烷转化为一氧化碳和氢气。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述调理包括在冷却器(19)中将粗合成气(3)的温度降至约250℃。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，调理粗合成气(3)的步骤包括过滤步骤，该步骤中在过滤器(20)中过滤粗合成气(3)，以从粗合成气(3)除去诸如灰分、夹带的床料和烟炱的粒子。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，调理粗合成气(3)的步骤包括在水-气转移反应器(20)中使粗合成气(3)发生水-气转移反应，将氢气与一氧化碳的摩尔比调整到2.5∶1与0.5∶1之间，优选2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约2∶1。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，调理粗合成气(3)的步骤包括洗涤步骤，用于洗涤粗合成气(3)，以从粗合成气(3)中除去固体和焦油组分。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，调理粗合成气(3)的步骤包括超纯化步骤，用于从粗合成气(3)中除去含硫组分、CO2(二氧化碳)、H2O(水)、HCN(氰化氢)、CH3Cl(一氯甲烷)、羰基化合物、Cl(氯化物)和NOx(氮氧化物)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述超纯化步骤包括物理清洁过程，其中所用溶剂为甲醇或甲醚，压力约为30巴至40巴，如约35巴，温度约为-25℃至-60℃。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述超纯化步骤包括使用胺的化学清洁过程。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述调理包括在冷却器(19)中将粗合成气(3)的温度降低至约250℃。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括将粗合成气(3)引入通过至少一个包含氧化锌催化剂和活性炭的保护床反应器(25)，从粗合成气(3)中除去含硫物质。
17.如权利要求1-16中任一项所述的方法，其特征在于，用多个气化炉(6)生产粗合成气(3)，其中至少有一个是用于自固体生物质(2)生产粗合成气(3)的气化炉(6)，且至少有一个是用于自液体生物质生产粗合成气(3a)的气化炉(6a)。
18.一种自固体生物质(2)生产液体碳氢产品(1)如生物燃料的装置，其特征在于，所述装置包括：
气化炉(6)，用于气化固体生物质(2)，以产生粗合成气(3)；
对粗合成气(3)的调理设备，用于获得纯化合成气(4)，所述纯化合成气(4)中氢气与一氧化碳的摩尔比在2.5∶1与0.5∶1之间，优选2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约2∶1；
费-托反应器(5)，用于对纯化合成气(4)进行费-托合成，以产生纯化合成气(4)的液体碳氢产品(1)。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，
气化炉(6)包括流化床反应器；以及
气化炉(6)包括将氧气(7)和蒸汽(8)送入气化炉(6)的设备，从而将氧气(7)和蒸汽(8)用作流化沸腾床反应器中的流化介质。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述装置包括将来自费-托反应器(5)的尾气送入气化炉(6)的设备，从而将来自费-托反应器(5)的尾气用作流化床反应器中的流化介质。
21.如权利要求18-22中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括闭锁式料斗(10)，用于向气化炉输送固体生物质(2)。
22.如权利要求18-21中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括固体生物质预处理设备(31)，用于将固体生物质(2)干燥至含湿量低于20％和/或将固体生物质(2)细分成粒径小于50mm的进料。
23.如权利要求18-22中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一颗粒分离器(16)，用于从粗合成气(3)中分离诸如灰分、炭和床料粒子的粒子。
24.如权利要求18-23中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括第二颗粒分离器(17)，用于从粗合成气(3)中分离粉尘。
25.如权利要求18-24中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括重整器(18)，用于对粗合成气(3)进行催化处理，将粗合成气(3)中存在的焦油和甲烷转化为一氧化碳和氢气。
26.如权利要求28-25中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括冷却器(19)，用于将粗合成气(3)的温度降至约250℃。
27.如权利要求18-26中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括过滤器(20)，用于过滤粗合成气(3)中的灰分、夹带的床料和/或烟炱。
28.如权利要求18-27中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括水-气转移反应器(21)，用于将粗合成气(3)中氢气与一氧化碳的摩尔比调整到2.5∶1与0.5∶1之间，优选2.1∶1与1.8∶1之间，更优选约2∶1。
29.如权利要求18-28中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括洗涤器(22)，用于除去粗合成气(3)中的固体和焦油组分。
30.如权利要求18-29中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括超纯化装置(23)，用于从粗合成气(3)去除硫组分、CO2(二氧化碳)、H2O(水)、HCN(氰化氢)、CH3Cl(氯甲烷)、羰基化物、Cl(氯化物)和NOx(氮氧化物)。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，所述装置包括压缩机(24)，用于在将粗合成气(3)引入超纯化设备(23)之前，将粗合成气(3)的压力升高到约30巴至40巴，如约35巴。
32.如权利要求18-31中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括保护床反应器(25)，用于除去含硫物质。
33.如权利要求18-32中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个用于生产粗合成气(3)的气化炉(6)，其中至少有一个是用于自固体生物质(2)生产粗合成气(3)的气化炉(6)，且至少有一个是用于自液体生物质生产粗合成气(3a)的气化炉(6a)。
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