CN102099448A

CN102099448A - 制造其自身的燃料的工业装置

Info

Publication number: CN102099448A
Application number: CN2009801281048A
Authority: CN
Inventors: P·让瓦纳; D·加莱
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-06-15
Also published as: KR20110043594A; WO2010007325A2; FR2933988B1; EA201170225A1; FR2933988A1; EP2304003A2; WO2010007325A3; JP2011528390A; BRPI0916785A2; US20110179716A1; MX2011000530A

Abstract

本发明涉及一种包括工业制造单元的装置，其中所述工业制造单元包括燃烧可燃流体的燃烧器，并且所述单元生成包含二氧化碳的燃烟，所述装置的特征在于，所述装置包括被供给有机物质的可燃流体生产单元，其中所述有机物质在所述生产单元中分解为所述流体，所述可燃流体生产单元包括热化学气化器，所述热化学气化器通过所述有机物质与包括水蒸汽或氧气或二氧化碳的氧化气体的反应来分解所述有机物质，以形成呈气体形式的所述可燃流体。

Description

制造其自身的燃料的工业装置

本发明涉及使用例如生物质的有机物质作为能量源的工业装置。

根据本发明，提出一种技术，其旨在代替化石能量（énergie fossile）在工业过程中的使用，并降低大气中的二氧化碳排放以及能量的成本。事实上，为了降低温室效应气体在大气中的浓度，通过合适的税收政策来鼓励企业不使用化石能量（石油、天然气），因为这总是将更多的碳和二氧化碳带回到地球的表面，而使用可再生的燃料，例如吸收二氧化碳用于其生长的生物质。

根据本发明的工业装置一方面包括制造单元，该制造单元包括使用尤其是气体燃料类型的可燃流体的燃烧系统（包括至少一个燃烧器），其中所述制造单元产生燃烧气体;根据本发明的工业装置另一方面包括可燃流体生产单元（尤其可以包括气化器），其中可燃流体在有机物质分解之后产生。所述可燃流体被带至制造单元处，以在该处在燃烧器中燃烧。所述流体生产单元包括气化器，该气化器产生呈气体形式的可燃流体，所述制造单元和气化器有利地相互靠近，使得在燃料生产单元中所产生的可燃气体不被存储而是被直接带至制造单元处。这避免了物质的运输和热量的损失。在制造单元和燃料生产单元之间的距离优选地小于10千米，甚至小于5千米。因此，本发明首先涉及一种装置，该装置包括：工业制造单元，其包括燃烧可燃流体的燃烧器，所述单元生成包含二氧化碳的燃烟；所述可燃流体的生产单元，其被供给有机物质，所述有机物质在所述生产单元中分解为所述流体。

所述烟的热量可以用于加热可燃流体生产链的元件，例如有机物质干燥器，或产生有机物质的生物反应器，或锅炉。有利地，将来自于所述工业制造单元的热流用于提供完成有机物质的气化或液化反应（可以是吸热反应）所必需的能量。

特别地，所述制造单元可以是玻璃工业（所有的玻璃工业应用：平板玻璃、中空玻璃、纤维等）用的炉子、发电机、冶金工厂等。所述制造单元使用至少一个燃烧可燃流体（气体或液体）的燃烧器，所述燃烧器特别地可以是浸没式燃烧器或在空中燃烧空间中的燃烧器的类型。

气化器按照一种热化学模式来工作。根据该热化学模式，有机物质在高温下通过热化学过程在“热气化器”中分解。化学反应通过有机物质通常在800摄氏度和1700摄氏度之间与包括水蒸汽或氧气或二氧化碳的氧化气体的反应来发生。这样产生的、也称为“合成气体”或“syngaz”的可燃气体包含高比例的一氧化碳和氢气。所述可燃气体一般还包含甲烷。氢气和一氧化碳的摩尔百分比的和一般为至少10%，甚至一般为至少30%，再甚至为至少35%。该可燃气体的低热值一般为至少1 MJ/Nm³，甚至一般为至少5 MJ/Nm³，再甚至可以达到至少10 MJ/Nm³。该低热值一般低于30 MJ/Nm³。所述有机物质可以是例如生物质的可燃液体或固体，和/或废料，例如磨损的轮胎、塑料、车辆磨碎残余物、残渣（boue）、可燃替代材料（称为“MCS”）、甚至家庭废料。所述有机物质可以是生物性质的，或者来自于农产品加工业。所述有机物质可以是动物粉。所述有机物质可以是陆地或水生的生物质，尤其是以下类型的：秸秆、芒草（miscanthus）秆、藻类、树木生物质、能量植物、葡萄树、短轮作期的灌木（taillis）等。所述有机物质还可以是木炭、褐煤、泥煤等。所述有机物质可以是造纸业的木头废料、纸张废料。所述有机物质可以是有机聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、轮胎或车辆构件磨碎的残余物。所述生物质可以有利地是藻类。事实上，藻类只需要阳光（除非例外的情况）、水、二氧化碳和微量元素来为自己供给养料。藻类的生长可以是极其快速的（一年内多次收获），并且其培植可以在合适的生物反应器中实现而不与食用作物竞争。藻类在生物反应器中的生长速度可以大于在自然界中的生长速度的50倍。藻类的生长可以通过增大在其紧邻环境中的二氧化碳率来加速，在生物反应器中就是利用了这个特性。所述生物质一般在干燥和变为合适的粒度之后被气化。如有必要，所述生化物可以随后被液化。

要提醒的是，根据生化气化模式（没有在本发明的范围内使用），生物质在“生物气化器”中在一般介于10摄氏度与80摄氏度之间、优选地在40与70摄氏度之间、更一般地在40与65摄氏度之间的温度下在细菌的影响下分解。在生物气化器中的分解一般在没有空气的情况下发生。根据该模式，所形成的可燃气体（可以称为生物气体）包含甲烷。该气体一般还包含二氧化碳。生化气化装置比热化学气化装置需要大得多的空间。此外，气体在生化气化装置中的产生也慢得多。

所形成的可燃流体供应工业制造单元的燃烧器。通过在制造单元中（借助于燃烧器）燃烧所述可燃流体，制造单元排放构成大的热量源和二氧化碳源的烟。示例地，从玻璃工业用的炉子出来的烟通常包括在300与600摄氏度之间。尤其可以将所述烟的热量用于参与热化学气化器的工作。特别地，由于所述气化器按照在水蒸汽和有机物质（合成气体的情况）之间反应的原理来工作，可以将所述烟的热量用于在将水送至气化器之前加热和蒸发锅炉中的水。还可以将所述烟的热量的一部分用于干燥气化器用的生物质。由于热化学气化器的工作速度、其在高温下的工作及其在热量上的大的需求（所述热化学反应是吸热的），热化学气化器适合使用来自于工业制造单元的燃烟中直接可用的大量的热量。

因此，本发明首先涉及一种装置，该装置包括：工业制造单元，其包括燃烧可燃流体的燃烧器，所述单元产生包含二氧化碳的燃烟；所述装置的特征在于，所述装置包括可燃流体生产单元，该生产单元被供给有机物质，其中所述有机物质在所述生产单元中分解为所述流体，所述可燃流体生产单元包括热化学气化器，该气化器通过有机物质与包含水蒸汽或氧气或二氧化碳的氧化气体的反应来分解有机物质，以形成呈气体形式的可燃流体。

来自于制造单元的烟可以被送至生物反应器中，植物类型（例如：藻类）的有机物质位于所述生物反应器的内部，所述植物吸收所述烟中的二氧化碳用于其生长，然后所述植物被送至可燃流体生产单元，以分解为可燃流体。

所述有机物质可以在被送至气化器之前通过热解操作至少部分地转化为油。事实上，尤其是生物质类型的某些固体有机物质可以通过在接近500摄氏度时在压力下进行热解（像自然地由有机物质构成的石油那样）而转化为粘性液体（或油）。特别地，藻类很适合于所述转化，因为甚至可以将某些藻类质量的约40%转化为油。所述向液体的转化具有显著地减小要引入气化器的物质的体积的优点。此外，所述以油的形式浓缩的物质变得可以容易地运输，使得其运输成本因此变得合理，而鉴于其所带来的能量一般体积过大的初始生物质则不是这样的。因此，根据本发明，可燃流体生产单元可包括热解反应器，用于在有机物质供给热化学气化器之前对其进行液化。

根据工业单元，还可以将尤其是生物质类型的有机物质的热转化所产生的可燃液体直接送至燃烧器处（没有气化）。在该情况下，所述可燃流体是可燃液体，而所述可燃流体的生产单元包括所述热解反应器，用于将所述有机物质转化为或多或少油质的液体。特别地，将可以用该液体直接供应玻璃工业炉的浸没式或非浸没式燃烧器。

从制造单元输出的烟也是大的二氧化碳源。可以将该二氧化碳用于直接供应在生物反应器中生长的生物质。事实上，根据本发明的实施例，从工业单元输出的二氧化碳用于通过从二氧化碳到有机物质的生物转化来使生物质生长。这样的操作在生物反应器中实现。在藻类的情况下，所述生物反应器包含水，藻类位于在水中。来自于工业单元的二氧化碳被输送，用于在所述生长用水中通过。于是，二氧化碳溶解在水中，并与藻类直接接触，藻类于是可以吸收二氧化碳。生物反应器因此与来自于工业制造单元的热流和二氧化碳流连接。因此可以通过直接或在如有必要为了降低烟的温度而进行的热交换和/或净化之后将烟或烟的一部分注入生物反应器中来以联合的方式使用热流和二氧化碳流。可能以硫酸盐的形式包含在烟中的硫还可以在某些类型的生物质的新陈代谢中起到有利的作用。烟中可回收的二氧化碳的量等于生物质的生长所必需的量。生物反应器优选地紧邻工业制造单元，以避免物质的运输和热量损失。

因此，可以将从玻璃工业炉输出的流的至少一部分用于保证制造单元的能量所必需的生物质的生长（能量链在工业制造线中完全集成的情况）或只是用于方便生产线外部的初始生物质的处理（干燥、气化等）。

在气化和/或液化操作后所获得的、例如呈灰烬形式的生物质的矿物部分（磷酸盐、钾盐等）可以回收到生物反应器中作为用于生物质生长的营养元素。

本发明还涉及一种工业制造方法，所述方法通过根据本发明的装置来工作。特别地，所述工业制造单元可以制造玻璃。所述玻璃在炉子中熔化，其中所述炉子包括燃烧所述可燃流体的燃烧器。

图1示出了制造单元1，该单元的制造物（例如：玻璃）在2处输出。由在所述单元中的至少一个燃烧器产生烟，并在3处排出。所述烟被带至热交换器7，以将所述烟的热量传递给藻类在其内部生长的生物反应器8。所述藻类在热气化器9中分解，以产生可燃气体，所述可燃气体通过6被带至所述工业制造单元1处。

图2示出了制造单元1，该单元的制造物（例如：玻璃）在2处输出。由在所述单元中的至少一个燃烧器产生烟，并在3处排出。所述烟通过热交换器10，以转让其热量的一部分，然后直接进入藻类在其内部生长的生物反应器11。在11处产生的藻类然后在12处干燥。在交换器10中，所述烟的热量的一部分被传递给在15处进入所述交换器的空气回路，而热空气则通过14被带至干燥器12处，用于干燥藻类。然后，干燥的藻类在热气化器13中分解，以产生可燃气体，所述可燃气体通过6被带至工业制造单元1处。

图3示出了制造单元1，该单元的制造物（例如：玻璃）在2处输出。由在所述单元中的至少一个燃烧器产生烟，并在3处排出。所述烟穿过锅炉16以将热量提供给要蒸发的水，然后被带至藻类在其内部生长的生物反应器17。所述藻类消耗所述烟的二氧化碳，用于生长。然后，所述藻类通过20被带至热气化器18处，所述热气化器产生可燃气体，所述可燃气体通过6被带至工业制造单元1的燃烧器处。由锅炉16所产生的水蒸汽通过19被带至气化器处，以与生物质反应，并产生合成气体（“syngaz”）。

示例：以功率为30兆瓦的玻璃炉为例。如果气化器没有受益于来自于炉子的能量返还，线的完全工作所必需的生物质总量为80000吨/年（以4兆瓦时/吨）：该生物质提供240000立方米/天的、低热值（PCI）为3千瓦时/立方米的合成气体，用于供应所述玻璃炉，并提供60000立方米/天的合成气体，用于使所述气化器工作。该生物质代表大约150000吨/年的、可能可以用于供应生物质在生物反应器中的生长的二氧化碳。如果受益于呈显热形式（可用4兆瓦）的来自于所述烟的能量返还，则可以将该能量返还用于（非限制性的列举）：

干燥生物质，以使所述生物质的湿度低于10%；和/或

对流化床或循环床气化器的载热介质进行预加热，这允许节省来自于生物质的能量并增大可用气体的体积；和/或

加热生物质在其中生长的生物反应器；和/或

预加热用以供应主炉或热气化器的合成气体。

Claims

1. 一种包括工业制造单元的装置，其中所述工业制造单元包括燃烧可燃流体的燃烧器，所述单元生成包含二氧化碳的燃烟，所述装置的特征在于，所述装置包括被供给有机物质的可燃流体生产单元，其中所述有机物质在所述生产单元中分解为所述流体，所述可燃流体生产单元包括热化学气化器，所述热化学气化器通过所述有机物质与包括水蒸气或氧气或二氧化碳的氧化气体的反应来分解所述有机物质，以形成呈气体形式的所述可燃流体。

2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可燃流体生产单元包括由所述烟的热量来加热的元件。

3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述元件为所述有机物质的干燥器。

4. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述元件为生物反应器。

5. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述元件为锅炉。

6. 如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述烟被送至生物反应器中，所述有机物质位于所述生物反应器中，并且是植物类型的，所述植物吸收所述烟中的二氧化碳用于其生长，然后所述植物被送至所述可燃流体生产单元，以分解为可燃流体。

7. 如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述有机物质为藻类或芒草。

8. 如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述可燃流体生产单元包括用于在所述有机物质供应所述热化学气化器之前液化所述有机物质的热解反应器。

9. 一种工业制造方法，所述方法通过如上述权利要求中任一项所述的装置来工作。

10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述工业制造单元制造玻璃。