CN102112369A - 利用co2中性生物源活性和惰性原材料制造能量、dme(二甲醚)和/或生物硅石的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种利用生物源原材料制造生物合成气和/或合成的动力燃料，尤其是DME(二甲醚)和/或生物硅石的方法和设备，包括如下步骤：借助用于在流化床气化器内集成地产生过程热的脉冲式燃烧器间接加热地气化生物源原材料；借助于作为气化剂的氧/蒸汽，使来自第一气化阶段的惰性的热解焦炭在并行的第二气化阶段内气化，所述第二气化阶段根据膨胀流化床或循环流化床的原理工作；结合来自两个气化器的气化产物至少一部分以用于共同后续处理。

Description

利用CO2中性生物源活性和惰性原材料制造能量、DME(二甲醚)和/或生物硅石的方法和设备
技术领域
基于作为专利申请10 2007 004 294.0、10 2006 017 355.4、10 2006039 622.7、10 2006 019 999.5、10 2006 017 353.8由SPOT公开的气化法，在下面的发明中说明了用于在生物源原材料上扩展生物源原材料的范围的SPOT混合气化工艺，所述生物源原材料基于它们的天然的粘稠度，在气化反应首先同时进行的步骤中，(间接加热地或自热地)形成惰性热解焦炭，并且说明了以SPOT气化法或SPOT混合气化工艺产生的成为二甲醚(DME)的生物合成气的处理，其在使用已经在申请中说明的模块化工艺路线的情况下，由分离的中间产物甲醇或者由形成中间物但不分离的中间产物产生，以及说明了在用于高效地产生电能的INCOX100(Internal Combustion Box，内燃箱)过程中的这些产物的优选的使用。
气化法集成了在理论上和实践上可使用的、相关的气化过程成为新的方法，所述新方法在重视针对经济性的最高要求的情况下，允许气化具有最高效率(质量转化度明显高于90％)的所有可设想的生物源原材料。
背景技术
热气化法的发展基本上已经产生三个不同的气化器种类，气流床气化器、固定床气化器和流化床气化器。此外，气化过程按照用于气化反应所需的焓流的来源分成自热过程，——在这里，在相同的过程中通过使原材料转化为CO2和H2O(燃烧)产生反应焓——，或者间接加热气化过程，——在这里，在过程中不产生用于气化反应所需的焓流，而是在空间上分开，并且通过对流、热传导(SPOT方法)或辐射供给气化过程。
用于构成该申请的组成部分的流化床气化的文献能够从下面的文献中获得：“High-Temperature Winkler Gasification of Municipal Solid Waste”，Wolfgang Adlhoch，Rheinbraun AG，Hisaaki Sumitomo Heavy Industries，Ltd.；Joachim Wolff，Karsten Radtke(发言人)，Krupp Uhde GmbH；Gasification Technology Conference；San Francisco，California，USA；Oktober 8-11，2000；Conference Proceedings。
用于构成该申请的组成部分的在复合系统中的循环流化床的文献能够从下面的文献中获得：“Dezentrale Strom-und 
Figure BPA00001309959200021
auf Basis Biomasse-Vergasung”，R.Rauch，H.Hofbauer；Vortrag Uni Leipzig 2004；以及“Zirkulierende Wirbelschicht，Vergasung mit Luft，Operation Experience with CfB-Technology for Waste Utilisation at a Cement Produktion Plant”，R.Wirthwein，P.Scur，K.-F.Scharf，Rüdersdorfer Zement GmbH；H.Hirschfelder-Lurgi Energie und Entsorgungs GmbH；7th.Inernational Conference on Circulating Fluidized Bed Technologies；Niagara Falls Mai 2002。
STOP研发限制气化过程在低压区域上的反应压力，因为通过气化过程的反应动力学的特性，主要工艺设备的空间时间产量几乎与压力无关，使得压力的应用不带来适当的利用的压力气化的技术上的耗费。在文献中报告的多阶段的方法，——所述方法基本上为从煤尘气化或重油气化中已知的具有前置的热解阶段的气流床气化器——，由于技术和经济原因，显得完全不适合于用于气化生物源原材料的商业过程。
流化床气化器在两个方法中分为：循环流化床气化器和固定流化床气化器。
在盖星(Güssing，奥地利)，在2002年初开始使用间接加热的循环流化床气化设备。生物质在流化床内借助作为氧化剂的蒸汽气化。为了提供用于气化过程的热量，一部分在流化床内产生的木炭在第二流化床内被点燃。通过在蒸汽下的气化，产生产品气。设备技术的高的购置费用和用于过程调节装置的过高的耗费产生不利的影响。
为了克服现有技术的问题，本申请人在该领域已经申请了一些申请，所述申请的公开内容为本申请的组成部分。这些申请为10 2006 017353.8、10 2006 017 355.4、10 2006 019 999.5、10 2006 022 265.2和10 2006039 622.7。
从这些申请中已知，生物质在流化床内借助作为反应介质和流化介质的蒸汽气化。但是，在这里涉及具有两个特地研发的脉冲式燃烧器的固定流化床，所述脉冲式燃烧器允许在位于反应器中的流化床内的间接的热量引入。在下面该方法称为SPOT方法。
用于自热气化的特征是缺少明显的温度区和反应区。流化床由惰性的床层材料组成。因此确保各个部分反应的同时的过程和均匀的温度(大约800℃)。该方法可在技术上转化，其特点是高的经济性。购置费用取决于所述气化器种类。
SPOT混合气化工艺
扩展了倾向于在气化的热解步骤中形成惰性焦炭的生物源原材料的范围。该方法的特点是，从流化床排出的材料，即由床层材料、灰分和热解焦炭组成的混合物，直接地或者在用于分离碳和细粒部分的筛选和筛分后，供给第二个以自热地方式工作的固定流化床或膨胀流化床或循环流化床。产品气，即富含CO的合成气，在气体冷却前与主气流混合，灰分的粗粒部分被送回到SPOT气化系统的间接加热式气化器内，细粒部分，即高质量的生物硅石原料被输出。
来自热解焦炭部分的间接加热气化和自热气化的合并的产品气如在主要方法中进行干燥的除尘、冷却和压缩，以便作为压缩的生物合成气供给另外的过程。
方法
作为结果保持不变的是，通过SPOT气化的工艺路线借助于SPOT气化法和/或SPOT混合气化工艺可获得来自生物源原材料的合成气，由所述合成气，在可选择的合成中，通过不同的工艺过程阶段以高的产量制造合成的动力燃料DME(二甲醚)，因此从100to(吨)原材料中产生直至40to合成的动力燃料(DME)。
根据本发明的方法，基于开头所述的专利申请以及具有用于产生用于气化反应所需的反应热量的特殊的脉冲式燃烧器的间接加热流化床气化法，其设计成使用自身气体或来自用于形成最终产物的合成气的后续处理过程的所谓的废气。
该气化器被扩展了并行地工作的气化阶段，在所述气化阶段内，在气化反应期间形成的热解焦炭借助于作为气化剂的蒸汽和氧转化成合成气。在此，整个气化过程设计为SPOT混合气化工艺，使得自热气化阶段的比例减少到最低，这就要求经济性。该自热的部分过程的结合通过用于间接加热地产生的合成气的间接加热阶段的灰分排出/床层材料排出和考虑产生的合成气来进行，使得共同进行进一步的合成气处理(冷却等)和床层材料的处理。该自热式气化器为SPOT混合气化工艺的一体的组成部分。
借助该构造，生物源原材料的转化度提升到明显高于95％的值，所述原材料形成为气化中间阶段(中间的)的惰性热解焦炭。因此，产生的灰分由于其硅酸盐含量形成极其高质量的生物硅石原料。
该气化过程包括在原位脱硫(专利申请10 2007 004 294.0)、热气净化(专利申请10 2006 017 353.8)、通过吸收来去除卤素(专利申请10 2007 004 294.0)、多级旋风分离器和烧结金属过滤器的单阶段或多阶段的细粒净化的使用、骤冷的使用，在所述骤冷中，借助于不含水的洗液冲洗掉可凝结的痕量的脂肪族碳氢化合物和芳香族碳氢化合物。被离析的物质通过返回到气化器内转化成合成气，并且进行用于随后的压缩阶段的气体冷却。
为了使用倾向于在气化的热解步骤中形成惰性焦炭的生物源原材料，从SPOT间接加热式气化器中循环地排出的质量流，即由床层材料、原材料灰分和热解焦炭组成的混合物，直接地或者在用于分离碳的筛选和筛分后输送，并且将该质量流输送到在第二气化步骤中根据循环流化床的原理工作的自热式气化器。这个同样接近大气工作的气化器借助作为气化剂的氧/蒸汽在直至超过1000℃的温度下工作。在这里，热解焦炭被转化。产品气，即富含CO的合成气，在气体冷却前与主气流混合，灰分的粗粒部分供给SPOT气化系统的间接加热式气化器。细粒部分，即高质量的生物硅石原料被输出。
本发明集成了根据图1的工艺路线，其用于产生化学品和合成的动力燃料、氢，并且如下产生电能或机械能，即通过在燃气轮机、锅炉、发动机中燃烧合成气，或者通过使用例如在动力燃料电池内的氢，如在专利申请10 2007 004 294.0中所述的，以及通过在INCOX100方法中使用合成的动力燃料，尤其是使用DME来产生电能。
发明内容
本发明涉及在INCOX100工艺的范围内，基于生物源原材料以及在SPOT气化工艺中和在同样在本发明中说明的SPOT混合气化工艺中产生的生物合成气，产生合成的动力燃料DME以及产生电能/机械能。本申请的重点在于，基于通过中间阶段甲醇具有高的产量和经济性的DME的动力燃料。每100to原材料41to的产量是可达到的。相对于竞争的过程，该过程路线的优点在于，简单且具有高的产量的可使用的产物。除了作为动力燃料使用外，也可以用作液化气替代品和化学原料。
DME主要适合于用于INCOX100(Internal Combustion Box)的使用，其目前在二冲程实施方式中提供直至100MW/h的机械功率。可能的是，该工艺在直至1000MW/h的总功率的发电领域中的应用在发电厂内是没有问题的，并且对于用于驱动船只的使用而言是显而易见的。原则上DME也适用于四冲程内燃机。为了完整性起见，也举出在燃气轮机和锅炉中的使用。
SPOT混合气化工艺允许使用生物源原材料的极其宽的范围，并且将基于作为本发明的部分的SPOT气化法的可使用性扩展到惰性生物源原材料，所述原材料在中间倾向于形成惰性热解焦炭，所述热解焦炭在SPOT方法的间接加热的气化步骤中，通过在这里受限制的最大气化温度只是不充分地转化成生物合成气。
本发明的目的是，气化可能的生物源原材料的整个范围——所述原材料为了产生生物合成气和其二次产物也形成惰性热解焦炭。该目的通过具有独立权利要求的特征的方法和设备得以实现。
基于具有脉冲式燃烧器的间接加热的水蒸汽气化的SPOT气化法适合于各种不同种类的可再生原料，特别适合于由SPOT获得专利权的(能量绿植)Power Greenies，以便通过用于制造动力燃料、化学产品的化学合成并且作为原材料来转化，所述原材料用于产生能量，并且用于借助同上所述的适合的生物合成气的内部燃烧，在锅炉、燃气轮机或热机内燃烧。该方法的可使用性通过初次研发的SPOT混合气化工艺显著地扩展。
SPOT方法允许批量地从可再生的原料或生物质中产生能量、动力燃料和化学中间产物，所述化学中间产物在它那方面相反为用于目前基于原油化学制造的产品的总品种的原始物质。因此，在下面的说明中指出的建议的工艺路线例如代表可能性，但是也为关键过程，所述关键过程形成在可再生的资源和在封闭的循环的基础上的另外的化学过程之间的接口。
原材料是所有的再生原料，所述原料，——其为唯一的理论上的限制——，以最好低于35％的质量的残余湿度导致能量的耗费，所述耗费明显低于在物质中包含的化学能量或相应的燃烧值。因此，由于原则上的反应条件，该过程不适用于含水多的且只含有少量的固体的质量百分比的生物质(例如粪液)。
具有两个气化阶段的气化的实施方式允许使用形成非常惰性的热解焦炭的原材料。
副产物和再生的生物质、Power Greenies、饲料、还有来自农业或食品工业的废料和所有种类和类型的木材借助该过程在扩展的范围内(例如原材料处理和进入气化反应器内和床层管理的特殊的匹配是不重要的)转化为可广泛使用的中间产物。此外，作为结合SPOT混合气化工艺的间接加热气化过程的气化法的实施允许最高效率地产生合成气，所述合成气在其它方面只是通过借助于氧的气化提供。后者的路径通过在技术上耗费地、在能量上通过热力学的转换过程低效地产生电能和氧的随后产物来。
部分流气化的使用，即在间接加热式气化器中不充分地转化的热解焦炭的使用，没有根本地改变这个看法。
因此，该构想允许通过例如尿素合成，CO2中性地——也就是说构成为CO2消耗装置——制造所有用于生产所需的能量，通过所述尿素合成提高合成气的CO2比例，并且一起转化该部分CO2。
在下面说明的本发明涉及SPOT混合气化工艺和工艺路线的线路，所述工艺路线允许使用SPOT气化器的生物合成气，以用于产生能量、动力燃料和化学产品。该路线的特点是，集成地利用弛放气(基本上是甲烷)作为燃料，所述燃料用于以SPOT气化法通过能量效率和原材料的高的材料利用产生气化过程的反应热。先前所述的、形成的合成的动力燃料DME为本发明的部分，所述DME用于在INCOX100工艺的范围内发电。
详细地考虑如下几点：
1.SPOT混合气化工艺；
2.使用废弛(Off.Purge)和其它的在下游过程中产生的可燃气体，所述可燃气体用于在间接加热的SPOT气化工艺的脉冲式燃烧器内产生气化反应的过程热；
3.包括气体压缩的机械的、物理的气体净化；
4.产生基于生物合成气的DME；
5.借助作为原材料的DME来产生机械能(驱动功率)和电能；
6.INCOX100工艺的典型的性能数据；
7.通过在INCOX100工艺的范围内使用DME来发电。
借助作为原始基础的合成气产生下面的产物(图1)
●甲醇；
●通过分离的中间阶段甲醇或通过中间的中间阶段甲醇产生的DME；
●通过作为分离的或中间的中间阶段的甲醇产生的汽油/柴油；
●作为用于燃料电池或作为用于不同的化学合成的反应物的H2，所述化学合成例如为二次产物(肥料制造)的氨合成和尿素合成、烯烃合成、氢化合成等；
●通过生物合成气在燃气轮机内直接燃烧和利用产生的能(即机械能或电能)，或者在内燃箱(具有内部的燃烧的热机)内的燃烧，同样用于产生机械能并且优先产生电能；
●生物硅石作为具有高的硅含量的环保的原料非常出众，并且从生物源农业副产品的气化中获得。基于高质量的化学性质、矿物学性质和物理性质，需要从灰分中提取的二氧化硅(SiO2)作为用于钢、陶瓷、灰浆或水泥、肥料、纸张、塑料、化妆品等产品的必需的辅助剂。
在下面再次阐述已经在专利文献中说明的模块化构成的工艺路线。
调节预压缩的生物合成气在净化的气体CO转化过程中的CO/H2摩尔比，以达到进一步合成的最佳比例。
通常，除了H2的产生外，CO转化是分流转化。在此，过程整合允许待转换的分流的最小化，以便达到所需的气体成分。
那么，借助于其CO/H2摩尔比按照随后的合成的要求调节的合成气，为了离析CO2含量和不同的作为催化剂毒物起作用的痕量物质(例如硫组分)，经受气体净化阶段，如其描述了在专利申请10 2007 004 294.0中所示的气体净化阶段。该实施方式例如用于一系列可能的工艺线路，所述工艺线路满足如下功能，所述功能用于按照对于随后的合成而言容许的比例减少CO2，并且用于去除作为催化剂毒物出现的痕量物质。
可替代合成气的这些使用的是，由于INCOX100的极高的效率，根据二冲程或四冲程原理，来自基于合成的动力燃料DME和附属甲醇的生物合成气、柴油或汽油的使用是有意义的。
作为甲醇和DME的合成的结果，出现废气，所述废气能够直接地或在例如通过变压吸附过程从该混合气中分离氢后，直接地用于产生用于在集成的脉冲式燃烧器中气化所需的反应热。
在图11中示出作为船只驱动的应用，在这里为二冲程大型发动机、低速涡轮、100rpm左右的转速范围。对于作为发电设备的应用，在机器具有直至100MW/h的可用功率的情况下，直至1000MW/h的发电机组是不成问题的。这些机器通过利用废气(废气涡轮和借助蒸汽涡轮的废气热利用)达到明显高于70％的效率。为了提供用于发电机的这个高比例的机械能，作为在技术上考虑的想法在组合在用于低温热的使用比例的力热耦合的区域内显现出来。
附图说明
图1a至1c总体上示出不同的工艺路线的总览图，所述工艺路线具有DME的产生的图示和用于供发电的INCOX100使用的这些动力燃料以及作为用于燃气轮机、锅炉和发动机的动力燃料的使用；
图2示出两阶段的SPOT混合气化工艺；
图3示出利用燃料气体供给脉冲式燃烧器的线路变形方案；
图4示出除尘、骤冷、冷却和压缩的总览图；
图6示出作为用于产生合成的脂肪族碳氢化合物的中间产物的由生物合成气制成的甲醇以及作为普遍的动力燃料和作为用于不同的化学产品的合成的预产品的DME(二甲醚)的应用(或者使用)的总览图；
图7示出由SPOT气化工艺的合成气得到DME合成；
图8示出INCOX100通常产生的能；
图9示出INCOX100特定的性能数据；
图10示出作为船只驱动器的INCOX100应用；
图11示出作为静止的发电示例的INCOX100截面图。
具体实施方式
下面说明SPOT混合气化工艺、用于产生合成的动力燃料DME以及其在INCOX100工艺范围内的使用，以及用于发电和/或机械的(轴)功率的燃气轮机、锅炉等，如它们在图1a至1c中可看出。
本申请的主题是该工艺的扩展，以便能够在生物源原材料上扩宽原材料的范围，所述生物源原材料倾向于在气化的热解步骤中形成惰性焦炭。该方法的特点在于，从流化床排出的材料，即由床层材料、灰分和热解焦炭组成的混合物，直接地或者在用于分离碳和细粒部分的筛选和筛分后，供给第二个以自热地方式工作的固定流化床气化器或膨胀流化床气化器或循环流化床气化器，在所述流化床气化器内，借助作为热解焦炭的气化剂的氧和蒸汽转化成合成气。该产品气，即富含CO的合成气，在气体冷却前与来自间接加热气化的主气流混合，灰分的粗粒部分被送回到SPOT气化系统的间接加热式气化器内，细粒部分，即天然肥料，被输出。在图2中示出两阶段的SPOT气化工艺的线路。
下面的说明例如用于并行于SPOT间接加热式气化器的第二气化阶段的构造。产量的选择以及在间接加热气化和自热气化之间的产量比例的选择是自由的，并且与特定的使用条件有关，例如与使用的生物源原材料有关。在这里，本发明在两个气化类型的产量比例方面没有限制。
原材料Power Greenies供给气化系统，并且优选在第一阶段借助通过脉冲式燃烧器的集成的过程热产生供给间接加热式SPOT气化器(具体参见开头所述的SPOT专利申请)。产生的产品气，即生物合成气，在粗除尘后送入气体冷却和第一精除尘，以便通过气体冷却和压缩进入下游过程。
与原材料一起进入的灰分连同未转化的热解焦炭，——如果是具有形成惰性热解焦炭的原材料——，被排出，并且在灰分处理中被筛分和/或保护，使得富含碳的(或全部)馏分被运送到气化过程的第二气化阶段中。
在根据膨胀或循环流化床的原理工作的阶段内，借助作为气化剂的氧/蒸汽在热解焦炭的直至1500℃的温度下转化为富含CO的(由于原材料的低的H2含量)合成气。过程的一部分是，原始的原材料，只要由于气化过程(质量平衡和热量平衡、最少产量)的原因需要，就与焦炭混合，所述焦炭的在较高的温度下的自热的气化是该工艺过程阶段的真正的目的。该第二气化器借助惰性的床层工作，其中必须以相对于第一阶段明显较高的气化温度选择材料，即可以在这些条件下受到烧结、烘烤或粘结。通过从SPOT间接加热阶段中证明的分配系统进行气化剂分配，通过旋风分离器(高负荷的)借助通过阻塞段在固体材料侧的动力密封实现床层材料的从膨胀流化床中返回。
产品气例如供给在间接加热的气化中形成的生物合成气，并且然后作为一体被利用。分开的使用同样是本发明的一部分，但是对于实际应用而言是次要的内容。
在下面说明后续过程(下游过程)的残余气体(废气或弛放气)作为用于脉冲式燃烧器的燃料的利用。
SPOT混合气化工艺的实施方式允许在下述的工艺路线内产生的高热值的废气作为用于脉冲式燃烧器系统(脉冲式燃烧器和集成的引火燃烧器)的燃料使用，所述废气如在所述过程中作为循环的残余气体或弛放气产生。
该措施的结果是，提高了过程步骤的总效率并且优化了使用的再生原料的利用。高热值废气用于产生气化反应所需的反应热。为此，脉冲式燃烧器和集成的引火燃烧器配备有多条用于不同的燃料气体和排气的独立的供给管线。通过废气的这个结合，过程变为SPOT混合气化工艺的集成的部分，过程步骤变为直接地且不可交换地连接的单元(参见图3线路变化方案，向脉冲式燃烧器供给燃料气体)。另一个可能的变化方案是，在例如通过分离例如能够在甲醇合成中用作反应物H2来处理这些废气后，使用这些废气作为脉冲式燃烧器的燃料气体。
为了起动，技术装备允许气化设备的借助生物合成气、天然气和丙烷以及允许后续过程的各种排气来正常工作。所述观点也允许在并联的气化器中借助来自并联的气化器的生物合成气的起动。作为用于起动气化器所需的原材料(脉冲式燃烧器的燃料气体)的使用范围的扩展，从生物合成气中产生的DME(二甲醚)的使用也是可行的，并且就本发明而言是可行的。
在此，设有借助于多级旋风分离器和烧结金属过滤器(在生物合成气压缩前的气体调节)的机械的气体净化和精除尘的使用。
需要压缩生物合成气，并且随后由于从热力学的和机器技术的要求，需要将产品气冷却到最好低于100℃的温度范围。在该温度范围内，尤其在起动运行中，在线路中的生物合成气中存在的可冷凝的碳氢化合物冷凝出来。
下述的观点，即生物合成气的在所述工艺过程阶段(图4)中的机械净化和在优选借助油、生物柴油或其它适合的清洗介质和冷却介质工作的工艺过程阶段中的冷却，确保了需要的清洁和必要的冷却。在此，该观点避免了在技术上不可利用的残余物质流。在专利申请10 2007 004 294.0和10 2006 017 353.8中阐述了本发明的细节。
接着在用于后续过程所需的压力阶段上进行气体压缩。工艺过程阶段的压缩取决于随后的过程的要求，并且当该随后的过程阶段的过程压力大于在气化的过程压力时，那么需要压缩。这些过程详细地如下所述：
●在气化单元的压力水平上的后续过程：无压力并且接近大气的过程，如产品气在锅炉内的燃烧，或者工业炉的点燃(例如用于制造生石灰的回转窑、水泥窑)；
●具有增高的压力的后续过程；
●具有集成的压缩机(例如涡轮增压器)的过程：在这里，作为示例示出生物合成气在燃气轮机内的使用；
●具有外部的压缩的过程，以便将合成气预压力提升到用于随后的过程所需的反应压力。为此使用如下合成设备，所述合成设备通常在20至30bar a的范围内的压力水平下工作。
另一方面是用于通过直接的合成或借助作为中间阶段的甲醇产生能量(氢)、如DME的合成的动力燃料和化学产品的合成气的生产，如已经申请。生物合成气在作为动力燃料的使用方面的最重要的二次产物中之一是DME(二甲醚)。该产物一方面可由甲醇合成的分离的甲醇获得，或者由中间阶段的但不分离的甲醇获得。在图7的图示中给出来自生物合成气的DME产生的工艺路线的总览图。除了CO转换、气体净化，工艺路线分别包括根据SPOT方法或具有净化阶段和压缩的SPOT混合气化工艺的总的气体产生。
下面的说明集中在图7上，并且尤其是集中在DME(例如作为在甲醇合成中制成的甲醇的二次产物)的生产上和其作为用于INCOX100、燃气轮机和出于完整性还有蒸汽锅炉的应用情况的动力燃料的使用上。
其他的过程，如用于制备H2包括其在燃料电池中的使用的不同的过程、氨和基于氨的二次产物，如肥料剂尿素的生产、具有变形方案和二次产物的费托过程(Fischer-Tropsch-Prozess)，已经作为专利申请(专利申请10 2007 004 294.0)，使得在这里省略更多的阐述。
在这里重要的是，强调基于甲醇合成且已经在上述专利申请中提及的由甲醇的合成DME。这个选择性的、以高的转换进行的过程可在两个变形方案中使用。曾经通过分离的甲醇(冷凝的甲醇)，和直接通过甲醇合成的产物气即通过气态的甲醇。两者都是催化的过程。
基于生物合成气的DME合成的下面的说明依照在图7中的图示。
生物合成气在以大约20bar a的压力的压缩阶段后进行粗脱硫，以用于去除痕量的硫化物(H2S)。在该过程前在生物合成气内含有的硫痕量例如通过与铁螯合溶液的接触而被吸收，并且催化氧化成硫，以便然后例如在特定的分流CO转化内——高温CO转化过程——转换。根据该转换调节H2/CO摩尔比，在以化学洗涤过程去除CO2含量的重要部分后，并且在去除用于催化剂保护的分离罐(氧化锌催化剂)后，满足用于随后的过程甲醇合成的条件和DME合成的后续过程的条件。
在释放CO2和痕量物质的经转换的合成气进一步压缩后，该合成气与循环气流和从甲醇合成的废(弛化)气中例如通过变压吸附过程分离的氢混合，并且用于甲醇合成。在该合成中获得的粗甲醇接着在另一个工艺过程阶段中转化为DME。
从甲醇合成中分离弛放气，以用于平衡调节，也就是说限制不可转化的组分，所述弛放气在分离氢部分后，供给SPOT气化工艺，以用于产生过程热。
在专利申请10 2007 004 294.0中详尽地说明了发电，所述发电来自生物源原材料，在SPOT气化法间接加热气化和经调节的气体在气体净化、压缩和可能的冷却后的直接燃烧以及在燃气轮机的燃烧室中、在锅炉中、在直接点火的工业炉和在内燃机(大型发动机)中的燃烧。
但是，借助基于生物合成气合成的动力燃料DME，提供了碳中和的原材料，所述原材料通过在锅炉和燃气轮机中的使用——如用于分散地产生热量的工业热源——在INCOX100工艺中提供，以用于产生电流，并且作为例如船只的驱动，作为在汽车中的动力燃料和作为用于液化气的替代物。这些应用在图1c中提及。
在本发明中说明了在INCOX100工艺的范围内基于生物合成气制成的产品的使用。
INCOX100是一种工艺，其核心是内燃箱。该内燃箱为具有内部的燃烧、集成的燃烧空气压缩和废气膨胀的燃烧设备。该装置在二冲程实施方式和四冲程实施方式中提供直至100MW/h el.的功率大小。在两种情况下，在借助于废气轮机内部膨胀后，并且通过在蒸汽轮机中的废热利用、蒸汽产生和利用，以及最佳地借助于用于产生机械能和/或电流的热力耦合，利用燃烧的烟气流的能量。该工艺的在发电领域中的应用通过在技术上可使用的100MW/h的模块功率毫无问题地导致1000MW/h的且更大的可能的发电设备(INCOX100发电厂)。
INCOX100工艺的其它重要的方面利用了用于获得机器的最佳的效率的燃烧空气增压；在技术上可达到的高内压的获得，所述内压在燃烧期间在工作冲程开始时出现；在通过废气涡轮(膨胀涡轮，所述膨胀涡轮压缩燃烧空气，并且使用剩余的膨胀功来驱动发电机)燃烧后的烟气的能量利用；此外还利用燃烧器/烟气的焓来产生蒸汽。
附加地设有为了加热目的(热力耦合)的热去耦。该过程借助所述的废气利用(废气涡轮和借助蒸汽涡轮的废气热利用)使机械效率达到明显高于70％。借助集成的热力耦合，至少在理论上将该效率再次提高15个效率点以上。具有热力耦合的这个根据本发明的观点的特点是高的机械效率(因此表明非常高的电效率)，所述机械效率比目前的发电厂高了2倍。它是在力热耦合领域中在技术上的最高观点，因为在这里，用于加热目的的低温/热量利用比例小，但是所述低温/热量不必持续地减少。

Claims (17)

1.一种利用生物源原材料制造生物合成气和/或合成的动力燃料，尤其是DME(二甲醚)和/或生物硅石的方法，包括如下步骤：
-借助用于在流化床气化器内集成地产生过程热的脉冲式燃烧器以间接加热的方式气化生物源原材料；
-借助于作为气化剂的氧/蒸汽，将来自第一气化阶段的惰性热解焦炭在最好并行地工作的第二气化阶段内气化，所述第二气化阶段根据膨胀流化床或循环流化床的原理工作；
-结合来自两个气化器的气化产物的至少一部分以用于共同的后续处理。
2.如前一项权利要求所述的方法，其中将排出的材料进行筛选和/或筛分以分离碳和/或细粒部分的，所述细粒部分用于分离包含在灰分中的生物硅石。
3.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中将所述灰分中的粗粒部分送回到间接加热式气化器内，并且/或者将所述灰分中的细粒部分作为高质量的生物硅石产品输出。
4.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中所述生物合成气的后续处理包括下述步骤中的一个或多个：
-在原位脱硫；
-热气净化；
-通过吸收去除卤素；
-借助多级旋风分离器和烧结金属过滤器的单阶段或多阶段的精净化；
-骤冷的使用，通过所述骤冷，借助于不含水的洗液冲洗掉可凝结的痕量的脂肪族碳氢化合物和芳香族碳氢化合物；
-用于随后的压缩阶段的气体冷却。
5.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中从产生的所述生物合成气中的中间阶段甲醇产生二甲醚(DME)。
6.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中在所述间接加热式气化中形成的所述惰性热解焦炭(基于生物源材料)在第二气化阶段内借助作为气化剂的氧/蒸汽混合气转化。
7.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中，调节预压缩的生物合成气在净化的气体CO转化过程中的CO/H2摩尔比，以达到进一步合成的最佳比例。
8.一种利用生物源原材料制造生物合成气和/或合成的动力燃料，尤其是DME(二甲醚)的设备，包括如下组件：
-间接加热式流化床气化器，其用于借助于用于集成地产生过程热的脉冲式燃烧器气化生物源原材料；
-作为第二气化器的另外的气化器，所述气化器最好并联地设置，根据膨胀流化床或循环流化床的原理，所述第二气化器借助作为媒介的氧/蒸汽来气化来自第一气化阶段的惰性热解焦炭；
-机构，其用于结合来自所述两个气化器的所述气化产物的至少一部分以用于共同的后续处理。
9.如前一项设备权利要求所述的设备，其中存在如下装置，所述装置将所述排出的材料进行筛选和/或筛分以分离所述碳和/或所述细粒部分，所述细粒部分用于分离包含在灰分中的生物硅石。
10.如前述设备权利要求中的一项或多项所述的设备，其中存在如下装置，所述装置将灰分的粗粒部分送回到所述间接加热式气化器内，并且/或者将所述灰分中的细粒部分作为高质量的生物硅石产品输出。
11.如前述设备权利要求中的一项或多项所述的设备，其中生物合成气的后续处理通过下述装置进行：
-用于在原位脱硫的装置；
-用于热气净化的装置；
-用于通过吸收去除卤素的装置；
-用于借助多级旋风分离器和烧结金属过滤器的单阶段或多阶段精净化的装置；
-骤冷，通过所述骤冷，借助于不含水的洗液冲洗掉可凝结的痕量的脂肪族碳氢化合物和/或芳香族碳氢化合物；
-用于随后的压缩阶段的气体冷却的装置。
12.如前述设备权利要求中的一项或多项所述的设备，其中存在如下装置，所述装置由产生的所述生物合成气中的所述中间阶段甲醇产生二甲醚(DME)。
13.如前述设备权利要求中的一项或多项所述的设备，其中在具有按照膨胀流化床或循环流化床的原理工作的气化器的第二气化阶段内，在所述间接加热式气化器中形成的所述惰性热解焦炭借助作为气化剂的氧/蒸汽混合气被转化。
14.如前述设备权利要求中的一项或多项所述的设备，其中存在如下装置，所述装置调节预压缩的生物合成气在净化的气体CO转化过程中的CO/H2摩尔比，以达到进一步合成的最佳比例。
15.一种如前述设备权利要求中的一项或多项所述的设备的应用，其用于产生用于尤其是在船只上的二冲程发动机或四冲程发动机的燃料。
16.如前一项权利要求所述的应用，其特征在于，DME或合成气用于以二冲程方式发电，优选用于INCOX100(Internal Combustion Box)。
17.如前一项权利要求所述的应用，其特征在于，基于合成气的产生而获得的灰分用于制造生物硅石。
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