CN105899647A - 用于气化输入材料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于至少部分地气化固体有机输入材料的设备，该设备包括低温气化炉(1)和高温气化炉(2)，在低温气化炉(1)中，通过热解可从固体有机输入材料(A)获得含焦油的热解气体(B)，该高温气化炉(2)具有氧化单元(21)和吸热气化炉(22)，其中热解气体(E)可通过在氧化单元(21)中部分地氧化以及随后在吸热反应器(22)中部分地还原而转化为合成气体(D)，所述吸热反应器(22)具有在垂直方向上圆锥形地加宽的形状，且具有至少一个侧部排出管用于除去在至少一个高度(H)、更具体地在至少两个或更多个不同高度(H)处的不期望的颗粒固体。

Description

用于气化输入材料的方法和设备
本发明涉及用于至少部分地气化固体有机输入材料、特别是生物质的方法和设备，该设备具有低温气化炉和高温气化炉。
现有技术
由固体有机输入材料产生合成气体的方法(也被称为气化方法)是已知的。煤或生物质被有利地用作这种方法的输入材料。在生物质气化方法中，不但使用例如用过的木材和森林废木料或所谓的能源材，而且还使用诸如秸秆或谷壳等农业废物。
例如，利用随后的方法步骤(被称为生物质制油或BTL方法)形成合成气体的生物质气化可用于获取具有与被称为气制油(GTL)和煤制油(CTL)燃料类似的物理化学性质的合成生物燃料。用于产生BTL燃料的设备的一个实例公开于Kiener，C.and Bilas，I.：合成第二代生物燃料中。世界上第一台商业BTL生产设备。能源2.0，2008年7月，42-44页。
用于至少部分地气化固体有机输入材料的方法和设备也在例如EP 0 745 114B1、DE 41 39 512 A1和DE 42 09 549 A1中获知。本申请涉及这样的方法和设备，所述设备包括低温气化炉和高温气化炉，如下文所说明。与其他方法相比，尤其是，此种方法和设备使得能够实现输入材料的较低消耗，并具有较高的冷煤气效率。
在低温气化炉中，输入材料(例如生物质)通过气化剂在介于约300℃和600℃之间的温度下发生的部分气化作用被转化成焦碳(在生物质转化成所知的生物炭的情况下)和热解气体。在本申请中该转化被称为“热解”。热解因化学计量的氧气供应不足为大家所知，并且因此在相对低的温度下不完全燃烧。
然后，热解气体被转移到高温气化炉的燃烧室内并且在此被含氧气体部分地氧化，例如，该气体是或多或少的纯氧气，也可是空气和/或含氧废气，例如，来自燃气轮机或内燃机的含氧废气。所述氧化释放的热量使温度增加至1200℃至2000℃之间，例如1400℃。在这种情况下，热解气体中的芳族化合物、焦油以及含氧化合物被完全分解。从而形成了大致仅仅由一氧化碳、氢气、二氧化碳和蒸汽组成的合成气体。该合成气体此时也可被称为(合成)原料气。
在下一个阶段，例如，在集成于高温气化炉中或者在下游连接至高温气化炉的淬火单元中，以这种方式产生的合成气体与来自低温气化炉的焦炭接触。焦炭可以预先单独制备(例如，通过研磨和过筛)，然后引入到淬火单元中。合成气体由于焦炭与合成气体之间的吸热反应而被冷却至约900℃。这使得二氧化碳部分地转化成一氧化碳。
然后可以进一步调节以这种方式产生的富含一氧化碳的合成气体。调节包括例如进一步的冷却、除尘、压缩和/或去除残余的二氧化碳。
此前，必须保证当选择输入材料时，诸如沙子等固体和/或惰性异物的比例不得超过特定的最大值，以能够保证气化炉中不会积聚过量的此类异物。在之前的设备中，如果发现过大量的积聚，则有必要关闭气化炉并且手动地移除这些固体。
因此，需要对这种设备的操作进行改进。具体地，应当使这种设备在输入材料不含沙子的要求不太严格的情况下也可以操作。
发明内容
本发明提出了一种用于至少部分地气化固体有机输入材料、特别是生物质的设备和方法，具有从属权利要求所述的特征。优选的实施例构成从属权利要求和以下描述的主题。
本发明的优点
本发明根据一种用于至少部分地气化固体有机输入材料(例如生物质)的公知的方法而进行。通过在低温气化炉中热解，输入材料产生了含焦油的热解气体。然后，热解气体通过在高温气化炉中部分氧化、然后通过在吸热反应器或气化炉中部分氧化并随后部分还原而被转化为合成气体，所述吸热反应器或气化炉可为高温气化炉的一部分。根据本发明，可以用简单的方式确保合成气体中主要由热解焦炭引入的固体(不期望的)异物从合成气体流中移除。这使得采用低纯度的输入材料成为可能。具体地，可以接受将不含沙子的要求严格度降低(也就是说，容许输入材料含有相应较高的石英和硅成分)，同时避免这种异物的积聚，特别是碱金属硅酸盐的熔融相的形成。
根据本发明提供的侧部排出管在设计方面可在期望的液位或期望的不同液位处在吸热气化炉中简单地实施。
有利地，选择侧部排出管的至少一个液位时要考虑到吸热反应器在所述液位处的横截面和向上流经吸热气化炉的合成气体因此产生的流速，以及要提取的外来颗粒的确定的或期望的大小。
具体地，本发明利用这样的事实：例如不希望的(惰性的)沙粒具有平均粒度(粒径)。由于气化炉的圆锥形加宽，在吸热气化炉中朝上流动的合成气体的流速向顶部减缓。吸热气化炉的下部区域中，气流作用在外来颗粒上的(向上)力相对较大且超过颗粒的重力。在吸热气化炉一定的液位处，这两个力相互抵消，因此，在所述液位处发生所述不期望的颗粒的浓度增加。侧部排出管在该液位被方便地提供。
对于至少一个侧部排出管优选地是可操作地连接到真空泵，具体地为喷射泵。这样的真空泵可用于以简单的方式从吸热气化炉中提取不期望的异物。
附图说明
图1示出了设计用于实施根据本发明的方法的设备的示意图。
图2示出了根据本发明的设备的一部分的优选实施例。
具体实施方式
图1示出了设计用于实施根据本发明的方法的设备，其整体用参考标记10表示。设备10包括低温气化炉1和高温气化炉2。
可将输入材料A(例如，诸如上述木材或相应的废物等生物质)进给到低温气化炉1。例如，氧气可经由管线11被进给。低温气化炉1被设计用于固体有机输入材料A的热解。
热解气体B可经由管线12从低温气化炉1释放并转移到高温气化炉2。高温气化炉2分为两部分。它包括氧化单元21和吸热反应器(淬火单元)22。在氧化单元21中，热解气体B与提供的含氧气体被部分地氧化，产生例如1400℃至2000℃的温度，如上所述。这产生参考标记为C的合成气体。
合成气体C经由氧化单元21与吸热反应器/气化炉22之间的流体连接被转移到吸热反应器22。磨细的焦炭(具体地，来源于低温气化炉1的热解焦炭)被引入到所述反应器中。热解焦炭经由管线被引入所述反应器中，该管线用参考标记23表示。由此产生的吸热反应导致气体温度快速地冷却到约900℃；至少发生部分还原。
仍然被称为合成气体(现在富含一氧化碳)的所获取的气体混合物D被进给到冷却器3并在此冷却到例如600℃的温度。合成气体D然后可在旋风器4中被除尘。经除尘的合成气体E，在本申请中也称为“从合成气体衍生的气体混合物”，现在具有例如500℃的温度，并可以在另一个冷却器6中冷却。所述气体然后可进给到例如二氧化碳去除装置7。
在二氧化碳去除装置7的下游，容纳在所述装置中的气体混合物可在例如压缩机8中压缩。
气流经由管线15从设备10排出，为了确保足够的气压梯度，并因此为了防止逆流，设备10方便地包括具有制动器(未示出)的压力调节器19。
如图1所示并如图2中详细示出，吸热反应器(淬火单元)22具有朝顶部以圆锥形加宽的形状。现在参考图2更详细地解释所述吸热反应器。应当注意，这里讨论的细节在图1所示的设备中同样可以实现。
在图1中用C表示的合成气体流例如在偏转室内(未示出)向上偏转90度，即，到垂直。因此，合成气体通过吸热气化炉22大致垂直地朝上流动，其朝向顶部以圆锥形状加宽。来自用于还原的低温气化炉1的磨细焦炭被引入到例如吸热反应器22的下部区域22a，例如，经由可操作地连接到管线23的螺旋输送机(由箭头23a象征性地示出)。所述热解焦炭以所述方式与合成气体C反应，热解焦炭颗粒的粒度随着反应增加而减少，即，随着在吸热气化炉22内的停留时间增加而减少(由两个示意性示出的颗粒P、P’表示)。
然而，主要通过热解焦炭被引入到吸热反应器中的不期望的外来颗粒(诸如沙粒)是惰性的且基本上不在吸热反应器22内反应，并因此保持它们的粒度。
在吸热反应器22的下部区域22a中，由于粗制合成气体的相对高的流速，所述外来颗粒向上夹带。然而，由于吸热反应器的圆锥形加宽，合成气体的流速减慢，且因此可以计算和/或确定反应器22内的液位H，在液位H处，外来颗粒(沙粒)的重力补偿通过合成气体的流动而施加的向上的力。外来颗粒的积聚或集中发生在所述液位。
吸热气化炉在所述液位H处或在所述液位H区域内设置有侧部排出管25。侧部排出管25经由管线(用箭头26表示)连接到喷射泵28。在这种情况下，例如，使用水作为泵介质，其经由管线29被引入到喷射泵，并经由管线30离开喷射泵。借助于喷射泵产生的真空使颗粒或外来颗粒集中在液位H处，这些颗粒将从吸热反应器中被提取并被经由管线30的水从系统中移除。
并不能完全排除合成气体的一小部分以及合成焦炭颗粒与外来颗粒一起被提取。但是，比起经由管线24离开吸热反应器的合成气体部分，这一部分非常少。经由管线30提取的材料能够以合适的方式彼此分离，并返回到系统合适的地方。
喷射泵28方便地为所提取的质量流进行全淬火。在侧部提取的质量流的量可通过设置由喷射泵28所产生的真空来变化地设置。
当积聚惰性固体颗粒诸如沙子时，根据本发明的设备能够通过喷射泵28相应的致动继续而不中断地操作。具体地，这样的侧部排出管防止诸如碱金属硅酸盐等的熔融相的形成。总体而言，对于气化过程输入材料的纯度要求根据本发明显著降低。
取代将水作为驱动介质的喷射泵(水喷射泵)，例如将蒸汽或CO2作为驱动介质的喷射压缩机(气体喷射泵)可被用作真空泵。
为了防止熔融气体，诸如高岭土、石灰石或白云石等添加剂也可以被添加到吸热气化炉。然后，全部的混合物可以在侧部再次提取而没有粘性颗粒形成。
侧部排出管也可设置在用于吸热淬火的可比较的夹带反应器上。

Claims (6)

1.用于至少部分地气化固体有机输入材料的设备，该设备具有低温气化炉(1)和高温气化炉(2)，在所述低温气化炉(1)中，通过热解从固体有机输入材料(A)中可获得含焦油的热解气体(B)，所述高温气化炉(2)具有氧化单元(21)和吸热气化炉(22)，其中热解气体(E)可通过在所述氧化单元(21)中部分地氧化以及随后在所述吸热反应器(22)中部分地还原而转化为合成气体(D)，其中所述吸热反应器(22)具有在垂直方向上圆锥形地加宽的形状，且具有至少一个侧部排出管用于提取至少一个液位(H)处、尤其是至少两个或更多个不同液位(H)处的不期望的固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个液位(H)考虑以下因素而被选择：所述吸热反应器(22)在所述液位处的横截面；由此在所述液位处产生的合成气体向上流动的流速；以及不期望的固体颗粒的确定或期望的尺寸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个侧部排出管(25)可操作地连接到真空泵(28)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述真空泵(28)是喷射泵或喷射压缩机的形式。
5.一种用于至少部分地气化固体有机输入材料的方法，其中在低温气化炉(1)中通过热解从输入材料获得含焦油的热解气体，并且所述热解气体然后在高温气化炉(2)的氧化单元(21)中部分地氧化，然后通过在所述高温气化炉(2)的吸热反应器(22)中部分地还原转化成合成气体(D)，其中所述吸热反应器(22)具有在垂直方向上圆锥形地加宽的形状，其中合成气体在大致垂直方向上从底部到顶部流经所述吸热反应器(22)，并且主要通过所述热解焦炭引入到所述合成气体中的不期望的固体颗粒经由设置在液位(H)处的至少一个侧部排出管而被提取。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述不期望的固体颗粒借助于在所述侧部排出管(25)处提供的真空从所述吸热反应器(22)中被提取。
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