CN107636125B - 用于冷却热的合成气体的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于冷却包含至少一种可液化成分、尤其焦油的热的合成气体的方法中，在其中，合成气体在多阶段式冷却过程中依次经历第一冷却阶段、第二冷却阶段和第三冷却阶段且合成气体在至少部分冷却之后经受用于分离至少一种可液化成分的分离步骤，合成气体在第一冷却阶段中被冷却到至少一种可液化成分的液化温度之上的温度上，且第二冷却阶段包括在第三冷却阶段和至少一个分离步骤之后被分岔的合成气体的部分量到合成气体流中的引回。

Description

用于冷却热的合成气体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却包含至少一种可液化成分、尤其焦油的热的合成气体的方法，在其中，合成气体在多阶段式冷却过程中依次经历第一冷却阶段、第二冷却阶段和第三冷却阶段且合成气体在至少部分冷却之后经受至少一个用于分离至少一种可液化成分的分离步骤。
另外，本发明涉及一种用于执行这样的方法的装置。
背景技术
本发明尤其涉及在气化设施中在使用生物质的情形下所产生的合成气体的冷却。合成气体通常被理解为其主要成分是CO和H2的气体。
尤其地，根据本发明待冷却的合成气体来自包括用于容纳静态流化床的气化区域和用于容纳起传输作用的流化床的燃烧区域，其中，气化区域和燃烧区域为了使得床材料的流通成为可能在两个位置处相应地通过呈渠道状的设备(例如收缩部或虹吸管)彼此相连接，其中，气化区域具有用于给出燃烧材料的给出孔、气体输出部和用于尤其水蒸气或CO2的喷入的喷嘴底，且燃烧区域具有用于由气化区域进入到燃烧区域中的床材料的流态化的空气供应部。
该类型的气化设施从专利文献AT 405937 B中变得已知。这样的气化设施可被用于使用异质性的生物燃料和塑料且由此获得带有较高燃烧值的尽可能无氮的燃烧气体或合成气体，其适合用于发电或用于有机产品的合成。在此如此来进行，以至于燃料被带入到构造成静态流化床的通过水蒸气和/或CO2被流态化的气化区域中且通过与流态化气体或者气化介质(水蒸气和/或CO2)的反应且借助于床材料的热量在空气隔绝的情形下被脱气且部分被气化。在此上升的产物气体被抽出且经冷却的床材料与未气化的剩余燃料经由呈渠道状的装置(例如收缩部)到达到燃烧区域中。在燃烧区域中，床材料与剩余燃料通过空气在形成快速流通的流化床的情形下被流态化且剩余燃料燃烧。床材料在离析燃烧废气之后在旋流器中经由呈渠道状的装置(例如虹吸管)被给出到气化区域的静态流化层上。
通过使用起催化作用的床材料(尤其基于镍和/或铌)，在脱气和气化的情形中形成的气体可通过如下方式被精制，即，实际上仅存在多于可燃烧成分的CO,CO2和H2以及水蒸气或产生带有较高燃烧值的富甲烷气体。
离开气化设施的合成气体通常具有600-800℃的温度且包含固体的粉末状成分和可液化成分，尤其例如焦油。因此，合成气体必须经受冷却和净化。在此在大多数情况下如此来进行，以至于合成气体在冷却装置中首先被如此程度地冷却，以至于粉末状成分可在过滤器、尤其织网过滤器中被离析。焦油杂质在下游的气体洗涤器中被移除且经净化的冷却的合成气体可在压缩之后借助于风扇直接在燃气发动机中发电。
在冷却包含可液化成分、尤其焦油的合成气体的情形中存在问题如下，即，可液化成分液化且沉积在冷却装置、尤其相应的热交换器处且在一段时间后阻塞该热交换器，这导致设施的停止。在焦油的情况中可观察到在200-500℃的温度的情形中的液化。合成气体以有利的方式然而在分离步骤之前已被冷却到低于200℃的温度水平上，因为这样低的温度水平在分离步骤的范围中允许使用用于分离固体成分的标准过滤器，其中，这样的过滤器相比用于高温应用的特殊过滤器可更少成本地供使用。此外，较小的温度引起导致气体容积的降低，因此必要的过滤面减少，这同样导致成本节省。
在此，冷却在大多数情况下在多个相继的阶段中实现，以便于将各个热交换器阶段的结构长度保持在合理的界限中且同样可最佳地调整在各个阶段中的速度。在分离阶段之前的最后的热交换器的端部区域中，在冷却到至少一种可液化成分的液化温度之下的情形中可观察到冷凝物的沉积。
发明内容
因此存在如下任务，即，创造一种用于冷却合成气体的方法和装置，利用该方法或该装置实现将合成气体在分离阶段之前冷却到在液化温度之下的温度上，而在此形成的冷凝物不引起设施的损伤。
为了解决该任务，本发明在开头提及的类型的方法的情形中大致作如下设置，即，合成气体在第一冷却阶段中被冷却到在至少一种可液化成分的液化温度之上的温度上且第二冷却阶段包括在第三冷却阶段和至少一个分离步骤之后被分岔的合成气体的部分量到合成气体流中的引回。
冷却阶段因此如此来设计，以至于合成气体在第一冷却阶段中仅被冷却到在至少一种可液化成分的液化温度之上的温度上，从而可靠地避免例如焦油在该阶段中的液化。在该冷却阶段中，因此可使用常规的热交换器。就此而言，本发明优选地如此来改进，以至于合成气体在第一冷却阶段中被导引穿过至少一个、优选地两个依次穿流的热交换器。特别优选地，在第一冷却阶段中简单构建的成本适宜的热交换器(例如至少一个烟筒冷却器)可得到使用。在烟筒冷却器的情形中，至少一个优选地垂直竖立的烟筒由冷却套包围。当待冷却的合成气体被引导穿过烟筒时，冷却套由冷却介质(例如水)流动穿过，该冷却介质在烟筒处变热。
合成气体的进一步冷却、尤其这样的到至少一种可液化成分的液化温度之下的冷却，此时根据本发明不在另一热交换器中实现，而是通过冷合成气体至合成气体的主流的混合实现，以此实现合成气体的急冷。在此，冷合成气体在第三冷却阶段和至少一个分离步骤之后被分岔且因此尽最大可能地不带有至少一种可液化成分、尤其焦油。由于第二冷却阶段仅需要用于混合合成气体主流与被引回的冷合成气体的混合装置，冷凝物在该冷却阶段中的出现可毫无问题地被接受，因为冷凝物的沉积的风险较小且被引回的冷的且经净化的合成气体的混合此外导致相应的稀释，也就是说冷凝物份额关于合成气体的总量的降低。
冷的且经净化的被引回的合成气体优选地在经历气体洗涤之后被获得。本发明就此而言优选地如此来改进，以至于第三冷却阶段和分离步骤包括合成气体在气体洗涤器中的洗涤。
分离步骤可包括用于分离固体成分的过滤，尤其除了所提及的气体洗涤以外。优选地，过滤在气体洗涤的上游。
优选地作如下设置，即，合成气体在第一冷却阶段中被冷却到>280℃的温度上。其为这样的温度范围，在其中例如焦油还未或仅以较少规模被液化。
优选地另外如此来进行，以至于合成气体在第二冷却阶段中被冷却到≤200℃、尤其150-200℃的温度上，也就是说被冷却到这样的温度上，在该温度中例如焦油液化。
在第三冷却阶段中，合成气体优选地被冷却到20-70℃的温度上。
温度调节根据一种优选的实施方式通过以下方式实现，即，被引回的合成气体量取决于布置在第二冷却阶段与第三冷却阶段之间的温度传感器的测量值来调节。该温度传感器因此测量在第二冷却阶段之后的合成气体的温度(实际值，将该值与相应地期望的额定值比较)，其中，取决于在额定值与实际值之间的差值提高或降低被引回的冷的合成气体的量。
根据另一方面，本发明涉及一种用于执行根据本发明的方法的装置，包括用于第一冷却阶段的第一冷却装置、第二冷却阶段、用于第三冷却阶段的第三冷却装置和至少一个在合成气体的流动方向上在第二冷却阶段下游的用于分离步骤的分隔装置。根据本发明，该装置大致通过以下方式出众，即，第二冷却阶段包括用于将在第三冷却阶段和至少一个分隔装置之后被分岔的合成气体的部分量引回到合成气体流中的引回管道。
该装置的一种优选的构造作如下设置，即，第一冷却装置包括至少一个、优选地两个可依次穿流的热交换器。在此，热交换器可由烟筒冷却器形成。
第三冷却装置和分隔装置有利地包括气体洗涤器。分隔装置可额外地包括用于分离固体成分的过滤器。
附图说明
随后根据在附图中示意性地示出的实施例更详细地解释本发明。
图1显示了用于气化生物质的设施的流程图，只要其对于本发明的解释而言是有意义的。
具体实施方式
气化在文件AT 405937 B中所描述的类型的双流化层气化器中实现。双流化层气化器包括带有用于容纳流化床3的气化区域2的气化反应器1。
例如以木屑形式的生物质被供应给气化反应器1。该供应由给出容器4借助于输送装置5(例如蜗杆输送器或活塞输送器)实现。在气化反应器1中实现被放入的生物质在大气压力和大约850℃的温度的情形中且在尽最大可能地氧气隔绝的情形下的气化。气化反应器1具有用于尤其水蒸气或CO2的喷入的喷嘴底7以及用于排出在气化区域2中出现的合成气体的排气部6。水蒸气和/或CO2的喷入确保了流化床3的流转且由此确保了燃料的均匀加热。
另外，双流化层气化器包括用于容纳流化床的燃烧室8，空气在9中被喷入到该流化床中。气化反应器1和燃烧室8在底部区域中通过呈渠道状的设备10彼此相连接，从而使得在气化反应器1中向下下降的脱气的且部分气化的燃料可与床材料共同到达到燃烧室8中。在燃烧室8中实现经由呈渠道状的设备10供应的燃料的燃烧，由此燃烧室8的流化床的温度上升。在旋流器11中实现床材料与废气的分离。废气在12中被排出且若有可能供应给废气处理装置。床材料经由虹吸管13又被导引回到气化反应器1中且在该处促使热输入。
床材料可例如由橄榄石和灰烬构成，其在循环中通过气化反应器1和燃烧室8流通。气化反应器1的两个流化层系统和燃烧室8因此通过床材料循环相连接，其中，通过虹吸管13的气体交换被阻止。
这也就是说，含粉末和焦油的合成气体首先被如此程度地在热交换器14和15中冷却，以至于焦油还未液化，由此防止在热交换器15中的沉积。然后，呈粉末状的成分在织网过滤器16中被离析。焦油杂质的主要部分然后在气体洗涤器17中被移除且合成气体可在压缩后借助于风扇18直接在燃气发动机19中发电。剩余的合成气体被供应给燃气火炬20。作为用于气体洗涤器17的洗涤介质可例如利用生物柴油，该生物柴油在21中被供应给气体洗涤器且焦油成分在该生物柴油中良好地溶解。
经净化且经冷却的合成气体的部分量在22中被分岔且在23中、也就是说在热交换器15与织网过滤器16之间被引回给合成气体流。由于来自热交换器15的合成气体与被引回的合成气体的混合实现冷却，其若有可能导致焦油成分的液化。
因此总体来说实现三个冷却阶段。在第一冷却阶段中，合成气体在热交换器14和15中由大于800℃被冷却到大约250-300℃。第二冷却阶段通过合成气体与在23中被引回的合成气体量的混合来实现，其中，该急冷过程促使合成气体到150-200℃上的冷却。在第三冷却阶段中，合成气体在气体洗涤器17中被冷却到大约20-60℃上。

Claims (9)

1.一种用于冷却包含至少一种可液化成分、即焦油的热的合成气体的方法，在其中，所述合成气体在多阶段式冷却过程中依次经历第一冷却阶段、第二冷却阶段和第三冷却阶段，且所述合成气体在至少部分冷却之后经受至少一个用于分离至少一种可液化成分的分离步骤，其特征在于，所述合成气体在所述第一冷却阶段中被冷却到所述至少一种可液化成分的液化温度之上的温度上，且所述合成气体在所述第二冷却阶段中被冷却到在所述至少一种可液化成分的液化温度之下的温度上、即冷却到≤200℃的温度上，且所述第二冷却阶段包括在所述第三冷却阶段和所述至少一个分离步骤之后被分岔的合成气体的部分量到合成气体流中的引回。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合成气体在所述第一冷却阶段中被导引穿过至少一个热交换器(14,15)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三冷却阶段和所述分离步骤包括所述合成气体在气体洗涤器(17)中的洗涤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分离步骤包括用于分离固体成分的过滤。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述合成气体在所述第一冷却阶段中被冷却到>280℃的温度上。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述合成气体在所述第二冷却阶段中被冷却到150-200℃的温度上。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述合成气体在所述第三冷却阶段中被冷却到20-70℃的温度上。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，被引回的合成气体量取决于布置在所述第二冷却阶段与第三冷却阶段之间的温度传感器的测量值来调节。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述合成气体在所述第一冷却阶段中被导引穿过两个依次穿流的热交换器(14,15)。
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