TWI522454B - 特別用於無排放能源產生之含碳物質之熱及化學利用 - Google Patents

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Description

特別用於無排放能源產生之含碳物質之熱及化學利用
本發明係關於用於無排放熱及化學處理及利用固體、液體及氣體含碳物質及混合物，特別是廢料、生物質、煤及其他非均質材料，特別用於製造合成烴的方法及設備，及其在無排放動力設備中之用途。
本發明另外係關於以含烴材料及/或合成烴運行用於產生電力及/或機械動力的動力設備，及相應方法，以及合成烴之產生及其在無排放動力設備中之用途。
一段時間以來已知二氧化碳對地球之氣候平衡有極不良之影響且對人為氣候變熱負很大責任。因此，非常需要避免二氧化碳排放，特別在自化石燃料產生電能及/或機械能之情況下。
當在習知動力設備中使用含碳物質作為燃料時，二氧化碳為能量產生之不可避免的副產物。通常不可能以合理有效及/或經濟之費用將二氧化碳自所得燃燒廢氣中分離出。在工業規模上，正在測試將二氧化碳捕獲於例如基於胺之溶劑中的系統。然而，該等系統為昂貴且複雜的且對於較小設備而言不實際。
諸如水力、風力、太陽能及核能的無二氧化碳排放之其他能源具有其他問題。使用諸如風力、太陽能及二氧化碳中性生物質之替代能源的當前設備不具有足以滿足能量穩定增加之需要的能力。此外，受氣候影響之能源常常不可無條件地確保必要輸出容量。因此，用於低排放、有效、靈活性及易於增加能量產生規模(特別是電能)的設備為深入研究活動之主題。
自先前技術已知各種類型之方法及設備，用該等方法及設備可自固體、液體及氣體含碳物質產生氣體混合物，該等氣體混合物接著作為所謂合成氣體用於化學合成。含有一氧化碳及氫氣之合成氣體用於例如工業液相甲醇合成或用於費雪-缺布希合成(Fischer-Tropsch synthesis)以生產烴及其他有機物質。或者，亦使用該等合成氣體來產生能量，例如作為操作熱機之燃料。
為自固體碳生產一氧化碳-氫氣合成氣體，使用氧氣、二氧化碳或水來使固體碳氣化以形成合成氣體：
一氧化碳與氫氣之間之比率由所謂水煤氣變換反應IV來提供：
吸熱反應I及II期間所需之熱能可由例如反應III中固體碳之部分燃燒產生，或可由外部供應。
在生產合成氣體或相應氣體燃料之已知方法類型中，用於氣化反應之固體碳係以焦炭形式存在。此又在前一階段中由煤或其他含碳物質熱解產生。使熱解期間形成之熱解氣體燃燒，其中含熱二氧化碳之燃燒氣體首先用作焦炭之氣化劑且亦用作外部熱能供給劑。
在另一方法類型中，焦炭隨著空氣/氧氣之添加而氣化，其中熱能主要來源於焦炭中之碳的部分燃燒。隨後來自前述熱解階段之熱解氣體混合為熱合成氣體，其經裂化，並形成無焦油可燃氣體混合物。
生產合成氣體之已知方法針對且經最佳化以便自廉價煤生產用於化學工業之合成氣體，例如用於生產液體推進劑及其他高價值終產物。在此等方法中，一些起始物質經燃燒以產生能量，且因此在產生高價值終產物時，產生大量不再可利用之二氧化碳。由於人為氣候變暖，因此現在該等效率低下之方法變得越來越不可接受。
其他該等方法主要針對自固體含碳物質(諸如煤、生物質或非均質混合物，諸如可燃廢物)生產更易於處置之氣體燃料。舉例而言，氣體渦輪機可用此燃料來運行。該等方法揭示於例如DE 102007041624 A1及DE 2325204 A1中。然而，在此等方法中，儲存於固體起始物質中之一些化學能又在產生焦炭或產生氣體之轉化過程中消耗，且相應地排出二氧化碳。
除低效率之外，已知方法之一缺點為複雜結構及操作，特別在以下設備中：其中焦炭於流體化流(fluidised stream)或挾帶流中氣化。該等方法另外需要複雜控制系統。
同樣，已知可由生物質生產液體推進劑的各種方法。在G. W. Huber等人，"Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry,Catalysts,and Engineering",Chem. Rev. 106(2006),第4044頁之論文中，提供各種方法之評論。在此等方法之特定基本類型中，生物質經氣化且隨後自所得氣體混合物合成氣體及/或液體烴及其他含碳化合物，其充當推進劑或燃料。特定言之，起始物質可藉由熱解及下游氣化而氣化，且可藉助於費雪-缺布希合成進行產物合成。
自生物質生產合成推進劑的該方法描述於"Verfahren zur Herstellung des synthetischen Biokraftstoffs SunDiesel"[Process for Producing the Synthetic Biofuel SunDiesel],B. Hoffmann,Aufbereitungstechnik,49(1-2)(2008),第6頁中。在此方法中其稱作「carbo-V」，在第一步驟中，在低壓(4巴)及400至500℃下，塊狀生物質(粉碎植物物質)經空氣熱解，其中此步驟視為熱預處理步驟。由此產生熱解氣體及熱解焦炭。
相應設備揭示於例如DE 19807988 A1中。接著，熱解氣體經預熱空氣或氧氣在高溫(1400至1500℃)下進行後氧化以便分解長鏈烴。與其獨立地，熱解焦炭經研磨且以粉塵形式吹入第二階段之氣流中，在該第二階段焦炭粉塵以吸熱方式氣化為挾帶流中之合成氣體。EP 1749872 A2中揭示相應方法。在處理之後，在多階段費雪-缺布希合成中自所得合成氣體生產類似於柴油之推進劑。所得廢氣(包括熱解及氣化階段中產生之二氧化碳)釋放至大氣中。
為增加費雪-缺布希反應效率，含有未反應之氫氣及一氧化碳以及C1-C4烴化合物之費雪-缺布希合成之殘餘氣體及氣體產物可藉由使其再循環至氣化階段而再次通過費雪-缺布希階段。(參見H. Boerrigter,R. Zwart,"High efficiency co-production of Fischer-Tropsch(FT) transportation fuels and substitute natural gas(SNG) from biomass",Energy research centre of the Netherlands ECN Report,ECN-C-04-001,2004年2月)。因此，例如US 2005/0250862 A1展示自生物質生產液體推進劑的方法，其中低分子量氣體及不希望有之較高分子量部分餾份(費雪-缺布希合成之下游產物)返回通過氣化階段。
然而，在所有此等方法中，主要由二氧化碳以及(若適當)諸如大氣氮氣之惰性氣體組成之廢氣釋放至大氣中。DE 2807326及US 4092825描述由煤產生合成氣體之動力設備，該合成氣體隨後用作產生蒸汽之燃料氣體。經由蒸汽渦輪機由蒸汽產生電基本負載能量。分出一些合成氣體且用於產生甲醇或液體烴。此等液體燃料經臨時儲存且視需要用於產生電能。所得燃燒廢氣釋放至大氣中。
本申請案中引用之先前技術文獻之揭示內容形成本發明內容之整體組成部分。
本發明之目的
本發明之目的為提供用於熱及化學處理及利用固體、液體及氣體含碳物質及混合物，特別是廢料、生物質、煤及其他非均質材料的方法及設備，該等方法及設備不具有上述及其他缺點。
特定言之，本發明之方法及設備儘可能做到無排放及/或具有最少二氧化碳產生。
本發明之另一目的為提供可用於將廢料、生物質或煤以儘可能少之外部能量供應轉化為其他高能量產物的方法及設備。
本發明之又一個目的為提供可用於將難以利用之含石油物質(諸如油葉岩、油砂或油泥)以無排放方式轉化為更適用產物的方法及設備。
本發明之另一目的為提供可用於將固體、液體或氣體物質有效轉化為氣體或液體能源的方法及設備。
本發明之另一目的為提供可用於以儘可能中性之二氧化碳平衡產生液體及氣體燃料及推進劑的方法及設備。
本發明之又一個目的為藉由避免由於排放及收集之非排放物質轉化為其他能源所造成之能量損失而改良方法及設備之能量效率。
同樣，本發明之一目的為提供開頭所述類型的用於產生電能及/或機械能之無排放設備，特別是動力設備，其不具有上述及其他缺點。
該能量產生設備應特別允許有效地且根據對寬輸出範圍之需要來提供電能及/或機械能。
有利地，本發明之該能量產生設備應能夠儲存能量且，倘若需要增加輸出，應能夠將此儲存能量作為電能及/或機械能再釋放。
該動力設備宜應能夠利用大範圍固體、液體及氣體含碳物質及混合物，特別是廢料、生物質、煤及其他非均質材料，來產生能量。
本發明之又一個目的為提供可用於利用難以利用之含石油物質(諸如油葉岩、油砂或油泥)以無排放方式來產生能量的能量產生設備。
本發明之另一目的為提供與諸如壓力、溫度、濕氣或所有其他外部參數之外部條件無關的能量產生設備。舉例而言，在相對高之位置處，例如高於2000 m，較低之環境壓力對習知動力設備之能量效率有不利結果。
此等及其他目的係根據申請專利範圍獨立項，藉由利用本發明之設備及動力設備並利用本發明之方法及能量產生方法而達成。其他有利具體實例提供於申請專利範圍附屬項中。
發明敘述
在本發明用於無排放產生能量及/或烴及其他產物之方法中，藉由利用該方法第一階段中之含碳物質而供應及熱解含碳物質，其中形成熱解焦炭及熱解氣體。在該方法之第二階段中，來自第一階段之熱解焦炭經氣化，其中形成合成氣體，且排出爐渣及其他殘餘物。在該方法之第三階段中，來自第二階段之合成氣體轉化為烴及/或其他固體、液體及/或氣體產物，排出。該方法之三個階段形成閉合迴路。第三階段之過剩氣體作為循環氣體進入第一階段及/或第二階段中，且第一階段之熱解氣體進入第二階段及/或第三階段中。
在此方法之一個有利變數中，較佳在第三階段中供應氫氣，及/或較佳在第一階段或第二階段中供應二氧化碳。
可在所有三個階段之壓力下進行該利用方法。第一階段之熱解氣體可進入第二階段及/或第三階段中。第二階段之合成氣體又可進入第三階段及/或第一階段中。
有利地，氣流在迴路內沿界定方向前進。氣流可例如在迴路內自第一階段經由第二階段流至第三階段並返回第一階段，或自第一階段經由第三階段流至第二階段並再返回第一階段。
特別有利地，沿該迴路存在壓降。此允許氣流在無其他傳送系統之情況下沿迴路傳送，用於產生壓降之壓縮機除外。
可在一或多個壓力反應器中進行該利用方法之第一階段。
藉由使一部分熱合成氣體自第二階段返回至第一階段，及/或藉由起始物質及所得熱解焦炭之部分氧化，可部分或完全供應用於第一階段中熱解反應之熱能。
有利地，第一階段係在300與800℃之間、較佳在450與700℃之間、且特別較佳在500與600℃之間之溫度下進行。
同樣可在一或多個第二壓力反應器中進行該利用方法之第二階段。對於第二階段中之氣化反應，可使用氧氣及/或蒸汽及/或二氧化碳作為氣化劑。
熱解焦炭可完全氣化或僅有部分氣化。在後一種情況下，未處理之焦炭可連同所得爐渣一起排出。
在第二階段中，氣化反應所需熱能可部分或完全由外部供應，例如藉由加熱裝置及/或熱交換器，及/或可藉由以氧化劑(特別是氧氣)氧化一部分熱解焦炭而產生。
有利地，本發明之利用方法之第二階段係在600與1600℃之間、較佳在700與1400℃之間、且特別較佳在850與1000℃之間之溫度下進行。
在一較佳變數中，第二階段之溫度為850℃或850℃以上，其中熱解焦炭及熱解氣體在第二階段中保留至少2秒鐘。以此方式符合許多國家關於處理被污染物污染之材料及特殊廢料所適用之條款。
有利地，本發明之利用方法之第一階段及/或第二階段係在1巴與60巴之間、較佳5巴與25巴之間、且特別較佳10巴與15巴之間的壓力下進行。
在本發明利用方法之另一有利變數中，在同一壓力反應器中進行第一階段及第二階段。
該利用方法之第三階段宜在一或多個壓力反應器中進行。第三階段中之轉化較佳使用費雪-缺布希合成或液相甲醇合成進行。
在本發明之方法之一個特別有利變數中，藉由使第三階段中產生的作為燃料之烴及其他產物氧化為基本上由二氧化碳及水組成之氧化氣體而產生電能及/或機械能。宜使用純氧氣作為氧化劑。氧化氣體中的水可冷凝出來及/或分離出來。
至少一部分氧化氣體宜反饋至利用方法之第一階段及/或第二階段及/或第三階段中。
在上述本發明方法之另一有利變數中，藉由在熱交換器中冷卻合成氣體而產生電能及/或機械能，其中形成過熱蒸汽及/或其他熱氣體，使用熱機(較佳為蒸汽渦輪機)由該過熱蒸汽及/或其他熱氣體產生電能及/或機械能。
本發明藉由利用含碳物質來無排放產生能量及/或烴及其他產物的設備含有利用設備，其具有第一設備組成部分，用於進行含碳物質之熱解以形成熱解焦炭及熱解氣體；第二設備組成部分，用於進行熱解焦炭之氣化以形成合成氣體及殘餘物；及第三設備組成部分，用於進行合成氣體向烴及/或其他固體、液體及/或氣體產物的轉化。所有三個設備組成部分均耐壓密閉且形成基本上閉合迴路。熱解氣體之傳送管線將第一設備組成部分以耐壓密閉方式連接至第二設備組成部分及/或第三設備組成部分。合成氣體之傳送管線將第二設備組成部分以耐壓密閉方式連接至第三設備組成部分及/或第一設備組成部分。循環氣體之傳送管線將第三設備組成部分以耐壓密閉方式連接至第一設備組成部分及/或第二設備組成部分。
宜沿該等傳送管線之至少一條配置至少一個壓縮機。
可提供使氣流以唯一界定方向沿傳送管線流動之構件，該方向較佳自第一設備組成部分經由第二設備組成部分至第三設備組成部分並返回第一設備組成部分，或自第一設備組成部分經由第三設備組成部分至第二設備組成部分並返回至第一設備組成部分。
該等設備組成部分各自可具有一或多個壓力反應器。在一有利變數中，第一及/或第二設備組成部分包含加熱裝置及/或熱交換器。
可提供合成氣體之傳送管線分支，一些合成氣體可藉助於該分支而自第二設備組成部分返回至第一壓力反應器。
在本發明設備之另一有利變數中，第一設備組成部分與第二設備組成部分具有共用壓力反應器。
第三設備組成部分較佳包含費雪-缺布希合成設備或液相甲醇合成設備，或用於產生液體產物之另一適合設備。
特別有利設備可以自第一階段經第二階段至第三階段存在壓降之方式運行。以此方式，沿環狀氣流之質量傳送係由不同壓力反應器之間的壓力差驅動。此為實質優點，因為此使得設備以儘可能少之移動設備組成部分來運作。
本發明之一特別優點為該設備與諸如壓力、溫度、濕氣或所有其他外部參數之外部條件無關。由於在本發明之動力設備中，物流以閉合方式進行，因此該方法實質上與環境壓力無關。
本發明設備之另一實質優點為該閉合系統無需氣體處理而運作。另一優點為：在第三階段中自合成氣體形成並分離液體產物強制性地使粒子分離出。
在本發明設備之一特別有利具體實例中，提供另一設備組成部分，其藉由使用第一設備中產生之烴及其他產物作為燃料來產生電能及/或機械能。較佳地，該另一設備組成部分具有自燃料產生電能及/或機械能的至少一個驅動裝置，其中該驅動裝置自燃料之氧化獲得操作所必需之能量，從而形成基本上由二氧化碳及水組成之氧化氣體，且包含用於氧化氣體之壓縮及/或冷凝的裝置。
驅動裝置可設計為燃料電池或熱機。在一特別有利變數中，驅動裝置可以純氧氣作為氧化劑來操作。
在該設備之另一具體實例中，在壓縮及/或冷凝氧化氣體之裝置上游及/或下游提供用於冷卻氧化氣流的熱交換器。
在本發明之該設備之又一具體實例中，提供自氧化氣體冷凝及/或分離水之裝置。此尤其減少剩餘殘餘氣體之量。
本發明之該能量產生設備之另一變數包含儲存器，以便在壓縮及/或冷凝氧化氣體之後收集氧化氣體或殘餘氣體。
為將氧化氣體或殘餘氣體再循環至本發明能量產生設備之第一設備組成部分的三個階段之一中，可提供傳送管線。
在本發明之上述設備之一的另一有利具體實例中，驅動裝置設計為燃機，其具有至少一個燃燒室，用於以氧氣來燃燒液體或氣體燃料；具有構件，用於將所得氣體壓力或氣體體積轉化成機械功；具有饋入裝置，用於將氧氣引入燃燒室中；及具有排氣裝置，用於自燃燒室中移除氧化氣體。
在該設備之一特別有利變數中，驅動裝置包含饋入裝置，其用於將水及/或蒸汽引入燃燒室及/或離開燃燒室之後的氧化氣流中。驅動裝置可包含例如以氧化氣流操作之渦輪裝置。
在如上所討論之本發明設備之又一有利變數中，提供產生電能及/或機械能之另一設備組成部分，其具有至少一個驅動裝置，用於自蒸汽及/或第一設備中已產生或過熱之其他熱氣體產生電能及/或機械能。
較佳地，另一設備組成部分包含驅動裝置，其用於自蒸汽及/或第一設備中已產生或過熱之其他熱氣體產生電能及/或機械能。在第一設備之迴路中，提供至少一個熱交換器來加熱蒸汽及/或其他氣體，及/或產生蒸汽。
使用本發明方法及/或使用本發明設備產生之烴及其他固體、液體及/或氣體產物可例如根據無典型硫及磷雜質而與類似石油產品區別開。在一部分起始含碳物質為生物質的生產情況下，產物相較於石油化學品具有高的C14同位素分率。
在下文中將參考圖式描述本發明之裝置。此等圖式僅展示本發明標的物的例示性具體實例。
下文中所給出之實施例係為了增加對本發明之理解而給出，而不適於將本發明限制於本文所揭示之特徵。
產生電能及機械能之動力設備及方法
圖1圖示產生電能及/或機械能之本發明動力設備A1之一可能具體實例，其具有第一設備組成部分A2，用於熱及化學利用含碳物質M1以提供液體及/或氣體燃料M6(化學能)及蒸汽M11(熱能)；第二設備組成部分A3，用於自蒸汽M11形式之熱能產生電能及/或機械能；及第三設備組成部分A5，用於自燃料M6形式之化學能產生電能及/或機械能。
在利用設備組成部分A2之第一階段P1中，饋入含碳物質M1並將其熱解，其中形成熱解焦炭M2及熱解氣體M3。在第二階段P2中，來自第一階段之熱解焦炭M2經氣化，其中形成合成氣體M4，且剩餘爐渣及其他殘餘物。在第三階段P3中，來自第二階段之合成氣體M4轉化為基於烴之液體及/或氣體燃料M6。所有三個階段均耐壓密閉且形成實質上閉合迴路。藉助於該利用設備A2，可將固體、液體或氣體物質有效地轉化為氣體或液體燃料M6。此外，設備A2產生蒸汽M11形式之熱能。
利用方法中存在之熱能可以蒸汽M11之形式自第一設備組成部分A2中移除並藉助於適合之驅動裝置A61(例如藉助於蒸汽渦輪機)用於第二設備組成部分A3中以產生電能及/或機械能E1。在利用設備A2之恆定操作期間，以此方式產生特定基本輸出。此第二設備組成部分A3為本發明動力設備的可選組成部分。
合成階段P3中產生之含烴燃料臨時儲存於貯槽或壓力儲存器P51中。視需要自此等儲存器P51中移除燃料M6，且使用適合之驅動裝置A51在第三設備組成部分A5中轉化為電能及/或機械能E2。此過程可例如藉助於熱機或燃料電池裝置來進行。使第三設備組成部分A5之含二氧化碳的氧化氣體M16再循環返回至利用設備組成部分A2。若適當，可提供臨時儲存器P52。
第三設備組成部分A5提供以下優點：由本發明設備產生之能量輸出可在極短時間內匹配所需實際需要。在此情況下，化學燃料M6用作臨時能量儲存。在功率消耗峰值期間，以燃料M6操作的經適合設計之裝置A61(例如氣體渦輪機及/或蒸汽渦輪機)可極快速操作。由於能量儲存容量之緣故，動力設備A1之峰值輸出可在較短時間內超過該設備之熱基本輸出。
第三設備組成部分A5可連同利用設備組成部分A2安裝在相同位置。或者，如圖2中所示，亦可能整個系統A1之第三設備組成部分A5經配置與第一設備組成部分A2在空間上分開。燃料M6及氧化氣體M16可例如藉由鐵路或管線傳送，其中在此種情況下傳送裝置(槽罐卡車、管線)同時亦用作儲存器P51、P52。由於以燃料M6之形式經長距離傳送之化學能實質上比電能傳輸更有效，因此本發明之動力設備A1之峰值負載設備組成部分A5的位置可選擇位於發生相應需求處，而利用設備組成部分A2宜建構於含碳起始物質存在處。
圖3圖示本發明動力設備A1之可能具體實例。所示設備A1包含利用含碳起始物質M1的第一設備組成部分A2，及產生基本上恆定基本量之電能及/或機械能E1的第二設備組成部分A3。
利用設備A2之結構基本上相當於以下將參考圖9所討論之利用設備。基本負載設備組成部分A3包含呈蒸汽渦輪機A62或另一熱機形式的驅動裝置A61，其可使用過熱蒸汽M11.2操作來產生機械能，及實施例中所示，由蒸汽渦輪機驅動的發電裝置A64。
在熱交換器/過熱器P42.1中，其中，第二階段P2之熱合成氣體M4冷卻至第三合成階段P3之溫度的同時，自較冷蒸汽M11.1產生過熱蒸汽M11.2(約550至600℃/50巴)。必要時，隨後之另一熱交換器可進一步冷卻合成氣體流。使用蒸汽渦輪機自過熱蒸汽M11.2產生電能E1。在蒸汽渦輪機A62中膨脹之後，廢蒸汽M11.3在冷凝器/節熱器A63中冷凝M9.2，其中廢熱經由適當設計之冷卻迴路A65排出。所得冷凝物M9.2較佳在60至70℃下，且隨後鍋爐階段P32中之水無需過多加熱。同時，水不應過熱，以防泵A66中之空蝕作用。冷凝物M9.2藉由泵A66自臨時儲存器(其未圖示)傳送至熱交換器/鍋爐P42.1中，在其中又蒸發為蒸汽M11.1(約250至300℃/20巴)，同時合成階段P3冷卻。蒸汽M11.1儲存於圓拱頂汽室(其未圖示)中，以便在進入過熱器P42.1之前首先分離出剩餘水，且其次，在利用設備A2中形成儲存，以便針對各種目的可自其中移除製程蒸汽M10。藉由新供水至冷凝物儲存器中而補償在迴路中損失及消耗之製程蒸汽M10。
在一替代性變數中，高壓階段下游之蒸汽渦輪機P42.1中，可移除一些蒸汽作為製程蒸汽M10，其在圖3中展示為虛線箭頭。以此方式，可利用相對大量之蒸汽M11.2用於能量回收且只有在其後可提供必要之製程蒸汽。
來自製程蒸汽消耗裝置(諸如熱交換器P42.2、P15)之廢蒸汽同樣可冷凝M9.2且再循環至給水M9.1，以此方式得到儘可能閉合之能量迴路。
相應地，在本發明之設備A1中，蒸汽迴路亦可另外經由各種熱交換器引導以便設備A1達成儘可能高之效率。
如例如圖3中所揭示，在僅具有基本負載設備組成部分A3之本發明動力設備A1中，合成階段P3中形成之產物M6可用作可使用化石燃料操作的習知動力設備A5之燃料，該動力設備A5例如柴油發電機或氣體渦輪機發電機，其可用於涵蓋峰值負載。在此種情況下化學燃料M6用於在較短時間內達成極高生產輸出，與在平衡狀態下運行之基本系統A2、A3分離。因此，在極短時期內，本發明動力設備A1之總輸出，例如100%恆定基本負載生產Pc"可增加至例如600%峰值負載生產Pe"。
或者，產物M6亦可以其他方式使用，例如用於產生燃料，或作為化學工業之原料。
相較於習知設備，本發明之該動力設備尤其具有以下優點：由於三階段法內之閉合物質流，可省去用於純化燃燒廢氣之煙道氣過濾器及催化劑裝置。由此減少該設備之組成部分數目，且從而降低資金及操作成本。
此外，由於不需要過濾系統、堆疊等，因此本發明之該動力設備之空間要求亦降低，且物質流之體積由於高壓而減小。
如圖4中以圖解方式所揭示，在本發明動力設備A1之一特別有利具體實例中，涵蓋峰值負載E2之第三設備組成部分A5以此方式設計：在該峰值負載設備組成部分A5之操作期間出現之二氧化碳經引導返回利用設備A2之迴路中，且因此不形成排放。
驅動裝置A51藉助於來自利用設備A2之合成階段P3之化學能源M6產生電能及/或機械能E2。該驅動裝置A51可為例如熱機，其中在燃料M6氧化形成二氧化碳期間產生之熱轉化為機械功，例如用於操作發電設備(其未圖示)；或燃料電池設備，其中可直接利用氧化反應產生電力E2。
燃料M6宜自臨時儲存器P51(例如貯槽系統或壓力儲存器)獲得，以便橋接需求峰值。該驅動裝置A51具有閉合迴路，亦即其不會造成排放至大氣中。在機械功執行期間出現之氧化氣體M16(其基本上僅含有二氧化碳以及(若適當)水)經後處理A54、壓縮A53、且剩餘殘餘氣體M14返回饋入利用設備A2之迴路中。
若利用設備組成部分A2及峰值負載設備組成部分A5位於相同位置處，則殘餘氣體M14可直接再循環。在一有利變數中，提供臨時儲存器P52，如圖4中所示。如上文已述，本發明動力設備A1之設備組成部分A5可經配置與利用設備A2分離。
產生熱能或電能之氧化反應在使用純氧氣M12代替空氣的驅動裝置A51中進行。使用氧氣M12代替空氣首先由於無大氣氮而避免在高溫下之熱化學反應中形成氮的氧化物；然而，尤其在存在氧化氣體M16時，基本上僅剩餘二氧化碳及蒸汽。視反應之化學計算量而定，存在之氣體亦可含有特定分率之一氧化碳及未反應之燃料。此等氣體同樣可饋入利用設備A2之迴路中而不出現問題。
產生能量之氧化反應的反應產物M16基本上為氣體。相應之氧化氣體混合物隨後經壓縮A53以便減少體積。使用熱交換器A54，氧化氣體混合物M16可在壓縮之上游及/或下游冷卻。在此期間冷凝且分離出水M9.2，藉此僅有二氧化碳留在殘餘氣體M14中，殘餘氣體M14適當時具有一氧化碳及未反應之燃料部分。殘餘氣體M14隨後饋入至第一設備組成部分A2之第一階段P1中，且因此得到閉合物質迴路。或者，殘餘氣體M14亦可饋入至第二階段P2或第三階段P3中，其在圖4中藉由虛線箭頭指示。
因此在本發明動力設備A1中，可自含碳物質M1產生液體或氣體烴及烴衍生物，且所得高價值燃料混合物M6隨後轉化為電能E2。所產生之二氧化碳再循環且在利用設備A2中部分或完全地轉變回燃料M6。以此方式，峰值負載發電設備A5之有效二氧化碳排出可極大地減少或甚至完全避免。
驅動裝置亦可以氫氣M13作為另一燃料以聯合操作來操作而不出現問題。在此種情況下，氫氣部分使熱交換器/冷凝器及壓縮機之下游存在之殘餘氣體量M14減少，因為在以氧氣氧化氫氣時，在任何情況下均只出現水。
本發明動力設備A1之另一有利具體實例展示於圖5中。此具體實例中除利用設備A2之外，不僅包含基本負載設備組成部分A3，而且包含峰值負載設備組成部分A5。
若驅動裝置A51設計為燃機，則在該驅動裝置之一有利變數中，可使用水M9.1作為另一膨脹介質。出於此目的，在燃燒過程點燃之後，例如在柴油機中經壓縮之推進劑-空氣混合物自燃之後，將確定量之水注入氣缸中。此較佳經精細霧化之水隨後藉由放熱氧化反應之熱能而蒸發。因此，由於水蒸汽而自其產生的氣體壓力或氣體體積增加有助於產生動能，但同時燃燒廢氣與蒸汽之總混合物之溫度降低。然而，此不成問題或甚至為合乎需要的，因為與純氧氣反應的能量密度愈高，得到的反應溫度愈高，從而不僅增加熱力學效率，而且可更大地負載驅動裝置A51之部分。
或者，亦可引入水作為蒸汽M10。特定分率之液體水可另外與液體燃料混合饋入。在高反應溫度下，過熱蒸汽另外充當除氧氣之外的另一氧化劑。
在本發明利用方法之另一有利變數中，將化學能以相對大量之分子氫形式引入該方法中。本發明之設備的該具體實例圖示於例如圖6中。本發明之利用設備A2如上文已描述處理呈含碳起始物質M1形式之物質。二氧化碳M15同樣適用作碳源。此外，可饋入水M9.1或蒸汽M10，以及(若適當)氧氣M12。所使用之初級能源尤其為分子氫M13之化學能。首先，使用氫氣來減少原料，且其次以氧氣氧化產生熱能供應。
分子氫M13可由水電解而產生，其中亦存在分子氧M12。以此方式，電能E1可轉化為化學能。然而氣體分子氫由於自身不能夠用作載具之推進劑，因此能量密度不僅顯著低於液體燃料，而且低於氣體烴。
在本發明之利用方法中，氫氣之化學能可以高價值烴及其他產物之形式有效轉化為化學能。宜亦使用電解期間產生之氧氣M12以便將產生之所有化學能引入該方法中，或將最大電能投入電解中。
在製氫設備A7中用於電解反應之電能較佳來源於再生能源(風力、太陽能等)。此具有以下明顯優點：可克服風力設備A71及太陽能設備A72之固有缺點，亦即循環能量產生由於依靠外界因素而不能總是得以保證。對於產生之電能而言，此情形使可達成之市場價格相應較低。相比之下，藉由轉化為化學能(分子氫M13及分子氧M12)，所產生之能量輸出可臨時儲存。隨後在本發明之方法中利用氫氣以及(若可能)氧氣以便產生例如具有較高能量密度的更易於處置之液體燃料，或其他高價值產物。
視設備A7之能量發電機A71、A72之位置而定，能量可作為電力E1傳送至利用設備A2，其中氫氣M13及氧氣M12隨後在電解設備A74中當場產生。一些氧氣為不需要的且可以其他方式使用，例如用於本發明之動力站中。例如呈壓力槽形式之臨時儲存器A75用作補償波動之能量產生A71、A72的緩衝器。若再生能源之位置距離過遠，則可例如藉由船運傳送當場所產生之氫氣M13至利用設備比電力更有效。
如上文已解釋，本發明之利用設備A2產生高價值烴及其他合成產物M6。殘餘物M5.1、M5.2、M5.3連續地自系統中移除。同樣，水可簡單地自系統中移除，例如藉由冷凝M9.2進行。在所展示的例示性具體實例中，若不可利用氧氣，則水尤其用作氧化劑及氣化劑。然而自系統中移除之水亦用作氧氣之接收體。尤其當系統吸收大量二氧化碳M15作為碳源時，此為適當的。
在如圖6所示之組合中，本發明之利用方法亦可自相對低能量之碳源產生高價值及富能量之烴產物M6。在極端情況下，該方法原則上甚至可僅使用純二氧化碳作為碳源來進行。由於所供應之電能直接或間接(風力)來源於太陽，因此(由原則立場來看)產生人工光合作用，即自二氧化碳、水及陽光產生碳化合物。
本發明動力設備A1相較於以含碳燃料操作之習知動力站之功率範圍差異較準確地解釋於圖7(a)至7(d)中。
圖7(a)圖示習知熱動力站之功率特徵。該圖中縱軸表示功率P且水平軸表示時間t。動力站具有增加之熱含量Pa，亦即燃料中作為化學能而含有之熱能或功率，及有效熱功率Pb，亦即每單位時間可有效地轉化為電能或機械能的熱能。習知電力網中對電力Pe之需求不僅在一日間有變化而且在一週間亦有變化。除涵蓋基本負載Pc之外，為能夠涵蓋峰值負載(使用動力站)，該動力設備之總體標稱輸出必須針對峰值負載。亦即，由於所需峰值效能，因此設備尺寸大於實際上基於平均總功率所必需之尺寸。
相比之下，在本發明之動力設備中，此為不必要的。例如如圖1中所示，利用設備A2中之該動力設備A1將以含碳物質M1之形式供應之恆定部分化學能轉化為呈蒸汽M11.1形式的熱能，其隨後例如經使用基本負載設備組成部分A3之蒸汽渦輪機A61而轉化為電能Pf。另一部分以含碳物質M1之形式供應之化學能在利用設備A2之合成階段P3中以恆定生產功率Pg轉化為高價值含碳燃料M6形式之化學能，例如類柴油產品或氣體產物，諸如丙烷。如圖2中所示，此等燃料可以任何所需量儲存P51，及/或短距離或長距離傳送。
圖7(d)圖示一週期間內本發明動力設備之總功率Pe之特徵。在工作日期間峰值負載需求過程中，峰值負載設備組成部分A5用化學燃料M6產生電能，隨後可相應以高價饋入能量網中。在此情況下，對化學燃料M6之需求實質上超過利用設備A2之生產功率Pg，其由(─)標記。此高於平均水平之消耗係取自燃料儲存P51。在夜間及週末，需求極大地下降且生產功率Pg超過需求Pe，其由(+)標記。其結果為燃料儲存器P51得以再次補充。
在基本負載期間，第三設備組成部分A5可運行下降至最小功率水準，如圖7(d)中所示，或設備組成部分A5完全不操作，且因此基本負載Pc完全由第二設備組成部分A3涵蓋。
因此本發明動力設備具有以下實質優點：恆定有效功率Pd中僅有一部分Pf以熱功率之形式存在，如在習知動力站中，其必須立即轉化為電能及/或機械能。可使用此部分Pf以便傳遞基本負載最小值Pc之功率。相比之下，有效功率Pd之另一部分Pg以燃料M6之形式臨時儲存在儲存器P51中。超過基本負載設備組成部分A3之熱功率的需求(Pe-Pf)隨後可藉由第三設備組成部分A5自燃料儲存器P51來涵蓋。此允許本發明動力設備依以下方式設計：使得有效功率Pd由第二設備組成部分A3之熱功率Pf構成，且合成階段P3之生產功率對應於平均需求，如圖7(b)中所示。在有效熱功率Pd與習知動力設備之熱功率Pb相同的本發明動力設備中，由此達成相對高之基本負載功率Pc'及較高之峰值負載功率，其中峰值功率可在較短時間內顯著超過有效熱功率Pd。
相反視之，本發明動力設備A1可經設計具有顯著較小安裝熱功率以便能夠涵蓋確定之需求特徵，例如類似習知動力站之熱功率的75%或50%。由此大大降低資金成本。
本發明之動力站可以減少熱能直接產生之功率Pf以有利於燃料M6產生之功率Pg的方式設計且最佳化。該變數展示於圖7(c)中。當涵蓋降低之基本負載最小值Pc"時，本發明之該設備可儲存顯著較高量之能量。相應儲存能量可最終用於產生峰值負載功率Pe"，其隨後可以較高價格出售。
有可能最佳化本發明之動力設備以靈活地產生峰值負載能量，其最佳化程度為使第二設備組成部分A3之基本負載功率最小，且有時僅足以涵蓋動力設備之內部能量需求即可。
利用方法及利用設備
圖8中圖示使用本發明之方法來熱及化學利用含碳固體的本發明設備的第一變數。本發明利用設備A2含有三個設備組成部分A2.1、A2.2、A2.3以進行本發明方法之三個階段P1、P2、P3，該三個階段以允許閉合循環氣流之方式連接形成閉合迴路。在第一階段P1(熱解階段)或第一設備組成部分A2.1中，含碳起始物質M1在壓力下熱解，藉此形成熱解焦炭M2及熱解氣體M3。在第二階段P2(氣化階段)或第二設備組成部分A2.2中，熱解焦炭M2氣化形成合成氣體M4，最終在第三階段P3(合成階段)或第三設備組成部分A2.3中反應形成烴及/或固體、液體或氣體產物M6。待處理之含碳起始物質M1經由第一階段P1自饋料裝置P6連續饋入迴路中。同時，自合成氣體M4產生之產物M6連續自第三階段移除，以及各種殘餘物M5.1、M5.2、M5.3連續地自迴路中移除。
在所示實施例中，第一階段包含第一壓力反應器P11，其中含碳起始物質M1在壓力下熱解。用於此目的之起始物質M1經由適合之壓力栓P44.1引入加壓熱解反應器P11中。
作為本發明利用方法之起始物質M1，可使用多種含碳物質，特別是廢料、生物質、煤或其他非均質物質，諸如受污染土壤，以及例如來自廢棄物掩埋場之預先沈積之廢料。此使敞開式廢棄物掩埋場得以以對環境無害且成本有效之方式移除。又，在本發明方法中可利用難以利用之固體-液體含石油物質，諸如油葉岩、油砂或油泥。亦可使用未另外再利用且須燒掉的石油工業氣態含碳副產物作為添加劑M1.1。
起始物質之熱值、碳含量、水含量及不燃殘餘物(諸如金屬、玻璃及陶瓷)之含量可有很大變動。起始物質可粉碎成適用於本發明之特定利用設備的塊狀大小，其中較佳塊狀大小係依據該物質之稠度及第一壓力反應器或該反應器中內部傳送系統之特定設計而產生。對於使用活動爐柵來處理，例如約5至10 cm之塊狀大小非常適合。
在所示設計形式中，熱解反應器P11由水平壓力體P12組成，其中在熱解期間，塊狀物質之水平傳送經由圖示之活動爐柵P13、使用來回移動之爐柵板沿反應器前進。適用於使待處理之起始物質連續前進之任何其他傳送裝置同樣可用，例如滾筒爐柵(roller grate)、鏈式輸送器、輸送螺桿等同樣可用。亦可使用旋轉窯爐。
在熱解反應器P11中，物質在約300-800℃之溫度及1-60巴之壓力下連續傳送通過壓力反應器P11，且在此期間在無氧氣之情況下熱解。在此情況下尤其選擇除維持熱解反應之外、亦維持所需操作壓力的溫度，此首先由於氣體因溫度而膨脹，其次由於新產生熱解氣體。在熱解期間450℃之最低溫度確保自由氧化合物之連續完全反應。500-600℃的操作溫度及5與25巴之間的操作壓力尤其非常適合。
熱解反應所必需之熱能首先來自第二反應器P21之熱回饋氣流M4.2，其在下文中將進一步考慮。此外，製程蒸汽M10用作維持第一反應器之操作溫度。同樣可存在外部供熱，諸如熱交換器或外部加熱器。在本發明利用設備A2由冷態啟動期間，後者亦有利。
第三階段(合成階段)P3之循環氣體M8在通過壓縮機P41.2之後饋入第一壓力反應器P11。循環氣體M8尤其含有二氧化碳以及蒸汽，及在合成階段不反應之一氧化碳及氫氣，以及殘餘含量之低分子量烴。為能夠控制過程，可將具有高熱值之額外碳例如以煤或重油之形式引入反應器P11中。此等添加劑M1.1可能在起始物質M1之前已添加，或獨立地引入反應器P11中。黏性添加劑M1.1與固體起始物質M1之混合有助於黏性物質在反應器內之傳送。液體添加劑M1.1另外增加熱解氣體之量，由此增加操作壓力。
在第一階段P1之熱解中，形成熱解焦炭M2，其基本上由固體碳及無機殘餘物組成。熱解焦炭M2在壓力反應器P11之末端排出。在熱解期間形成之熱解氣體M3不僅含有氣體物質而且含有在室溫下為固體及液體之物質。熱解氣體M3之組成當然主要視起始物質而定，且亦可含有污染物。
熱解焦炭M2在壓力下傳送至第二階段P2之壓力反應器P21中。例如封閉式輸送螺桿亦為適合的。亦可提供壓力栓。熱解氣體M3又經由獨立傳送管線傳送至第二壓力反應器P21中。配置於傳送管線中之壓縮機P41.1將熱解氣體傳送至較高操作壓力下之第二壓力反應器P21中。
在第二階段P2中，操作溫度在600與1600℃之間。在此第二階段中，隨後使用二氧化碳及(若適當)氧氣及/或蒸汽作為氣化劑使熱解焦炭M2中之固體碳氣化，從而形成一氧化碳及氫氣(根據反應I、II及III)。
二氧化碳主要來源於循環氣體M8。額外二氧化碳M15亦可饋入迴路中。蒸汽主要由起始物質M1之殘餘水分組成。製程蒸汽M10亦可饋入。
此等吸熱熱解反應過程所必需之熱能來源於例如固體碳經通入第二壓力反應器P21中之氧氣M12的部分氧化(反應III)。放熱水煤氣變換反應IV亦可起此作用。
為啟動本發明之設備且控制過程，需向第二反應器P21中饋入額外燃料M1.2，諸如焦炭、油或天然氣，及/或增加氧氣供應以便臨時增加熱量產生。
對於隨後第三階段P3中之合成較重要的一氧化碳與氫氣之間之比率係依據水煤氣變換反應IV限定，且可在右手側方向上藉由添加製程蒸汽M10來影響。然而，系統中宜保持儘可能低的總水量，且改為直接將額外氫氣引入第三階段中。
在本發明之利用設備A2之所示實施例中，第二階段又包含壓力體P22，其中藉由活動爐柵P23而在反應器P21內傳送熱解焦炭。又，如已關於第一壓力反應器P11所述，其他傳送系統亦可。此優點為熱解焦炭可能無需進一步製備而在第二階段中處理。
原則上，第二反應器可替代地具有不同設計。舉例而言，熱解焦炭可預先粉碎或研磨，接著可以流體化流或挾帶流氣化焦炭。然而，此變數之缺點為粒子在反應器中具有較短滯留時間，需要更均質材料饋入及製備。另外，該等設備需要更精確且更快速控制氣流速度及其他製程參數。
相較於流體化流中之同樣可能反應，塊狀熱解焦炭之反應表面相對較小，不過可因壓力反應器之質量容量大、反應器P21中之滯留時間相對較長而得以補償。另一優點為擴大規模更簡單。藉助於壓力反應器之簡單伸長或橫截面增大，容量以及因而轉化率可增加，而無需改變相關製程參數，諸如壓力或溫度。相比之下，具有挾帶流或流體化流之反應器不能以如此簡單且無問題之方式擴大規模。
部分氧化所必需之氧氣M12及(若適當)製程蒸汽M10鼓入由熱解焦炭形成之火床，藉此產生必要熱能且反應器P21保持操作溫度。亦可使用空氣代替純氧氣，然而其中惰性大氣氮使在本發明設備內循環之氣體物質流膨脹且只可再次困難地移除。此情況顯著地減少設備效率且因此在各種情況下純氧氣較佳。另外，系統中無氮亦防止形成氮的氧化物。
在圖8中展示之本發明利用設備A2之例示性具體實例中，熱解氣體M3鼓入壓力反應器P21中之火床上方之氣相中，其中熱解氣體M3中含有之多原子分子在主要之高溫下極快速地裂化並分解。因此第二階段中形成之合成氣體M4基本上不再含有有機分子且可用於第三階段中之費雪-缺布希合成。又，諸如戴奧辛之污染物被分解。
宜選擇進入火床之氧氣供應M12及進入壓力反應器之熱解氣體M3之輸入點以使得戴奧辛不能形成，其可藉由適合之空間分離而達成。同樣，在排出之合成氣體中不應存在氧氣。
對於無問題之起始物質(諸如木屑或稻草或其他未被污染之生物質)，亦可在獨立燃燒器中提前以氧氣燃燒熱解氣體M3，且出於饋送熱能之目的而使熱廢氣又通入火床中，或將其在未燃燒情況下直接鼓入火床中，其在火床中又被氧化。
在壓力反應器P21之末端，殘餘物以灰分及惰性殘餘物以及可能未經處理之碳之形式保留。在需要成渣之情況下，可添加降低灰分熔點之添加劑。出於此目的，例如可將白堊粉添加至起始物質M1中。爐渣經由來自本發明利用設備A2之壓力區的適合之壓力栓P44.2自第二壓力反應器P21排出。
第二階段可替代地設計成使得壓力反應器末端處未反應之熱解焦炭再次傳送至開始處且因此可第二次通過反應器。此使得較短設計之壓力反應器成為可能。
合成氣流M4自第二壓力反應器P21排出。大部分M4.1饋至旋風器P43，其中分離出主要由殘餘焦炭及灰分組成之粉塵M5.2。殘餘粉塵M5.2可再循環至第一壓力反應器P11或第二壓力反應器P21或其可經處理及/或處置。亦可使用另一適合之氣流純化裝置來代替旋風器。
在移除殘餘粉塵M5.2之後，使合成氣流通過適合之熱交換器P42.1，該氣流在其中冷卻至適合進行第三階段P3中之費雪-缺布希合成的溫度，同時產生例如製程蒸汽M10用於內部製程目的及/或蒸汽M11.2用於能量回收。由於溫度較低，因此壓力下降且反應I、II及IV之平衡移位，藉此合成氣體中之二氧化碳分率再次增加。固體碳M5.4又可以石墨形式與氣流分離。碳M5.4可作為起始物質M1、M1.1返回進入迴路中，或以其他方式用作有價值之物質。
若未分離出碳M5.4，則其連同費雪-缺布希反應器P31中之合成氣流一起得到，在該反應器P31中其可連同作為費雪-缺布希反應中之副產物而形成之碳一起分離出或過濾出。
視起始物質而定，可提供氣流處理以便移除合成氣體中之干擾物質。特定言之，宜移除對隨後之合成階段不利之殘餘物。因此，例如，硫化合物可在費雪-缺布希合成中充當催化劑毒物。
合成氣體M4隨後經由壓力調節器P45饋送至第三階段P3之第三壓力反應器P31中進行費雪-缺布希合成。壓力調節器P45將壓力減少至第三階段所需之值。為設定所需的一氧化碳/氫氣比率，可將額外之氫氣M13通入費雪-缺布希反應器P31中。同樣，供應必要之固體催化劑M7。
在第三階段之實雪-缺布希合成中，一氧化碳與氫氣在非均質催化劑(例如鐵、鈷、釕、鎳催化劑)存在下進行高度放熱反應(在250℃下每烴鏈成員約158 kJ/mol)，從而形成烷烴、烯烴、醇、醛及其他烴化合物及衍生物。副產物為甲烷及固體碳，其同樣形成於高度放熱反應中。費雪-缺布希合成之確切參數，特定言之壓力及溫度，主要視待產生之產物而定，且與本發明設備或本發明方法之基本功能原則不直接相關。較高製程溫度傾向於得到較短鏈長且增加之碳沈積，而較高壓力得到較長鏈長。此外，尤其存在之一氧化碳、氫氣及水之分壓對合成產物具有較大影響。
合成階段之適合之方法為例如低溫費雪-缺布希法，其例如在210至250℃下操作，且尤其獲得類柴油產品及呈蠟形式之長鏈餾份。後者可隨後例如藉由加氫裂化而進一步利用。溫度介於320與350℃之間之高溫方法又獲得相當多之甲烷、短鏈烷烴及烯烴餾份，以及相對高之輕汽油餾份。對於低溫方法，例如管束反應器為適合的，其中合成氣體自上而下流經負載催化劑之冷卻管。循環氣體及產物在底部離開該管。
尤其適合之反應器為現代懸浮反應器(modern suspensation reactor)(圖示於圖8中)，其中固體催化劑漂浮物精細分佈於液體產物中(其稱為沙索漿料費雪-缺布希法(Sasol-slurry Fischer-Tropsch process))。反應產物自液相中分離出，而氣體產物作為循環氣體M8之一部分離開反應器。熱經由懸置冷卻管P32而移除，產生蒸汽M11.1、M10。
懸浮反應器具有比管束反應器簡單之構造形式且因此較廉價。催化劑可更有效地使用且在運行操作期間可交換，其在本發明之循環過程為有利的。此外，該方法具有以下優點：在循環期間非均質催化劑可藉由催化劑粒子新的未使用之表面的機械曝露而連續再生。以此方式可連續補償催化劑之硫中毒。作為其結果，適當時，可省去自合成氣流移除硫。
藉由冷卻裝置P32獲得之蒸汽M11.1、M10含有相當大之熱能，但尚未熱到足以例如在蒸汽渦輪機中有效利用。因此其宜用於製程蒸汽產生M11.2，例如在熱交換器P42.1中，以便增加該設備之一般能量效率。圖3至圖5中已考慮本發明之利用設備A2與另一能量產生設備組成部分A3之間的相互作用。
離開費雪-缺布希反應器P31之氣流M8，除含有未反應之一氧化碳及氫氣之外另外含有蒸汽、二氧化碳及氣體反應產物。例如可使用冷卻塔(其未圖示)自其冷凝出一部分易揮發烴M6.1。水又可冷凝出來M9.2，且因此自循環氣體中移除且由此自物質流中移除。一部分M8.2可作為製程產物自剩餘循環氣流中分離出。剩餘循環氣流M8.1在壓縮機P41.2中壓縮且再次再循環至第一反應器P11。
在本發明利用設備A2內之氣流的循環傳送尤其由於主要壓力差而沿迴路前進。該等壓差主要由兩個壓縮機P41.1、P41.2產生。視設備設計而定，兩個壓縮機中可省去一個，從而降低設備之總成本。若設備僅含有一個壓縮機(諸如圖9中，在下文中描述之本發明利用設備之第二例示性具體實例中)，第一反應器P11之配置上游具有以下優點：在第一與第二階段之間，其中除得到熱解氣體之外，由於溫度較高而使總體積較高，或甚至在第二與第三階段之間，相應壓縮機P41.2需要壓縮之氣體體積比壓縮機P41.1需要壓縮之氣體體積小。
若省去壓縮機P41.1，則僅在兩個反應器P11、P21之間存在小壓降，以致第一及第二階段基本上在相同壓力下進行。因此氣流隨後自壓縮機P41.2經由第一反應器P11、第二反應器P21及第三反應器P31流回至壓縮機P41.2。相比之下，若省去壓縮機P41.2，則在第三及第一反應器P31、P11內之壓力基本上相同。壓縮機亦可配置於第二與第三階段之間。由於熵之原因，必須存在至少一個壓縮機或其他傳送構件以便傳送氣流且保持製程運行。
對於補償由於非均質起始物質而造成之氣體產生臨時波動，可沿氣體迴路M3、M4、M8提供壓力儲存器。類似地，亦可提供用於熱解焦炭M2之臨時儲存器。
若根據圖8之本發明利用設備A2經建構以便較小，且相應地，第一壓力反應器P11與第二壓力反應器P21之間的體積流速M3相對較小，則壓縮機P41.1可以合理能量消耗產生數巴之壓力差。因而第一階段可在比第二階段實質低之壓力下運行。第一階段甚至可在大氣壓或甚至減壓下進行。
啟動
在下文中，現將描述用於啟動如圖8中所示之本發明利用設備的方法。為啟動本發明利用設備A2，該迴路及三個階段用無氧氣體(宜用二氧化碳及/或一氧化碳及/或氫氣或其混合物，亦即合成氣體)沖洗並填充。隨後例如使用氣體燃燒器加熱預先填充焦炭之第二壓力反應器P21。為此目的藉由關閉相應連接而使第二反應器自該迴路中分離。在加熱至所需操作溫度期間，壓力反應器P21內焦炭之傳送P23尚未接通。若適當，則可在迴路中、在熱交換器P42.1與壓力反應器P21之間提供臨時短路(其未圖示)以便能夠使熱氣體在系統中循環並均勻地加熱整個設備部分。壓力又增加至理論值。
與此同時，使同樣預先填充焦炭之第一壓力反應器P11自迴路中分離，且加熱至第一階段之預定操作溫度。又使壓力達到第一階段之要求值。第一反應器中之物質傳送P13仍然斷開。然而，加熱較佳應在無起始物質之情況下進行，因為起始物質在最小安全操作溫度450℃以下熱解可導致形成爆炸混合物。相比之下，當迴路較遲啟動時，焦炭已熱解且僅用於饋送焦炭至第二階段中。
費雪-缺布希反應器P31同樣運行達到自迴路中分離之操作條件。在已達到利用設備之各階段的操作條件之後，各個傳送系統P13、P23緩慢運行，迴路開啟且壓縮機P41.1、P41.2操作，以便最終以所需操作參數得到利用設備A2之平衡狀態。
圖9中展示本發明利用設備A2之另一具體實例。與圖8中之設備相反，在第一壓力反應器P11與第二壓力反應器P21之間不配置壓縮機，而僅有止回閥P47，然而若適當其亦可省去。氣流藉由壓縮機P41.2所產生之壓降傳送通過該設備。因為此有利變數成功之處為僅有單個壓縮機P41.2，此外需要生產量降低，所以設備A2之總成本降低。
在所示變數中，分出來之合成氣流M4.2不直接返回第一反應器P11，而改為經由壓力反應器P11之加熱裝置P14引導，隨後再次與合成氣體M4.1組合。或者或此外，可提供另一加熱裝置P15，其係以製程蒸汽M10操作。
熱交換器P42.2配置於循環氣流M8.1中且藉由製程蒸汽M10用於加熱循環氣流M8.1。此具體實例中之循環氣流由此又用於向第一壓力反應器P11供熱。
在所示實施例中，第三壓力反應器P31之上游未提供減壓。在此情況下第三階段中之壓力直接經由第二階段中之壓力控制及隨後由於熱交換器P42.1以及壓縮機P41.2中之合成氣流M4之冷卻所造成之壓降來加以控制。
在本發明方法之另一可能變數中，第三階段之低溫費雪-缺布希反應器經高溫費雪-缺布希反應器置換，其中催化劑作為渦旋飛塵而存在。藉由滲透氣體過濾器將高溫費雪-缺布希合成中優先形成之氣體短鏈烴及第一冷凝階段之後循環氣體中殘餘者與循環氣體中之較小分子(諸如二氧化碳、一氧化碳、氫氣)分離開來。該等系統例如已知在石油化學工業中用於純化天然氣。在本發明情況下，其用於產生富含第一烴之氣相及第二低碳烴氣相。富含烴之氣相另外作為第二發電階段之燃料用於產生電能，或加工成液化氣及天然氣。低碳烴及富含二氧化碳之第二氣相作為循環氣體饋回該迴路中。
在本發明設備之又一變數中，第三階段P3含有液相甲醇合成反應器，而非費雪-缺布希反應器。自先前技術已知之液相甲醇合成尤其適用於以高產率自具有相對較高分率二氧化碳之合成氣體產生甲醇。該合成位於「漿料鼓泡塔反應器」中，其中將合成氣體鼓入粉狀催化劑於惰性礦物油中之漿料中。該反應高度放熱且因此冷卻裝置為必要的。所產生之氣體甲醇連同未反應之合成氣體一起離開壓力反應器。分離所挾帶礦物油及催化劑之後，將甲醇冷凝出來。
甲醇為化學工業中有價值的基礎產品且亦可用作推進劑。此外，甲醇可作為汽油添加劑，其中，例如在德國，允許在車輛汽油中含有達至3%分率之甲醇。特定言之，甲醇亦可用作第二發電階段之燃料M6。
操作參數之控制及最佳化
圖8及圖9中展示之本發明方法係基於通過本發明利用設備A2之三個階段P1、P2、P3的循環物質流，其中含碳起始物質M1作為碳源及能源饋入迴路中，且合成階段之產物M6分離出來作為本發明動力設備A1之第三設備組成部分A5的燃料。作為殘餘物質之爐渣M5.1以及循環氣體M8.2中之蒸汽自迴路中連續移除。熱交換器中形成之蒸汽首先用作操作設備之製程蒸汽M10，且從而增加設備之效率及有效性。其次，過熱蒸汽M11.1、M11.2可在第二設備組成部分A3中用於產生能量。
基本上，在本發明之利用方法中，自難以利用之高能但非均質之固體起始物質M1產生仍為高能之產物M6，亦即費雪-缺布希階段之各種餾份。此等產物可隨後進一步利用，例如作為液體推進劑或作為化學工業原料。操作利用設備A2所必需之能量來源於第二階段中之部分氧化反應，其中在此處產生之過量化學能(合成氣體之形式)隨後在第三階段之費雪-缺布希放熱反應中再次轉化為呈蒸汽M10、M11.1形式之熱能。
在本發明之能量產生方法或本發明之動力設備A1中，起始物質M1主要產生用於長期操作第一發電階段A3的過熱蒸汽M11.2，以及用於靈活操作第二發電階段A5之燃料M6。
由於該方法中之閉合循環物質流，因此在設備A2之操作期間存在動態平衡。尤其依據所用起始物質之性質來測定設備之個別部分中各種參數(壓力、溫度、化學組成、傳送速度等)之必要值。儘管起始物質為非均質的，為保持恆定操作狀態，可控制不同操作參數。
為在第三費雪-缺布希階段P3中產生烴及其他產物，第三反應器P31中之壓力及溫度為決定性參數。壓力可使用壓縮機P41.2藉由增加或減少其輸出而立即得以控制。溫度又可經由熱交換器P32之冷卻效能得以控制。長期來看，壓力可經由合成氣流M4之壓力、藉由首先改變第二階段中之操作壓力及溫度、且其次控制熱交換器P42.1之冷卻效能並由此控制合成氣流M4之溫度及壓降而得以控制。
控制本發明之利用設備A2相對簡單，因為該設備經由反饋而平衡運行且為控制少數關聯參數，可修改多種可緩慢或快速影響平衡之參數(各種設備組成部分之個別操作參數)。
本發明之利用方法較佳地在高二氧化碳分率下進行。此尤其使反應平衡IV向左手側變換(更多一氧化碳)。然而，此導致該高二氧化碳含量的同時，可能導致儘可能高的一氧化碳絕對量，由此經由本發明設備10巴與60巴之間的高操作壓力而得到儘可能高的製程輸出。較高或較低壓力亦可，但不太有效。
本發明之利用設備可針對各種態樣最佳化。若欲在第三階段中產生有價值物質(諸如類柴油及類汽油烴及蠟等)，尤其用例如二氧化碳中性生物質(諸如木屑)產生，則該方法係針對生物質及運行操作之成本與所產生之有價值物質之價值之間儘可能有利的比率。相比之下，不太需要考慮二氧化碳之排出，因為在任何情況下其均為二氧化碳中性生物質。為進一步改良生態平衡，可減少外部能量供應(電力等)，同時提高生物質消耗。
相比之下，若強調以環境友好方式處置污染物，使二氧化碳產生最少，則設備操作方式應使需要自迴路中移除並釋放至環境中之二氧化碳儘可能少。若適當，此隨後導致對外部能量之高需求。
該設備又可最佳化以最大產出起始物質，且因此，若適當，則未經處理之熱解焦炭連同爐渣一起離開第三階段。在環境上不太成問題之熱解焦炭可隨後連同爐渣一起作為廢棄物掩埋。該變數為有利的，例如當大量污染物需要以二氧化碳中性方式變得無害時。
第二階段之操作溫度同樣可最佳化。因此，例如可降低利用設備A2之第二階段P1之操作溫度以提高第二反應器P21之定量產量。隨後可能導致熱解氣體M3中之特定揮發物質不再被裂化，且連同合成氣體M4一起進入費雪-缺布希反應器P31中。因此，例如起始物質(例如重油)中之苯可以相對較小量進入費雪-缺布希合成之產物中。此等物質作為液體燃料M6之一部分而保留於其中，但必要時亦可分離出。
圖10圖示本發明利用設備A2的又一個有利具體實例。在第一階段P1與第二階段P2之間，配置熱交換器P42.3，其用於以製程蒸汽加熱熱解氣體M3至第二階段之操作溫度、隨後輸入第二壓力反應器P21中。壓縮機P41.3配置於合成氣體M4之傳送管線中，位於熱交換器P42.1之下游。儘管設備此處之質量流速最大，但由於熱交換器P42.1下游溫度大大降低，因此壓縮機P41.3須處理之氣體體積減小，且操作溫度對壓縮機是有利的。
在所示利用設備A2中，不提供旋風器來分離合成氣流中之固體組分M5.2。殘餘粉塵M5.2不受阻礙地進入第三階段P3中，其中具結合至合成反應器P31之液相中。因為殘餘粉塵在烴中不溶，所以其無需高成本即可作為殘餘物M5.3過濾出。省去旋風分離器使利用設備A2之成本得以降低。
本發明動力設備A1之利用設備A2之另一有利具體實例展示於圖11中，其尤其適用於自諸如木屑之未污染生物質產生液體燃料M6。在此變數中，熱解氣體M3不是通入第二階段P2中，而是通入第三階段P3中，合成氣體M4不是通入第三階段P3中，而是通入第一階段P1中，且再循環氣體M8不是通入第一階段P1中，而是通入第二階段P2中。
在第一階段P1中，熱合成氣流M4加熱熱解物質且維持操作溫度。離開第一階段之熱解氣流M3除含有實際熱解氣體之外，亦含有第二階段之合成氣體餾份，因此經由第一階段在此得到環路。
在第二階段P2中，合成氣體餾份在熱解氣體M3中反應，而熱交換器P42.2中尚未冷凝出來之熱解氣體餾份M3.1溶於合成反應器P31之液相中。因為在第三階段產物M6直接用作推進劑或用作第二驅動裝置A51之燃料的情況下，純度要求不特別高，所以可省去熱解氣體裂化操作。推進劑或燃料M6隨後進行後純化以移除不適合之殘餘物，諸如有機酸等。
循環氣流M8隨後壓縮P41.2、加熱P42.3、且通入第二階段P2，且因此再次形成迴路。因為不必將引入壓力反應器P21中之氣體裂化，所以第二階段可在較低操作溫度下運行。
圖12展示本發明利用設備之一具體實例，其中第一階段P1及第二階段P2係在共用壓力反應器P24中進行。熱解在反應器P24之第一腔室P25中進行，且氣化在第二腔室P26中進行。兩個腔室P25、P26係藉由配置於壓力反應器P24中之間壁P27而形成，該間壁具有通孔，共用傳送系統經由該通孔傳送熱解焦炭M2及熱解氣體M3流。間壁P27尤其用於以加熱方式隔離兩個腔室P27、P26，且因此在兩個階段中可在不同操作溫度下運行。
用於峰值負載生產之第三設備組成部分
下文中將參考呈活塞引擎形式之燃機之實施例來確切描述並解釋圖13中本發明動力設備A1之第三設備組成部分中之可能驅動裝置A51的運行模式。類似地，驅動裝置A51不僅可設計為燃機，而且可設計為渦輪機或汪克引擎(Wankel engine)。熱燃燒氣體根據各別類型燃機之功能原則用於執行機械功，例如用於操作發電設備，且在此過程中部分膨脹。隨後氧化氣體M16離開燃燒室。因此，例如在設計為四衝程活塞引擎之本發明燃機中，在第三衝程時，燃燒氣體混合物M16排出氣缸且隨後壓縮並冷卻。同樣，可將本發明驅動裝置A51建構為具有外部燃燒之熱機，例如蒸汽機或蒸汽渦輪機。
設計為燃機的驅動裝置A51之一個該具體實例圖示於圖13中，例如具有單氣缸之活塞引擎。所示燃機A51具有單氣缸A92及可移動地配置於其中之活塞A93，其一起形成封閉式燃燒室A91。在第一衝程中，僅以圖示之饋入裝置A97.1將氧氣M12引入膨脹之燃燒室A91中。隨後在第二衝程中，壓縮氧氣M12且在第二衝程結束時，藉由饋入裝置A97.3將燃料M6引入燃燒室A91中並燃燒。在隨後之第三衝程中，膨脹之燃燒氣體M16執行機械功且在第四衝程期間，部分膨脹之燃燒氣體M16藉由排氣裝置A94(其未更詳細圖示)自燃燒室A91排出。
基本上僅由二氧化碳及蒸汽組成之熱氧化氣體M16隨後在下游熱交換器A54中冷卻。此等氧化氣體M16之體積藉此減少。冷卻結果為大部分水M9.2冷凝出且分離出。基本上僅由二氧化碳及可能之殘餘部分一氧化碳及未反應燃料組成的剩餘殘餘氣體M14在串聯配置之壓縮機A53中壓縮且收集於壓力儲存器P52中。在此方法中，壓縮上游之冷凝階段A54減少壓縮機A53中不希望形成之冷凝水液滴。
所示燃機A51無任何排放。因為該裝置不使用空氣或類似氣體混合物作為氧化劑來操作，所以亦不會形成空氣特有污染物，諸如氮的氧化物。燃燒中形成之水不成問題且可分離出。二氧化碳作為殘餘氣體M14引入利用設備A2之迴路中。燃料之未燃燒部分連同水一起冷凝出來且分離出，或連同二氧化碳一起壓縮。來自驅動裝置A51之氧化氣體M16亦可無需冷卻而直接通入第一或第二階段中。
若峰值負載設備組成部分A5在空間上被分開，且殘餘氣體M14之直接返回管線不可行，則此等氣體亦可經極高度壓縮且在壓力儲存器P52中之高壓下自第三設備組成部分A5傳回至其餘設備。
設計為燃機的驅動裝置A51之另一可能具體實例圖示於圖14中。在此變數中，僅藉助於圖示之饋入裝置A97.2將水M9.1引入燃燒室A91中。此較佳進行方式為在燃燒反應期間或在燃燒反應之後，將確定量之水以液態或氣態注入燃燒室A91中，且精細分佈。該水藉由燃燒熱加熱，燃燒室A91中之總氣體體積藉此增加，且氣體壓力或氣體體積亦因此可供用於執行機械功。隨著功率恆定，隨後可相應地減少燃料量。
或者或此外，亦可在氧化氣流M16離開燃燒室A91時，將水M9.1引入氧化氣流M16中。該變數優點為：燃燒室中之燃燒反應可在儘可能高之溫度下有效進行且同時，所得氧化氣流之溫度應低至使隨後之裝置A54、A53無過高負載。
水注入量及時間點與燃料M6及氧氣M12之饋入以燃燒反應可有效發生之方式相匹配。有利地，氧化反應期間所得溫度基本上應使得熱機達成儘可能高之熱力學效率。此外，用水量越多，反應氣體中二氧化碳之相對分率越低，從而減少水M9.2冷凝後剩餘之氣體M14之殘餘量。
在圖14所示之具體實例中，氧化氣體M16首先在壓縮機A53中壓縮，隨後在熱交換器A54中冷卻。此變數亦可與燃機A51組合，無需圖13之水注入，且反之亦然，且一般而言可用於本發明之驅動裝置A51。
操作本發明驅動裝置A51所必需之能量宜由本發明驅動裝置自身產生。其結果為，本發明驅動裝置之可達成效率降低，但同時藉此達成該驅動裝置無排放。此外，尺寸標註相同的馬達可達成較大之功率，再次補償功率損失。壓縮機可例如藉由活塞燃機曲軸直接之適合驅動來操作。
若本發明之驅動裝置A51包含渦輪機，則壓縮機可直接位於同一軸上。膨脹過程之後，氧化氣體可直接冷凝且剩餘殘餘流壓縮。
在設計為活塞引擎的本發明驅動裝置之另一變數中，第三衝程中的燃燒之後的氧化氣體已在燃燒室內經預壓縮，且隨後僅藉由排氣裝置A94釋放。若適當，則下游壓縮機A53亦可省去。
該具體實例亦可為二衝程變數，因為在驅動裝置中，燃燒室可非常快速地新裝載反應混合物(燃料M6、氧氣M12、水M9.1)。在第二向上衝程中，燃燒氣體經預壓縮，且在衝程結束時自燃燒室中釋放。在向上衝程結束時，氣態氧可在高壓下鼓入燃燒室中，因為完全燃燒反應需要的氧氣相對少，且水作為額外之膨脹劑存在。在任何情況下，液體燃料M6及作為膨脹劑之水M9.1可在高壓下極快速地注入燃燒室A91中。
壓縮機A53之能量消耗可藉由與一或多個熱交換器或冷卻元件適合組合而最佳化，其中氣體體積因反應氣體在內部或外部熱量接收體處釋放熱能而可減少。
可藉助於熱交換器/冷凝器A54產生蒸汽，其可用於增加蒸汽渦輪機系統A3之效率，或獲得用於操作利用設備A2之製程蒸汽M10。
圖15展示峰值負載發電階段A5之尤其有利的具體實例變數，其具有作為組合式氣體/蒸汽渦輪機建構的驅動裝置A51。在上游燃燒室A91中，燃料M6與氧氣M12在燃燒器A95中燃燒，形成極熱燃燒氣體。將水引入燃燒室A91中，其較佳作為具有例如250℃之溫度及50巴之壓力的液態過熱水引入燃燒室A91中。所得蒸汽與燃燒廢氣混合，以使得具有高分率之過熱蒸汽形式之熱(例如600℃)氧化氣體M16.1離開燃燒室A91且在下游渦輪機裝置A98中轉化為機械功，機械功又驅動發電裝置A55。視設計而定，燃燒室中之氣體混合物以等容方式(以氣體壓力遞增之方式)或以恆壓方式(以使氣體體積相應升高之方式)，或以體積與壓力均遞增之方式來工作。隨後之渦輪機裝置A98亦須相應地設計。適合之渦輪機A98已自先前技術獲知且通常具有多個階段。在替代性變數中，在渦輪機裝置A98之高壓階段之下游可移除部分膨脹之製程蒸汽A1並以其他方式使用。
膨脹之氧化氣體M16.2通入冷凝器/節熱器A54中，其中水M9.2冷凝出來且分離出。基本上含有二氧化碳之剩餘殘餘氣體M14在壓縮機A53中經壓縮，且傳送至利用設備A2之第一階段P1中。壓縮機A53宜直接經由渦輪機A98驅動。
水M9.1亦可首先例如藉助於文氏噴嘴(Venturi nozzle)與氧化氣流M16.1混合，隨後進入燃燒室A91，而非直接進入燃燒室A91。
在驅動裝置A51中，水M9.1之量及燃燒混合物M6、M12之量，以及其他可選擇參數宜彼此匹配，以使下游渦輪機達成儘可能高之能量利用。同時，氧化氣體混合物M16.2中之水分率應儘可能高。首先，以此方式可在冷凝器A54上達成氣體混合物儘可能高之壓降，增加渦輪機A98的總壓力差，且藉此增加其效率。其次，剩餘的須壓縮A53之殘餘氣體M14減少。
蒸汽引入燃燒室中之另一優點為蒸汽M10之冷卻作用。燃料混合物M6、M12之放熱氧化可產生高達1000℃，或甚至2000℃的極高溫度。該等溫度將使燃燒室A91及下游渦輪機裝置A98之結構帶來極大負荷。相對冷之蒸汽較佳地以其遮蔽燃燒室A91之壁免受極熱火焰A96損害之方式引入腔室中。蒸汽最終將總氣體混合物冷卻至600℃至800℃，降低渦輪葉片之熱負荷且相應地增加使用壽命。
除上述態樣之外，所示驅動裝置與習知氣體渦輪機不同之處例如在於壓縮機不與燃燒室上游連接。此使得燃燒室A91之設計比氣體渦輪機顯著簡單。因為燃料M6係與純氧氣M12燃燒，所以可達成的能量密度高於使用氧氣分率更低之空氣。然而，為增加每單位時間可引入燃燒室A91中之氧氣量，氧氣可預先壓縮。渦輪機裝置A98可設計為如蒸汽渦輪機，因為氧化氣體M16.1之溫度及壓力範圍基本上相同。
在本發明動力設備A1之正常操作中，驅動裝置A51保持無負載操作。少量蒸汽保持渦輪機A98運行中，而發電裝置不產生電力。現在，若電力需求立即增加，則將燃料混合物M12、M6注入燃燒室A91中且用點火裝置(其未圖示)點火。同時，水M9.1、M10注入量增加。渦輪機A98現高速運行，且發電機A55開始操作。
驅動裝置A51亦可永久地操作，例如以基本負載發電設備A3功率之10%至50%永久地操作。當電力需求增加時，可使設備A5在極短時間內達至最大功率，例如基本負載發電設備A3功率的500%。因此，本發明之動力設備A1可完全動態地匹配廣泛範圍之總功率。峰值負載設備組成部分亦可具有多個燃燒室A91及/或渦輪機裝置A98。
模組動力設備
在本發明動力設備或本發明利用設備之尤其有利的具體實例中，個別設備組成部分以其可有效拆卸成個別模組之方式尺寸化及建構，該等個別模組可藉由卡車傳送且可隨後重新組裝。最大尺寸之模組尤其有利，其允許不使用特殊傳送構件傳送。
本發明之該模組設備優點為，其操作時間亦可僅臨時設定，例如僅數年或甚至僅數月。一旦需求不再存在，其可拆卸且在新位置重建。該設備尤其適用於例如採礦中，當在偏遠礦區時，短時間內必須建造相對大的能量基礎設施，該設施在採礦工作結束時不再需要。舉例而言，本發明之利用設備可用於例如自當地生長之生物質及含碳廢料來生產偏遠露天採礦之車輛及發電機之柴油燃料，及/或操作基礎設施之電能。
本發明之利用設備及動力設備尤其適用於模組結構。特定言之，第一及第二階段之反應器可建造為水平式反應器，其具有相對小之橫截面而生產能力不減小。反應器簡單地在縱向上相應延長。反應器可隨後由用法蘭組裝在一起的多個模組縱向組成。合成反應器可藉由使用多個平行反應器而擴增規模。
各種具體實例已如上文所展示並描述。然而，熟習此項技術者明顯可在不脫離本發明原理之情況下進行各種變化及改善。
A1．．．動力設備
A2．．．利用設備
A2.1,A2.2,A2.3．．．利用設備之第一、第二及第三階段之設備組成部分
A3．．．第二設備組成部分、基本負載發電設備、基本負載設備組成部分
A4．．．儲存及傳送
A5．．．第三設備組成部分、峰值負載發電設備、峰值負載設備組成部分
A6．．．用於物質饋入之設備
A7．．．製氫
A71．．．風力設備
A72．．．太陽能設備
A73．．．船運、傳送構件
A74．．．電解設備
A75．．．臨時儲存器
P1．．．第一階段
P11．．．熱解反應器、第一壓力反應器
P12．．．壓力體
P13．．．活動爐柵
P14,P15．．．加熱裝置
P2．．．第二階段
P21．．．氣化反應器、第二壓力反應器
P22．．．壓力體
P23．．．活動爐柵
P24．．．第一與第二階段共用之壓力反應器
P25．．．第一腔室
P26．．．第二腔室
P27．．．間壁
P3．．．第三階段
P31．．．費雪-缺布希反應器、合成反應器
P32．．．合成階段冷卻裝置、設備組成部分A3之蒸汽迴路中之鍋爐
P41.1,P41.2,P41.3．．．壓縮機
P42.1,P42.2,P42.3．．．熱交換器、設備組成部分A3之過熱蒸汽迴路
P43．．．旋風分離器
P44.1,P44.2．．．壓力栓
P45．．．減壓
P46.1,P46.2,P46.3,P46.4．．．關斷閥
P47．．．止回閥
P48．．．料倉、儲備容器
P49．．．爐渣儲存器
P51．．．燃料儲存器
P52．．．氧化氣體儲存器
P6．．．引入含碳物質
P7．．．排出殘餘物
A61．．．驅動裝置
A62．．．蒸汽渦輪機
A63．．．冷凝器、節熱器
A64．．．發電裝置
A65．．．外部冷卻迴路
A66．．．泵
A51．．．驅動裝置
A91．．．燃燒室
A92．．．氣缸
A93．．．活塞
A94．．．排氣裝置
A95．．．燃燒器
A96．．．火焰
A97.1．．．氧氣之饋入裝置
A97.2．．．水之饋入裝置
A97.3．．．燃料之饋入裝置
A98．．．渦輪機
A53．．．壓縮機
A54．．．冷凝器/節熱器
A55．．．發電裝置
A56．．．外部冷卻迴路
M1,M1.1．．．含碳起始物質
M1.2．．．額外燃料
M2．．．熱解焦炭
M3．．．熱解氣體
M3.1．．．熱解氣體之低揮發性餾份
M4,M4.1,M4.2．．．合成氣體
M5.1．．．爐渣、灰分、殘餘物
M5.2．．．殘餘粉塵
M5.3．．．殘餘物
M5.4．．．石墨、活性碳、含碳殘餘物
M6,M6.1．．．合成階段之產物、燃料
M7．．．催化劑
M8,M8.1,M8.2,M8.3．．．循環氣體
M9.1．．．水、製程水、饋給水
M9.2．．．冷凝物、冷凝水
M10．．．製程蒸汽
M11.1,M11.2,M11.3,．．．蒸汽、渦輪機迴路中之蒸汽
M12．．．氧氣、氧化劑
M13．．．氫氣
M14．．．殘餘氣體
M15．．．二氧化碳
M16,M16.1,M16.2．．．氧化氣體
E1,E2．．．電能或機械能
t．．．時間
P．．．功率
Pa．．．熱含量
Pb．．．習知發電站之熱功率
Pc,Pc',Pc"．．．基本負載功率
Pd．．．本發明發電站之有效熱功率
Pe,Pe',Pe"．．．總功率
Pf．．．基本負載設備組成部分之基本負載功率
Pg．．．利用設備之燃料產生功率
圖1圖示本發明之動力設備。
圖2圖示本發明之動力設備，其中峰值負載設備組成部分與利用設備組成部分及基本負載設備組成部分在空間上分開。
圖3圖示具有基本負載發電設備的本發明動力設備之一般例示性具體實例。
圖4圖示具有峰值負載發電設備的本發明動力設備之可能具體實例。
圖5圖示具有基本負載發電設備及峰值負載發電設備的本發明動力設備的可能具體實例。
圖6圖示化學能以氫氣形式供應之本發明利用設備。
圖7圖示(a)習知熱動力設備之功率特徵；(b)、(c)本發明動力設備之功率特徵；及(d)本發明動力設備之峰值負載及基本負載特徵。
圖8至12圖示本發明之利用設備的各種可能例示性具體實例。
圖13至14圖示峰值負載發電設備之驅動裝置的兩個具體實例，該驅動裝置經建構為燃機。
圖15圖示峰值負載發電設備之驅動裝置，該驅動裝置經建構為組合式氣體/蒸汽渦輪機。
A2．．．利用設備
A3．．．第二設備組成部分、基本負載發電設備、基本負載設備組成部分
A5．．．第三設備組成部分、峰值負載發電設備、峰值負載設備組成部分
A51．．．驅動裝置
A53．．．壓縮機
A54．．．冷凝器/節熱器
A61．．．驅動裝置
A62．．．蒸汽渦輪機
A63．．．冷凝器、節熱器
A64．．．發電裝置
A65．．．外部冷卻迴路
A66．．．泵
E1,E2．．．電能或機械能
M1,M1.1．．．含碳起始物質
M1.2．．．額外燃料
M2．．．熱解焦炭
M3．．．熱解氣體
M4．．．合成氣體
M5.1．．．爐渣、灰分、殘餘物
M5.3．．．殘餘物
M6,M6.1．．．合成階段之產物、燃料
M7．．．催化劑
M8,M8.1,M8.2．．．循環氣體
M9.1．．．水、製程水、饋給水
M9.2．．．冷凝物、冷凝水
M10．．．製程蒸汽
M11.1,M11.2,M11.3,．．．蒸汽、渦輪機迴路中之蒸汽
M12．．．氧氣、氧化劑
M13．．．氫氣
M14．．．殘餘氣體
M15．．．二氧化碳
M16．．．氧化氣體
P1．．．第一階段
P2．．．第二階段
P3．．．第三階段
P11．．．熱解反應器、第一壓力反應器
P15．．．加熱裝置
P21．．．氣化反應器、第二壓力反應器
P22．．．壓力體
P31．．．費雪-缺布希反應器、合成反應器
P32．．．合成階段冷卻裝置、設備組成部分A3之蒸汽迴路中之鍋爐
P41.2．．．壓縮機
P42.1,P42.2．．．熱交換器、設備組成部分A3之過熱蒸汽迴路
P47．．．止回閥
P51．．．燃料儲存器

Claims (57)

  1. 一種用於利用含碳物質(M1)的方法，其中在該方法之第一階段(P1)中，供應該等含碳物質(M1)並將其熱解，其中形成熱解焦炭(M2)及熱解氣體(M3)；在該方法之第二階段(P2)中，來自該第一階段(P1)之該熱解焦炭(M2)在850℃以上之溫度氣化，其中形成合成氣體(M4)，且排出爐渣及其他殘餘物(M5.1、M5.2)；且在該方法之第三階段(P3)中，來自該第二階段(P2)之該合成氣體(M4)係藉費雪-缺布希合成(Fischer-Tropsch synthesis)或液相甲醇合成而轉化為烴或甲醇(M6)，其經排出；其中該方法之該等三個階段(P1、P2、P3)形成閉合迴路，來自該第三階段(P3)之過剩氣體(M8)作為循環氣體通入該第一階段(P1)中，該第一階段(P1)之該熱解氣體(M3)通入該第二階段(P2)中，在該第二階段中，氧氣(M12)及/或製程蒸汽(M10)經鼓入由熱解焦炭(M2)形成之火床，而該熱解氣體(M3)經鼓入該火床上方之氣相中，該火床與氧氣輸入點在空間上分開，其中其經裂化並分解，熱解焦炭及熱解氣體在第二階段中保留至少2秒鐘，以及來自該第二階段(P2)之合成氣體(M4)被引導入該第三階段(P3)。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於供應氫氣(M13)。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其特徵在於氫氣(M13)在該第三階段(P3)中供應。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其特徵在於供應二氧化碳(M15)。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其特徵在於，二氧化碳(M15)在該第一階段(P1)或第二階段(P2)中供應。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，沿該迴路存在壓降。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)中之熱解反應之熱能係部分或完全藉由該第二階段(P2)之該熱合成氣體之一部分(M4.2)返回至該第一階段(P1)中，及/或藉由該起始物質(M1)及該所得熱解焦炭(M2)之部分氧化來提供。
  8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)係在300與800℃之間之溫度下進行。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)係在450與700℃之間之溫度下進行。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)係在500與600℃之間之溫度下進行。
  11. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，對於該第二階段(P2)中之該氣化反應，使用氧氣(M12)及/或蒸汽(M10)及/或二氧化碳(M15)作為氣化劑。
  12. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，在該第二階段(P2)中，該氣化反應所需之 熱能部分或完全地由外部供應，例如藉由加熱裝置及/或熱交換器供應；及/或藉由氧化劑(M12)，氧化該熱解焦炭(M2)之一部分而產生。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其特徵在於該氧化劑(M12)為氧氣。
  14. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，該第二階段係在600與1600℃之間之溫度下進行。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其特徵在於，該第二階段係在700與1400℃之間之溫度下進行。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其特徵在於，該第二階段係在850與1000℃之間之溫度下進行。
  17. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)係在1巴與60巴之間之壓力下進行。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)係在在5巴與25巴之間之壓力下進行。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)係在10巴與15巴之間之壓力下進行。
  20. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，該第一階段(P1)與該第二階段(P2)係在同一壓力反應器(P24)中進行。
  21. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，該第三階段(P3)中之轉化係使用費雪-缺布希合成(Fischer-Tropsch synthesis)或液相甲醇合成來進行。
  22. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，電能及/或機械能(E2)係藉由使該第三階段(P3)中產生的作為燃料之該等烴及其他產物(M6)氧化為基本上由二氧化碳及水組成之氧化氣體(M16)而產生。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其特徵在於使用純氧氣(M12)作為氧化劑。
  24. 如申請專利範圍第22項之方法，其特徵在於，水係冷凝出來及/或與該等氧化氣體(M16)分離。
  25. 如申請專利範圍第23項之方法，其特徵在於，水係冷凝出來及/或與該等氧化氣體(M16)分離。
  26. 如申請專利範圍第22項之方法，其特徵在於，將該氧化氣體(M16)之至少一部分饋回至該利用方法之該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)及/或該第三階段(P3)中。
  27. 如申請專利範圍第23項之方法，其特徵在於，將該氧化氣體(M16)之至少一部分饋回至該利用方法之該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)及/或該第三階段(P3)中。
  28. 如申請專利範圍第24項之方法，其特徵在於，將該氧化氣體(M16)之至少一部分饋回至該利用方法之該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)及/或該第三階段(P3) 中。
  29. 如申請專利範圍第25項之方法，其特徵在於，將該氧化氣體(M16)之至少一部分饋回至該利用方法之該第一階段(P1)及/或該第二階段(P2)及/或該第三階段(P3)中。
  30. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之方法，其特徵在於，電能及/或機械能(E1)係藉由在熱交換器(P42.1、P42.3)中冷卻該合成氣體(M4)而產生，其中形成過熱蒸汽(M10、M10、M11.1、M11.2)及/或其他熱氣體，使用熱機(A62)、由該過熱蒸汽及/或其他熱氣體產生電能及/或機械能(E1)。
  31. 如申請專利範圍第30項之方法，其特徵在於，該熱機(A62)為蒸汽渦輪機。
  32. 一種用於利用含碳物質(M1)的設備(A1)，其含有利用設備(A2)，該利用設備具有第一設備組成部分(A2.1、P1)，用於進行該等含碳物質(M1)之熱解以形成熱解焦炭(M2)及熱解氣體(M3)；第二設備組成部分(A2.2、P2)，用於在850℃以上之溫度之火床中進行該熱解焦炭(M2)之氣化以形成合成氣體(M4)及殘餘物(M5.1、M5.2)；及第三設備組成部分(A2.3、P3)，藉費雪-缺布希合成或液相甲醇合成用於進行該合成氣體(M4)向烴或甲醇(M6)的轉化；其特徵在於，所有三個設備組成部分(A2.1、A2.2、A2.3)均耐壓密閉且形成基本上閉合迴路；該熱解氣體(M3)之傳送管線將該第一設備組成部分 (A2.1、P1)以耐壓密閉方式連接至該第二設備組成部分(A2.2、P2)，使得該熱解氣體進入該第二設備組成部分之輸入點在該熱解焦炭之火床上方；經設置容許將氧氣(M12)鼓入該火床的裝置，該火床與該熱解氣體輸入點在空間上分開；該合成氣體(M4)之傳送管線將該第二設備組成部分(A2.2、P2)以耐壓密閉方式連接至該第三設備組成部分(A2.3、P3)；且該循環氣體(M8)之傳送管線將該第三設備組成部分(A2.3、P3)以耐壓密閉方式連接至該第一設備組成部分(A2.1、P1)。
  33. 如申請專利範圍第32項之設備，其特徵在於，至少一個壓縮機(P41.1、P41.2、P41.3)係沿該等傳送管線之至少一條配置。
  34. 如申請專利範圍第32項或第33項之設備，其特徵在於，該等設備組成部分(A2.1、A2.2、A2.3)各自具有一或多個壓力反應器(P12、P22、P24)。
  35. 如申請專利範圍第32項或第33項之設備，其特徵在於，該第一設備組成部分(A2.1)與該第二設備組成部分(A2.2)具有共用壓力反應器(P24)。
  36. 如申請專利範圍第32項或第33項之設備，其特徵在於，該第三設備組成部分(P3、A2.3)包含費雪-缺布希合成設備及/或液相甲醇合成設備。
  37. 如申請專利範圍第32項或第33項之設備，其特徵在於另一設備組成部分(A5)，其藉由使用該第一設備(A2)中產生之該等烴及其他產物(M6)作為燃料來產生電能及/ 或機械能(E2)。
  38. 如申請專利範圍第37項之設備，其特徵在於，該另一設備組成部分(A5)具有至少一個自該燃料(M6)產生(A55)電能及/或機械能(E2)的驅動裝置(A51)，其中該驅動裝置(A51)自該燃料(M6)之氧化獲得操作所必需之能量，從而形成基本上由二氧化碳及水組成之氧化氣體(M16)，且包含用於該氧化氣體(M16)之壓縮的裝置(A53)及/或冷凝的裝置(A54)。
  39. 如申請專利範圍第38項之設備，其特徵在於，該驅動裝置(A51)可以純氧氣(M12)作為氧化劑來操作。
  40. 如申請專利範圍第38項之設備，其特徵在於熱交換器(A54)，其用於冷卻該裝置(A53)上游及/或下游之該氧化氣流(M16)以便該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝。
  41. 如申請專利範圍第39項之設備，其特徵在於熱交換器(A54)，其用於冷卻該裝置(A53)上游及/或下游之該氧化氣流(M16)以便該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝。
  42. 如申請專利範圍第38項之設備，其特徵在於自該氧化氣體(M16)冷凝及/或分離水(M9.2)之裝置。
  43. 如申請專利範圍第39項之設備，其特徵在於自該氧化氣體(M16)冷凝及/或分離水(M9.2)之裝置。
  44. 如申請專利範圍第40項之設備，其特徵在於自該氧化氣體(M16)冷凝及/或分離水(M9.2)之裝置。
  45. 如申請專利範圍第41項之設備，其特徵在於自該氧化氣體(M16)冷凝及/或分離水(M9.2)之裝置。
  46. 如申請專利範圍第38項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  47. 如申請專利範圍第39項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  48. 如申請專利範圍第40項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  49. 如申請專利範圍第41項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  50. 如申請專利範圍第42項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  51. 如申請專利範圍第43項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  52. 如申請專利範圍第44項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  53. 如申請專利範圍第45項之設備，其特徵在於，提供儲存器(P52)用於在該氧化氣體(M16)壓縮及/或冷凝之後收集該氧化氣體(M16)或殘餘氣體(M14)。
  54. 如申請專利範圍第32項或第33項之設備，其特徵在於，該驅動裝置(A51)為燃機，其具有至少一個燃燒室(A91)，用於氧氣(M12)燃燒液體或氣體燃料(M6)；具有構件(A91、A98)，用於將該所得氣體壓力或氣體體積轉化成機械功；具有饋入裝置(A97.1)，用於將氧氣(M12)引入該燃燒室(A91)中；及具有排氣裝置(A94)，用於自該燃燒室(A91)中移除該等氧化氣體(M16)。
  55. 如申請專利範圍第54項之設備，其特徵在於饋入裝置(A97.2)，用於將水(M9.1)及/或蒸汽(M10)引入該燃燒室(A91)及/或在該氧化氣流(M16)離開該燃燒室(A91)之後引入該氧化氣流(M16)中。
  56. 如申請專利範圍第32項或第33項之設備，其特徵在於產生電能及/或機械能(E1)的另一設備組成部分(A3)，其具有至少一個驅動裝置(A61)，用於自蒸汽(M10、M10、M11.1、M11.2)及/或該第一設備(A2)中已產生或過熱之其他熱氣體產生(A64)電能及/或機械能(E1)。
  57. 如申請專利範圍第56項之設備，其特徵在於，該另一設備組成部分(A3)包含驅動裝置(A61)，其用於自蒸汽(M10、M10、M11.1、M11.2)及/或該第一設備(A2)中已產生或過熱之其他熱氣體產生(A64)電能及/或機械能(E1)；及特徵在於，在該第一設備(A2)之該迴路中，提供至少一個熱交換器(P42.1、P42.2、P32)用於加熱蒸汽(M11.1、M11.2)及/或其他氣體，及/或產生蒸汽(M10、 M10)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI707083B (zh) * 2018-08-08 2020-10-11 日商川崎重工業股份有限公司 複合循環發電廠

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UY33038A (es) * 2009-11-20 2011-06-30 Rv Lizenz Ag Uso termico y quimico de sustancias cabonaceas en particular para la generacion de energia sin emisiones
TWI600825B (zh) 2010-01-22 2017-10-01 Ｒｖ立森斯股份有限公司 用來執行機械功與生產電能和熱能之無排放裝置和方法
WO2012069635A2 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 Statoil Asa Sanner cycle energy system
ITFI20110133A1 (it) * 2011-07-05 2013-01-06 Rewood S R L Processo di gassificazione.
CN105584991B (zh) 2011-09-27 2019-05-14 国际热化学恢复股份有限公司 合成气净化系统和方法
TWI644016B (zh) * 2012-11-02 2018-12-11 艾克頌美孚上游研究公司 用於在化學計量廢氣再循環氣渦輪系統中以氧化劑－稀釋劑混合進行擴散燃燒之系統及方法
EP3019582B1 (de) * 2013-07-09 2017-09-06 Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH Flexibel betreibbares kraftwerk und verfahren zu dessen betrieb
WO2015061833A1 (en) * 2013-10-29 2015-05-07 The Crucible Group Pty Ltd Converter for organic materials
EP2876150A1 (de) * 2013-11-21 2015-05-27 RV Lizenz AG Kombiniertes Energienetzwerk
WO2015107450A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 Turboden S.R.L. Method and gasifier for gasifying a biomass
EP3037608A1 (de) 2014-12-24 2016-06-29 Rv Lizenz AG Montagesystem für modulare Industrieanlagen
CN105647584B (zh) * 2016-01-19 2019-07-30 青岛理工大学 一种利用高炉渣余热资源化生物质及无害化铬渣的技术
WO2017164888A1 (en) 2016-03-25 2017-09-28 Thermochem Recovery International, Inc. Three-stage energy-integrated product gas generation system and method
CA3033810C (en) 2016-08-25 2022-07-12 Volter Oy A combined heat and power plant and a method for improving the burning process in a combined heat and power plant
US10364398B2 (en) 2016-08-30 2019-07-30 Thermochem Recovery International, Inc. Method of producing product gas from multiple carbonaceous feedstock streams mixed with a reduced-pressure mixing gas
WO2019017889A1 (en) * 2017-07-18 2019-01-24 Ekocoke, Llc COKE PROCESSING ENERGY PRODUCTION
JP2020531258A (ja) * 2017-08-15 2020-11-05 エンハンスト エネルギー グループ エルエルシーＥｎｈａｎｃｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｒｏｕｐ ＬＬＣ 炭素隔離およびカーボンネガティブ発電システムの改良された方法およびシステム
US10099200B1 (en) * 2017-10-24 2018-10-16 Thermochem Recovery International, Inc. Liquid fuel production system having parallel product gas generation
EA202092411A1 (ru) * 2018-04-18 2021-04-15 Александр ТЕПЛИЦКИЙ Способ получения углеродсодержащего материала из утилизируемых шин и/или резинотехнических изделий
KR102051849B1 (ko) * 2018-05-11 2019-12-05 한국기계연구원 석탄 가스화 및 ｆｔ 반응 오프가스를 활용한 발전 시스템
KR102168472B1 (ko) * 2018-09-11 2020-10-21 한국기계연구원 석탄 가스화 합성가스 및 ｆｔ 반응 오프가스를 활용한 발전 시스템
KR102168470B1 (ko) * 2018-09-11 2020-10-21 한국기계연구원 석탄 가스화 합성가스 및 ｆｔ 반응 오프가스를 활용한 발전 시스템
US11352566B2 (en) * 2018-12-12 2022-06-07 Ekomatter Ip Holdings 3 Llc Carbonaceous material processing
US11555157B2 (en) 2020-03-10 2023-01-17 Thermochem Recovery International, Inc. System and method for liquid fuel production from carbonaceous materials using recycled conditioned syngas
DE102020110854A1 (de) * 2020-04-21 2021-10-21 Anton Schwarz System mit einer Flüssigluft-Energiespeicher- und Kraftwerksvorrichtung
US11466223B2 (en) 2020-09-04 2022-10-11 Thermochem Recovery International, Inc. Two-stage syngas production with separate char and product gas inputs into the second stage
CN114958446A (zh) * 2022-06-07 2022-08-30 上海电气集团股份有限公司 一种生物质气化制液化石油气的系统及其方法

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA739012B (en) 1973-05-18 1974-10-30 Otto & Co Gmbh Dr C A pressure reactor for producing a combustible gas
DE2457468A1 (de) * 1973-12-07 1975-07-17 Rio Tinto Rhodesia Ltd Verfahren zur herstellung von kohlenwasserstoff-heizoel aus kohle
US3966633A (en) * 1974-09-23 1976-06-29 Cogas Development Company Waste water processing
US3986349A (en) 1975-09-15 1976-10-19 Chevron Research Company Method of power generation via coal gasification and liquid hydrocarbon synthesis
DE2807326C2 (de) 1978-02-21 1982-03-18 Steag Ag, 4300 Essen Verfahren zum Betreiben eines Gas-Dampfturbinenkraftwerks
DE3433602A1 (de) 1984-08-18 1986-02-27 Horst 7447 Aichtal Jentzsch Einrichtung zum absaugen und sammeln von gasen, insbesondere von kraftfahrzeug-auspuffgasen in einer montage- oder betriebshalle
US5034021A (en) * 1985-07-29 1991-07-23 Richardson Reginald D Apparatus for thermal pyrolysis of crushed coal
US4946477A (en) * 1988-04-07 1990-08-07 Air Products And Chemicals, Inc. IGCC process with combined methanol synthesis/water gas shift for methanol and electrical power production
DE3828534A1 (de) * 1988-08-23 1990-03-08 Gottfried Dipl Ing Roessle Verfahren zur verwertung von energiehaltiger masse, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und verwendung eines bei der verwertung anfallenden produkts
JP2954972B2 (ja) * 1990-04-18 1999-09-27 三菱重工業株式会社 ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント
DE4112593C2 (de) * 1991-04-17 1995-03-23 Pka Umwelttech Gmbh & Co Kg Verfahren und Anlage zum thermischen Aufbereiten von mit organischen Komponenten verunreinigten Metallschrott
DE59108437D1 (de) 1991-06-18 1997-02-06 Thermoselect Ag Verfahren zur Nutzbarmachung von Abfällen, bei dem Abfälle thermisch behandelt und einer vollständigen Stoffumwandlung zugeführt werden
DE4209549A1 (de) 1992-03-24 1993-09-30 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Verfahren zur thermischen Behandlung von Reststoffen, z.B. zur Trennung und Verwertung von Metallverbunden mit organischen Anteilen, mittels einer Kombination aus Pyrolyse und Vergasung
JPH06346065A (ja) 1993-06-07 1994-12-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 有機物のガス化方法
DE4404673C2 (de) 1994-02-15 1995-11-23 Entec Recycling Und Industriea Verfahren zur Erzeugung von Brenngas
US6170264B1 (en) * 1997-09-22 2001-01-09 Clean Energy Systems, Inc. Hydrocarbon combustion power generation system with CO2 sequestration
DE19523109C2 (de) 1995-06-26 2001-10-11 Daimler Chrysler Ag Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und einem Stromerzeugungssystem
US5980858A (en) 1996-04-23 1999-11-09 Ebara Corporation Method for treating wastes by gasification
JP4222645B2 (ja) 1996-04-23 2009-02-12 株式会社荏原製作所 有機性廃棄物の資源化方法及び資源化装置
DE19734911A1 (de) 1996-10-29 1998-04-30 Thermoselect Ag Verfahren zur vollständigen stofflichen, emissionslosen Nutzung durch Hochtemperatur-Recycling und durch fraktionierte stofflich spezifische Konvertierung des entstehenden Synthese-Rohgases
DE19807988B4 (de) 1998-02-26 2007-11-08 Wolf, Bodo, Dr.-Ing. Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen aus festen Brennstoffen
JP4154029B2 (ja) * 1998-04-07 2008-09-24 株式会社東芝 廃棄物の処理方法および廃棄物処理装置
JP3936115B2 (ja) * 1999-03-12 2007-06-27 宇部興産株式会社 廃棄物ガス化処理におけるガスと排水と微粒スラグのリサイクル方法
CA2271450A1 (en) 1999-05-12 2000-11-12 Stuart Energy Systems Inc. Hydrogen fuel replenishment process and apparatus
US20010039760A1 (en) * 1999-05-17 2001-11-15 Shang-I Cheng Zero-pollution wastes disposal and energy generation
DE19949142C1 (de) 1999-10-12 2001-05-10 Thermoselect Ag Vaduz Verfahren und Vorrichtung zur Entsorgung und Nutzbarmachung von Abfallgütern
AT4883U1 (de) 2000-06-23 2001-12-27 Hermeling Werner Dipl Ing Mobile füllanlage für gasflaschen
KR100391121B1 (ko) 2000-12-11 2003-07-16 김현영 고분자 유기물의 가스화 방법 및 장치
DE10151054A1 (de) * 2001-10-16 2003-04-30 Karlsruhe Forschzent Verfahren zur Behandlung von Biomasse
US20030083390A1 (en) * 2001-10-23 2003-05-01 Shah Lalit S. Fischer-tropsch tail-gas utilization
US6574962B1 (en) 2001-11-23 2003-06-10 Justin Chin-Chung Hsu KOH flue gas recirculation power plant with waste heat and byproduct recovery
EP1557030A4 (en) * 2002-07-26 2006-09-27 James B Tichy VISUALIZATION DEVICE F R VISIBILITY FRAME FLUIDE
NO320939B1 (no) 2002-12-10 2006-02-13 Aker Kvaerner Engineering & Te Fremgangsmate for eksosgassbehandling i brenselcellesystem basert pa oksider i fast form
FR2861402B1 (fr) * 2003-10-24 2008-09-12 Inst Francais Du Petrole Production de carburants liquides par un enchainement de procedes de traitement d'une charge hydrocarbonee
GB0326070D0 (en) * 2003-11-07 2003-12-10 Newage Int Ltd An AC power generating system
EP1699906B8 (de) * 2003-12-13 2014-04-23 Schröder, Sascha Verfahren und anlage zur herstellung flüssiger energieträger aus einem festen kohlenstoffträger
US20050247553A1 (en) * 2004-03-23 2005-11-10 Central Research Institute Of Electric Power Industry Carbonization and gasification of biomass and power generation system
ITRM20050207A1 (it) 2005-05-02 2006-11-03 Pyrolb S R L Procedimento integrato per il trattamento di rifiuti mediante pirolisi e relativo impianto.
DE102005035921B4 (de) 2005-07-28 2008-07-10 Choren Industries Gmbh Verfahren zur endothermen Vergasung von Kohlenstoff
EP1928984A1 (en) * 2005-08-19 2008-06-11 Varipower Technology PTY Ltd Method for generating power
CN1769397A (zh) * 2005-10-19 2006-05-10 天津大学 利用热解气化处理技术抑制垃圾尾气有害物的装置与方法
FR2893033B1 (fr) * 2005-11-04 2012-03-30 Inst Francais Du Petrole Procede de production de gaz de synthese a partir de matiere carbonee et d'energie electrique.
US8087926B2 (en) 2005-12-28 2012-01-03 Jupiter Oxygen Corporation Oxy-fuel combustion with integrated pollution control
NZ573217A (en) 2006-05-05 2011-11-25 Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao Schaffhausen Branch A facility for conversion of carbonaceous feedstock into a reformulated syngas containing CO and H2
US20080040975A1 (en) * 2006-08-21 2008-02-21 Albert Calderon Method for maximizing the value of carbonaceous material
CN100584928C (zh) * 2006-09-12 2010-01-27 王守峰 不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺
JP4981439B2 (ja) 2006-12-28 2012-07-18 三菱重工業株式会社 固体燃料ガス化ガス利用プラント
JP5088535B2 (ja) * 2007-02-28 2012-12-05 株式会社Ｉｈｉ 燃料ガス化設備
US20080280338A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-13 Hall Kenneth R Biofuel Processing System
DE102007041624A1 (de) * 2007-09-03 2009-03-05 Technische Universität Dresden Verfahren und Anlage zur Erzeugung eines teerarmen Brenngases
US20090145843A1 (en) 2007-12-05 2009-06-11 Ahner Paul F Method for reducing carbon dioxide emissions and water contamination potential while increasing product yields from carbon gasification and energy production processes
US20090297993A1 (en) 2008-05-30 2009-12-03 Foster Wheeler Energia Oy Method of and System For Generating Power By Oxyfuel Combustion
UY33038A (es) * 2009-11-20 2011-06-30 Rv Lizenz Ag Uso termico y quimico de sustancias cabonaceas en particular para la generacion de energia sin emisiones

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI707083B (zh) * 2018-08-08 2020-10-11 日商川崎重工業股份有限公司 複合循環發電廠

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