由生物质制造低焦油合成气的方法及装置的制作方法

专利名称：由生物质制造低焦油合成气的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法及一种装置，用于通过含碳的能量载体，尤其是生物质制造 合成气。所获得的、尽可能无焦油的合成气尤其适用于化学合成，特别用于制造氢气。在此，生物质应理解为所有源于有机体的材料。合成气主要由氢气(H2), —氧化碳 (CO)，二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)构成。
背景技术：
在日渐匮乏的化石能量载体背景下，将生物质转化为易于配送的气体是一种经济 的选择。当最初形成的合成气随后转化为氢气，并且配送到最终用户时，借助于燃料电池甚 至于还能够分散式发电。氢气的制造与使用需要非常纯的无氮合成气。这样的要求也适用 于其他的化学合成。对于通过生物质以热化学来制造合成气而言，基本上已知三种方法。对于较小的功率范围，通常会发现不同变体的固定床气化反应器。固定床气化反 应器需要生物质仍保有高的质量，并且本身却不适于制造高质量的合成气，该合成气用于 再加工为氢气。而撞击流气化反应器尤其适用于IGW以上的较高的功率，因为撞击流气化反应器 的反应器尺寸相对较小。对于小型的设备而言，撞击流气化反应器鉴于高昂的成本显得不 太经济实用。撞击流气化反应器大多数都要求干燥的生物质或原料，因为撞击流气化反应 器在高温下要与纯氧进行工作。它的灰都玻璃状地熔融，而不能作为肥料应用。该方案鉴 于昂贵及逐步短缺的肥料是有问题的。流化床反应器的强度处于IMW到IGW的中等工业功率范围内。来自于流化床反应 器的灰可以作为农业的矿物肥料使用。在利用流化床反应器的方法中需要区分出自热气化 和变温气化。在自热气化中，流化床反应器中的一部分生物质被燃烧用于抵消持续的吸热反 应。自热气化要利用空气进行。纯氧有可能会导致流化层的局部过热。将空气作为流化气 体的方法也不能简单地转换为氧气。而空气的使用将导致合成气被氮气和CO2冲淡，这将 会难以进行发电利用和再加工为氢气、甲烷、甲醇或液态燃料。在变温气化中需要通过热量传递进行所需热量的耦合。这例如可以通过流化层 中的加热棒进行，如DE 199 26 202 Cl所描述的。在燃烧器和合成气反应器之间流通的 热量载体也是已知的。通常沙子用作热量载体，其在第二反应器中通过一部分生物质的 燃烧而被加热。这种带有热功率为8丽的气化反应器坐落于奥地利的GUsing。这种设 备在“关于生物能源的乌克兰第一国际会议；2002年九月23-27日，乌克兰，基辅；演讲 者 M.bolhar-Nordenkampf 等；标题为"Scale-up of a IOOKffth pilot FICFB to 8MWth FICFB-gasifier demonstration plant in Giising(Austria) ”。”有所介绍。水蒸汽被用作 流化气体。但是水蒸汽的制备需要耗费额外的能源，这在大多数情况下都降低效率并增加 了投入成本。
通常，生物质被直接馈送到合成气反应器中，其结果是富含焦油，因为生物质的粗 大颗粒部分在数秒之后会到达流化层的上部，并且所形成的富含焦油的析出气体直接进入 到合成气中。因此，任何时候都会需要用于去除焦油的复杂方法。由于在低于350°c时焦油 才能存储在设备壁上，因此可感热量的回收会是非常有限的。当前，焦油处理问题在生物质 气化时遇到很大的阻碍。根据DE 601 20 957 T2已知一种方法，在该方法中生物质首先在热解反应器中被 分解为热解焦炭和热解气体，以便于随后两者被引至用于生成合成气的一个反应器中。该 方法适应于空气的使用，因此在合成气中具有较高的氮气成分。鉴于热解反应器的结构和 工作方式，适当的粗颗粒的焦炭进入到合成气反应器中。这些粗颗粒的焦炭还没有完全干 馏，并且会造成在合成气中较高的焦油成分。焦油及氮气含量通过简单的清除虽然能够满 足内燃机的要求，但是却不能满足用于制造和使用氢气以及其他化学合成的处理。

发明内容
本发明的目的在于，进一步避免现有技术中的缺点，并且通过原有的措施提供低 焦油且高价值的合成气。根据本发明，提出一种用于通过生物质制造低焦油合成气的方法，其中a)生物质在至少一个第一流化床反应器中至少分解为热解气体和热解焦炭组分，b)在第一流化床反应器中产生的气体作为流化气体引至至少一个后续的流化床 反应器中，c)热解焦炭以细微的颗粒通过气体输送，并且引至后续的流化床反应器中。根据本发明方法的有利设计方案在权利要求2到12中描述。本发明还包括一种 用于实现根据本发明方法的装置，其具有根据权利要求13到18所述的技术特征。根据本发明的制备方法提供了合成气，其焦油含量明显比根据传统流化床反应器 制备的合成气低。根据本发明，“低焦油”合成气特别应理解为具有少于lOOOmg/m3焦油含 量的合成气。优选地，根据本发明方法制备的合成气还具有更低的焦油含量。尤其是，根据 本发明方法制备的合成气的焦油含量优选低于500mg/m3，更优选地低于200mg/m3。根据本 发明方法还适用于制备焦油含量优选低于100mg/m3，更优选地低于50mg/m3的合成气。根 据本发明的特别优选的实施例，通过根据本发明的方法制备合成气，即焦油含量优选低于 10mg/m3，更优选地低于2mg/m3，特别优选低于lmg/m3。焦油含量< lmg/m3的合成气适合直 接用于化学合成，尤其适用于制造氢气。根据本发明的方法由此而适用于制造基本上无焦 油的合成气。根据本发明的制备方法另外还提出，热解焦炭以细微的颗粒通过气体从第一流化 床反应器中输送出去，并且引至后续的流化床反应器中。根据本发明，“细微颗粒”应理解为 基于其大小和质量在反应器中存在的条件下能够通过气体从第一流化床反应器中输送出 去的颗粒。合适的热解焦炭颗粒的平均颗粒大小优选小于5mm，尤其是小于2mm，更优选地 小于Imm0通过本发明所实现的优点在于，通过根据本发明的方法，在合成气中的焦油含量 相对于现有技术而言通过初步的措施能够大幅度地降低。此外，根据本发明方法制备的合 成气表现出较低的氮气含量。合成气也特别适用于后续的合成。广泛的焦油自由度节省了合成气的高成本的净化，并且避免了高成本的含焦油废水的净化。合成气的可感热量能够 有效地用于加热深入的物质流，因为没有焦油会在热交换器中冷凝。可感热量的利用能够 通过串联流化床反应器和/或整合生物质干燥轻易实现。鉴于处理过程中主要用电加热， 既没有废气也没有废气损失。因此，该方法具有非常高的效率。除了在固定床气化反应器 或撞击流气化反应器中，生物质的灰都能够作为矿物肥料加以利用。这尤其对于日益匮乏 的磷肥具有重大意义。由于用可再生能源进行能源供应方面具有日益重大的意义，本发明 在这个背景下描述了 一种基于生物质的太阳能氢气经济。在未来的太阳能氢气经济中，氢气通常通过管道提供给最终用户。通过用燃料电 池分散地分流氢气的高效率，为几乎所有的最终用户都能提供充足的电流。在这种热力传 导的能源经济中，电流和热量具有同样的价值。因为热力传导的能源经济在原理上是无损 失的，所以在初级能源(在此是生物质)上的需求被显著地降低。在这样的前提下，用于制 备以制造合成气的反应焓所使用的电能也是比较经济的。不同于目前，使用电能是没有损 耗的。电能将再次存在于所产生的氢气的能源价值中，并且几乎无损耗地被转化为电流和 热量。电流的一部分再用于根据本发明来制造合成气。热量一直能够利用。通过电能来加 热具有这样的优点，即不会产生烟雾，并进一步地使得该方法不产生废气。根据本发明的方 法也适用于从水电解过程获取纯氧气。当然，从空气中分解获取氧气却仅对非常大型的设 备是经济的。利用流化床反应器的方法，典型的设备大小为mw到IGW之间，优选为20丽 到500MW之间。大型设备固然经济有效，但是其经常会出现后勤筹备方面的限制。而氢气 经济是一种区域的且分散的能源经济。这样的设备因此能够在5到50bar的高压下进行工 作，由此所产生的气体被简单地净化，并能够直接馈送到区域的中压气体网络中。出于这样 的理由，根据本发明的方法能够通过用于产生氢气的、输入压力为20到40bar，尤其是大约 30bar的设备进行工作。在根据本发明的方法中，合成气的制造通过串联至少两个流化床反应器来实现。 在第一流化床反应器中，生物质被分解为热解气体和热解焦炭。通过惰性的床体材料(例 如沙子)，热解焦炭在流化床中精细地碾碎。在稳态的流化层中，仅已精细碾碎的焦炭将连 同热解气体能够被流化床反应器送出。稳态的流化层也可以更好地作为一种循环流化层来 用于根据本发明的方法，其中沙子和粗大的焦炭颗粒被输送出去。精细碾碎的焦炭颗粒在 其内部几乎不具有的初级及次级的焦油，因为在微小颗粒中的物质及热的转化非常剧烈。 这些焦炭通常被认为是尽可能无焦油的。这是产生无焦油合成气的前提。载有热解焦炭的热解气体到达后续的流化床反应器中。该热解气体也就是用于后 续流化床反应器的流化气体。在该流化床反应器中，热解气体碰到精细碾碎的热焦炭上， 该焦炭将包含在热解气体中的大部分焦油催化裂解为氢气(H2), —氧化碳(CO)，二氧化碳 (CO2)和甲烷(CH4)。如果该流化床反应器是多个串联的流化床反应器的最后一个，则置入 的生物质在这里将最后转化为合成气。在两个流化床反应器以上时则不再设置名称“热解 反应器”和“转化器”。其只不过是多个反应器，这些反应器的温度在后续的反应器中逐步 提高，并且其焦油含量在后续的反应器中逐步降低。在该方法中的第一流化床反应器必要 时也可以成为“热解反应器”。为了使得焦炭定量地转化，通常要求温度为850°C至1000°C。 因此，根据本发明优选设置，至少一个流化床反应器被加热，例如通过加热棒形式的电阻加 热器，这些加热棒被浸入到流化层中。
多个串联的反应器中的第一流化床反应器仅需要少量的热量供应，因为生物质将 快速分解为热解气体和热解焦炭的过程没有热效应。在以流化气体使用过热的水蒸气以及 预热的生物质时，这些反应也可以自身快速地进行。随后再进行热耦合是有利的，为此热解 焦炭也至少部分地被转化。从而，人们将获得尽可能无焦油的焦炭，用于后续的流化床反应 器，这将会改善合成气的质量。在热解反应器中热耦合以有利的方式通过流化床中的管道 实现，在这些管道中被导入热的合成气。合成气的可传导热量也可以进一步地用于产生和 再加热水蒸气，这些水蒸气则作为流化气体用于热解反应器。根据权利要求2，根据本发明的有利设计方案，含有焦油的气体在进入到后续的流 化床反应器之前被加热。因此，气体中的焦油含量会减少。热的气体通过焦炭颗粒上的吸 热反应在后续的反应器中进一步冷却，这被称为化学冷淬。加热可以例如通过一种电加热 器实现，其以管束热交换器设置在两个流化床反应器之间。当热解气体包含焦炭颗粒时，该 放热器的壁温度在使用木材时可以达到1200°C的灰软化点，优选不超过该温度。根据权利要求3，根据本发明的另一设计方案，对于灰软化点低的生物质更好的 是，将热解焦炭从热解气体中分离，并仅对无尘的热解气体进行加热。温度升高在此能够更 进一步地进行。在该位置的局部强烈加热也可以通过输入纯氧来实现。根据权利要求4，采用一种有效的方法来破坏焦油，该方法通过放电来产生等离 子。等离子也将破坏环形的分子，其具有特别强的键。等离子也可以例如通过至少两个电极 之间的电弧产生。有利的是，设置多个电极触发它们之间交替的放电。因此，在气体中实现 了高度湍流并且由此实现了所形成的自由基的高反应率。电弧放电也可以比简单的加热更 为有效。通过电弧放电，气体自然而然也被整体上加热。替代在两个流化床反应器之间的 气体腔中设置至少两个电极，也可以采用设置空心电极，其被安置在单独的壳体中。在此， 放电在环形电极之间的管中进行。这种设备被称为“等离子转换器”。该管可以通过一部分 热解气体，或者通过无碳的气体，例如水蒸气流过。碳氢化合物在电弧中首选分解为氢气和 碳(裂化碳黑)。两种产物可以直接转化或在后续的流化床反应器中转化为合成气。根据权利要求5的另一设计方案，过热的含焦油气体传导经过催化剂床。因此，焦 油含量已经可以在相对低的温度中减低。在此说明是基于镍的催化剂。根据权利要求6，当含焦油的气体在与催化剂接触之前去除有害物质，尤其是去除 卤化物和碱时，将能从本质上改善催化剂的效果。脱硫也是尤其有效的。出于这样的目的， 热气脱硫通常是足够的。为此也适用于金属氧化物(例如钙、铁和锌)，以及与其他金属氧 化物的混合物。这些氧化物的一部分也可以裂化硫和氮的有机化合物(C0S，HCN)。许多金 属氧化物可以通过空气或水蒸气进行回收。含焦油的气体必须尽可能地冷却到600°C。因 为释出的热量能够耦合在前置的处理阶段中，所以在处理效果上也没有影响。同样的，通过 可消耗的化学物质，例如氢氧化钙(Ca(OH)2)进行干燥净化也是合适的。这种溶液被简单 地喷入气流中并且以过滤器去除有害物质。根据权利要求7，提出一种流化床反应器的特别简单的设置方案，即多个流化床反 应器可以直接相叠设置。从而，人们可以获得搅拌罐串列混合效果的反应器特征，这种特征 将始终正面地影响生产质量。显然，使用干燥的生物质和单独筹备水蒸气来制造合成气，在方法技术要比使用 潮湿的生物质耗费得更少。然而，干燥生物质的可使用性是十分有限的。较大的可行性在于每年的能源植物，其大部分仅仅作为青贮饲料来存放。因此，重要的是，处理方式可以允 许带有30%到50%水分的生物质。存储更高含水量的生物质是不需要的，因为，这些水之 前要冷却榨干并且以有利的方式处理成沼气。此外，过高的含水量简化了生物质在处于过 压的容器中的放置。根据DE 10 2008 012 156. 8及DE 10 2008 012 154.1已知螺旋输送 机，在其内部设有塞子，其将防止气体回流。将明显高于40%含水量的潮湿生物质直接存放在热解反应器中会导致效率损失， 因为额外作为流化气体所需的水蒸气有可能仅成为负担，其将破坏热量平衡。根据权利要 求8，将潮湿的生物质进行干燥并且将所产生的水蒸气作为流化气体引至热解反应器，将是 十分有利的。对于设备工业化尺寸而言，在传送床或流化床中的生物质能够得到干燥则是 合理的。生物质应该在这种干燥过程中优选加热到不超过280°C，因为否则会出现生物质的 放热分解。此外，干燥装置可以优选包含水蒸气循环，具有用于耦合工作热量的热交换器。 水蒸气循环通过压缩机生成。根据权利要求10、11，用于干燥生物质的装置可以前置设置一个相似的用于生物 质预热的装置，该装置优选也具有用于耦合工作热量的压缩机和热交换器。在加压的装置 中，预热的温度水平明显要比用于干燥生物质的装置的温度水平低。在30bar时水的蒸气 压力例如为234°C。在这种情况下，预热优选的温度水平为80°C到150°C。为此采用两种热 量降低，其能够实现从处理过程中快速有效地使用可感的热量。这将意味着非常高的效率。当将产物气体混入该循环时，在用于预热生物质的装置中也可以蒸发相当数量的 水分。根据权利要求12，对来自于合成气的后续处理中产生的二氧化碳(CO2)加以利用是十 分有利的。在合成气的几乎每次化学合成时也就是在制造氢气时都会产生过量的C02。特 别有利的是，对CO2馏出物加以利用，该馏出物还包括可燃烧的成分，这些成分必须通过燃 烧来去除。通过输入的CO2，将根据水蒸气的分压而携带来自于生物质的一部分的水。这将 在这种气体循环中提高可耦合的热量。从而，也可以部分地利用包含在合成气中的水的凝 结热。如果将含CO2的气体继续传到用于干燥生物质的装置上，则将以低温水平实现干燥。 所携带的CO2将额外用做合成气的碳源。尽管这样需要提高电能的使用，然而这在制造和利 用氢气时不会影响到每单元生物质的可支配利用能源。当没有过多的传输CO2时，在可利 用能源上电能的份额仅仅会细微地降低。例如，当代替电源的外购，即用于根据本发明方法 的电能由氢气用户购买，而采用有效率为60%的燃料电池时，电流/热量的比例从52/48降 到47/53。这只是针对没有将CO2引至用于预热生物质的装置中。只要不将电流/热量比 例降低到30/70，适度的传输CO2能够不加重负面的影响。在目前德国实际的能源经济中， 这一比例例如是20/80。这仍适用于一般家庭。


接下来，本发明将参照附图1至5以多个实施例来详细说明。图1示出了本发明的一个简单的实施例；图2示出了本发明的集成有生物质预热及干燥的设计方案；图3示出了具有4个流化床反应器及集成有催化床的设置方案；图4示出了具有催化床之前额外气体净化的图3的变体；图5示出了一个设置方案，在该方案中通过产生等离子来裂解焦油。
具体实施例方式根据图1，根据本发明的装置由两个流化床反应器3和11构成，这些流化床反应器 优选具有稳态流化层。这些流化床反应器分别具有喷嘴底部4、流化层5以及在流化层上的 自由空间6。生物质1例如通过螺旋输送机2带到流化床反应器3中，并通过位于内部的 加热装置7加热。在该实施例中，加热装置由多个管构成，热合成气15a流过这些管。为了 实现更高的产品质量，有利的是，这些反应器通过额外的电加热装置(在此未示出)加热到 600°C到700°C。作为流化气体的水蒸气通过管道10引入。进入到管道8中的水在热交换 器9中蒸发并过度加热。在此将利用合成气15a的可感热量。在流化床反应器3中，生物质被分解为热解气体和热解焦炭。热解焦炭通过热解 气体到达后续的流化床反应器11中。通过选择添入沙子的颗粒大小及流化气体速度能够 实现，即仅小于0. 8mm的焦炭颗粒能到达流化床反应器11。此外可以扩宽自由空间6的横 截面，以便于挡住较大的焦炭颗粒。大规模由挥发性成分释放的焦炭颗粒(其到达流化床 反应器11中)用于催化分解热解气体的焦油。为此，焦炭也可以转化为合成气，通常在流 化床反应器11中需要800°C到1000°C的温度，优选温度在850°C到950°C之间。该反应器 的加热装置12优选通过电气的，例如带有电阻加热装置的垂直设置的多个棒的形式实现。 这些棒的加热部分完全由流化层包围。合成气15a通过自由空间6从流化层11出来，该自 由空间的横截面优选被扩宽。灰14在颗粒分离器13中进行分离。在反应器3和11中的 沙子能够通过已知的传输装置(在此未示出)持续更新。在图2中示出了一个装置，其在右侧具有两个流化床反应器3和11，如图1中所描 述的。在两个流化床反应器3和11之间的自由空间6中还设有加热装置16。该加热装置 可以例如由管束热交换器构成，它的管可以电加热。热解气体和焦炭颗粒在此被加热到一 定的温度，该温度比流化床反应器11的温度高。因此，大部分的焦油和焦炭颗粒都已经转 化为合成气。在具有高灰软化点的木状的生物质中，过度加热可以这样更长时间地进行，即 在流化床反应器11中的加热装置12可以取消。然后，在流化床反应器11中仅还碾碎与转 化较粗大的焦炭颗粒。通过这种化学冷淬产生温度的降低。因此，根据本发明方法可以对可感的热量加以利用，至少两个流化床反应器的串 联组优选前置设置有一个预热装置和/或一个干燥装置，其温度水平在生物质的分解温度 之下，约为2800C ο生物质1通过特殊的螺旋输送机2带到处于过压下的容器中。在此，将生物质预热 到80°C至150°C的温度水平。生物质18在此由来自压缩机25和热交换器26的气体循环 流过。此外，气体循环包括分离器23，其将细微的生物质粉尘24送回到容器中。气体通过 喷嘴底部19到达生物质的流动床18中。随后，生物质到达具有孔21的排出管20中。通 过来源于管道22的间歇的蒸气冲击，生物质持续地输送到下一个循环中。当生物质通过已 知的装置成型为段状大小的单元时，对于预热和后续的干燥是有利的。该循环将在位置27 上对气体进行混合，从而在该循环中能够实现干燥，在干燥过程中，水蒸气的分压要小于总 压。为此能够使用到一小部分的合成气。尤其是适用于来自于合成气后续处理阶段的C02。 该循环的多余的气体通过管道28到达附加的循环中，该循环由压缩机32和热交换器33、 34、35构成。过热的水蒸气通过喷嘴底部进入有生物质29构成的流化床中。所携带的微粒通过分离器31去除并且送到生物质的位置43上。36表示用于再处理合成气的后续流程。 所有这样的流程都是放热的，并且余热能够提供用于干燥或预热生物质。为此可以使用热 交换器34、35。已预热和干燥的生物质通过第一流化床反应器3中的运输装置42(例如配 料的螺旋输送机)到达热解反应器。水蒸气通过管道40和过热器41作为流化气体进入流 化床反应器3中。在该位置上也可以毫无问题地添加氧气41。当在该反应器中为了进一步 改善产品而力求继续转化碳时，则仅需要额外加热流化床反应器3。如果在馈送的生物质中包含的水分比流程要求的更多时，这些水分将通过冷凝器 37和冷凝分离器38去除。该旁路通过阀39控制，并且可以仅用于微调。生物质可以尽可 能地在进入流程之前通过混合、压榨和/或干燥来预加工至最佳的水分含量。这样的额外循环适用于生物质随后的干燥和进一步的预热，直至接近于大约 280°C的分解温度。当流程可以在高压，例如30bar下运行时，该额外的循环是特别有利的。在图3中示出了四个流化床反应器45、46、47、48的串联组。这样串联方式已经能 够实现高的产品质量。由气体和焦炭构成的产品流在流化床反应器46之后借助于折流板 57a转到分离器49上。焦炭通过管道50传送给流化床反应器47。管道51中无颗粒的气 体目前可以放心地加热到灰软化，例如通过电放热器52。为了继续支持焦油分解，在流化床 反应器47之下可以设置基于镍的催化床53，例如以蜂窝状的形式。为了加强催化效果可以 有利地设置多个带有喷嘴的管56。通过来自于一个管56的交替的蒸气冲击，能在运行时实 现一种补充。对于这样的情况，生物质可以通过非常低的灰软化点来使用，这有利于，已加 热的气体通过管道55冷却的合成气或来自于后续流程的另一冷的气体进行混合。来自于 后续流程的含有甲烷的气体最好应该传输到位置54上，也就是在催化床之前，以便于能够 分离出甲烷。加热环节在此设置在串联组的中间。该环节也可以根据温度导向设置在其他 位置上。所示出的布局的目的在于，在相对较低的温度中实现更高的碳转化。如图2所示出的，由流化床反应器构成的串联组将预热的生物质通过运输装置42 输送并且加热的水蒸气通过管道40输送。下方的流化床反应器45可以在加热装置7中通 过处理热量加热，但这并不是必要的。然而，加热过程对于开始阶段是有利的。后续的流化 床反应器46、47、48优选可以通过电加热装置12进行加热。在位置44上可以提供氧气，但 不是必须的。氧气在氢气经济中仅提高了在最终用户方面平均的所使用能源中电流的份 额。在效率上，氧气没有很大的影响。图4示出了根据本发明的装置，该装置与图3的装置基本相似。其区别仅在于， 气体在焦炭分离之后要流通过一个热气净化阶段60。金属氧化物都特别适合于作为对硫 有良好净化效果的催化剂。为了在工作中也能够实现回收，气体净化优选可以实施为双重 的。热气净化对于具有高含量硫的生物质是有利的，因为催化床53在较低的温度上已经是 高效且长期有效的。对于热气净化，气体优选被冷却到600°C的温度下。由此而能够发现， 来自于管道40的一部分水蒸气通过阀58转向到冷凝器59上。在效率方面，通过冷凝器59 来冷却气体实际上没有影响。仅仅是在串联的多个流化床反应器中的温度等级和电能上分 别耦合的量有所变化。图5示出了与图3相似的装置。但是，催化床在此替换为多个电极68，在这些电极 之间以交错的方向和较短的间距进行放电。气体由此而部分地转换为等离子状态。所产生 的等离子自由基将与其接触的所有碳氢化合物分解为碳黑(Crackruss)及氢气，其随后直接或在后续的流化床反应器47中转化为合成气。“闪电雷暴”在气体产生高速湍流，该湍流 将带来高效的反应率。等离子的生成也会关系到温度升高，这样的温度升高将起到使焦油 裂化的作用。等离子加热也是分解焦油的一种特别有效的形式。可选地，或例如在催化床 中的化学方式中可以考虑这种方式。床体材料的置换和更换可以如所述的，对于每个流化层都可以通过已知的装置实 现。有利的解决方案在于，生物质附带微量的沙子，并且沙子仅仅在最热的流化床反应器48 上被去除。该去除可以例如通过螺旋输送机69实现。经过烧结而变粗糙的沙子随后通过 筛网64来分离，并且通过闸门阻挡。未使用的沙子随后例如通过气动的输送装置送到最下 方的流化床反应器45.为了避免过量充满的流化层所带来的冲击，设置带有多个管61的喷 嘴底部4是有利的，这些管伸入到自由空间6中并斜切。为防止沙子在装置的静止状态回 流可以设置折流盘62或径向的孔。沙床系统尤其适用于流化床反应器，该反应器可以在从 稳态流化床至循环流化床的范围内运行。本发明并不仅限于所描述的实施例，对于本领域技术人员而言，在本发明的范畴 内也能够得出多种转化的实施方式和可行的实施方式。本发明的保护范围将通过权利要求 书进行限定。
权利要求
1.一种用于通过生物质制造低焦油合成气的方法，其特征在于，a)生物质在至少一个第一流化床反应器中至少分解为热解气体和热解焦炭组分，b)在第一流化床反应器中产生的气体作为流化气体引至至少一个后续的流化床反应 器中，c)热解焦炭以细微的颗粒通过气体输送，并且引至后续的流化床反应器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，气体在进入到后续的流化床反应器之前 受到加热。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，焦炭颗粒从气体中分离，并通 过分开的路径引至后续的流化床反应器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体通过电能至少部分 地转化为等离子状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体流过催化床。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体基本上清除了有害 物质。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少两个流化床反应器相叠设置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述生物质在进入到第一流 化床反应器之前被干燥。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述干燥在干燥装置中进行，所述干燥 装置具有带有热交换器的水蒸气循环，其中所述水蒸气作为流化气体引至第一流化床反应器。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述生物质在干燥之前受到预热。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述生物质的预热在预热装置中进行， 所述预热装置具有带有热交换器的气体循环，其中气体被引至干燥装置。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预热装置引导流程中的二氧化碳 (CO2)用于合成气的再处理。
13.一种用于根据权利要求1至12中任一项所述的方法制造合成气的装置，其特征在 于，所述装置具有至少一个第一流化床反应器和至少一个后续的流化床反应器，其中设置 多个流化床反应器用于，a)在第一流化床反应器中产生至少一种气体，所述气体作为流化 气体引至后续的流化床反应器，b)在第一流化床反应器中产生热解焦炭，所述热解焦炭以 细微的颗粒通过气体输送，并且引至后续的流化床反应器中。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置包括一种设备，所述设备用于 在所述气体进入到后续的流化床反应器之前对所述气体进行预热。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，第一流化床反应器前置设置有用 于干燥生物质的装置。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述干燥装置具有带有热交换器的水 蒸气循环。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述干燥装置前置设置有用于预 热生物质的装置。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述预热装置具有带有热交换器的气 体循环。
全文摘要
本发明涉及一种通过生物质制造合成气的方法。用现有的方法合成气具有高焦油含量或者需要很高的温度来玻璃状地熔化灰，而且这些灰不能作为矿物肥料使用。本发明的目的在于，避免现有技术中的缺点，并且高效地制造高价值的合成气。通过本发明的方法，在合成气(15a)中的焦油含量由此降低，即生物质(1)在第一流化床反应器(3)中分解为热解气体和热解焦炭，并且引至至少另一个的流化床反应器(11)中，其中焦油在较高的温度中催化分解为进一步无焦油的热解焦炭，而无需超过灰熔点。根据本发明的方法能够制造尽可能无焦油的合成气。
文档编号C10J3/66GK102089409SQ200980126921
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月7日 优先权日2008年7月8日
发明者卡尔-海因茨·特茨拉夫 申请人:卡尔-海因茨·特茨拉夫