用于制造生物甲烷和生态甲烷的方法和系统与流程

文档序号:12576212阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于生产生物甲烷和生态甲烷的方法,所述方法使用下述工艺进行:使用使生物质热解成生物碳并与粉碎且可能适当制备的化石碳混合的工艺,以及使用使碳混合物加氢气化的工艺,所述方法的特征在于,使粉碎干燥的基于植物的原材料或基于废料的原材料单独地或以特定的组的形式经历热解过程,所述热解过程或者在约170℃至270℃的温度范围内在标准压力下进行以产生半碳和热解气体,或者在约270℃至300℃的温度范围内进行以产生生物碳和热解气体,或者在高于300℃的温度范围内进行,所述热解气体中的一部分通向第二生物质热解反应器以进行生物质热解,所述热解气体中的另一部分通向预热器以对加热气体的流进行预热,而所获得的包含约60%至65%的元素碳的所述半碳优选与粉碎的褐煤混合,而包含约65%至80%的元素碳的所述生物碳与粉碎的煤混合,基于生物碳的元素碳C’与基于化石碳的元素碳C的比率优选为C’:C=1:1,将前一混合物或后一混合物供应至第一加氢气化反应器,其中使用生物氢进行完全加氢气化工艺以产生原煤气和灰分,或者进行煤与生物碳的或者褐煤与半碳的部分加氢气化工艺以产生原煤气和细焦炭,而所述细焦炭通向预热器以对加热气体流进行预热,同时使所获得的在第二热交换器中冷却的原煤气经历脱硫工艺,随后分离成氢气、剩余气体以及由纯生物甲烷和生态甲烷组成的甲烷混合物,而来自所述原煤气冷却的热通向预热器中以对加热气体进行预热以及通向产生蒸汽的废热锅炉中的第一热交换器,而所述甲烷的一部分通向气体分配管线并且另一部分供应至第三生物氢生成反应器,其中在生物甲烷与来自所述废热锅炉的热蒸汽的反应中,利用通过加热气体供应至所述反应的热量,在约500℃至700℃的温度下且在催化剂的存在下,形成生物氢和CO2的混合物,所述混合物在所述废热锅炉中冷却之后分离成CO2和通向所述第一反应器中的碳混合物加氢气化工艺的生物氢,而将所述加热气体在预热器中预热至在第三反应器中进行生物氢形成反应所需的约800℃至1200℃的温度,所述预热使用供应有来自所述第二生物质热解反应器的热解气体的燃气燃烧器和/或使用从所述原煤气中回收的多余氢气以及使用供应有研磨的细焦炭或碳或生物碳的粉末燃料燃烧器,并且将由此加热的加热气体流供应至所述第三反应器。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,将半碳与褐煤的或者生物碳与煤的粉碎干燥的混合物从碳混合物制备装置供应至所述第一反应器,在此碳混合物加氢气化过程首先在内室中在与从所述内室顶部供应的气体并流落下的悬浮床中进行,所述气体在约2.5MPa至7.0MPa的压力下在约815℃的温度下包含约50%的H2和50%的CH4,在所述过程中获得的原煤气被运送至蒸气和煤气分离器,所述原煤气在此去除灰尘和共混的气体,尤其经历脱硫,之后其被分离成由生物甲烷和生态甲烷组成的纯甲烷混合物以及纯氢气,而部分转化的碳混合物被运送至所述第一反应器的外室,在此利用氢气使其经历完全转化以生成灰分和氢气+甲烷气体,或者用生物氢和氢气使其经历完全转化以生成细焦炭和氢气+甲烷气体或者部分转化成细焦炭和所述氢气+甲烷气体,而所述氢气+甲烷气体被供应至所述反应器的内室。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一高压反应器中,所述碳混合物在与矿物油以1:2.5至1:3.5的比率合并之后被使用喷嘴以悬浮体的形式供应至所述反应器的被称作蒸发区段的最高区段,其中在约6.8MPa的压力下和在约315℃的优势温度下,所述油被蒸发并且其蒸气与热原煤气一起排放至蒸气-煤气分离器,在此使被回收并随后在冷凝器中冷凝的矿物油再循环返回至油包碳的悬浮体制备装置中,而使经纯化,尤其在脱硫之后的原煤气分离成甲烷混合物和与生物氢组合的纯氢气,而将约300℃温度下的落下的干燥的碳和生物碳颗粒运送至所述第一反应器的中间区段,其中所述颗粒在离开所述反应器的被称为碳加氢气化的第二级的底部区段的含生物氢的气体的流中经历流化,而在被称为碳加氢气化的第一级的中间区段中,在约650℃的升高的温度和6.8MPa的压力下进行碳和生物碳的脱气和部分加氢气化,然后,在所述反应器的底部区段的流化床中,在750℃至950℃的温度下使用供应至所述底部区段的生物氢和氢气使部分转化的碳混合物经历完全加氢气化。

4.根据权利要求1和权利要求2和权利要求3中任一项所述的方法,其特征在于,所述加热气体是对所述第三反应器的材料为惰性的气体,优选CO2、氮气、氦气或氩气,或者是具有高比热的气体,或者是具有高沸点的液体,所述加热气体将热携带至所述第三反应器用于生物甲烷与蒸汽反应,所述热的量为在约500℃至700℃的温度下在Ni/Al2O3催化剂存在下足以进行生物氢和CO2形成反应的约165kJ/mol CH4

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,来自约500℃温度下的生物氢和CO2的热混合物的、来自离开所述预热器的约600℃温度下的气体的流的、以及来自外部系统的,尤其是来自产生电能和热能的发电装置的热被运送至所述废热锅炉。

6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,取自原煤气的高温热和由太阳能收集器供应的热被运送至所述加热气体预热器。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第三反应器的第一部分中,在反应器管中,在约500℃至900℃的温度范围和1.5MPa至4.5MPa的压力下在Ni/Al2O3镍催化剂的存在下生成生物氢和CO2的反应物:生物甲烷和蒸汽通过约800℃至1200℃温度的热的加热气体流被另外加热。

8.根据权利要求1和权利要求7中任一项所述的方法,其特征在于,对于所述第三反应器中一氧化碳和水蒸气的生物氢形成反应,所述生物氢生成反应中气体混合物从所述第三反应器的第一部分流至所述第三反应器的第二部分,所述第二部分在比所述第一部分低的温度范围下运行,或者在约200℃至300℃的温度范围内使用Cu-Zn/Al2O3催化剂,或者在350℃至500℃的较高温度范围内使用Fe/Al2O3催化剂随后在约200℃至300℃的范围内使用Cu/Al2O3催化剂,或者在300℃至450℃的温度范围内使用Fe2O3+Cr2O3催化剂进行所述反应。

9.一种用于制造生物甲烷和生态甲烷的系统,由以下组成:碳加氢气化反应器,生物氢生成反应器,蒸气和煤气分离器,生物质热解反应器,碳混合物制备装置,废热锅炉,加热气体预热器,热交换器,输送机,用于液体、蒸气和气体的管线和泵,所述系统的特征在于,第一碳加氢气化反应器(1)具有第一入口(18b)和第二入口(26),其中第一入口(18b)用于氢气而第二入口(26)连接至与第二生物质热解反应器(2)连接的碳混合物制备装置(25),所述第一反应器(1)具有第一出口(6)和第二出口(28),其中第二出口(28)用于细焦炭而第一出口(6)用于原煤气,所述第一出口(6)通过第二热交换器(6a)连接至蒸气和煤气分离器(5),所述蒸气和煤气分离器(5)具有第一氢气出口(19)、第二甲烷出口(20)和第三废料出口(17),其中所述分离器(5)的所述第一氢气出口(19)被分成两个管线(19a)和(19b),其中管线(19a)连接至所述第一反应器(1)的所述第一入口(18b),而管线(19b)连接至所述预热器(9)的燃烧器(14),并且所述分离器(5)的第二甲烷出口(20)还连接至所述第三氢气生成反应器(3),所述第三氢气生成反应器(3)的第一出口(10b)经由所述废热锅炉(4)连接至所述分离器(8),所述分离器(8)的出口经由管线(18a)连接至所述第一反应器(1),此外所述废热锅炉(4)具有连接至所述第三反应器(3)的工艺用汽出口(11a),而所述第三反应器(3)的第二出口连接至与所述预热器(9)连接的加热气体管线(10a),此外热交换器(6a)经由管线(7b)、预热器(9)和管线(7c)连接至所述废热锅炉(4)。

10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述第二生物质热解反应器(2)具有干生物质入口和连接至所述装置(25)的生物碳出口,以及连接至位于所述加热气体预热器(9)中的燃气燃烧器(14)的热解气体出口(22a)。

11.根据权利要求9和权利要求10中任一项所述的系统,其特征在于,所述预热器(9)具有第三热交换器(9a),所述第三热交换器(9a)一端连接至所述加热气体管线(10a)而另一端经由管线(10)连接至安装在所述第三反应器(3)入口处的喷嘴(10d),而所述预热器(9)配备有经由管线(22b)连接至所述第二生物质热解反应器(2)的燃烧器(14)以及经由输送机(28a)连接至细焦炭出口(28)的粉末燃料燃烧器(15),此外,所述预热器(9)连接至所述废热锅炉(4)。

12.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述第三反应器(3)具有内部管(3a),所述内部管(3a)包含位于所述第三反应器(3)的第一部分中的负载在陶瓷基底上的镍催化剂Ni/Al2O3,所述第一部分连接至加热气体入口(10d),所述管(3a)还包含Cu-Zn/Al2O3催化剂、或Fe/Al2O3和Cu/Al2O3催化剂、或Fe2O3+Cr2O3催化剂,所述管位于所述第三反应器的第二部分中,而所述第三反应器(3)具有用于生物甲烷的入口(20a)、用于工艺用汽的入口(11a)和用于生物氢和CO2的混合物的出口(10b)。

13.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述氢气和CO2混合物分离器(8)具有通向大气和/或用于下游处理和/或封存的纯CO2出口(10e)。

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