生产代用天然气的设备和方法以及包括其的网络的制作方法
【专利摘要】一种设备，包括：?气化炉(102)，用于由生物质生产气态化合物，包括生物质和氧化剂进口(104,106)和含有一氧化碳的气态化合物的出口(108)；?一氧化碳甲烷化装置(110)，使一氧化碳甲烷化以生产由气化炉输出的代用天然气，包括至少一个水和来自气化炉的气态化合物的进口(112)。?二氧化碳甲烷化装置(114)，使二氧化碳甲烷化以生产代用天然气，包括至少一个进水口(116)和一个二氧化碳的进口。?装置(118)，用于由水和电流来生产氢气，包括：?供电电源?进水口(120)，和?氢气出口(122)，给二氧化碳甲烷化装置(118)提供氢气。
【专利说明】
生产代用天然气的设备和方法以及包括其的网络
技术领域
[0001 ] 本发明涉及生产代用天然气(substitute natural gas)的设备和方法，以及包括其的网络。本发明尤其适用于工业甲烷化以及热能与甲烷联产。
【背景技术】
[0002]甲烷化是一种将氢与一氧化碳或二氧化碳催化转化为甲烷的工业方法。
[0003]甲烷化反应的方程式根据碳基化合物的性质而改变。依情况而定，反应方程式如下:
[0004]C0+3H2^CH4+H20
[0005]C02+4H2^CH4+2H20
[0006]通常情况下，生物质是主要输入物的生物甲烷生产设备包括三个主要的要素(element)。第一个要素是将生物质气化为合成气体(也称为“合成气”)的装置。这种合成气主要由不凝结的气体组成，例如，H2、CO、W2SCH4 ο对于特定的方法，除了生成的合成气，气化装置还生产焦油型可凝性气体，在下文中被称为“焦油”，并且生产“炭”(char)型的固体残渣，即固体可燃物经热解所产生的固体部分。
[0007]气化装置与燃烧装置相连，诸如炭的固体残余物在燃烧装置中燃烧以保持气化装置的温度。这种燃烧装置通常是移动床反应器或循环床反应器。流化介质优选由橄榄石催化剂的颗粒组成，且更优选由诸如沙的传热固体组成。该流化介质能够有助于气化装置中未反应的剩余炭的取出，并有助于将这些炭输送至燃烧装置。
[0008]第二个主要的要素是气化生物质的催化甲烷化过程，这种甲烷化过程包括将H2和CO转化成CH4(SNG，“合成天然气”)。
[0009]第三个主要的要素是使残余SNG达标，也就是除去残留的H2，⑶，H2O和⑶2，以便生产出尽可能符合注入天然气供应网要求的SNG，尤其在更高的热值，被简称为“HHV”和沃泊指数方面符合规定。在此提醒，沃泊指数可以评估气体、燃料或可燃物的互换能力。
[0010]由于在所提到的上述生产过程中损失了很多的碳与能量，所以目前的系统的主要缺点来源于没有对系统输出SNG的产率进行优化。
【发明内容】
[0011 ]本发明旨在补救上述的部分或者全部缺点。
[0012]为了达到这个目的，根据第一方面，本发明提出了生产代用天然气的集成设备，包括:
[0013]-配置成由生物质生产气态化合物的气化炉，包括:
[0014]-生物质进口；
[0015]-氧化剂进口；和
[0016]-包括一氧化碳的气态化合物出口；
[0017]-使一氧化碳甲烷化以便由气化炉输出的气态化合物来生产代用天然气的装置，一氧化碳甲烷化装置包括至少一个进水口和从气化炉输出的气态化合物的进口。
[0018]-使二氧化碳甲烷化以生产代用天然气的装置，包括至少一个进水口和来自一氧化碳甲烷化装置的二氧化碳的进口。
[0019]-用水和电流生产氢气的装置，包括:
[0020]-电源；
[0021]-进水口，和
[0022]-供应二氧化碳甲烷化装置的氢气出口。
[0023]应注意，由于语言的误用，“气化炉”(gasifier)有时候也称为“燃气发生炉”(gasificator)。
[0024]因为这些规定，二氧化碳甲烷化装置将一氧化碳甲烷化装置的输出物中存在的二氧化碳转化为SNG，因此在总体上提高了设备的碳转化产率。此外，电解水装置的存在实现了 “电能转气”型应用。在此提醒，电能转气应用由如下构成:将未使用的电能，例如核电站在夜里生产的电能，转化为能够随后被用于再生电能的代用气体。
[0025]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备还包括燃烧装置，包括:
[0026]-非气化固体可燃物热解产生的固体部分的进口，该固体部分也称为“炭”，其来自于气化炉并由传热介质运输；
[0027]-氧化剂进口；
[0028]-用于加热传热介质的非气化炭燃烧装置；
[0029]-与气化炉传热介质进口相连的传热介质出口，和
[0030]-烟道气出口。
[0031]这些方案的优点是通过使用非气化的碳化残留物产生加热气化炉的热而使气化炉的产量增加。这些碳化残留物的燃烧，也给输送碳化残留物的传热介质加热。
[0032]在一些实施方案中，将氢气生产装置配置为执行水的电解，包括供应燃烧装置氧化剂进口的氧气出口
[0033]这些实施方案的优点是:通过避免将来自气化炉的一部分合成气体注入燃烧装置以使燃烧成为可能从而极大提高了代用天然气的产量。尤其是这些实施方案通过利用电解水的所有产物和优化代用天然气的产率，从而使电能转气的转化效率达到最大化。
[0034]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备包括:在气化炉的气态化合物出口和一氧化碳甲烷化装置的气态化合物进口之间，设置分离器，该分离器被配置为将气体与固体和/或气态化合物中的焦油分开并且将分离的固体和/或焦油输送到燃烧装置。
[0035]这些实施方案的第一个优点是:通过除去可能跟随气体运输的固体来净化气化炉产生的合成气。这些实施方案的第二个优点是:通过在燃烧装置使用这些固体来对它们循环使用，从而提高燃烧装置的产量。
[0036]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备包括:当从燃烧装置输出时，循环含有氧气的部分烟道气的装置，该装置朝向燃烧装置的氧化剂进口
[0037]这些实施方案通过循环使用燃烧装置的一部分产物，提高了燃烧装置的产率。这些实施方案使给定的设备采用空气燃烧来运转与采用氧燃烧来运转一样有效。对于最初设计成使用空气燃烧来操作的方法来说，将它转变成氧燃烧的事实会导致速度急剧下降并且引起传热固体循环的停止，并且因此引起气体生产停止。在这种情况下，为了转变成氧燃烧，需要直径更小的新的燃烧装置，以便拥有适当的运输速度，或者需要烟道气的再循环，以便补偿氧化剂中缺少的一氧化二氮。烟道气的选择必定是最重要的，因为它是来自同一系统的产物。
[0038]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备包括燃烧装置的烟道气出口的下游，配置成向二氧化碳甲烷化装置提供二氧化碳的二氧化碳分离器。
[0039]这些实施方案提高了二氧化碳甲烷化装置的产率。
[0040]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备包括氢气分离器，位于一氧化碳甲烷化装置的下游，为的是向所述一氧化碳甲烷化装置提供氢气。
[0041]这些实施方案提高了一氧化碳甲烷化装置的产率。这些实施方案在如下情况下是优选的:合成气体的沃泊指数或较高热值不符合合成气体所供给的气体运输网络的要求。
[0042]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备包括一氧化碳甲烷化装置的下游，用于供应二氧化碳甲烷化装置的二氧化碳分离器。
[0043]这些实施方案能够将一氧化碳甲烷化装置输出的甲烷与提供给二氧化碳甲烷化装置的二氧化碳分开。用这种方法，气体在输入到二氧化碳甲烷化装置时具有较高的二氧化碳浓度，因此提高了二氧化碳甲烷化装置的输出产率。
[0044]在一些实施方案中，二氧化碳甲烷化装置的出口与一氧化碳甲烷化装置的出口相连。
[0045]这些实施方案能够使每种甲烷化装置的出口与设备的代用天然气出口之间的设备数量达到最少。
[0046]在一些实施方案中，作为本发明主题的设备包括在一氧化碳甲烷化装置和/或燃烧装置的下游，配置成浓缩蒸汽中含有的水并将水提供给电解装置的冷凝器。
[0047]这些实施方案提高了电解装置的产率。
[0048]根据第二方面，本发明提出了一种网络，其包括至少一个作为本发明主题的设备。
[0049]因为该网络的具体特征、优点和目的与作为本发明主题的设备相同，所以在此不再重复。
[0050]在一些实施方案中，作为本发明主题的网络还包括多能量管理装置，用于控制:
[0051]-盈余电力生产期间，采用至少一个作为本发明主题的设备生产与存储甲烷;和
[0052]-用这些时期之外存储的甲烷生产电力。
[0053]这些实施方案使生产的电不盈余时，允许在本网络中对可用的能量进行优化。
[0054]在一些实施方案中，作为本发明主题的网络包括气体分配管道，通过使压力上升到管道的公称压力之上，实现用于发电的甲烷的存储。
[0055]这些实施方案使得由作为本发明主题的设备生产的甲烷以较低的成本进行存储。
[0056]根据第三个方面，本发明提出了一种生产代用天然气的方法，包括:
[0057]-用生物质生产气态化合物的气化步骤，包括:
[0058]-输入生物质的步骤；
[0059]-输入氧化剂的步骤;和
[0060]输出含有一氧化碳的气态化合物的步骤。
[0061]-—氧化碳甲烷化以便由气化步骤输出的气态化合物来生产代用天然气的步骤，一氧化碳甲烷化步骤包括至少一步输入水和输入来自气化炉的气态化合物的步骤。
[0062]- 二氧化碳甲烷化以生产代用天然气的步骤，包含至少一步输入水和输入来自一氧化碳甲烷化步骤的二氧化碳的步骤。
[0063]-由水和电流生产氢气的步骤，包括:
[0064]-供应电源的步骤；
[0065 ]-输入水的步骤，和
[0066]-输出氢气的步骤，输出的氢气供二氧化碳甲烷化步骤使用。
[0067]因为该网络的具体特征、优点和目的与作为本发明主题的设备相同，所以在此不再重复。
【附图说明】
[0068]参考附录中的附图，根据对作为本发明主题的生产代用天然气的设备和方法以及包括所述设备的网络的至少一个实施方案的非限制性描述，本发明的其它特别的优点、目的和特征将是显而易见的，其中:
[0069]-按照图示，图1代表本发明要求保护的生产代用天然气的设备的一种特定实施方案；
[0070]-按照图示，图2代表本发明要求保护的网络的一种特定实施方案;和
[0071]-按照图示，图3代表本发明要求保护的方法的一种特定实施方案的流程图。
【具体实施方式】
[0072]本描述为非限制性例子。
[0073]注意，附图不按比例。
[0074]图1表示作为本发明主题的、用于生产代用天然气的集成设备的实施方案。该设备包括:
[0075]-气化炉102，包括:
[0076]-生物质进口104;
[0077]-氧化剂进口106;和
[0078]-含有一氧化碳的合成气体的出口108;
[0079]-配置为将分离出的固体和焦油输送至燃烧装置124的分离器138;
[0080]-使气化炉102输出的一氧化碳甲烷化的装置110，包括至少一个水及来自气化炉102的合成气体的进口 112，用来提供甲烷和二氧化碳；
[0081 ]-氢气分离器144;
[0082]-第一二氧化碳分离器146;
[0083]- 二氧化碳甲烷化装置114，包括至少一个水与来自一氧化碳甲烷化装置的二氧化碳的进口 116，用来供应甲烷；
[0084]-电解水装置118，包括:
[0085]-电源176;
[0086]-进水口120;
[0087]-氧气出口136;和
[0088]-氢气出口122;和
[0089]-燃烧装置124，包括:
[0090]-来自于气化炉102并由传热介质输送的非气化炭的进口126;
[0091]-三个进口128;
[0092]-用于加热传热介质的非气化炭、焦油和合成气的燃烧装置130;
[0093]-传热介质出口132，其与气化炉102的传热介质进口相连;和
[0094]-烟道气出口134;
[0095]-非气化炭与从气化炉102输出的气体中分离的焦油的进口168;和
[0096]-将来自燃烧装置124的一部分烟道气进行回收的装置140;
[0097]-第二二氧化碳分离器142;和
[0098]-两个冷凝器148;
[0099]-三个冷却装置150;
[0100]-两个加热装置172;
[0101]-第一水蒸气进口152;
[0102]-氧气出口158;
[0103]-灰烬与固体残留物出口160;
[0104]-第一水出口154;
[0105]-第二水出口162;
[0106]-未被设备使用的气体出口164;
[0107]-第二水蒸气进口166;和
[0108]-代用天然气出口170。
[0109]气化炉102可以是反应器，在该反应器中提供的生物质进行热化学转化生成合成气体(也称为“合成气”)，合成气体包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、水、焦油、或者任何类型的碳化化合物。气化炉102包括生物质进口 104，它可以是使生物质被引入到反应器中的阀门、分配螺丝或料斗。气化炉102还包括氧化剂进口 106，它可以是使得水蒸气被引入到反应器中的阀门。在氧化剂进口 106的上游设置加热装置172，这样是为了使进入的氧化剂不会打破气化炉里的热平衡。
[0110]气化炉102还包括非气化炭的出口(图未示)，它可以是将流态的传热介质转移至其中的管道。这种流态的传热介质可以由橄榄石或者沙子构成，并且给生物质的热化学转化提供必要的能量。气化炉102还包括流态的传热介质的进口(图未示)。最后，气化炉102包括合成气体出口 108，它可以是与反应器连接的管道。
[0111]为了加热气化炉102，该设备包括燃烧装置124。燃烧装置124可以是反应器。燃烧装置124包括由来自气化炉102的传热介质输送的非气化炭的进口 126，它可以是将气化炉102连接到燃烧装置124的管道。燃烧装置124还包括三个氧化剂进口 128，例如，连接到管道使氧化剂被引入至燃烧装置124的阀门。一个进口 128被配制成将空气，氮气或氧气，或者这些气体混合物，例如富氧空气，注入到燃烧装置124中。在该进口 128的上游，可选地设置加热氧化剂的装置172，这样加入氧化剂不会打破燃烧装置124内部的热平衡。另一个进口 128被配置成将电解水产生的氧气注入到燃烧装置124中。如果必要的话，最后一个进口 128被配置成将来自气化炉的合成气体注入到燃烧装置124中，当炭和焦油不充足的时候可以作为热引发剂。
[0112]在一些变型中，这些氧化剂进口128可以合并成两个或者一个氧化剂进口。燃烧装置124使从进口 168输入的非气化炭和/或焦油燃烧，从而对传热介质进行加热，该传热介质从传热介质出口 132离开燃烧装置124，传热介质出口 132与气化炉102的传热介质进口相连接，它可以是连接燃烧装置124与气化炉102的管道。燃烧装置124还包括烟道气出口 134，它可以是连接到燃烧装置124的管道。
[0113]使用氧气作为氧化剂，提高了燃烧装置124的能量输出。尤其是，使用氧气大大减少了来自气化炉102被重新用作氧化剂的合成气体。可以采用其它方式回收由电解装置118生产的过剩氧气。此外，因为氧化剂中氧含量增加，包括冷凝器148和二氧化碳分离器的分离链的效率得到改善。
[0114]作为热化学平衡和炭多相气化产生化合物的结果，水蒸气或其它氧化剂(例如氧气或空气)输入到反应器中，在水蒸气或其它氧化剂的作用下，气化炉102产生的合成气体的组成发生改变。因此，生产的合成气体通常含有对一氧化碳甲烷化装置110中含有的催化剂使用寿命有害的污染物。为此，在气化炉102的出口处设置冷却或热回收装置150，并且，在冷却装置150的出口处配置分离器138，将分离出的固体和焦油输送到燃烧装置124。冷却装置150例如是热交换器。该冷却装置150能够执行热交换，使回收的热在设备的其它部位被使用。
[0115]分离器138可以是过滤器，其被配置成保留与吸附剂配对的固体化合物以保留焦油。该分离器138通过管道给燃烧装置124提供分离的固体。被保留的固体可以是有机化合物，诸如焦油、硫化氢、一氧化碳硫化物的无机化合物或者由气流输送的大部分的水和固体。必要的情况下，分离器138输出的一部分气体可以供给燃烧装置124。
[0116]同样的，以相同的方式用冷却或热回收装置150，例如热交换器，处理燃烧装置124输出的烟道气，冷却烟道气，并且，气体/固体分离器174配置成将过滤的固体输送至灰尘和洗涤固体的出口 160。必要的情况下，由分离器174输出的含有氧气的一部分气体，可以作为氧化剂供给燃烧装置124。
[0117]这个设备包括使气化炉输出的一氧化碳甲烷化的装置110，其可以是催化甲烷化反应器。该催化甲烷化反应器例如是固定床反应器或流化床反应器，或反应器/交换器类型。该催化甲烷化反应器将一氧化碳、氢气和水转变成二氧化碳和甲烷。该一氧化碳甲烷化装置110包括水和来自气化炉102的合成气体的进口 112。进口 112可以是能够使水蒸气和合成气体进入一氧化碳甲烷化装置110的阀门。
[0118]水蒸气通过向进口112提供水和合成气体的第一进水口 152进入设备。加入水蒸气能够将氢气与一氧化碳的比例调整至接近水煤气变换反应方程式(C0+H20 = H2+C02)的化学计量比，因此避免由于焦炭沉积而导致的催化剂的过早失活。一氧化碳甲烷化装置110生产甲烷和二氧化碳。
[0119]由甲烷化装置110输出的气体混合物被冷却装置150(例如，热交换器)冷却。输出的合成气体由冷凝器148脱水。冷凝器148可以使用所有除水技术或者它们的组合，例如热冷凝、吸附或吸收。通过这种途径回收的水被传送到出水口 154。以这种方式输出的水可以从设备排出或者供应给电解装置118。
[0120]从冷凝器148输出的气体混合物，被输送到二氧化碳分离器146中。二氧化碳分离器146可以使用所有已知的方法或者它们的组合，例如使用低温、吸收或者吸附。本领域的技术人员能够选择合适的方案以便获得以体积计纯度在85%以上的二氧化碳。二氧化碳中存在的一氧化碳体积过大对一氧化碳甲烷化反应有利，但是不利于甲烷反应器114中的二氧化碳甲烷化反应。
[0121]在一些变型中，回收的二氧化碳由附加的纯化装置处理，该纯化装置配置成去除存在于二氧化碳中的一氧化碳。除了传统的解决方案，例如吸收和吸附，含有分离器146分离出的二氧化碳的混合物可以在燃烧装置124中进行热氧化。值得注意的是，只有当燃烧装置124在纯氧气条件下运行或者当设备包括设置在燃烧装置124输出处的二氧化碳分离器时，热氧化才是可行的。
[0122]在其他的变型中，该设备包括位于二氧化碳甲烷化装置114上游的最终的一氧化碳甲烷化装置。
[0123]该设备包括使气化炉102输出的二氧化碳甲烷化的装置114，例如是催化甲烷化反应器。该催化甲烷化反应器可以是固定床反应器或者流动床反应器，或者是反应器/交换器的类型。该催化甲烷化反应器将二氧化碳、氢气和水转化成二氧化碳和甲烷。该二氧化碳甲烷化装置114包括水和来自分离器146的合成气体的进口 116。进口 116可以是能够将水蒸气和合成气体输入到二氧化碳甲烷化装置114的阀门。水蒸气通过第一进水口 166进入设备，第一进水口 166供应水和合成气体的进口 116。二氧化碳甲烷化装置114生产并输出甲烷和水。
[0124]除了从一氧化碳甲烷化装置110的输出物中分离的二氧化碳之外，还可以从甲烷化装置124输出的烟道气中回收二氧化碳。为了实现这一目标，该装置包括气固分离器174输出处的冷凝器148，冷凝器148配置成脱去分离器174输出的烟道气中的水。回收的水被转移到出水口 162从设备中排出或者被输送到电解水装置118。
[0125]从冷凝器148输出时，剩余的气体混合物进入二氧化碳分离器142，类似于从一氧化碳甲烷化装置110输出时的二氧化碳分离器146。与二氧化碳分离的气体供应给设备未使用的气体的出口 164。提供由分离器142分离的二氧化碳，将其输入到二氧化碳的甲烷化装置 114。
[0126]在冷却装置150的下游，二氧化碳甲烷化装置114的甲烷与水的出口156与一氧化碳甲烷化装置110的出口(图未示)相连接。
[0127]在二氧化碳分离器146的下游，该设备包括氢气分离器144。氢气分离器144能够使合成气体的技术参数被调整至符合天然气的特征。该氢气分离器144能够采用所有常规方法或者这些方法的组合。提供分离出来的氢气，通过管道156输送到一氧化碳甲烷化装置110 中。
[0128]从氢气分离器144中输出的合成气体提供至设备的合成气出口170。
[0129]该设备包括电解水装置118，其被配置成将水转变成氧气和氢气。电解水装置118可以是电解池，其包括浸入水中的两个电极，每个电极与直流电源176的相反电极相连。该电解装置118包括进水口 120，其可以是能够将水注入电解装置118的阀门。该电解装置还包括供应二氧化碳甲烷化装置114的氢气出口 122。此外，该电解装置118包括供应燃烧装置124的氧化剂进口 128的氧气出口 136。最后，该设备包括氧气出口 158，用于从设备中去除过剩的氧气。
[0130]图2表示作为本发明主题的网络的一个实施方案。该网络包括:
[0131]-用来生产图1中所描述的代用天然气的设备205;
[0132]-多能源管理装置210;
[0133]-输送或者分配气体的管道215;
[0134]-将气体转化成电能的装置220;和
[0135]-直流电发电机225。
[0136]多能源管理装置210可以是控制如下过程的开关:
[0137]-在盈余电力生产期间，由装置205进行的甲烷的生产和存储;和
[0138]-这些期间之外，由存储的甲烷生产电力。
[0139]盈余电力生产时期可以在系统中预先设定或者来自外部信息源，例如服务器。
[0140]当多能源管理装置210识别出盈余电力生产时期，该管理装置210命令生产甲烷。为了达到这个目标，直流发电机225使用盈余电力供给设备205的电解装置(图未示)用于生产代用天然气。与此同时，生物质和氧化剂投放到设备205的气化炉中，以此来生产合成气体。在输出时，设备205生产代用天然气，代用天然气由超压，超过管道公称压力的压力，来存储在气体分配管道215中。超压可以是超过公称压力10%。
[0141]当多能源管理装置210识别出电力生产不在盈余时期时，该管理装置210命令气-电转化装置220生产电。该气-电转化装置220可以是使用管道225中超压存储的代用天然气来生产电的热电厂。
[0142]图3表示作为本发明主题的方法的一种特定实施方案的流程图。这个方法包括:
[0143]-生产合成气体的气化步骤305，包括:
[0144]-输入生物质的步骤310;
[0145]-输入氧化剂的步骤315;和
[0146]-输出包括一氧化碳的合成气体的步骤320;
[0147]-使气化步骤305输出的一氧化碳甲烷化的步骤325，包括:输入水和来自气化步骤305的合成气的步骤330，和提供甲烷及二氧化碳的步骤335。
[0148]-二氧化碳甲烧化步骤340，包括:输入水和来自一氧化碳甲烧化步骤325的二氧化碳的步骤345，和供应甲烷步骤350 ；
[0149]-将水转变成氧气和氢气的电解水步骤355，包括
[0150]-提供电源的步骤370;
[0151]-输入水的步骤360，和
[0152]-输出氢气的步骤365，该氢气用于二氧化碳甲烷化步骤340。
[0153]可以使用气化炉来执行气化步骤305，气化炉是一种反应器，在该反应器中提供的生物质经历热化学转化生成合成气体(“合成气”)，该合成气体含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、水、焦油或者，一般来说，包含任何类型的碳化化合物。
[0154]气化步骤305包括输入生物质的步骤310，可以使用将生物质供应至气化炉的阀门来实施步骤310。气化步骤305还包括输入氧化剂的步骤315，可以使用将氧化剂供应至气化炉的阀门来实施步骤315。气化步骤305进一步包括输出包含一氧化碳的合成气体的步骤320，可以使用与气化炉连接的管道来实施步骤320。
[0155]该方法包括使气化步骤305输出的一氧化碳甲烷化的步骤325，可以使用流化床一氧化碳甲烷化装置来实施步骤325。一氧化碳甲烷化步骤325包括输入水和来自气化步骤305的合成气体的步骤330，可以使用甲烷化装置的阀门实施步骤330。一氧化碳甲烷化步骤325还包括提供甲烷和二氧化碳+H2O的步骤335，可以使用一氧化碳甲烷化装置的输出管道来实施步骤335。
[0156]该方法包括二氧化碳甲烷化步骤340，可以通过使用流化床二氧化碳甲烷化装置来实施步骤340。二氧化碳甲烷化步骤340包括输入水和二氧化碳的步骤345，二氧化碳来自一氧化碳甲烷化步骤325，可以通过使用二氧化碳甲烷化装置的水和二氧化碳注入阀门可以实施步骤345。二氧化碳甲烷化步骤340包括供应甲烷的步骤350，可以通过使用二氧化碳甲烷化装置的输出管道来实施步骤350。
[0157]该方法包括电解水的步骤355，以将水转化成氢气和氧气，通过使用浸入水中并且每个电极都与直流发电机的相反电极相连的两个电极来实施步骤355。电解步骤355包括输入水的步骤360，可以通过利用在电解步骤355所用的两个电极之间的注水管来实施步骤360。供电步骤370可以通过将电极连接到直流电源来实现。电解步骤355包括输出氢气的步骤365，输出的氢气用于二氧化碳甲烧化步骤340，可以使用管道来实施步骤365。
[0158]在一些变型中，该方法30还包括燃烧步骤，包含:
[0159]-输入非气化固体可燃物热解产生的固体部分的步骤，该固体部分也被称为“炭”，来自于气化炉并由传热介质输送；
[0160]-氧化剂输入步骤；
[0161 ]-非气化炭燃烧步骤，用于加热传热介质；
[0162 ]-传热介质的输出步骤，该步骤与气化炉的传热介质的输入相连接;和
[0163]-输出烟道气的步骤。
[0164]在一些变型中，生产氢气的步骤实现了水的电解，包括输出供应燃烧步骤使用的燃烧装置氧化剂入口的氧气的步骤。
[0165]在一些变型中，在从气化炉输出气态化合物的步骤和输入一氧化碳甲烷化步骤的气态化合物的步骤之间，方法30包括将气体与气态化合物中的固体和/或焦油分离的步骤，和将分离出的固体和/或焦油输送到燃烧步骤使用的燃烧装置的步骤。
[0166]在一些变型中，方法30包括回收燃烧步骤输出的包含氧气的部分烟道气的步骤，将其回收至燃烧步骤使用的燃烧装置的氧化剂进口。
[0167]在一些变型中，在燃烧步骤的烟道气输出步骤的下游，方法30包括二氧化碳分离步骤以将二氧化碳提供给二氧化碳甲烷化装置，由二氧化碳甲烷化步骤使用。
[0168]在一些变型中，在一氧化碳甲烷化步骤的下游，方法30包括氢气分离步骤以将氢气提供给一氧化碳甲烷化装置，由一氧化碳甲烷化步骤使用。
[0169]在一些变型中，在一氧化碳甲烷化步骤的下游，方法30包括二氧化碳分离步骤以供应二氧化碳甲烷化装置，由二氧化碳甲烷化步骤使用。
[0170]在一些变型中，二氧化碳甲烷化步骤的输出步骤与一氧化碳甲烷化步骤的输出步骤相连接。
[0171 ]在一些变型中，在一氧化碳甲烷化步骤和/或燃烧步骤的下游，方法30包括冷凝蒸汽中含有的水并向电解步骤提供水的步骤。
【主权项】
1.一种用于生产代用天然气的集成设备，包括: -气化炉(102)，配置成用生物质生产气态化合物，包括: -生物质进口(104); -氧化剂进口(106);和 -气态化合物出口(108)，该气态化合物含有一氧化碳； -一氧化碳甲烷化装置(110)，用于使一氧化碳甲烷化以便由气化炉输出的气态化合物来生产代用天然气，该一氧化碳甲烷化装置(110)包含至少一个进水口(112)和来自气化炉的气态化合物进口； -二氧化碳甲烷化装置(114)，用于使二氧化碳甲烷化以生产代用天然气，包括至少一个进水口( 116)和来自一氧化碳甲烷化装置的二氧化碳进口 ； -装置(118)，用于由水和电流来生产氢气，包括: -供电电源； -进水口(120);和 -氢气出口(122)，用于向二氧化碳甲烷化装置(118)提供氢气。2.根据权利要求1所述的设备，该设备还包括燃烧装置(124)，包括: -固体部分进口(126)，该固体部分由非气化固体可燃物热解产生，也称为“炭”，其来自于气化炉(102)并由传热介质输送。 -氧化剂进口(128); -非气化炭燃烧装置(130)，用于加热传热介质； -传热介质出口(132)，其与气化炉(102)的传热介质进口相连;和 -烟道气出口(134)。3.根据权利要求2所述的设备，其中，氢气生产装置(118)被配置成执行水的电解，其包括氧气出口( 136)，该出口供应燃烧装置的氧化剂进口。4.根据权利要求2或3所述的设备，该设备包括设置在气化炉(102)的气态化合物出口(108)和一氧化碳甲烷化装置(110)的气态化合物进口(112)之间的分离器(138)，该分离器被配置成将气体与气态化合物中的固体和/或焦油分离，并将分离的固体和/或焦油输送到燃烧装置(124)。5.根据权利要求2至4任一项所述的设备，该设备包括装置(140)，用于回收燃烧装置(124)输出的包含氧气的部分烟道气，并将烟道气送至燃烧装置的氧化剂进口(128)。6.根据权利要求2至5任一项所述的设备，该设备在燃烧装置(124)的烟道气出口(134)的下游包括二氧化碳分离器(142)，其被配置成向二氧化碳甲烷化装置(114)提供二氧化碳。7.根据权利要求1至6任一项所述的设备，该设备包括氢气分离器(144)，设置在一氧化碳甲烷化装置(110)的下游，目的是向一氧化碳甲烷化装置(110)提供氢气。8.根据权利要求1至7任一项所述的设备，该设备在一氧化碳甲烷化装置(110)的下游包括二氧化碳分离器(146)，用于供应二氧化碳甲烷化装置(114)。9.根据权利要求1至8任一项所述的设备，其中，二氧化碳甲烷化装置(114)的出口与一氧化碳甲烷化装置(110)的出口相连接。10.根据权利要求1至9任一项所述的设备，该设备在一氧化碳甲烷化装置(110)和/或燃烧装置(124)的下游包括冷凝器(148)，其被配置成冷凝蒸气里含有的水，并将水供应给电解装置(118)。11.一种网络，其特征在于，该网络包括至少一个权利要求1至10任一项所述的设备(205)。12.根据权利要求11所述的网络，该网络包括多能源管理装置(210)，用于控制: -利用至少一个权利要求1至10任一项所述的设备(205)进行的甲烷生产，以及在盈余电力生产期间对甲烷的存储;和 -采用这些时期之外存储的甲烷进行的电力生产。13.根据权利要求12所述的网络，该网络包括气体分配管道(215)，通过超过管道公称压力的超压来实现用于发电的甲烷的存储。14.一种生产代用天然气的方法，包括: -气化步骤(305)，用于由生物质生产气态化合物，包括: -输入生物质的步骤(310); -输入氧化剂的步骤(315);和 -输出气态化合物的步骤(320)，该气态化合物含有一氧化碳； -一氧化碳甲烷化步骤(325)，使一氧化碳甲烷化以便由气化步骤输出的气态化合物来生产代用天然气，一氧化碳甲烷化步骤(325)包括至少一步水和气化炉的气态化合物的输出步骤(330)。 -二氧化碳甲烷化步骤(340)，使二氧化碳甲烷化以生产代用天然气，包括至少一步输入水和输入来自一氧化碳甲烷化装置的二氧化碳的输入步骤(345); -步骤(355)，用水和电流来生产氢气，包括: -提供电源的步骤(370); -输入水的步骤(360)，和 -输出氢气的步骤(365)，氢气用于二氧化碳甲烷化步骤。15.根据权利要求14所述的方法，该方法还包括燃烧步骤，包括: -输入固体部分的步骤，该固体部分由非气化固体可燃物热解产生，也称为“炭”，其来自于气化炉并由传热介质输送。 -氧化剂输入步骤； -非气化炭燃烧步骤，用于加热传热介质； -传热介质输出步骤，其与气化炉传热介质输入相连;和 -输出烟道气步骤。16.根据权利要求15所述的方法，其中，氢气生产步骤实现水的电解，其包括输出氧气的步骤，氧气供应给燃烧装置的氧化剂进口，在燃烧步骤中使用。17.根据权利要求15或16所述的方法，该方法在气化炉输出气态化合物步骤与一氧化碳甲烷化步骤输入气态化合物步骤之间包括如下步骤:将气态化合物中的气体与固体和/或焦油分离的步骤，和将分离出的固体和/或焦油输送到燃烧装置在燃烧步骤中使用的步骤。18.根据权利要求15至17任一项所述的方法，该方法包括回收燃烧步骤输出的包含氧气的部分烟道气的步骤，该烟道气被回收至燃烧装置的氧化剂进口，在燃烧步骤中使用。19.根据权利要求15至18任一项所述的方法，该方法在燃烧步骤的烟道气输出步骤的下游包括二氧化碳分离步骤，以便将二氧化碳提供给二氧化碳甲烷化装置，在二氧化碳甲烷化步骤中使用。20.根据权利要求14至19任一项所述的方法，该方法在一氧化碳甲烷化步骤的下游包括氢气分离步骤，以便将氢气提供给一氧化碳甲烷化装置，在一氧化碳甲烷化步骤中使用。21.根据权利要求14至20任一项所述的方法，该方法在一氧化碳甲烷化步骤的下游包括二氧化碳分离步骤，以便提供给二氧化碳甲烷化装置，在二氧化碳甲烷化步骤中使用。22.根据权利要求14至21任一项所述的方法，其中，二氧化碳甲烷化步骤的输出步骤与一氧化碳甲烷化步骤的输出步骤相连接。23.根据权利要求14至22任一项所述的方法，该方法在一氧化碳甲烷化步骤和/或燃烧步骤的下游包含冷凝蒸气中含有的水并将水提供给电解步骤的步骤。
【文档编号】C10L3/08GK105829507SQ201480068273
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年10月28日
【发明人】Y·卡拉, B·马钱德, S·卡佩拉
【申请人】苏伊士环能集团