[发明专利]用于制造生物甲烷和生态甲烷的方法和系统

说明书

本发明公开了一种用于生产生物甲烷和生态甲烷的方法，以及用于制造生物甲烷和生态甲烷的系统。所述方法包括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。所述系统由碳加氢气化反应器，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组成。

技术领域

本发明的主题是用于通过生物碳和化石碳的加氢气化(其中生物氢是气化剂)制造生物甲烷和生态甲烷的方法。

背景技术

生物氢是通过生物甲烷与水蒸气的反应由生物质形成的产物。生物甲烷是使用生物氢使生物碳加氢气化的产物。使用生物氢使煤或褐煤加氢气化的产物是生态甲烷。生物碳是优选具有高含量纤维素、半纤维素和木质素的干生物质热解的产物。另外有利的热解产物是下文中称为热解气体的可燃蒸气和气体。生物质在170℃至270℃下不完全热解的产物是化学性质与褐煤的化学性质相似的包含约60％至65％元素碳C’的半碳。生物质在高于270℃(优选300℃)温度下完全热解的产物是化学性质与煤或焦炭的化学性质相似的包含约65％至80％元素碳C’的生物碳。

根据Jerzy Szuba,Lech Michalik的题为：Karbochemia,publishinghouse,1983的书已知使用主要通过细焦炭或煤的基于蒸汽和氧气的气化获得的氢气来加氢气化的方法。

根据该书已知Institute of Gas Technology(USA)开发的HYGAS法。HYGAS法是与细焦炭气化组合的煤加氢气化的高压方法，其能够获得高热值气体(天然气的代替物)。该工艺存在三个测试版本，不同之处在于生产加氢气化用的氢气的方法不同。氢气通过氧气-蒸汽煤气化或电热气化而获得，或者作为用得自细焦炭气化的气体使铁氧化物氧化还原(蒸汽-铁体系)的结果而获得。

根据该书已知的是通过Pittsburgh Energy Research Center(USA)开发的Hydrane法。Hydrane法在于通过使煤与氢气直接反应获得高热值气体。煤原料(任何等级)与包含在热气中的氢气反应。在815℃下发生气化过程。在悬浮于内部反应器中的并流(co-current)、下落(falling)和减薄床(thinned bed)中发生煤气化。使由此产生的细焦炭沉淀在内部反应器的流化床中，从而经历与氢气的进一步反应。内部反应器和外部反应器形成单个装置。用于所述工艺的氢气在独立反应器中通过对一部分细焦炭进行蒸汽-氧气气化而获得。

根据专利说明书US 2011/0126458A1已知的是用于通过用氢气和蒸汽使煤原料加氢气化的组合生产富含甲烷的气体燃料的方法。在约700℃至1000℃范围温度和约132kPa至560kPa的压力下，使用氢气和过热蒸汽对煤的水性浆料进行气化。这种气化的产物是氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳。在分离器中将氢气与该混合物分离并且再循环返回至还供应有蒸汽的SHR碳气化炉中，并且CH₄、CO和CO₂的混合物是富含甲烷(高达40％的CH₄)的燃料气体。

根据Bohdan Staliński,Janusz的题为：Wodór i wodorki,Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,Warszawa,1987的书已知在通过燃烧天然气从外部加热至约500℃的温度的钢管中在催化剂(负载在陶瓷基底上的镍)存在的情况下下天然气甲烷与蒸汽的反应中制造氢气的方法。使用约25％的进入反应器中的气体加热所述管。

所有这些甲烷制造方法的特征是对元素碳C的大量消耗——对于产生两分子的CH₄而言，消耗至少5个元素碳原子C。这限制了碳加氢气化工艺的效率。所述方法的特征在于CO₂向大气的高排放和固体废物向环境的排放增加。

发明内容