[发明专利]用于裂解气体的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于裂解气体，尤其是裂解来自含碳原料的气化工艺的气体的设备和方法。具体地，提供了一种用于裂解气体的具有含碳气体供给管线的设备，借助于该设备，第一填料的气体能够被输送到热贮存体(thermal storage mass)、第一燃烧室和反应器，该第一燃烧室布置在该气体流动方向的下游，并且具有能够调节另一含氧气体的供给装置，借助于该供给装置，通过供给亚化学计量的氧气进行该含碳气体的部分氧化，该反应器布置在该第一燃烧室在该气体流动方向上的下游，该反应器具有催化活性材料填料，用于催化裂解该含碳气体的杂质。

背景技术

气体，尤其是含碳原料的气化工艺的气体可能被一些物质污染，虽然根据污染的性质不能排除气体的能量应用，但仍然阻止这些气体在生产例如甲醇、柴油或汽油中的进一步材料应用。然而，即使在这些气体的能量应用的情况下，也有必要除去这些杂质以防止例如损坏和/或沉积在涡轮机或活塞式发动机。因此，根据应用的性质，可能需要从气体中除去这些杂质。尤其在材料应用的情况下，对气体质量的要求非常高，否则化学转化所使用的催化剂寿命显著降低。

尤其在通过诸如生物质、煤或塑料废物的含碳原料的气化工艺产生的气体的情况下，可能存在诸如例如NH₃、HCN、H₂S、COS、卤素、碱、焦油及其他等杂质以及灰尘，并且在这种情况下，尤其是除去上述焦油在除去过程中很重要。

尤其，气化工艺应理解为例如生物质、煤或塑料废物的含碳原料的热化学气化。

焦油在下面被理解为有机成分，尤其是环状芳香烃和多环芳香烃的复杂多物质混合物。

例如，具有焦油的气化工艺中包含气体以及含碳原料的装料也取决于气化条件和气化器类型。气流中的焦油含量可以为例如介于1g/m³和100g/m³之间。减少气体中焦油的措施已经是现有技术已知的。它们在原则上可以被分为主要措施和次要措施。主要措施被理解为在气化工艺期间已经应用的技术。次要措施布置在相对于气化器的下游。次要措施可以被分成两大类：物理方法和裂解/重整。

物理气体清洁措施包括静电除尘器、旋风分离器、过滤器以及水基和油基清洗装置。这些方法具有不容易进行后续能量进一步利用和材料进一步利用的缺点。

在裂解/重整的情况下，热裂解和催化裂解/重整之间是有区别的。在完全热裂解的情况下，在不存在催化活性物质的情况下进行裂解，需要至少1000℃的温度。例如，对于萘的完全转化，甚至需要高于1400℃的温度。与此相关的高能量需要经常涉及热值损失。此外，在热裂解期间，以固体碳沉积物形式形成不希望的副产物会显著增加。

在催化除去焦油的情况下，在例如800℃至900℃的温度下使焦油在催化活性物质上发生反应。所使用的催化剂可以是例如诸如白云石或橄榄石的天然矿物形式或者诸如Ni蒸汽重整催化剂的合成催化剂形式。然而，由于硫的钝化作用和/或焦油的过度填充，合成催化剂仍然不具有足够的寿命。

因此，各种尝试对于开发具有较长寿命的特殊焦油重整催化剂的现有技术是已知的。在公布WO 2009/132959中已经提出一个实例。

所有裂解/重整方法的缺点是为达到高反应温度的能量消耗。

为了能够达到这些高温度，在例如专利说明书DE 10 2004 026 646中已经提出燃烧(即通过氧过量)例如二噁英或呋喃的热排气清洁的方法。因而，所引入原料的一部分被用作燃料，并且不可再用于进一步的能量应用或材料应用。

专利说明书DE 195 21 673描述了一种废气的再生清洁的方法，其中，使用两个大的贮存体和一个小的贮存体以在燃烧污染物之前加热废气，并且在燃烧之后再次冷却废气以利用废热进行下一步骤的加热目的。结果，同样应该达到较高水平的能量效率。

此外，能够将带有焦油的产物气体输送经过冷的径向填料，使得焦油冷凝出来。在第二步骤中将空气或氧气输送经过该填料，由此氧化焦油。已发现的缺点是仅可以清洁带有低焦油的气体和仅使用焦油的能量的这一事实。

在说明书WO 02/051965中描述了一种在固定床反应器中以逆流进行裂解的方法。在这种情况下，将待裂解的气体输送经过填料进入燃烧室，其中，通过添加氧气维持温度。然后，将气体输送离开燃烧室经过第二填料。由于固定床中贮存的热和周期性逆流，所以可进行高水平的热回收。为了实际上实现连续操作，额外地将第三填料用于冲洗目的。