СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО БИОТОПЛИВА ИЗ ТВЕРДОЙ БИОМАССЫ Российский патент 2013 года по МПК C10G2/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к производству жидкого биотоплива из твердой биомассы по введению к пп.1 и 17 формулы. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для производства жидкого углеводородного продукта из твердой биомассы газификацией твердой биомассы в газогенераторе с получением исходного синтез-газа, подготовки исходного синтез-газа в целях очистки исходного синтез-газа и получения очищенного синтез-газа, причем подготовка включает снижение температуры исходного синтез-газа в холодильнике с образованием насыщенного пара, введения очищенного газа в синтез Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша с получением жидкого углеводородного продукта и эксплуатации пароперегревателя почти исключительно с одним или несколькими побочными продуктами, получаемыми способом производства жидкого углеводородного продукта из твердой биомассы.

Уровень техники

Как известно, производство жидкого топлива начинается с твердого сырья, которое содержит органический материал. В процессе производства твердое сырье газифицируют и превращают в исходный синтез-газ. Образующийся исходный синтез-газ затем очищают и превращают в очищенный синтез-газ. Очищенный синтез-газ далее превращают в жидкий углеводородный продукт в синтезе Фишера-Тропша. Полученный жидкий углеводородный продукт можно затем переработать с получением жидкого биотоплива. Такого рода процессы преобразования биомассы в жидкость общеизвестны, например, из публикаций американского патента US 2005/0250862 A1 и международного патента WO 2006/043112.

Температура исходного синтез-газа после газификации обычно составляет около 700°C или выше. Во время очистки исходного синтез-газа температура синтез-газа должна быть снижена до уровня, необходимого для удаления твердых частиц из исходного синтез-газа. Снижение температуры исходного синтез-газа важно для стадий очистки, включая стадию фильтрования, стадию конверсии водяного газа (КВГ) и стадию промывки, после которой следует стадия охлаждения. Исходный синтез-газ охлаждают перед подачей на стадию фильтрования, потому что если подавать неохлажденный исходный синтез-газ из газогенератора в фильтр, температура исходного синтез-газа может привести к тому, что частицы, удаляемые из исходного синтез-газа, будут спекаться или засорять фильтр. Кроме того, реактор КВГ и газопромыватель предназначены для работы при температурах, которые существенно ниже 700°C.

Соответственно, температуру исходного синтез-газа снижают в холодильнике во время очистки исходного синтез-газа. В процессе охлаждения температуру исходного синтез-газа снижают приблизительно до 175-275°C, в зависимости от применения. Холодильник может содержать испаритель или, в качестве альтернативы, подогреватель потока воды и испаритель. Таким образом, в процессе охлаждения в холодильнике может образоваться пар.

Проблема, связанная с охлаждением, состоит в том, что охлаждаемый исходный синтез-газ содержит, главным образом, водород и моноксид углерода, образующие восстановительную среду. Вследствие коррозионных свойств компонентов исходного синтез-газа, горячие поверхности холодильника могут покрываться металлической пылью, в результате чего холодильник способен производить только насыщенный пар, имеющий температуру около 300-330°C. Такой насыщенный пар не может эффективно использоваться.

Краткое описание изобретения

Цель настоящего изобретения - разработка способа и устройства для решения вышеуказанных проблем. Цель изобретения достигается в способе, соответствующем отличительной части п. 1 формулы. Данный способ отличается использованием пароперегревателя почти исключительно с одним или несколькими побочными продуктами, получаемыми в способе производства жидкого углеводородного продукта из твердой биомассы. Кроме того, цель изобретения достигается в устройстве, соответствующем отличительной части п.17 формулы. Данное устройство отличается тем, что пароперегреватель приспособлен для работы почти исключительно с одним или несколькими побочными продуктами, образующимися в устройстве для получения жидкого углеводородного продукта из твердой биомассы.

По настоящему изобретению, насыщенный пар, полученный при охлаждении, затем перегревают в пароперегревателе для производства перегретого пара, имеющего температуру около 500-550°C. Таким образом, насыщенный пар, полученный в холодильнике, преобразуют в форму, в которой его можно использовать в паровой турбине или в самом процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы.

В настоящем изобретении один или несколько побочных продуктов, получаемых при производстве жидкого углеводородного продукта из твердой биомассы, используют в качестве топлива в пароперегревателе. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения остаточный газ, полученный в синтезе Фишера-Тропша, используют как топливо в пароперегревателе. В другом варианте исходный синтез-газ фильтруется через фильтр для удаления частиц, например, золы и угля, из исходного синтез-газа, причем как минимум часть частиц, оставшихся на фильтре, используется в качестве топлива в пароперегревателе. В ряде вариантов осуществления настоящего изобретения исходный синтез-газ проходит ультраочистку с удалением соединений серы, CO₂, H₂O, HCN, CH₃Cl, карбонилов, Cl и NO_x и из исходного синтез-газа, причем как минимум часть образующихся побочных газообразных продуктов используют или сжигают в пароперегревателе. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения жидкий углеводородный продукт, полученный в синтезе Фишера-Тропша, конвертируют в биотопливо, причем как минимум часть полученных при конверсии фракций побочных продуктов используют как топливо в пароперегревателе.

Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что перегревание насыщенного пара, образующегося на стадии охлаждения, превращает насыщенный пар в такую форму, которую можно дальше использовать в процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы или в паровой турбине. Таким образом, перегретый пар, образующийся при перегревании, может повысить общую производительность процесса производства жидкого биотоплива. Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что побочные продукты, получаемые в процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы, можно использовать для перегревания в качестве топлива в пароперегревателе. Пароперегреватель может, таким образом, работать почти исключительно на побочных продуктах, получаемых в процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы. Таким образом, синтез-газ или любой другой газообразный или жидкий продукт, полученный в процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы, не используют для перегревания, и общая производительность процесса не уменьшается.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано более подробно посредством предпочитаемых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых

Фиг.1 показывает схему производственного процесса в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 показывает схему производственного процесса в одном из вариантов осуществления способа и устройства для производства жидкого биотоплива из твердой биомассы. Однако следует отметить, что хотя способ и устройство по настоящему изобретению относятся к газификации твердой биомассы 2 в газогенераторе 6 с получением исходного синтез-газа 3, переработке исходного синтез-газа в устройствах 18, 19, 20, 21, 22, 24, 23, 25 в очищенный синтез-газ 4 и введению очищенного газа 4 в синтез Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша 5 для производства жидкого углеводородного продукта 1, структура подготовительных стадий и устройств может изменяться в различных вариантах.

Как показано на Фиг.1, твердая биомасса 2 поступает в газогенератор 6 через устройство 31 для предварительной обработки и подачи твердой биомассы. В данной заявке термин «твердая биомасса» означает практически все виды твердой биомассы, которые пригодны для газификации. Твердую биомассу, как правило, выбирают из свежих материалов и отходов предприятий по переработке растительного, животного и/или рыбного сырья, городских отходов, промышленных отходов или побочных продуктов, сельскохозяйственных отходов или побочных продуктов, отходов или побочных продуктов лесообрабатывающей промышленности, отходов или побочных продуктов пищевой промышленности, морских водорослей и их сочетаний. Твердая биомасса может также содержать растительные масла, животные жиры и рыбий жир. Могут также присутствовать натуральный воск и жирные кислоты или аналогичные вещества, существующие в жидком виде. Устройство 31 для предварительной обработки и подачи биомассы может содержать измельчитель и/или сушилку для измельчения твердой биомассы 2 и высушивания ее до влажности менее 20%, предпочтительно путем термической сушки. Устройство 31 для предварительной обработки и подачи биомассы 2 может также содержать воронку-затвор для сжатия твердой биомассы 2, как минимум, до давления, преобладающего в газогенераторе 6.

Из устройства для предварительной обработки и подачи твердой биомассы 31 биомасса 2 поступает в газогенератор 6. В газогенераторе 6 твердую биомассу 2 газифицируют с получением исходного синтез-газа 3, содержащего моноксид углерода и водород. В данном контексте исходный синтез-газ означает синтез-газ, который помимо моноксида углерода и водорода может содержать такие примеси, как диоксид углерода (CO₂), метан (CH₄), воду (H₂O), азот (N₂), сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), хлороводород (HCl), золу и мелкие частицы, в том числе золу и сажу. Стадия газификации представляет собой, как минимум, частичное сжигание твердой биомассы 2 в газогенераторе 6 и получение исходного синтез-газа 3. Газогенератор 6 может представлять собой газогенератор с псевдоожиженным слоем, например, циркуляционный реактор с псевдоожиженным слоем или барботажный реактор с псевдоожиженным слоем. Кислород и пар при температуре около 200°C, а также, возможно, рециркулирующий остаточный газ 9 из реактора Фишера-Тропша 5 используют как ожижающие газы в газогенераторе 6. Соединения твердой биомассы 2 реагируют с паром с эндотермическим образованием моноксида углерода и водорода, а также соединения твердой биомассы 2 реагируют с кислородом с экзотермическим образованием моноксида углерода, диоксида углерода и дополнительного пара. В результате этого получается исходный синтез-газ 3. Газогенератор может работать, например, при 10 бар и 850°C.

Из газогенератора 6 исходный синтез-газ 3 поступает в устройство для подготовки или очистки, в котором полученный путем газификации исходный синтез-газ очищают; в предпочтительно варианте подготовка исходного синтез-газа 3 состоит из ряда подготовительных стадий и устройств, в которых исходный синтез-газ 3 очищают до состояния, пригодного в синтезе типа Фишера-Тропша. Это означает, что, например, после очистки исходного синтез-газа 3 в очищенном синтез-газ молярное отношение водорода к моноксиду углерода составляет от 2,5 к 1 до 0,5 к 1, предпочтительно от 2,1 к 1 до 1,8 к 1, но предпочтительнее около 2 к 1.

Из газогенератора 6 исходный синтез-газ 3 поступает в установку реформинга 18 для каталитической конверсии смолы и метана, которые содержатся в исходном синтез-газе 3, в моноксид углерода и водород. Катализатор, используемый в установке реформинга 18, может содержать, например, никель. Поскольку реакции конверсии смолы и метана эндотермические, а исходный синтез-газ, выходящий из газогенератора 6, имеет недостаточно высокую температуру, исходный синтез-газ подогревают перед его подачей в установку реформинга 18, предпочтительно путем подачи кислорода в исходный синтез-газ. Чтобы предотвратить горячие точки и плавление золы, кислород сжигают в реакции с паром и рециркуляционным остаточным газом из реакции Фишера-Тропша. Таким образом, температура исходного синтез-газа составляет, например, 900°C перед подачей исходного синтез-газа в установку реформинга.

Между газогенератором 6 и установкой реформинга 18 может быть одна или несколько стадий отделения частиц, в том числе золы, угля и материала подложки, которые содержит исходный синтез-газ 3. Стадии отделения частиц осуществляются предпочтительно с помощью одного или нескольких циклонных фильтров (не показаны).

Из установки реформинга 18 исходный синтез-газ 3 поступает на стадию последующей подготовки, в которой используют холодильник 19 для снижения температуры исходного синтез-газа 3. В процессе охлаждения температуру исходного синтез-газа 3 снижают приблизительно до 175-275°C, предпочтительно до 250°C, в зависимости от его использования. Холодильник 19 может содержать испаритель или, в качестве альтернативы, подогреватель питательной воды и испаритель. Таким образом, при охлаждении в холодильнике 19 образуется пар. Охлаждаемый исходный синтез-газ 3 содержит в основном водород и моноксид углерода при температуре восстановления. Вследствие коррозионных свойств газовой смеси исходного синтез-газа 3 горячие поверхности холодильника 19 могут покрываться металлической пылью, поэтому температуру холодильника 19 следует поддерживать в пределах ниже температуры образования металлической пыли. По этой причине холодильник 19 может производить только насыщенный пар, имеющий температуру, например, около 300-330°C при высоком давлении около 115 бар.

Охлаждение исходного синтез-газа важно для следующей стадии подготовки, а именно, фильтрования, которое следует за стадией охлаждения. Исходный синтез-газ 3 должен быть охлажден до поступления на стадию фильтрования, потому что если неохлажденный исходный синтез-газ будет поступать из газогенератора 6 в фильтр 20, температура исходного синтез-газа 3 может привести к тому, что частицы, выделяющиеся из исходного синтез-газа 3, будут спекаться и засорять фильтр 20, используемый на стадии фильтрования. Фильтр 20 содержит предпочтительно металлические или спеченные керамические фильтрующие элементы. Отфильтрованный осадок удаляется с фильтрующих элементов посредством многократного воздействия резкого изменения давления азота или CO. На фильтре 20 твердые частицы, в том числе золу, сажу, уголь и захваченные материалы подложки удаляют из исходного синтез-газа 3.

Подготовка исходного синтез-газа 3 также предпочтительно содержит стадию регулирования молярного отношения водорода и моноксида углерода в реакторе конверсии водяного газа (КВГ) 21 в пределах от 2,5 к 1 до 0,5 к 1, предпочтительно от 2,1 к 1 до 1,8 к 1, но предпочтительнее около 2 к 1. Реактор КВГ 21 установлен после фильтра 20, и, таким образом, профильтрованный исходный синтез-газ 3 поступает в реактор КВГ 21, как показано на Фиг.1.

Исходный синтез-газ 3 далее предпочтительно обрабатывать в газопромывателе 22 для удаления остатков твердых веществ, остаточных компонентов смолы, а также HCl, NH₃ и других компонентов исходного синтез-газа 3 в процессе промывания. Газопромыватель 22 можно устанавливать после реактора КВГ 2, предпочтительно таким образом, чтобы

исходный синтез-газ 3 поступал из реактора КВГ 21 в газопромыватель 22.

В подготовке исходного синтез-газа 3 можно также использовать устройство ультраочистки 23 для обработки исходного синтез-газа. Устройство ультраочистки удаляет соединения серы, в том числе H₂S, а также CO₂ (диоксид углерода), H₂O (вода), HCN (циановодород), CH₃Cl (метилхлорид), карбонилы, Cl (хлориды) и NO_x (оксиды азота) из исходного синтез-газа 3. Предпочтительно исходный синтез-газ 3 поступает из газопромывателя 22 в устройство ультраочистки 23. Ультраочистка может представлять собой процесс физической очистки, в котором в качестве растворителя используется метанол или диметиловый эфир под давлением 30-40 бар и криогенной температуре от -25° до -60°C. В качестве альтернативы ультраочистка может представлять собой процесс химической очистки, в котором исходный синтез-газ промывают химическими реагентами, например, аминами.

Перед устройством ультраочистки 23 давление исходного синтез-газа 3 повышают в компрессоре 24 приблизительно до 30-40 бар, чтобы исходный синтез-газ 3, поступающий в устройство ультраочистки уже имел достаточное давление.

Подготовка может также включать стадию очистки с помощью реактора с неподвижным слоем 25, в котором возможные остаточные соединения серы удаляют из исходного синтез-газа 3. Реактор с неподвижным слоем 25 содержит катализатор ZnO и активированный уголь. Предпочтительно реактор с неподвижным слоем 25 устанавливают после устройства ультраочистки 23.

В подготовке исходного синтез-газа 3 можно использовать все перечисленные выше стадии и устройства или только некоторые из них. Кроме того, подготовительные стадии и устройства могут также включать и не описанные выше. Предпочтительная последовательность подготовительных стадий и устройств описана выше, но она может также отличаться в некоторых случаях.

Из подготовительных устройств, а в данном случае это реактор с неподвижным слоем 25, очищенный синтез-газ 4, полученный из исходного синтез-газа 3 с помощью подготовительных устройств, поступает в реактор Фишера-Тропша 5 для проведения синтеза Фишера-Тропша из очищенного синтез-газа 4. В синтезе Фишера-Тропша моноксид углерода и водород превращают в жидкие углеводороды различных форм в процессе каталитической химической реакции. Основной целью данного процесса является производство синтетического заменителя бензина, жидкого углеводородного продукта 1. Целевой компонент дизельного топлива составляет дизельную фракцию, а в качестве побочного продукта образуется бензинолигроиновая фракция. Реактор Фишера-Тропша 5 работает, как правило, пре температуре 200-220°C. Процесс проводится с внутренним охлаждением, и выделяющееся тепло можно использовать в виде пара низкого давления. В синтезе Фишера-Тропша также образуется так называемый остаточный газ 9 в качестве побочного продукта.

Жидкий углеводородный продукт 1 может затем поступать из реактора Фишера-Тропша 5 секцию переработки продукта 32, в которой жидкий углеводородный продукт 1 вначале испаряют при резком снижении давления для выделения легких углеводородов из потока продукта. Обработанный при низком давлении поток продукта подвергают гидрокрекингу для максимального выхода дизельной фракции. Гидроизомеризация снижает температуру помутнения дизельной фракции, что позволяет использовать дизельное топливо в условиях холодного климата. В процессе дистилляции тяжелые фракции отделяют и возвращают в секцию гидрокрекинга и гидроизомеризации. При дистилляции также отделяют друг от друга конечные продукты: дизельные фракции 34 и бензинолигроиновые фракции 35. При обработке продукта возможно также отделение некоторых фракций побочных продуктов 47 от дизельных 34 и бензинолигроиновых 35 фракций.

Как описано выше, температура исходного синтез-газа 3 или очищенного синтез-газа 4 должна быть снижена в холодильнике в процессе подготовки синтез-газа вследствие эксплуатационных ограничений подготовительных устройств и реактора Фишера-Тропша 5. Холодильник 19 предпочтительно располагается к подготовительным устройствам, а предпочтительнее после установки реформинга 18 и перед фильтром 20. Как указано выше, холодильник 20 содержит испаритель или, в качестве альтернативы, подогреватель потока воды и испаритель. Таким образом, в процессе охлаждения в холодильнике 20 возможно образование пара. При охлаждении температуру исходного синтез-газа снижают приблизительно до 175-275°C в зависимости от применения. Как правило, температуру исходного синтез-газа 3 снижают приблизительно до 250°C. В холодильнике 19 образуется насыщенный пар высокого давления 51, имеющий предпочтительно температуру около 300-330°C и давление около 100-130 бар. Как правило, насыщенный пар 51 имеет температуру около 320°C и давление 115 бар.

По настоящему изобретению, насыщенный пар высокого давления 51 поступает из холодильника 19 в пароперегреватель 50 для производства перегретого пара 52, 53. Пароперегреватель 50 может быть пароперегревателем любого известного типа, который пригоден для перегревания пара. Пароперегреватель представляет собой устройство сгорания, которое оборудовано перегревателем для перегревания насыщенного пара, циркулирующего в трубопроводе пароперегревателя. В качестве топлива для устройства сгорания можно использовать различные виды топлива. Перегретый пар 52, 53, выходит из пароперегревателя 50, как правило, при температуре 500-550°C, предпочтительно 510°C, и под давлением около 100-130 бар, предпочтительно 115 бар. Таким образом, насыщенный пар из холодильника 19 можно конвертировать в такую форму, которую можно дальше использовать в способе для производства жидкого углеводородного продукта 1 или для производства энергии.

Перегретый пар 53 может затем поступать в паровую турбину 55 для производства электрической энергии. В таком приложении пароперегреватель 50 подключается для работы к паровой турбине 55, чтобы использовать перегретый пар 53 в паровой турбине 55. Если устройство для производства жидкого углеводородного продукта 1 подключено к промышленному производству или заводу, например, предприятию лесной промышленности, перегретый пар 53 можно использовать в уже существующей паровой турбине. Предприятием лесной промышленности может быть лесопилка, целлюлозный комбинат или бумажный завод, содержащий паровой котел, например, котел-утилизатор, энергетический котел, котел-теплоообменник, который производит пар для турбины. В таком случае тепловую энергию, величина которой соответствует тепловой энергии перегретого пара 53, используемого в паровой турбине 55, можно сэкономить в существующих котлах предприятия лесной промышленности. Таким образом, можно уменьшить потребление топлива.

В качестве альтернативы или дополнения, перегретый пар 52, полученный из пароперегревателя 50, можно использовать для сжатия исходного синтез-газа 3 или очищенного синтез-газа 4 перед его поступлением в реактор Фишера-Тропша 5. Таким образом, перегретый пар 52 может также поступать из пароперегревателя 50 в компрессор 24, как показано на Фиг.1. Таким образом, пароперегреватель 50 можно подключить для работы к компрессору 24 с использованием перегретого пара 52 для сжатия исходного синтез-газа 3 перед его поступлением в реактор Фишера-Тропша 5.

В настоящем изобретении один или несколько побочных продуктов, получаемых в способе или процессе производства жидкого углеводородного продукта 1 из твердой биомассы 2, используют в качестве топлива в пароперегревателе 50. По настоящему изобретению, один или несколько побочных продуктов используют почти исключительно для работы пароперегревателя 50.

Как описано выше, остаточный газ образуется в синтезе Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша 5. Этот остаточный газ 9 очень чистый и содержит горючие компоненты. К основным горючим компонентам остаточного газа 9 относятся моноксид углерода, водород и углеводороды C1-C5. Кроме того, вычисления массы и энергии для способа производства жидкого углеводородного продукта 1 из твердой биомассы 2 показывают, что тепловая энергия для перегревания насыщенного пара 51, образующаяся в холодильнике 19, и тепловая энергия остаточного газа 9 практически совпадают. Таким образом, остаточный газ 9 можно использовать как топливо для пароперегревателя 50 и его можно подавать в пароперегреватель 50 устройством подачи остаточного газа. Часть остаточного газа 9 может также рециркулировать в газогенераторе 6. Устройство подачи остаточного газа содержит трубы и, возможно, клапаны или аналогичные приспособления для введения остаточного газа 9 из реактора Фишера-Тропша 5 в пароперегреватель 50.

Кроме того, как минимум часть материала, отфильтрованного на фильтре 20, можно использовать в качестве топлива в пароперегревателе 50. Частицы, отфильтрованные из исходного синтез-газа 3 на фильтре 20, содержат, как правило, золу, сажу и уголь. Зола содержит много углерода, как правило, около 35-45%. Таким образом, золу 49 можно подавать устройством для подачи частиц с фильтра 20 в пароперегреватель 50, в котором она будет использоваться как топливо для перегревания насыщенного пара 51. Устройство для подачи частиц содержит трубы, конвейеры или аналогичные приспособления для подачи золы 49 с фильтра 20 в пароперегреватель 50.

В устройстве ультраочистки 23 образуется обогащенный сероводородом газообразный побочный продукт 48, в котором содержатся также другие соединения серы, CO₂ (диоксид углерода), H₂O (вода), HCN (циановодород), CH₃Cl (метилхлорид), карбонилы, Cl (хлориды) и NO_x (оксиды азота) в результате очистки исходного синтез-газа. Этот газообразный побочный продукт 48 может в некоторых вариантах подаваться устройством подачи побочного продукта ультраочистки в пароперегреватель 50 для использования в качестве топлива. В то же время или в качестве альтернативы, в пароперегревателе 50 также можно утилизировать обогащенный сероводородом газ 48, полученный в процессе ультраочистки 23. Данный обогащенный сероводородом газ 48 не во всех случаях можно использовать в качестве дополнительного топлива в пароперегревателе 50, но это создает альтернативную стадию процесса по утилизации потока зловонного газа 48. Если данный содержащий H₂S зловонный газ 48 сжигают в пароперегревателе 50, то полученные топочные газы необходимо очищать, например, путем промывки для удаления содержащих оксиды серы компонентов. Кроме того, горелка в пароперегревателе должна быть сконструирована таким образом, чтобы снижать содержание оксидов азота в топочных газах ниже предельно допустимого содержания NO_x в выбросах. Устройство для подачи побочного продукта может содержать трубы, клапаны или аналогичные приспособления для подачи газообразных побочных продуктов 48 из устройства ультраочистки 23 в пароперегреватель 50.

В секции переработки продукта 32 могут образовываться фракции побочных продуктов 47 помимо дизельных фракций 34 и бензинолигроиновых фракций 35. Эти фракции содержат газообразные или легкие жидкие углеводороды. Кроме того, как минимум часть фракций побочных продуктов переработки 47 можно вводить устройством подачи побочных продуктов переработки в пароперегреватель 50 и использовать как топливо для перегревания насыщенного пара 51. Устройство подачи побочных продуктов переработки может содержать трубы, клапаны или аналогичные приспособления для введения фракций побочных продуктов 47 из устройства ультраочистки 23 в пароперегреватель 50.

В пароперегревателе 50 также предпочтительно использовать легкое дистиллятное топливо и/или природный газ в качестве дополнительного топлива 46 для пароперегревателя 50, например, для регулирования или контроля работы пароперегревателя. Дополнительное топливо 46 можно также использовать для пуска. Остаточный газ 9, образующийся в данном процессе, обеспечивает практически такое же количество тепловой энергии, которое требуется для работы пароперегревателя 50 в нормальных условиях эксплуатации. При необходимости, 15% или меньшую долю полной тепловой энергии пароперегревателя 50 можно обеспечить за счет отдельного дополнительного топлива 46 для регулирования или контроля работы пароперегревателя 50. В предпочтительном варианте не более 10% или, предпочтительнее, не более 5% полной тепловой энергии пароперегревателя 50 можно подавать в пароперегреватель 50 посредством отдельного дополнительного топлива 46. По настоящему изобретению, ни синтез-газ, ни другой газообразный или жидкий продукт не используется для работы пароперегревателя 50. Таким образом, использование пароперегревателя 50 не уменьшает производительность процесса производства жидкого биотоплива.

Соответственно, настоящее изобретение предусматривает, что один или несколько побочных продуктов 9, 47, 48, 49, образующихся в процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы 2, можно использовать как топливо в пароперегревателе 50 для перегревания насыщенного пара 51, полученного на стадии охлаждения. Насыщенный пар, полученный при охлаждении исходного синтез-газа 3 в процессе производства жидкого биотоплива из твердой биомассы 2, можно также использовать для сжатия очищенного синтез-газа 4 в компрессоре перед его подачей в реактор Фишера-Тропша 5. Таким образом, можно повысить энергетическую эффективность данного способа и устройства для производства жидкого углеводородного продукта 1 из биомассы или энергетическую эффективность промышленной установки с встроенным устройством для производства жидкого углеводородного продукта 1 из биомассы.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения питательная вода, имеющая температуру 103°C, поступает из главного котла в холодильник 19. В холодильнике 19 питательная вода испаряется, получая тепловую энергию от очищенного синтез-газа 4. Испарившаяся питательная вода достигает температуры 323°C и образует насыщенный пар 51. Насыщенный пар 51 поступает в пароперегреватель 50, в котором он перегревается и образует перегретый пар, имеющий температуру 510°C. В пароперегревателе в качестве топлива используется остаточный газ. Дополнительное топливо 46 можно использовать в пароперегревателе 50 для регулирования работы пароперегревателя 50, чтобы исключить изменение производства остаточного газа.

Для опытного в данной области специалиста будет очевидно, что по мере развития технологии идею данного изобретения можно осуществлять различными способами. Данное изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются описанными выше примерами, но могут изменяться в рамках формулы изобретения.

Список цифровых обозначений

1 Жидкий углеводородный продукт

2 Твердая биомасса

3 Исходный синтез-газ

4 Очищенный синтез-газ

5 Газогенератор

9 Остаточный газ

18 Установка реформинга

19 Холодильник

20 Фильтр

21 Реактор конверсии водяного газа (КВГ)

22 Газопромыватель

23 Устройство ультраочистки

24 Компрессор

25 Реактор с неподвижным слоем

31 Устройство для предварительной обработки и подачи твердой биомассы

32 Устройство для переработки продукта

34 Дизельная фракция

35 Бензинолигроиновая фракция

46 Дополнительное топливо

47 Фракции побочных продуктов переработки

48 Газообразный побочный продукт ультраочистки

49 Отфильтрованная зола

50 Пароперегреватель

51 Насыщенный пар

52 Перегретый пар в паровой компрессор

53 Перегретый пар в паровую турбину

55 Паровая турбина

Изобретение относится к производству жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2). По изобретению способ производства жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2), включает газификацию твердой биомассы (2) в газогенераторе (6) для получения исходного синтез-газа (3); подготовку исходного синтез-газа (3) с очисткой исходного синтез-газа (3) для получения очищенного синтез-газа (4), подготовка включает снижение температуры исходного синтез-газа (3) в холодильнике (19) с получением насыщенного пара (51); введение очищенного газа (4) в синтез Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша (5) для получения жидкого углеводородного продукта (1); обработку продукта (32) для разделения жидкого углеводородного продукта (1), полученного в синтезе Фишера-Тропша, включает также перегревание насыщенного пара (51), полученного посредством холодильника (19), в пароперегревателе (50) для получения перегретого пара (52, 53) путем введения насыщенного пара (51) в пароперегреватель (50) перед использованием указанного насыщенного пара (51), пароперегреватель (50) работает почти исключительно за счет одного или нескольких побочных продуктов (9, 49, 48, 47), получаемых в способе производства жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2). Заявлено также устройство для производства жидкого углеводородного продукта из биомассы. Технический результат - повышение энергетической эффективности способа и устройства для производства жидкого углеводородного продукта из биомассы. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2), включающий:
газификацию твердой биомассы (2) в газогенераторе (6) для получения исходного синтез-газа (3);
подготовку исходного синтез-газа (3) с очисткой исходного синтез-газа (3) для получения очищенного синтез-газа (4), подготовка включает снижение температуры исходного синтез-газа (3) в холодильнике (19) с получением насыщенного пара (51);
введение очищенного газа (4) в синтез Фишера-Тропша в реакторе Фишера-Тропша (5) для получения жидкого углеводородного продукта (1);
обработку продукта (32) для разделения жидкого углеводородного продукта (1), полученного в синтезе Фишера-Тропша, и перегревание насыщенного пара (51), полученного посредством холодильника (19), в пароперегревателе (50) для получения перегретого пара (52, 53) путем введения насыщенного пара (51) в пароперегреватель (50) перед использованием указанного насыщенного пара (51),
отличающийся тем, что пароперегреватель (50) работает почти исключительно за счет одного или нескольких побочных продуктов (9, 49, 48, 47), получаемых в способе производства жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2).

2. Способ по п.1, отличающийся подачей остаточного газа (9), полученного в синтезе Фишера-Тропша, в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

3. Способ по п.1, отличающийся подготовкой исходного синтез-газа (3) путем фильтрования исходного синтез-газа (3) на фильтре (20) для удаления частиц, в том числе золы (49), из исходного синтез-газа (3).

4. Способ по п.3, отличающийся содержащей уголь подачей золы, собранной на фильтре (20), в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

5. Способ по п.1, отличающийся подготовкой исходного синтез-газа (3) путем ультраочистки (23) для удаления соединений серы, СО₂ (диоксид углерода), Н₂О (вода), HCN (циановодород), CH₃Cl (метилхлорид), карбонилов, Cl (хлориды) и NO_x (оксиды азота) из исходного синтез-газа (3).

6. Способ по п.5, отличающийся подачей газообразного побочного продукта (48), полученного при ультраочистке (23), в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся подачей обогащенного H₂S газообразного побочного продукта (48), полученного при ультраочистке (23), в пароперегреватель (50) для утилизации в пароперегревателе (50).

8. Способ по п.1, отличающийся разделением жидкого углеводородного продукта (1), полученного в синтезе Фишера-Тропша, как минимум на одну дизельную фракцию (34) и одну бензинолигроиновую фракцию (35).

9. Способ по п.1, отличающийся подачей фракций побочных продуктов (47) жидкого углеводородного продукта (1), полученных при обработке продукта (32), в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

10. Способ по п.1, отличающийся использованием отдельного дополнительного топлива (46) для регулирования работы пароперегревателя (50).

11. Способ по п.10, отличающийся использованием легкого дистиллятного топлива и/или природного газа как дополнительного топлива (46) в пароперегревателе (50).

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся обеспечением не более 15% полной тепловой энергии за счет дополнительного топлива (46) в пароперегревателе (50).

13. Способ по п.10 или 11, отличающийся обеспечением не более 10% полной тепловой энергии за счет дополнительного топлива (46) в пароперегревателе (50).

14. Способ по п.10 или 11, отличающийся обеспечением не более 5% полной тепловой энергии за счет дополнительного топлива (46) в пароперегревателе (50).

15. Способ по п.1, отличающийся использованием перегретого пара (53) в паровой турбине (55).

16. Способ по п.1, отличающийся использованием перегретого пара (52) для сжатия (24) исходного синтез-газа (3) или очищенного синтез-газа (4) перед его поступлением в реактор Фишера-Тропша (5).

17. Устройство для производства жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2), причем данное устройство включает газогенератор (6) для газификации твердой биомассы (2) с получением исходного синтез-газа (3);
подготовительные устройства (18, 19, 20, 21, 22, 24, 23) для подготовки исходного синтез-газа (3) с получением очищенного синтез-газа (4), причем данные подготовительные устройства включают холодильник (19) для снижения температуры исходного синтез-газа (3), причем данный холодильник (19) приспособлен для получения насыщенного пара (51);
реактор Фишера-Тропша (5), в котором очищенный газ (4) вступает в синтез Фишера-Тропша для получения жидкого углеводородного продукта (1);
подготовительные устройства (32) для переработки жидкого углеводородного продукта (1), полученного в синтезе Фишера-Тропша; и
пароперегреватель (50) для производства перегретого пара (52, 53) из насыщенного пара (51) перед использованием указанного насыщенного пара (51),
отличающееся тем, что пароперегреватель (50) приспособлен для работы почти исключительно с одним или несколькими побочными продуктами (9, 49, 48, 47), полученными в устройстве для производства жидкого углеводородного продукта (1) из твердой биомассы (2).

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что данное устройство содержит устройство для подачи остаточного газа, посредством которого остаточный газ (9), полученный в синтезе Фишера-Тропша, подается в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

19. Устройство по пп.17, отличающееся тем, что подготовительные устройства содержат фильтр (20) для фильтрования исходного синтез-газа (3) на фильтре (20) и удаления частиц, в том числе золы (49), из исходного синтез-газа (3), причем данное устройство также содержит устройство для подачи как минимум части отфильтрованных на фильтре (20) частиц в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что подготовительные устройства содержат устройство ультраочистки (23) для удаления соединений серы, СО₂ (диоксид углерода), H₂O (вода), HCN (циановодород), CH₃Cl (метилхлорид), карбонилов, Cl (хлориды) и NO_x (оксиды азота) из исходного синтез-газа (3), причем данное устройство также содержит устройство для подачи как минимум части газообразного побочного продукта ультраочистки (48), полученного при ультраочистке, в пароперегреватель (50).

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что устройство для подачи побочного продукта ультраочистки приспособлено для подачи обогащенного H₂S газообразного побочного продукта (48), полученного при ультраочистке, в пароперегреватель (50) для утилизации в пароперегревателе (50).

22. Устройство по п.17, отличающееся тем, что данное устройство дополнительно содержит устройство для подачи побочных продуктов переработки, которое подает как минимум часть фракций побочных продуктов (47), полученных при переработке продуктов, в пароперегреватель (50) для использования в качестве топлива в пароперегревателе (50).

23. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пароперегреватель (50) приспособлен для использования дополнительного топлива (46) для регулирования работы пароперегревателя (50).

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что не более 15% полной тепловой энергии обеспечивается для пароперегревателя (50) за счет дополнительного топлива (46).

25. Устройство по п.24, отличающееся тем, что не более 10% полной тепловой энергии обеспечивается для пароперегревателя (50) за счет дополнительного топлива (46).

26. Устройство по п.24, отличающееся тем, что не более 5% полной тепловой энергии обеспечивается для пароперегревателя (50) за счет дополнительного топлива (46).

27. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пароперегреватель (50) приспособлен для легкого дистиллятного топлива и/или природного газа как дополнительного топлива (46) в пароперегревателе (50).

28. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пароперегреватель (50) подключается для работы к паровой турбине для использования перегретого пара (53) в паровой турбине.

29. Устройство по п.17, отличающееся тем, что пароперегреватель (50) подключается для работы к компрессору (24) с использованием перегретого пара (52) для сжатия исходного синтез-газа (3) и очищенного синтез-газа (4) перед подачей в реактор Фишера-Тропша (5).

30. Устройство по п.17, отличающееся тем, что данное устройство составляет неотъемлемую часть промышленной установки, содержащей паровую турбину (55).