MX2014012990A - Proceso eficiente de cogeneracion de gas-vapor y sistema basado en la gasificacion de biomasa y metanizacion. - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un proceso de cogeneración eficiente de gas-vapor y un sistema basado en la gasificación y metanización de la biomasa, que comprende una unidad de gasificación de biomasa, una unidad de transformación, una unidad de purificación, una unidad de metanización, y una unidad de concentración de metano. La unidad de gasificación utiliza un lecho del flujo de aire con una fuente de calor localmente externa de alta temperatura constante que puede mejorar notablemente las composiciones efectivas de gases de CO y H2 y mejorar la eficiencia de gasificación de biomasa. La unidad de gasificación puede reducir enormemente la cantidad de alquitrán producido a altas temperaturas, mejorar la tasa de conversión de carbono, y elimina la inversión en un dispositivo de eliminación de alquitrán. En el proceso de metanización, la eficiencia de conversión de CO alcanza el 100%, y la eficiencia de conversión de H2 alcanza el 99%. Además, se produce una gran cantidad vapor sobrecalentado de presión de subproducto, y se reduce el consumo de potencia de un compresor de circulación de la reacción de metanización tradicional. La presente invención tiene las ventajas de que la energía de la biomasa se puede convertir en gas natural limpio, de alto valor calorífico-valor, y conveniente para emplearse, y se puede reciclar de manera eficiente una gran cantidad del calor liberado en la gasificación de la biomasa y la reacción de metanización de modo que se produzca vapor sobrecalentado de alta calidad.

Description

PROCESO EFICIENTE DE COGENERACION DE GAS-VAPOR Y SISTEMA RASADO EN LA GASIFICACION DE BIOMASA Y METANIZACION.

Campo de la Invención La invención se refiere al campo de la energía de la biomasa, y más particularmente a un método y sistema para la cogeneración de vapor-gas basado en la gasificación y metanización de biomasa tales como cáscara de arroz, paja y aserrín.

Antecedentes de la Invención En los últimos años, con el desarrollo de la economía y la sociedad, la demanda de gas natural crece rápidamente, por lo que el gas natural se convertirá en la energía con un crecimiento en el consumo más rápido en el siglo 21. Pero la capacidad de suministro de gas natural de China, relativamente va en rezago, lo que resulta en la aguda contradicción entre la oferta y la demanda de gas natural. Por lo tanto, es necesario ampliar la oferta de recursos por múltiples canales y en una base de multimodo a los recursos existentes de China para satisfacer la creciente demanda del mercado. Todavía es necesario no sólo para desarrollar recursos de gas natural nacionales e introducir recursos de gas natural del extranjero, sino también para hacer uso de los abundantes recursos de biomasa en China para desarrollar activamente el gas natural sustituto a partir de biomasa y aliviar la tensa situación del suministro de gas natural, que tiene una importancia estratégica para la realización de la sustitución gradual de los recursos de petróleo y gas, la seguridad energética, la conservación de energía y reducción de emisiones.

El gas de síntesis crudo generado a partir de la gasificación de biomasa que contiene una gran cantidad de CO, H2, CO2, etc, y no es adecuado para uso directo como gas ciudad y combustible para la plata de energía de ciclo combinado, debido a que su valor calorífico bajo y a la toxicidad de CO. El gas natural es adecuado para uso como un gas de ciudad y un combustible para la planta de energía de ciclo combinado debido a su alto valor calorífico y no toxicidad. En presencia de un catalizador, el CO y CO2 pueden ser convertidos completamente en metano, que es el gas natural sustituto sintético (SNG). La reacción principal de la metanización es la siguiente: CO + 3H2 = CH4 + H2O DHO° = -206 kJ/mol Basado en las características de reacción fuertemente exotérmica de metanización, la ruta de reacción de metanización se diseñó teniendo en cuenta principalmente el control de calor de reacción y recuperación. El calor de reacción puede alcanzar aproximadamente el 20% del valor calorífico del gas de síntesis, por lo que el reciclado de manera eficiente del calor es muy crítico para cualquier teenología de metanización.

Cada vez se concede más importancia a la tecnología de generación de energía de ciclo combinado de gasificación integrada de .biomasa (BIGCC) como una nueva tecnología de generación de energía dé biomasa limpia y eficiente con alta eficiencia de generación de alta energía y ventajas de reducción de emisiones de CO2.

Esto puede no sólo resolver el problema de que la biomasa no es adecuado para el transporte de larga distancia, y fomentar una utilización eficiente y limpia de la biomasa, pero también aliviar eficazmente la contradicción entre la oferta y la demanda de gas natural mediante el gasoducto de gas natural existente a un menor costos económicos, lo cual es una medida fuerte para la utilización integral de la biomasa.

En la Patente Número CN101245262 titulada "Sistema de ciclo combinado de gas-vapor y proceso basado en la gasificación del carbón y metanización", la materia prima se obtiene a partir del carbón no renovable de bajo valor calórico; la reacción de metanización utiliza un catalizador de sulfuro de molibdeno, de modo que la eficiencia de conversión de gas de síntesis es baja, la capacidad de procesamiento se limita en gran medida, y es difícil para la aplicación práctica. Es más difícil para la aplicación a gran escala .debido al diseño complejo, estructura compleja y costos altos de fabricación del reactor isotérmico, dificultad de amplificación mecánica, dificultad de carga y descarga de catalizadores difíciles, etc. Además, la reacción se produce en un reactor isotérmico a una temperatura de 210-280 °C, por lo que es difícil de producir vapor de alta calidad y reciclar de manera eficiente el calor de reacción.

En la patente número CN100582201C, titulada "Sistema Combinado y Proceso de Producción de gas natural-Sustituto de electricidad basada en carbón Gasificación y Metanización", la materia prima se obtiene a partir del carbón no renovable de bajo valor calórico; la reacción de metanización se lleva a cabo en un reactor de alta temperatura y un reactor de baja temperatura. Este proceso tiene requisitos duros por el catalizador, la baja eficiencia de intercambio de calor entre el gas producto y el sistema de circulación de vapor en el proceso, y la baja eficiencia de recuperación de calor de la reacción de metanización.

Sumario de la Invención La invención proporciona ún método y un sistema para la cogeneración de vapor-gas, sobre la base de la utilización integral de la gasificación de la biomasa a altas temperaturas y presión y la metanización en un lecho fijo adiabático circulante. Mientras tanto, el método puede generar una gran cantidad de vapor de agua sobrecalentado y sustituir el gas natural con una alta eficiencia.

El esquema téenico de la invención es que: un método para la cogeneración de vapor-gas basado en la gasificación y metanización de biomasa comprende las siguientes etapas: 1) gasificación de la biomasa: la mezcla dé oxigeno y vapor de agua producido a partir de una planta de separación de aire con la biomasa, el transporte de una mezcla resultante a través de una boquilla hacia un gasificador, gasificar la biomasa a una temperatura de 1.500-1.800 °C y a una presión de 1-3 MPa para producir gas gasificado en bruto, y transportar el vapor sobrecalentado que tiene una presión de 5-6 MPa resultante de la recuperación de calor sensible a una turbina de vapor; 2) cambio y purificación: de acuerdo con la demanda de una reacción de metanización, ajustar una relación de hidrógeno/carbono 3:1 del gas gasificado crudo generado en el paso 1) usando una reacción de desplazamiento, y eluir el gas gasificado bruto usando metanol a baja temperatura para la desulfuración y descarburación, con lo que se produce gas de síntesis purificado; 3) metanización: introducir el gas de síntesis purificado en el paso 2) a una unidad de metanización que comprende una unidad de metanización primaria y una unidad de metanización secundaria, la unidad de metanización primaria comprende un primer reactor de metanización primario y un segundo reactor de metanización primario conectados en serie; permitir que parte del gas de proceso desde el segundo reactor de metanización primaria regrese para mezclarse con el gas de alimentación fresco, y después entrar en el primer reactor de metanización primaria, de modo que una concentración de reactivos a la entrada de la primer reactor de metanización primaria se reduzca y una temperatura del lecho de catalizador se controle por el gas de proceso; introducir el gas de síntesis después de la metanización primaria, a la unidad de metanización secundaria que comprende un primer reactor de metanización secundario y un segundo reactor de metanización secundario conectados en serie, en donde una pequeña cantidad de CO que no ha reaccionado y una mayor cantidad de CO2 se convierte en CH4; y transportar el vapor sobrecalentado de presión intermedia generado en la unidad de metanización de la turbina de vapor; y 4) concentración de metano: concentrar el metano del gas natural sintético que contiene nitrógeno y vapor de agua traza obtenido en la etapa 3) a través de adsorción por oscilación de presión, de modo que una concentración molar de metano alcance 96% y el valor calorífico del gas natural sintético sea de hasta 8.256 kcal/Nm3.

La mezcla en el paso 1) se introduce a un gasificador de lecho de flujo de aire a través de la boquilla a una velocidad de 100-120 m/s para la gasificación de flujo paralelo.

El gas gasificado crudo desde un lado de la parte superior del gasificador en el paso 1) se controla para tener una temperatura de 1,200-1,500 °C; el calor residual del gas gasificado crudo se reciela por una caldera de calor residual para producir vapor sobrecalentado a presión intermedia, una parte del cual se mezcla con el oxígeno como un agente de gasificación, y el resto se envía a la turbina de vapor; después de la recuperación de calor, la temperatura del gas gasificado se reduce a 220-280 °C; el gas gasificado se purifica mediante un separador de ciclón de dos etapas para la eliminación de polvo y es enfriado por una torre de lavado, a fin de reducir la temperatura del gas gasificado de 50-55 °C, reduciendo el contenido de polvo por debajo de 50 mg/m3, y comprendiendo el gas gasificado CO, ¾ y N2.

El gas.de síntesis purificado en el paso 3) se divide en dos corrientes iguales que comprenden un primer gas de alimentación y un segundo gas de alimentación, los cuales entran, respectivamente, un primer reactor de metanización primario y un segundo reactor de metanización primaria; mezcalndo primero el primer gas de alimentación con el gas de proceso y luego entra en un lecho catalítico del primer reactor de metanización primaria para una reacción de metanización, una temperatura de la misma que se controla a 300-330 °C; una temperatura de salida del gas mezclado de 600-630 °C; generar el vapor sobrecalentado de presión intermedia a través de una primera caldera de calor residual y un primer sobrecalentador de vapor; mezclar el gas de proceso desde el primer sobrecalentador de vapor con el segundo gas de alimentación y a continuación, entrar en el segundo reactor de metanización primaria para la reacción de metanización a 300-330 °C; una temperatura de salida del gas de proceso desde el segundo reactor de metanización primaria que es de 600-630 °C; el gas de proceso del segundo reactor de metanización primaria pasa a través de una segunda caldera de calor residual y a un segundo recalentador de vapor para generar vapor de agua recalentado de presión intermedia; el gas de proceso se divide en dos correintes desde el segundo reactor de metanización primaria: una corriente representa el 30-40%, y fluye hacia el primer reactor de metanización primaria a través de un compresor de recirculación; otra corriente representa el 60-70%, y entra en el primer reactor de metanización secundaria; el gas de proceso es enfriado a 270-290 °C·y entra en el primer reactor de metanización secundaria para una reacción de metanización adicional; una temperatura de salida de gas mezclado del primer reactor de metanización secundaria es de 440-460 °C, y una temperatura de entrada de un gas de alimentación del segundo reactor de metanización secundaria es de 270-290 °C; y generar vapor sobrecalentado de presión intermedia a partir de la reacción de metanización se transporta a la turbina de vapor.

Una presión del vapor sobrecalentado a presión intermedia intermedio se genera por la primera/segunda caldera de calor residual y el primer/segundo sobrecalentador de vapor en la unidad de metanización primaria es 4.5-5 MPa.

La reacción de metanización en el paso 3) emplea una carga lata de níquel como un catalizador, con una temperatura de reacción de 270 a 630 °C, una presión de 1-3 MPa, y una fórmula de reacción: CO + 3H2 = CH4 + H2O DHO° = -206 kJ/mol Después de que el gas de proceso del segundo reactor de metanización primaria se enfría a través de la segunda caldera de calor residual y el segundo sobrecalentador de vapor, una primera corriente fluye hacia el primer reactor de metanización primaria a través del compresor de recielado para que cuenta del 60-70%; y una segunda corriente que entra al primer reactor de metanización secundaria que cuenta del 30-40%.

E1 sistema de .cogeneración de vapor-gas basado en la gasificación y metanización de biomasa comprende: una unidad de gasificación, una unidad de cambios, una unidad de purificación, una unidad de metanización, y una unidad de concentración de metano; se proporciona una caldera de calor residual en una parte superior de un gasificador de la unidad de gasificación; recielar el calor residual del gas gasificado crudo desde el gasificador por la caldera de calor residual para producir vapor sobrecalentado de presión intermedia, que es transportado a una turbina de vapor; proporcionar un calentador de alta temperatura termostático externo en un segmento de salida del gas gasificado del gasificador para mantener una temperatura de gasificación en el gasificador a 1,500-1,800 °C; y controlar la temperatura a 1,200-1,500 °C del gas gasificado crudo desde el gasificador.

La unidad de metanización comprende una unidad de metanización primaria y una unidad de metanización secundaria; la unidad de metanización primaria comprende un primer reactor de metanización primario y un segundo reactor de metanización primario conectados en serie; una salida del segundo reactor de metanización primaria está provisto de dos derivaciones: una derivación está conectada a una entrada del primer reactor de metanización primaria, de modo que el gas de proceso en el mismo se mezcla con el gas de alimentación fresco, y después entra en el primer reactor de metanización primaria; la otra derivación está conectada a la unidad de metanización secundaria, que comprende un primer reactor de metanización secundario y un segundo reactor de metanización secundario conectados en serie; y el segundo reactor de metanización secundario está conectado a la unidad de concentración de metano.

El calor de reacción de la mezcla de gases en la salida del primer reactor de metanización primaria se reciela por la primera caldera de calor residual y el primer sobrecalentador de vapor, y la de la mezcla de gases a la salida del segundo reactor de metanización primaria se recicla por la segunda caldera de calor residual y el segundo sobrecalentador de vapor; y se transporta el vapor sobrecalentado a presión intermedia generado de la misma se transporta a la turbina de vapor. .

La invención tiene las siguientes ventajas: (1) El gasificador utiliza una fuente externa de calor de temperatura alta termostática, gue puede mejorar significativamente los componentes activos de CO y ¾, y mejorar la eficiencia de gasificación de biomasa; (2) Por lo general, la gasificación de la biomasa producirá una gran cantidad de alguitrán. La alta temperatura de la unidad de gasificación puede reducir en gran medida la producción de alguitrán, mejorando la conversión de carbono y ahorra la inversión en dispositivos de eliminación de alguitrán. (3) La reacción de metanización logra la conversión de CO en una tasa del 100%, y la tasa de conversión de H2 es del 99%; al mismo tiempo, produce una gran cantidad de subproducto (vapor sobrecalentado a presión intermedia), y reduce el consumo de energía del compresor de reciclado en la reacción de metanización tradicional; (4) La mayor ventaja de la invención es gue no sólo puede convertir la energía de biomasa en gas natural limpio de alto valor calorífico y conveniente para el uso, sino también reciclar eficientemente una gran cantidad de calor liberado de la gasificación y la metanización de biomasa mediante la producción de vapor sobrecalentado de alto grado.

Breve Descripción de las Figuras La figura.1 es un diagrama de flujo de un método para la cogeneración de vapor-gas basado en la gasificación y metanización de biomasa de la invención; La figura.2 es un diagrama esguemático de una unidad de gasificación de la invención; y La figura. 3 es un diagrama esquemático de una unidad de metanización de la invención.

Descripción Detallada de la Invención La invención se ilustra además con más detalle a la luz de los dibujos y realizaciones, que no están destinadas a definir el alcance de protección de la invención.

Como se muestra en la figura.1, la fig.2 y la fig.3: Paso 1): Se secaron, se trituraron y se clasificaron la paja de arroz, tallos de cultivos y otras biomasas. Se transportó directamente la materia prima como biomasa con un diámetro o una longitud máxima por debajo de 2 mm, al gasificador de la cama flujo de aire de alta temperatura a través de un alimentador de tornillo. La presión en el gasificador fue de 1-3 MPa. Se proporcionó un calentador de alta temperatura termostático externo en el segmento de salida del gas gasificado del gasificador de biomasa para mantener la temperatura de gasificación en el gasificador de 1,500-1,800 °C, y garantizar la intensidad de gasificación, la calidad del gas gasificado y el proceso de transferencia de calor reforzada. Como se mezclan previamente, el agente de gasificación, el vapor de agua sobrecalentado y el oxigeno, y luego se mezclan totalmente con la biomasa tratada. La mezcla se inyectó en el gasificador con una boquilla especial a una velocidad de 100-120 m/s para la gasificación por medio de flujo paralelo. Debido al tamaño de partícula pequeño y fuerte capacidad de transferencia de calor de la cama flujo de aire, la materia prima se calentó a la temperatura del horno tan pronto como entró en el horno. Casi al mismo tiempo, hubo evaporación de la humedad, descomposición de la materia volátil, alquitrán de craqueo, la combustión y la gasificación de carbono.

La ceniza que contiene metal alcalino se convierte en escoria líquida, y luego se descarga directamente. Las partículas pequeñas de biomasa fueron retenidas en la zona de reacción por menos de 3S, gasificados rápidamente antes de la fusión, y, respectivamente, separados por el flujo de gas de alta velocidad sin el fenómeno de la unión y la cohesión, etc., se controló el gas gasificado crudo desde la parte superior del lado del gasificador a una temperatura de 1,200-1,500 °C. La parte superior del gasificador se proporcionó con una caldera de calor residual.. El gas gasificado crudo desde el gasificador entró en la caldera de calor residual a recuperar el calor residual, y produjo una gran cantidad de vapor. Después de la recuperación de calor, la temperatura del gas gasificado se redujo a 220-280 °C. Entonces se purificaron la mayor parte del polvo y de vapor de agua en el gas gasificado y se enfría a través de dos separadores de etapa de cielón y una torre de lavado, a fin de reducir la temperatura del gas gasificado a aproximadamente 50-55 °C, reducir el contenido de polvo por debajo de 50 mg/m3, y generar el gas gasificado que contiene principalmente CO, H2 y N2.

Etapa 2): Después de la eliminación de lavado y el polvo, el gas gasificado crudo entra en el proceso de cambio tolerante al azufre, la proporción de H2, CO y CO2 se ajustó en la misma en una relación 3:1 de hidrógeno/carbono, y la gran mayoría de azufre orgánico en ella se convirtió en azufre inorgánico. A continuación, el gas se purificó, y se lavó con metanol a baja temperatura, por lo que se utilizó metanol para eliminar el C02 no deseado y todos los sulfuros de la reacción de metanización del gas de.proceso, y la composición del gas de proceso logra los requisitos de producción de metano. El metanol rico en C02, H2S y COS se recicló mediante una evaporación flash bajo presión reducida y nitrógeno separador etc, y la capacidad de refrigeración en el mismo se recuperó para su reutilización.

Etapa 3) La metanización: El gas de síntesis purificado en el paso 2) ajustado a una relación de hidrógeno/carbono se puede dividir en dos corrientes aproximadamente iguales, que registran, respectivamente, el primer reactor de metanización primario y el segundo reactor de metanización primaria. El gas de alimentación que entra al primer reactor de metanización se mezcla primero con el gas de reciclado. El gas mezclado entra a una temperatura de 300-330 °C en el lecho catalítico del reactor adiabático, en donde se produce una reacción exotérmica de metanización. La temperatura de salida del gas caliente fue de aproximadamente 600-630 °C, y el gas caliente se utilizó para producir vapor sobrecalentado de presión intermedia en la primera caldera de calor residual y se sobrecalentó el vapor sobrecalentado de presión intermedia en el primer sobrecalentador. El gas de proceso se mezcló desde el primer sobrecalentador con otra corriente de gas de alimentación fresco. El gas mezclado a 300-330 °C entró en el segundo reactor de metanización para una reacción adicional de metanización.

La temperatura de salida del gas del segundo reactor de metanización primario fue de aproximadamente 600-630 °C, la cual se utilizó para producir vapor en la segunda caldera de calor residual y gas el recielado se precalentó en el segundo sobrecalentador. El gas de proceso caliente se dividió de la segunda caldera de calor residual en dos corrientes: una corriente representó el 30-40%, y fluía hacia el primer reactor de metanización primaria a través de un compresor de recirculación; la otra corriente representó el 60-70%, y entró en el primer reactor de metanización secundaria.

La temperatura de entrada del gas de alimentación del segundo reactor de metanización secundario fue 270-290 °C, y la reacción de metanización posterior se produjo en el segundo reactor de metanización secundaria, a fin de lograr la especificación de producto SNG. El vapor sobrecalentado de presión intermedia generado a partir de la reacción de metanización fue transportado a la turbina de vapor.

El vapor sobrecalentado a presión intermedia que se generó en la caldera de calor residual y el vapor del sobrecalentador que utilizó el calor de reacción de recielaje en la etapa de reacción de metanización primario fue de 4.5-5 MPa.

La metanización se llevó a cabo con una carga alta de níquel como el catalizador, a una temperatura de reacción de 270 a 630 °C, bajo una presión de 1-3 MPa, y siguiendo la reacción: CO + 3H2 = CH4 + H2O = -206 kJ/mol .

Paso 4) La concentración de metano: Después de que el metano se concentró a través de adsorción por cambio de presión de gas natural crudo, se obtuvo gas natural sustituyente siguiendo un estándar nacional. En general, el gas natural entra en el gasoducto urbano como gas de uso doméstico, y también puede entrar en la turbina de gas para generar electricidad en caso de escasez de energía.

Como se muestra en la figura.1, un método y un sistema para la cogeneración de vapor-gas basado en la gasificación y metanización de biomasa, comprende una unidad de gasificación, una unidad de cambios, una unidad de purificación, una unidad de metanización y una unidad de concentración de metano.

Como se muestra en la figura.2, una caldera de calor residual se proporciona en la parte superior del gasificador de la unidad de gasificación. El vapor sobrecalentado de presión intermedia es generado por la caldera de calor residual usando el calor residual de recielaje del gas gasificado crudo desde el gasificador, y es transportado a la turbina de vapor. Se proporciona un calentador de alta temperatura termostática externa en el segmento de salida del gas gasificado del gasificador de biomasa para mantener la temperatura de gasificación en el gasificador a 1,500-1,800 °C. Gas gasificado crudo desde el gasificador se controla a una temperatura de 1,200-1,500 °C.

Como se muestra en la figura. 3, la unidad de metanización comprende una unidad de metanización primaria y una unidad de metanización secundaria. La unidad de metanización primaria se compone de dos reactores conectados en serie con dos reactores conectados en paralelo en cualquier etapa. La salida del segundo reactor de metanización primaria está provisto de dos derivaciones: una derivación está conectada a la entrada del primer reactor de metanización primaria, de modo que el gas de proceso en el mismo, se mezcla con gas de alimentación fresco, y luego entra en el primer reactor de metanización primaria; la otra derivación está conectado al reactor de metanización secundaria, que comprende un primer reactor de metanización secundario y un segundo reactor de metanización secundario conectados en serie. El segundo reactor de metanización secundario está conectado a la unidad de concentración de metano.

Después de la segunda metanización de la etapa primaria, una parte de.l gas de proceso vuelve a la entrada del primer reactor de metanización primaria, se mezcla con gas de alimentación fresco, y luego entra en el primer reactor de metanización primaria, con el fin de reducir la concentración de reactivo en la entrada del reactor de metanización primaria. Por otro lado, el gas de proceso de recielaje se utiliza para la calefacción medio inerte para controlar la temperatura del lecho del catalizador.

La gran mayoría de la reacción de metanización se completa en la etapa de metanización primaria. La temperatura de reacción de la metanización secundaria es menor gue la de la metanización primaria. Esta etapa se compone de dos reactores de metanización secundarios conectados en serie, y convirtiendo una pequeña cantidad de CO sin reaccionar y la mayor parte del CO2 en CH4. El gas del producto de la etapa de metanización se transporta al proceso de concentración de metano.

El calor de reacción de la mezcla de gases a la salida del primer reactor de metanización primaria se recicla por la primer caldera de calor residual y el sobrecalentador de vapor, y que la mezcla de gases a la salida del segundo reactor de metanización primaria se recicla por la segunda caldera de calor residual y el sobrecalentador de vapor. El vapor sobrecalentado de presión intermedia generado de la misma se transporta a la turbina de vapor.

Ejemplo 1 El cálculo del rendimiento global del sistema en la carga base con 1,000 toneladas/dia de biomasa de materia prima.

La paja de arroz seca se utiliza como la gasificación de la biomasa en el Ejemplo 1. Sus ingredientes y el valor calorífico se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Ingredientes y Valor calorífico de la biomasa.

En el ejemplo 1, la biomasa 1.000 toneladas / día, y el agente de gasificación gue comprende 93 vol. % De oxígeno se emplea para la gasificación.

Tabla 2. Balance de materiales y parámetros de rendimiento de producto de gas Ejemplo 2 La biomasa 1.000 toneladas/día, y se emplea para la gasificación el agente de gasificación que comprende 98 vol.% de oxigeno.

Tabla 3. Balance de materia y de rendimiento parámetros de producto de gas

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un método para la cogeneración de vapor-gas basado en la gasificación y metanización de biomasa, comprendiendo el método: i) gasificar la biomasa: mezclar el oxigeno y vapor de agua producido a partir de una planta de separación de aire con la biomasa, transportando una mezcla resultante a través de una boquilla para un gasificador, gasificando la biomasa a una temperatura de 1,500-1,800 °C y a una presión de 1-3 MPa para producir gas gasificado crudo y transportar vapor sobrecalentado que tiene una presión de 5-6 MPa resultando de la recuperación de calor sensible a una turbina de vapor; ii) cambiar y purificacar: de acuerdo a la demanda para una reacción de metanización, ajustando una relación 3:1 de hidrógeno/carbono del gas gasificado crudo generado desde el paso 1), usando una reacción de desplazamiento, y eluyendo el gas gasificado crudo usando metanol a baja temperatura para la desulfuración y descarburación, con lo que se produce gas de síntesis purificado; iii) metanizar: introducir el gas de síntesis purificado del paso 2) a una unidad de metanización que comprende una unidad de metanización primaria y una unidad de metanización secundaria, comprendiendo la unidad de metanización primaria un primer reactor de metanización primario y un segundo reactor de metanización primario conectados en serie; permitiendo que parte del gas de proceso regrese desde el segundo reactor de metanización primaria a una entrada del primer reactor de metanización primaria para mezclarse con el gas de alimentación fresco, y después entrar al primer reactor de metanización primaria, de manera que una concentración de reactantes en la entrada del primer reactor de metanización primaria es reducido y una temperatura del lecho de catalizador es controlada por el gas de proceso; introduciendo el gas de síntesis después de la metanización primaria a la unidad de metanización secundaria que comprende un primer reactor de metanización secundaria y un segundo reactor de metanización secundario conectados en serie, donde una pequeña cantidad de CO que no ha reaccionado y una gran cantidad de CO2 se convierte en CH4; y transportando el vapor sobrecalentado de presión .intermedia generado en la unidad de metanización de la turbina de vapor; y 4) concentración de metano: concentrar el metano del gas natural sintético que contiene trazas de nitrógeno y vapor de agua obtenido de la etapa 3) a través de adsorción por oscilación de presión, de modo que una concentración molar de metano alcanza 96%, y el valor calorífico del gas natural sintético es de hasta 8,256 kcal/Nm3.

2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla en el paso 1) se introduce en un gasificador de lecho de flujo de aire a través de la boquilla a una velocidad de 100-120 m/s para la gasificación de flujo paralelo.

3. El método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el gas de gasificación crudo desde un lado de la parte superior del gasificador en el paso 1) está controlado para que tenga una temperatura de 1,200-1,500 °C; el calor residual del gas gasificado crudo se reciela por una caldera de calor residual para producir vapor sobrecalentado de presión intermedia, una parte del cual se mezcla con el oxigeno como un agente de gasificación, y el resto se envía a la turbina de vapor; después de la recuperación de calor, la temperatura del gas gasificado se reduce a 220-280 °C; el gas gasificado se purifica mediante un separador de ciclón de dos etapas para la eliminación de polvo y se enfría por una torre de lavado, a fin de reducir la temperatura del gas gasificado de 50-55 °C, reduciendo el contenido de polvo por debajo de 50 mg/m3, y comprendiendo el gas gasificado CO, H2 y N2.

4. El método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el gas de síntesis purificado en el paso 3) se divide en dos corrientes iguales que comprenden un primer gas de alimentación y un segundo gas de alimentación, el cual respectivamente entra a un primer reactor de metanización primario y un segundo reactor de metanización primario; mezclándose el primer gas de alimentación primero con el gas de proceso y luego entra en un lecho catalítico del primer reactor de metanización primaria para una reacción de metanización, una temperatura del mismo se controló de 300-330 °C; una temperatura de salida del gas mezclado es de 600-630 °C; el vapor sobrecalentado de presión intermedia se genera a través de una primera caldera de calor residual y un primer sobrecalentador de vapor; el gas de proceso desde el primer sobrecalentador de vapor se mezcla con el segundo gas de alimentación y, a continuación, entra en el segundo reactor de metanización primaria para la reacción de metanización a 300-330 °C; una temperatura de salida del gas de proceso desde el segundo reactor de metanización primaria es de 600-630 °C; el gas de proceso pasa a través del segundo reactor de metanización primaria pasa a través de una segunda caldera de calor residual y un segundo calentador de vapor para generar vapor supercalentado de presión intermedia; el gas de proceso desde el segundo reactor de metanización primaria se divide en dos corrientes: una corriente representa el 30-40%, y fluye hacia el primer reactor de metanización primaria a través de un compresor de recirculación; otra corriente representa el 60-70%, y entra en el primer reactor de metanización secundaria; el gas de proceso se enfria a 270-290 °C y entra en el primer reactor de metanización secundaria para la reacción de metanización adicional; una temperatura de salida de gas mezclado del primer reactor de metanización secundaria es de 440-460 °C, y una temperatura de entrada de un gas de alimentación del segundo reactor de metanización secundaria es 270-290 °C; y el vapor sobrecalentado de presión intermedio es generado a partir de la reacción de metanización y se transporta a la turbina de vapor.

5. El método según la reivindicación 4, caracterizado porque el vapor sobrecalentado a una presión intermedia que se genera por la primera/segunda caldera de calor residual y el primer/segundo sobrecalentador de vapor en la unidad de metanización primaria es de 4.5-5 MPa.

6. El método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la reacción de metanización en el paso 3) emplea níquel de alta carga como un catalizador, con una temperatura de reacción de 270 a 630 °C, a una presión de 1-3 MPa, y una fórmula de reacción de: CO + 3H2 = CH4 + H2O, = -206 kJ / mol.

7. El método según la reivindicación 4, caracterizado porque después el gas de proceso desde el segundo reactor de metanización primaria se enfría a través de la segunda caldera de calor residual y el segundo calentador de vapor, fluyendo una primera corriente hacia el primer reactor de metanización primaria a través de las cuentas del compresor de recirculación de 60-70%; y una segunda corriente que entra en las primeras cuentas reactor de metanización secundarios para un 30-40%.

8. Un sistema para la cogeneración de vapor-gas sobre la base de gasificación y metanización de biomasa utilizando el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, comprendiendo el sistema: una unidad de gasificación, una unidad de cambio, una unidad de purificación, una unidad de metanización, y una unidad de concentración de metano; una caldera de calor residual se proporciona en una parte superior de un gasificador de la unidad de gasificación; el calor residual del gas gasificado crudo desde el gasificador se reciela por la caldera de calor residual para dar el intermedio de presión de vapor sobrecalentado, que es transportado a una turbina de vapor; un calentador de alta temperatura termostático externo se proporciona en un segmento de salida del gas gasificado del gasificador para mantener una temperatura de gasificación en el gasificador de 1,500-1,800 °C; y una temperatura del gas gasificado crudo se controla desde el gasificador a 1,200-1,500 °C.

9. El sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque la unidad de metanización comprende una unidad de metanización primaria y una unidad de metanización secundaria; la unidad de metanización primario comprende un primer reactor de metanización primario y un segundo reactor de metanización primario conectados en serie; una salida del segundo reactor de metanización primaria está provisto de dos derivaciones: una derivación está conectada a una entrada del primer reactor de metanización primaria, de modo que el gas de proceso en el mismo se mezcla con gas de alimentación fresco, y luego entran en el primer reactor de metanización primaria; la otra derivación está conectado a la unidad de metanización secundaria, que comprende un primer reactor de metanización secundario y un segundo reactor de metanización secundario conectados en serie; y el segundo reactor de metanización secundario está conectado a la unidad de concentración de metano.

10. El sistema según la reivindicación 9, caracterizado porque el calor de reacción de la mezcla de gases a la salida del primer reactor de metanización primaria se reciela por la primera caldera de calor residual y el primer sobrecalentador de vapor, y la de la mezcla de gases a la salida del el segundo reactor de metanización primaria se recicla por la segunda caldera de calor residual y el segundo recalentador de vapor .; y el vapor sobrecalentado de presión intermedia generado de la misma, se transporta a la turbina de vapor. RESUMEN DE LA INVENCION La presente invención proporciona un proceso de cogeneración eficiente de gas-vapor y un sistema basado en la gasificación de la biomasa y de metanización, que comprende una unidad de gasificación de biomasa, una unidad de transformación, una unidad de purificación, una unidad de metanización, y una unidad de concentración de metano. La unidad de gasificación utiliza cama de flujo de aire de fuente de calor a una temperatura constante localmente externa que puede mejorar notablemente de forma efectiva las composiciones de gases de CO y H2 y mejorar la eficiencia de gasificación de biomasa. La unidad de gasificación puede reducir enormemente la cantidad de·alquitrán producido a una temperatura alta, mejorando el promedio de conversión de carbono, y eliminando la inversión en un dispositivo de eliminación de alquitrán. En el proceso de metanización, la eficiencia de conversión de CO alcanza el 100%, y la eficiencia de conversión de ¾ alcanza el 99%. Además, se produce una gran cantidad de sub-producto de vapor sobrecalentado a presión intermedia, y.el consumo de potencia de un compresor de circulación en la reacción de metanización tradicional se reduce. La presente invención tiene las ventajas de que la energía de la biomasa se puede convertir en gas natural limpio conveniente para el uso con un alto valor calorífico, y el gas natural conveniente para el uso, y el alto valor calorífico en la gasificación de la biomasa y la reacción de metanización puede ser eficientemente recielada a través de un modo de producción de vapor sobrecalentado de alta calidad.