BE1021907B1

BE1021907B1 - Werkwijze en systeem voor het verwerken van biomassa

Info

Publication number: BE1021907B1
Application number: BE2014/0437A
Authority: BE
Inventors: Lathouwer Bart De
Original assignee: Biomass Center Bvba
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2016-01-26
Also published as: EP2955217B1; EP2955217A1

Abstract

De huidige uitvinding heeft betrekking op een geïntegreerde werkwijze voor de verwerking van biomassa omvattende het vergisten, drogen en verbranden van de biomassa. Ook voorzien hierin zijn werkwijzen voor de productie van bio-meststof en de productie van (groene) elektriciteit omvattende de werkwijze volgens de uitvinding. De uitvinding voorziet ook in een systeem voor het verwerken van biomassa volgens de werkwijze volgens de uitvinding, alsook bio-meststof verkregen uit de werkwijze volgens de uitvinding.

Description

WERKWIJZE EN SYSTEEM VOOR HET VERWERKEN VAN BIOMASSA TECHNISCH VELD

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en systeem voor het verwerken van biomassa tot bio-meststof en optioneel elektriciteit, in het bijzonder groene elektriciteit.

ACHTERGROND

De verwerking van biomassa tot bio-meststof en/of groene energie of bio-energie is gekend. Gekende technologieën zijn bijvoorbeeld vergisting, compostering, en verbranding van biomassa.

Door vergisting wordt biomassa, inclusief natte biomassa, omgezet in biogas dat verder verbrand kan worden in bijvoorbeeld een gasmotor of gasturbine om (groene) elektriciteit (en warmte) op te wekken. Het materiaal dat overblijft na vergisting (i.e. het digestaat) kan op het land worden uitgereden, of verhandeld worden als meststof na verdere behandeling zoals bijvoorbeeld droging. Het natte digestaat is rijk aan nutriënten. Stikstof (N) dat aanwezig is in de biomassa zal bijvoorbeeld omgezet worden tot ammonium (NH4+) tijdens het vergistingsproces. Een deel van de stikstof zal echter verdwijnen uit het digestaat, en bij droging, door verdamping onder de vorm van ammoniak (NH3). Het nat digestaat is ook niet praktisch transporteerbaar.

Compostering gebeurt door activiteit van bacteriën en schimmels die van nature al op het organisch materiaal (i.e. de biomassa) aanwezig zijn. Zij breken het materiaal af en gebruiken de producten voor hun eigen levensprocessen. Stikstof (N) wordt hierbij omgezet in nitraat (N03), een vorm van minerale stikstof dat gemakkelijk uitloogt.

De thermische energie die vrijkomt bij het verbranden van biomassa kan als dusdanig aangewend worden, bijvoorbeeld voor verwarming, of verder omgezet worden in (groene) elektriciteit met behulp van een Organic Rankine cycle (ORC)-turbine of stoomturbine. De niet-brandbare fractie van de biomassa blijft achter in de verbrandingsinstallatie als as en kan als meststof aangewend worden. Deze meststof is echter arm aan stikstof (N) dat als NOx de verbrandingsinstallatie verlaat met de rookgassen. Ook andere nutriënten kunnen als vliegas de verbrandingsinstallatie verlaten met de rookgassen, tenzij deze nutriënten opgevangen worden met bijvoorbeeld een Stoffilter. Verbranding is energetisch niet gunstig voor de verwerking van natte biomassa, dat eerst gedroogd moet worden alvorens te verbranden.

SAMENVATTING

De werkwijze volgens de uitvinding lost één of meerdere problemen met gekende technologieën voor biomassaverwerking op door deze gekende technologieën op synergistische wijze te integreren.

In het bijzonder voorziet de huidige uitvinding in een werkwijze voor de verwerking van biomassa omvattende een vergisting, een droging, en verbranding van de biomassa, waarbij nutriënten, in het bijzonder stikstof (N), uit de biomassa afgezonderd worden vóór het verbrandingsproces, en na de verbranding aan de as toegevoegd worden, hetgeen resulteert in een bio-meststof met verhoogde nutriëntrecuperatie uit de biomassa.

Bovendien kan de (groene) energieproductie, in het bijzonder de productie van (groene) elektriciteit, verhoogd worden met de werkwijze volgens de uitvinding. Indien de thermische energie die vrijkomt bij de verbranding aangewend wordt voor (groene) elektriciteitsproductie, dan resulteert dit in een hoger rendement ten opzichte van het rechtstreeks verbranden van de biomassa omdat de biomassa gedroogd wordt vóór de verbranding. Op deze manier kan ook natte biomassa efficiënt verbrand worden en daarbij groene elektriciteit genereren. Het rendement kan verder verhoogd worden door het biogas dat gevormd wordt tijdens de vergisting van de biomassa om te zetten in elektriciteit en restwarmte, en deze restwarmte vervolgens samen met de thermische energie uit het verbrandingsproces om te zetten in elektriciteit en restwarmte.

Bijgevolg voorziet de huidige uitvinding in een werkwijze voor het verwerken van biomassa, voor de productie van (groene) energie, in het bijzonder (groene) elektriciteit, en/of voor de productie van bio-meststof omvattende de volgende stappen: a) vergisten van een eerste deel van de biomassa tot biogas en digestaat; b) scheiden van het digestaat verkregen in stap a) in een vloeibare fractie en een vaste fractie; c) afzonderen van nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de vloeibare fractie van het digestaat verkregen in stap b) en toevoegen van genoemde nutriënten aan de as verkregen in stap e); d) drogen van de vaste fractie van het digestaat verkregen in stap b); en e) verbranden van de gedroogde vaste fractie van het digestaat verkregen in stap d) tot as.

In bepaalde uitvoeringsvormen omvat de werkwijze verder de volgende stappen: f) omzetten van het biogas verkregen in stap a) in elektriciteit en restwarmte; g) omzetten van de warmte vrijgekomen bij de verbranding in stap e) en de restwarmte verkregen in stap f) in elektriciteit en restwarmte.

Ook voorzien hierin is een bio-meststof omvattende de as verkrijgbaar door de werkwijze volgens de uitvinding, alsook het gebruik van de as verkrijgbaar door de werkwijze volgens de uitvinding als bio-meststof.

Verder voorzien hierin is een systeem (100) voor de verwerking van biomassa volgens de werkwijze volgens de uitvinding omvattende: - een vergistingseenheid (10); - een scheidingseenheid (12) om digestaat te scheiden in een vaste en een vloeibare fractie; - een eenheid (14) om nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), te afzonderen uit de vloeibare fractie van het digestaat, bij voorkeur een indampingseenheid of een stoomstripper; - een drogingseenheid (20); en - een verbrandingseenheid (30).

In bepaalde uitvoeringsvormen omvat het systeem verder: - een eenheid (40) om biogas om te zetten in elektriciteit en restwarmte; en - een eenheid (50) om de restwarmte verkregen bij de omzetting van biogas in elektriciteit, en thermische energie verkregen bij de verbranding, om te zetten in elektriciteit en restwarmte.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van een systeem (100) en werkwijze volgens de uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

Vooraleer de huidige werkwijzen en systemen volgens de uitvinding beschreven worden, moet men begrijpen dat deze uitvinding niet beperkt is tot bepaalde werkwijzen en systemen die beschreven worden, aangezien dergelijke werkwijzen en systemen natuurlijk kunnen variëren. Het mag ook duidelijk zijn dat de gebruikte terminologie hier niet als beperkend bedoeld is, aangezien de omvang van de huidige uitvinding slechts beperkt zal worden door de betrokken conclusies.

Tenzij anders gedefinieerd, hebben alle technische en wetenschappelijke termen die hierin gebruikt worden, dezelfde betekenis als algemeen begrepen wordt door een deskundige in het vakgebied waartoe deze uitvinding behoort. Hoewel alle werkwijzen en materialen die gelijk of gelijkwaardig zijn aan diegene die hierin beschreven worden in de praktijk of bij het testen van de huidige uitvinding gebruikt kunnen worden, worden de werkwijzen en materialen die de voorkeur krijgen nu beschreven. in deze beschrijving en in de toegevoegde conclusies omvatten de enkelvoudsvormen "een", "het" en "de" meervoudsvormen, tenzij de context duidelijk anders voorschrijft.

De termen "omvattend", "omvat" en "omvatten" zoals hierin gebruikt, zijn synoniem met "inclusief", of "bevattend", "bevat" en "bevatten", en zijn inclusief of open en sluiten toegevoegde, niet-gereciteerde leden, elementen of werkwijzestappen niet uit.

De termen " omvattend", "omvat" en "omvatten", omvatten ook de term "bestaand uit".

De huidige uitvinding verschaft een werkwijze voor de verwerking van biomassa, voor de productie van bio-meststof, en/of voor de productie van (groene) energie, in het bijzonder (groene) elektriciteit, omvattende de volgende stappen: a) vergisten van een eerste deel van de biomassa tot biogas en digestaat; b) scheiden van het digestaat verkregen in stap a) in een vloeibare fractie en een vaste fractie; c) afzonderen van nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de vloeibare fractie van het digestaat verkregen in stap b) en toevoegen van genoemde nutriënten aan de as verkregen in stap e); d) drogen van de vaste fractie van het digestaat verkregen in stap b); en e) verbranden van de gedroogde vaste fractie van het digestaat verkregen in stap d) tot as.

Stikstof (N) dat aanwezig is in de biomassa, in het bijzonder het eerste deel van de biomassa, wordt tijdens de vergisting omgezet in ammonium (NH4+), dat vóór de verbranding gerecupereerd wordt, en vervolgens aan de as verkregen in stap e) toegevoegd wordt. Op deze manier kan meer stikstof gerecupereerd worden uit de biomassa in de bio-meststof ten opzichte van verbranding alleen. Bovendien zal het stikstof in de bio-meststof bestaan uit ammonium sulfaat ((NH4)2S04), dat minder uitloogt dan bijvoorbeeld nitraat (N03 ) gevormd tijdens compostering.

In verdere uitvoeringsvormen, worden nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de dampen die vrijkomen bij het drogen in stap d) afgezonderd en aan de as verkregen in stap e) toegevoegd. Deze nutriëntrecuperatie zal resulteren in een verdere verhoging van het aandeel nutriënten uit de biomassa in de bio-meststof.

In bepaalde uitvoeringsvormen omvat de werkwijze volgens de uitvinding verder de volgende stappen: f) omzetten van het biogas verkregen in stap a) in elektriciteit en restwarmte; g) omzetten van de warmte vrijgekomen bij de verbranding in stap e) en de restwarmte verkregen in stap f) in elektriciteit en restwarmte.

Dergelijke geïntegreerde werkwijze laat toe om synergetisch meer elektriciteit, in het bijzonder groene elektriciteit, te produceren uit de biomassa in vergelijking met de afzonderlijke processen.

De term “biomassa” zoals hierin gebruikt verwijst naar de biologisch afbreekbare fractie van producten, afvalstoffen en residuen van de landbouw (met inbegrip van meststromen), de bosbouw en aanverwante bedrijfstakken, alsook de biologisch afbreekbare fractie van industrieel en huishoudelijk afval.

In een voorkeur uitvoeringsvorm wordt secundaire biomassa verwerkt. Met de term “secundaire biomassa” wordt hierin bedoeld biomassa dat niet voor menselijke consumptie gebruikt kan worden.

De verschillende processtappen worden hieronder in meer detail besproken. Bij voorkeur vinden de verschillende processtappen op één site plaats, maar ook werkwijzen waarin één of meerder processtappen op een andere site plaatsvinden worden hierin voorzien.

Veraistinq of anaërobe digestie

De termen “vergisting”, “fermentatie” en “anaërobe digestie” worden hierin als synoniem gebruikt en verwijzen naar een microbieel proces dat plaatsvindt in afwezigheid van zuurstof (i.e. anaëroob) waarbij biomassa omgezet worden in eenvoudiger producten zoals methaan (CH4), koolstofdioxide (C02), H2 en H20.

Vergisting vindt typisch plaats bij temperaturen begrepen tussen 15 °C en 60 °C, afhankelijk van de micro-organismen die voor de vergisting instaan. De micro-organismen die gebruikt worden bij een vergistingsproces zijn typisch een combinatie van verschillende soorten micro-organismen, zoals thermofiele of mesofiele bacteriën.

Een andere parameter voor het vergistingsproces is de ammoniakconcentratie in de reactor. Bij voorkeur bedraagt de ammoniakconcentratie in de reactor minder dan 5 g/L. Om een optimaal ammoniakconcentratie te bekomen in de reactor, kan de biomassa, in het bijzonder het eerste deel van de biomassa, verdund worden met water, bijvoorbeeld water na condensatie van de waterdamp die vrijkomt bij het indampen van de vloeibare fractie van het digestaat.

De vergisting vindt typisch plaats in een vergistingseenheid of vergistingsinstallatie (10). Deze kan verschillende vormen aannemen zoals een betonnen of metalen tankreactor of een eivormige reactor. Verder kan er een onderscheid gemaakt worden tussen continu gevoede, semi-continu gevoede of batch reactoren. Bij continu gevoede reactoren is menging van vers en oud materiaal in de vergistingseenheid noodzakelijk opdat de micro-organismsen sneller in contact komen met het vers gevoede materiaal. Menging kan bijvoorbeeld gebeuren door roeren, door circulatie van de vloeistof, of door inbrengen van biogas.

Het natte eindproduct van een vergisting wordt “digestaat” genoemd. De samenstelling van het digestaat hangt voornamelijk af van de samenstelling van de biomassa die vergist wordt.

Daarnaast wordt ook biogas gevormd in de vergistingsinstallatie. Onder de term “biogas” wordt hierin begrepen het gasmengsel dat ontstaat na vergisting van de biomassa, in het bijzonder het eerste deel van de biomassa. Het biogas omvat voornamelijk methaan (CH4) en koolstofdioxide (C02), en kan verder een of meerdere bestanddelen omvatten gekozen uit de groep omvattende H20, H2S, en NH3. De exacte samenstelling van het biogas wordt bepaald door de samenstelling van de biomassa die vergist wordt.

In uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt de biomassa, in het bijzonder het eerste deel van de biomassa, voorbehandeld vóór het vergisten. Mogelijke voorbehandelingstechnieken zijn verkleinen, droog scheiden, nat scheiden, pasteuriseren, steriliseren, verzuren enz. Meestal bestaat de voorbehandeling uit een combinatie van twee of meerdere van de opgesomde technieken.

De biomassa die vergist wordt in de werkwijze volgens de uitvinding wordt aangeduid als een eerste deel van de biomassa. Het eerste deel van de biomassa kan zowel nat (i.e. vloeibaar) als droog (i.e. vast) zijn. Bij voorkeur omvat het eerste deel van de biomassa stikstof-rijke biomassa, i.e. biomassa met een stikstofgehalte begrepen tussen 1 % en 20 %, bij voorkeur tussen 2 % en 20 %, nog bij voorkeur tussen 5 % en 20 %, op basis van het totale gewicht van de biomassa. Niet-limiterende voorbeelden van biomassa dat als eerste deel van de biomassa kan aangewend worden in de werkwijze volgens de uitvinding zijn productstromen zoals maïs, glycerine, soapstock, enz.; afvalstromen zoals vet, flotaat, voeding, fijn groen, enz.; en meststromen van bv. kip, varken en rund.

Scheiding van het diaestaat

In een scheidingseenheid (12) worden de vaste en vloeibare fractie van het digestaat van elkaar gescheiden. Voorbeelden van een scheidingseenheid (12) zijn een centrifuge of een vijzelpers. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een centrifuge.

Afhankelijk van de biomassa die vergist wordt en het vergistingsproces zelf zal de ontwaterbaarheid van het digestaat makkelijker of moeilijker verlopen. Vezelrijk materiaal kan de ontwaterbaarheid sterk verhogen. Ook kan gebruik gemaakt worden van chemicaliën zoals polyelectrolieten of polymeren voor een betere ontwatering.

Onder “vaste of dikke fractie van het digestaat” wordt hierin verstaan de fractie van het digestaat na scheiding dat minstens 15% (w/w) droge stof omvat.

Onder “vloeibare of dunne fractie van het digestaat” wordt hierin verstaan de fractie van het digestaat na scheiding dat hoogstens 5% (w/w) droge stof omvat.

Niet alle nutriënten verdelen zich gelijk over beide fracties na scheiding: fosfor gaat voor het grootste deel naar de vaste fractie en stikstof is grotendeels terug te vinden in de vloeibare fractie.

In bepaalde uitvoeringsvormen kan de werkwijze volgens de uitvinding verder een hygiënisatiestap omvatten van het digestaat vóór of na het scheiden.

Omzetting van biogas in elektriciteit en restwarmte

Het biogas kan verder omgezet worden in elektriciteit, warmte, mechanische energie of een combinatie van twee of meerdere hiervan. Daarnaast bestaan ook mogelijkheden om het biogas, optioneel na zuivering tot biomethaan, te valoriseren als aardgas van hernieuwbare oorsprong. Het bio-aardgas kan bijvoorbeeld worden geïnjecteerd op het aardgasnet, of het kan worden gecomprimeerd bij een druk van 200 à 250 bar tot bio-CNG (compressed natural gas) of nog beter benoemd CBG (compressed biogas) alsnog CBM (compressed biomethane). Biomethaan, bij voorkeur gezuiverd biomethaan, kan ook als precursor gebruikt worden voor de productie van biopolymeren.

In een uitvoeringsvorm wordt het biogas omgezet in elektriciteit en restwarmte. Aangezien de elektriciteit afkomstig is van biomassa, kan deze als “groene elektriciteit” aangeduid worden. In bepaalde uitvoeringsvormen, wordt het biogas omgezet in elektriciteit en restwarmte gebruikmakend van een gasturbine. Het biogas wordt verbrand in de verbrandingskamer van een gasturbine. Vervolgens drijft de turbine een generator aan waarbij elektriciteit wordt geproduceerd. Biogas kan ook omgezet worden in elektriciteit en restwarmte gebruikmakend van een gasmoter of fuel cell.

Recuperatie van nutriënten uit de vloeibare fractie van het diaestaat

In de werkwijzen volgens de uitvinding worden nutriënten, in het bijzonder stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K), maximaal gerecupereerd uit de biomassa. Daartoe worden nutriënten afgezonderd uit de vloeibare fractie van het digestaat. Deze kunnen als dusdanig als meststof gebruikt worden, maar worden bij voorkeur gemengd met de as afkomstig van de verbranding in stap e) van de werkwijze volgens de uitvinding.

In bepaalde uitvoeringsvormen, worden nutriënten uit de vloeibare fractie van het digestaat afgezonderd door indamping. De niet-vluchtige nutriënten die aanwezig zijn in de vloeibare fractie worden geconcentreerd door het water te verdampen. Bij voorkeur wordt de restwarmte afkomstig uit stap g) van de werkwijze volgens de uitvinding gebruikt voor dit indampingsproces.

Voor het afzonderen van stikstof (N) uit de vloeibare fractie door indamping, kan vóór het indampen een sterk zure oplossing, in het bijzonder een zwavelzuuroplossing, aan de vloeibare fractie toegevoegd worden. Stikstof (N) wordt namelijk omgezet naar het vluchtige ammoniak (NH3) in het vergistingsproces, dat verdwijnt in de dampfase bij het indampen van de vloeibare fractie. Door toevoeging van de zwavelzuuroplossing (H2S04) wordt ammoniumsulfaat (NH4S04) gevormd dat samen met de andere niet-vluchtige nutriënten achterblijft bij het indampen. Als alternatief kan het zwavelzuur (H2S04) na het indampen aan de dampfase toegevoegd worden (i.e. zure gas- of luchtwassing) om ammoniumsulfaat (NH4S04) te produceren.

Een alternatieve technologie voor het afzonderen van nutriënten uit de vloeibare fractie van het digestaat is stoomstripping, waarbij stoom doorheen de vloeibare fractie geblazen wordt zodat vluchtige nutriënten (bijvoorbeeld ammoniak (NH3)) in de gasfase terechtkomen. Na zuivering van de gasfase, bijvoorbeeld gebruikmakend van een zure gas- of luchtwasser met zwavelzuur (H2S04), kan zo stikstof (N) onder de vorm van ammoniumsulfaat (NH4S04) afgezonderd worden uit de vloeibare fractie van het digestaat.

Ook voorzien hierin zijn werkwijzen waarin de nutriënten afgezonderd worden uit het digestaat vóór de scheiding in de vaste en de vloeibare fractie. Daartoe kunnen dezelfde technologieën, mits de nodige aanpassingen, gebruikt worden zoals hierboven beschreven.

Droging

De vaste fractie van het digestaat wordt in de werkwijzen volgens de uitvinding gedroogd.

In een uitvoeringsvorm wordt de restwarmte afkomstig uit stap g) van de werkwijze volgens de uitvinding gebruikt voor het droogproces.

In andere uitvoeringsvormen wordt biothermisch gedroogd. Onder “biothermisch drogen” wordt hierin begrepen dat de warmte voor het droogproces biologische warmte is, namelijk warmte afkomstig van micro-organismen die de biomassa afbreken in aanwezigheid van zuurstof.

In een uitvoeringsvorm dat de voorkeur krijgt wordt gedurende maximaal 10 dagen biothermisch gedroogd. In een uitvoeringsvorm dat nog meer de voorkeur krijgt wordt gedurende maximaal 8 dagen biothermisch gedroogd. In een uitvoeringsvorm dat het meest de voorkeur krijgt wordt gedurende maximaal 7 dagen (i.e. maximaal 1 week) biothermisch gedroogd.

Micro-organismen zijn van nature aanwezig in biomassa. Het digestaat echter omvat voornamelijk anaërobe micro-organismen uit het vergistingsproces. Deze anaërobe micro-organismen zullen niet groeien onder de aërobe omstandigheden bij het drogen. Daarom zal een tweede deel van de biomassa gemengd moeten worden met de vaste fractie van het digestaat vooraleer het geheel biothermisch te kunnen drogen. Dit tweede deel van de biomassa omvat bij voorkeur biomassa met een droge stofgehalte begrepen tussen 25 % en 100 %, zoals tussen 25 % en 50 %, op basis van het totale gewicht van de biomassa. Bij voorkeur is dit tweede deel van de biomassa stikstof-arm, i.e. biomassa met een stikstofgehalte dat minder dan 2% bedraagt, bij voorkeur minder dan 1 %, zoals ongeveer 0.5 %, op basis van het totaal gewicht van de biomassa. Nog bij voorkeur is de stikstof (N) aanwezig in het tweede deel van de biomassa onder de vorm van ammoniakale verbindingen. Niet-limiterende voorbeelden van biomassa dat als tweede deel van de biomassa gebruikt kan worden zijn afvalstromen zoals snoei, houtafval, grof groen, champost, enz. en meststromen afkomstig van bijvoorbeeld kip, varken, en rund.

In uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt het tweede deel van de biomassa voorbehandeld, bijvoorbeeld verkleind of gebroken, vóór het mengen met de vaste fractie van het digestaat.

In nog andere uitvoeringsvormen wordt biothermisch gedroogd en gebruikgemaakt van de de restwarmte afkomstig uit stap g) van de werkwijze volgens de uitvinding. Ook in deze uitvoeringsvorm zal de vaste fractie van het digestaat eerst gemengd moeten worden met een tweede deel van de biomassa vóór het drogen.

Het droogproces vindt typisch plaats in een drogingseenheid of drooginstallatie (20). Elk type drogingseenheid kan gebruikt worden, zoals een tunneldroger, een wervelbeddroger, een trommeldroger, etc. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een tunneldroger, waarmee zowel biothermisch gedroogd kan worden als met (restwarmte.

Recuperatie van vluchtige nutriënten uit het drooqproces

Bij het drogen van de vaste fractie van het digestaat, optioneel gemengd met een tweede deel van de biomassa, zullen vluchtige nutriënten, in het bijzonder stikstof (N) onder de vorm van ammoniak (NH3), verdwijnen met de dampen.

In bepaalde uitvoeringsvormen worden nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de dampen die vrijkomen bij het drogen in stap d) afgezonderd. Bij voorkeur worden deze nutriënten dan aan de as verkregen in stap e) van de werkwijze volgens de uitvinding toegevoegd.

Het afzonderen van nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de dampen die vrijkomen bij het droogproces kan gebeuren via gaswassing, waarbij de dampen doorheen een gaswasser (24) met een vloeistof (i.e. het waswater) gestuurd worden. Voor het afzonderen van ammoniak (NH3) uit de dampen wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een zure gaswasser omvattende een zwavelzuuroplossing, dewelke het ammoniak (NH3) via een chemische reactie tot ammoniumsulfaat (NH4S04) uit de dampen afzondert.

De nutriënten kunnen vervolgens uit het waswater afgezonderd worden met de technologieën zoals hierboven beschreven voor het afzonderen van nutriënten uit de vloeibare fractie van het digestaat.

Het waswater kan ook gemengd worden met de vloeibare fractie van het digestaat verkregen in stap b) van de werkwijze volgens de uitvinding, waaruit de nutriënten afgezonderd kunnen worden zoals hierboven beschreven.

Verbranding

In stap e) van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de gedroogde vaste fractie van het digestaat, en optioneel het gedroogde tweede deel van de biomassa, verbrand tot as, rookgassen omvattende C02 en H20, en thermische energie, in een verbrandingseenheid (30).

In bepaalde uitvoeringsvormen wordt de gedroogde vaste fractie van het digestaat, optioneel gemengd met het gedroogde tweede deel van de biomassa, gescheiden volgens grootte in een scheidingseenheid (22), bijvoorbeeld een zeef. De grove fractie (i.e. fractie met een (korrel) g rootte van minstens 50 mm, bij voorkeur een (korrel)grootte begrepen tussen 50 mm en 100 mm) kan dan gemengd worden met de vaste fractie van het digestaat en optioneel een tweede deel van de biomassa om verder te drogen. De fijne fractie (i.e. fractie met een (korrel)grootte van maximaal 50, bij voorkeur een (korrel)grootte begrepen tussen 20 mm en 50 mm) kan verbrand worden.

De assen omvatten de niet-brandbare fractie van de gedroogde vaste fractie van het digestaat, optioneel gemengd met het gedroogde tweede deel van de biomassa, en kan als meststof gebruikt worden. Aangezien de assen volledig afkomstig zijn van biomassa, kan de meststof als “bio-meststof” aangeduid worden.

Typisch omvat de as bodemas, dat in de verbrandingseenheid (30) achterblijft, en vliegas, dat verdwijnt samen met de rookgassen. In bepaalde uitvoeringsvormen wordt de vliegas opgevangen en aan de bodemas toegevoegd. Hierdoor kan de nutriëntrecuperatie uit de biomassa verder verhoogd worden. Het opvangen van de vliegas kan gebeuren met een Stoffilter (32).

Wanneer bovendien de nutriënten, in het bijzonder stikstof (N), die uit de vloeibare fractie van het digestaat en/of uit de dampen die vrijkomen bij het drogen afgezonderd werden, aan de as, in het bijzonder de bodemas, toegevoegd worden, wordt een bio-meststof verkregen met verhoogde nutriëntrecuperatie. In bepaalde uitvoeringsvormen wordt minstens 80%, zoals minstens 85%, bij voorkeur minstens 90%, zoals minstens 91%, 92%, 93%, 94%, of 95%, van de nutriënten uit de biomassa gerecupereerd in de bio-meststof.

In bepaalde uitvoeringsvormen worden de rookgassen gezuiverd, bijvoorbeeld door gaswassing. Op deze manier wordt de uitstoot van schadelijke stoffen in het milieu beperkt.

In bepaalde uitvoeringsvormen kan de gedroogde vaste fractie van het digestaat, optioneel gemengd met het gedroogde tweede deel van de biomassa, gemengd worden met een derde deel van de biomassa, vóór het verbranden. Dit derde deel van de biomassa is bij voorkeur brandbare biomassa. Niet-limiterende voorbeelden van brandbare biomassa zijn productstromen zoals stro, houtstof, enz. en afvalstromen zoals bv. hout en zeefoverloop.

Omzetting van de thermische energie in elektriciteit en restwarmte

De thermische energie die vrijkomt bij het verbrandingsproces in stap e) van de werkwijze volgens de uitvinding kan als dusdanig gebruikt worden, bijvoorbeeld voor de warmte-vereisende processen van de werkwijze volgens de uitvinding, zoals het droogproces en het indampen van de vloeibare fractie van het digestaat.

In bepaalde uitvoeringsvormen wordt de thermische energie omgezet in elektriciteit en restwarmte. Voor deze omzetting wordt meestal een zogenaamde Rankinecyclus gebruikt. In deze cyclus wordt water verwarmd tot stoom. De stoom expandeert vervolgens over een stoomturbine waarbij arbeid aan de turbine geleverd wordt. De turbine drijft vervolgens de elektriciteitsgenerator aan. Wanneer de stoom in de Rankinecyclus vervangen wordt door een organisch fluïdum zoals pentaan, hexaan, tolueen, ammoniak, enz. spreekt men over de Organische Rankine Cyclus (ORC). Het voordeel van deze media is dat ze bij lagere temperatuur verdampen dan stoom. Dus in bepaalde uitvoeringsvormen wordt de thermische energie omgezet in elektriciteit en restwarmte gebruikmakend van een stoomturbine of een ORC-turbine, bij voorkeur een ORC-turbine.

Aangezien de biomassa gedroogd werd vóór het verbrandingsproces, is het rendement van de (groene) elektriciteitsproductie uit de biomassa hoger dan wanneer de biomassa rechtstreeks (i.e. zonder eerst te drogen) verbrand zou worden.

In voorkeursuitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de restwarmte verkregen in stap f) samen met de thermische energie vrijgekomen bij de verbranding in stap e) omgezet in elektriciteit en restwarmte. Op deze manier kan het rendement van de elektriciteitsproductie uit de biomassa verder verhoogd worden.

Omzetting van CO? in biomassa

In bepaalde uitvoeringsvormen wordt de CO2 die vrijkomt bij de verbranding in stap e) en optioneel de verbranding van biogas voor de omzetting in elektriciteit en restwarmte in stap f), omgezet in biomassa. Algen en bacteriën reproduceren zich razendsnel en gebruiken hiervoor enkel zonlicht, C02 en voedingsstoffen. De aldus verkregen algenbiomassa en/of bacteriële biomassa kan als biobrandstof gebruikt worden, of als nutrical (bijvoorbeeld Dunaliella salina omwille van het hoog beta-caroteengehalte), of voor nog andere toepassingen.

Verder voorziet de huidige uitvinding in het gebruik van de as, in het bijzonder de bodemas, verkregen volgens de hierin beschreven werkwijze als bio-meststof.

Ook voorzien hierin is bio-meststof omvattende de as, in het bijzonder de bodemas, verkregen volgens de hierin beschreven werkwijze.

Nog een aspect van de huidige uitvinding is een systeem (100) voor de verwerking van biomassa, voor de productie van bio-meststof, en/of voor de productie van (groene) energie, in het bijzonder (groene) elektriciteit, omvattende: - een vergistingseenheid (10); - een scheidingseenheid (12) om digestaat te scheiden in een vaste en een vloeibare fractie; - een eenheid (14) om nutriënen, bij voorkeur stikstof (N), te afzonderen uit de vloeibare fractie van het digestaat, bij voorkeur een indampingseenheid of een stoomstripper; - een drogingseenheid (20); en - een verbrandingseenheid (30).

In bepaalde uitvoeringsvormen omvat het systeem verder: - een eenheid (40) om biogas om te zetten in elektriciteit en restwarmte; en - een eenheid (50) om de restwarmte verkregen bij de omzetting van biogas in elektriciteit, en thermische energie verkregen bij de verbranding, om te zetten in elektriciteit en restwarmte. VOORBEELDEN Voorbeeld 1

Aan de hand van Figuur 1 wordt een uitvoeringsvorm van de uitvinding besproken. Een eerste deel van de biomassa (101) wordt gemengd met water (113) afkomstig van de indampingseenheid (14) in een mengeenheid (6). Het mengsel wordt vergist in een vergistingseenheid (10) tot biogas (103) en digestaat (105). Het natte digestaat (105) wordt gescheiden in een scheidingseenheid (12) in een vloeibare (107) en een vaste (109) fractie. De vloeibare fractie (107) wordt ingedampt in een indampingseenheid (14), waarbij nutriënten (115) zoals stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K), uit de vloeibare fractie afgezonderd worden. Deze nutriënten worden aan de bodemas (132) afkomstig van de verbranding toegevoegd. Voor het afzonderen van stikstof (N) uit de vloeibare fractie (107) van het digestaat, wordt een zwavelzuuroplossing (111) aan de vloeibare fractie (107) van het digestaat toegevoegd vóór het indampen.

De vaste fractie (109) van het digestaat wordt in een mengeenheid (16) gemengd met onder andere een tweede deel van de biomassa (120). Dit tweede deel van de biomassa (120) wordt gebroken in een brekingseenheid (17) alvorens te mengen met de vaste fractie (109) van het digestaat. Het mengsel wordt gedroogd in een tunneldroger (20). Het gedroogde mengsel (126) wordt in een scheidingseenheid (22) gescheiden in een grove (128) en een fijne (130) fractie. De grove fractie (128) wordt in de mengeenheid (16) gemengd met de vaste fractie (109) van het digestaat, en een tweede deel van de biomassa (120) en wordt verder gedroogd. De dampen (122) die vrijkomen bij het drogen worden doorheen een gaswasser (24) gestuurd. Het waswater (124) wordt toegevoegd aan de vloeibare fractie (107) van het digestaat, om aldus via indamping nutriënten (115) uit de dampen (122) die vrijkomen bij het drogen af te zonderen.

De fijne fractie (130) van het gedroogde mengsel wordt in een verbrandingsoven (30) verbrand tot bodemas (132) en vliegas (134), die nutriënten zoals fosfor (P), kalium (K), calcium (Ca) en magnesium (Mg) omvatten. Daarbij komt thermische energie (144) vrij en rookgassen (136). De vliegas (134) die de verbrandingsoven (30) verlaat met de rookgassen (136), wordt via een Stoffilter (32) opgevangen en aan de bodemas (132) dat in de verbrandingsoven (30) achterblijft, toegevoegd. Deze bodemas (132), waaraan de vliegas (134), de nutriënten (115) afkomstig uit de vloeibare fractie (107) van het digestaat, en de nutriënten (115) afkomstig uit de dampen (122) vrijgesteld bij het drogen, toegevoegd worden, wordt gebruikt als bio-meststof (142). De C02 (138) die vrijgesteld wordt bij het verbrandingsproces, en via de rookgassen (136) de verbrandingsoven (30) verlaat, wordt door micro-organismen (38) omgezet in biomassa (140). De rookgassen (136) worden via een gaswasser (34) gestuurd vooraleer het systeem (100) te verlaten.

Het biogas (103) dat geproduceerd wordt tijdens de vergisting, wordt naar een gasturbine (40) geleid voor de productie van elektriciteit (150) en restwarmte (152). De restwarmte (152) wordt samen met de thermische energie (144) uit het verbrandingsproces omgezet in elektriciteit (148) en restwarmte (146) gebruikmakend van een stoomturbine (50). De restwarmte (146) wordt aangewend in de indampingseenheid (14) en de tunneldroger (20).

Een voorbeeld massabalans (ton/jaar) voor de verschillende processen van de hierboven beschreven werkwijze is weergegeven in tabel 1. Volgens dit voorbeeld wordt jaarlijks 130,000 ton biomassa omgezet in bio-meststof omvattende 93% van de nutriënten van de biomassa, in het bijzonder, N, P, K, Ca en Mg, en 80 000 MWh groene elektriciteit.

Claims

CONCLUSIES

1. Werkwijze voor het verwerken van biomassa omvattende de volgende stappen: a) vergisten van een eerste deel van de biomassa tot biogas en digestaat; b) scheiden van het digestaat verkregen in stap a) in een vloeibare fractie en een vaste fractie; c) afzonderen van nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de vloeibare fractie van het digestaat verkregen in stap b) en toevoegen van genoemde nutriënten aan de as verkregen in stap e); d) drogen van de vaste fractie van het digestaat verkregen in stap b); en e) verbranden van de gedroogde vaste fractie van het digestaat verkregen in stap d) tot as.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, verder omvattende de volgende stappen: f) omzetten van het biogas verkregen in stap a) in elektriciteit en restwarmte; g) omzetten van de warmte vrijgekomen bij de verbranding in stap e) en de restwarmte verkregen in stap f) in elektriciteit en restwarmte.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), uit de dampen die vrijkomen bij het drogen in stap d) afgezonderd worden en aan de as verkregen in stap e) toegevoegd worden.
4. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 3, waarbij de nutriënten uit de vloeibare fractie van het digestaat afgezonderd worden door indamping, bij voorkeur indamping gebruikmakend van de restwarmte verkregen in stap g).
5. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de nutriënten uit de dampen die vrijkomen bij het drogen in stap d) afgezonderd worden door gaswassing van genoemde dampen met waswater, bij voorkeur een zwavelzuuroplossing, en menging van het waswater met de vloeibare fractie van het digestaat verkregen in stap b).
6. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 5, waarbij in stap d) een tweede deel van de biomassa gemengd wordt met het digestaat vóór het drogen, en waarbij het drogen biothermisch gebeurt.
7. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 6, waarbij het drogen in stap d) gebeurt gebruikmakend van de restwarmte verkregen in stap g).
8. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 7, waarbij de vliegas opgevangen wordt en aan de bodemas toegevoegd wordt.
9. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 8, verder omvattende de stap h) omzetten van de C02 vrijgekomen bij de verbranding in stap e) in biomassa, bij voorkeur algenbiomassa en/of bacteriële biomassa.
10. Werkwijze voor de productie van elektriciteit omvattende de werkwijze volgens een der conclusies 2 tot 9.
11. Werkwijze voor de productie van bio-meststof omvattende de werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 9, waarbij de as verkregen in stap e), de bio-meststof is.
12. Gebruik van de as verkrijgbaar door de werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 9 als bio-meststof.
13. Bio-meststof omvattende de as verkrijgbaar door de werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 9.
14. Systeem (100) voor de verwerking van biomassa volgens de werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 9 omvattende: - een vergistingseenheid (10); - een scheidingseenheid (12) om digestaat te scheiden in een vaste en een vloeibare fractie; - een eenheid (14) om nutriënten, bij voorkeur stikstof (N), te afzonderen uit de vloeibare fractie van het digestaat, bij voorkeur een indampingseenheid of een stoomstripper; - een drogingseenheid (20); en - een verbrandingseenheid (30).
15. Systeem volgens conclusie 14, verder omvattende: - een eenheid (40) om biogas om te zetten in elektriciteit en restwarmte; en - een eenheid (50) om de restwarmte verkregen bij de omzetting van biogas in elektriciteit, en thermische energie verkregen bij de verbranding, om te zetten in elektriciteit en restwarmte.