BE1025408B1

BE1025408B1 - Vergasser en proces voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal

Info

Publication number: BE1025408B1
Application number: BE2018/5108A
Authority: BE
Inventors: Lathauwer Bart De
Original assignee: B.A.T. Services Bvba
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2019-02-18
Also published as: ES2768350T3; BE1025408A1; PL3366753T3; EP3366753A1; EP3366753B1

Abstract

Onderhavige uitvinding verschaft een methanisatiesysteem voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan en een proces voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan met gebruik van een dergelijk methanisatiesysteem.

Description

VERGASSER EN PROCES VOOR HET VERGASSEN VAN KOOLSTOFHOUDEND MATERIAAL

GEBIED VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een methanisatiesysteem dat geschikt is voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan en een proces voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan. Verder worden hierin geopenbaard een vergasser voor vergassing van koolstofhoudend materiaal voor de productie van syngas, een elektriciteit opwekkend systeem dat de vergasser omvat en een proces voor de vergassing van koolstofhoudend materiaal.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Vergassing van organisch materiaal is één van de meest effectieve manieren om energie uit biomassa en/of afvalmateriaal terug te winnen. Het vergassen van een hoeveelheid biomassa om een syngas dat een gasturbine kan voeden te produceren is bijvoorbeeld energie-efficiënter dan het verbranden van dezelfde hoeveelheid biomassa om stoom die een turbine aandrijft te genereren.

Vergassing is de thermochemische omzetting van koolstofhoudend materiaal in een gasvormig product (dat wil zeggen synthesegas of syngas). Reacties vinden plaats bij verhoogde temperaturen (500-1400 °C) en een reeks drukken (van atmosferisch tot 33 bar). Het gebruikte vergassingsmedium kan lucht, zuivere zuurstof, stoom of een mengsel daarvan zijn. De belangrijkste syngasbestanddelen zijn H₂ en CO, met lagere concentraties van CO₂, H₂O, CH_4j hogere koolwaterstoffen en N₂. Verschillende soorten vergassers zijn momenteel beschikbaar voor vergassingsprocessen zoals vastebedvergassers, wervelbedreactoren en plasmavergassers.

Wervelbedvergassers omvatten een reactorbed dat gefluïdiseerd wordt door de inlaat van gassen zoals stoom en oxidatiemiddel. Grondstofdeeltjes worden gesuspendeerd in het bedmateriaal. Deze vergassers maken gebruik van terugmenging en mengen efficiënt binnenkomende toevoerdeeltjes met deeltjes die reeds vergassing ondergaan. Door de grondige menging in de vergasser wordt een constante temperatuur in het reactorbed aangehouden. Om fluïdisatie in stand te houden, wordt normaliter een grondstofmateriaal met kleine deeltjesgrootte (minder dan 6 mm) gebruikt.

Plasmatoortsen zijn in de techniek bekend als een bron van thermische energie in vergassingsprocessen. Vooral electro-boogtoortsen worden gebruikt, maar deze hebben een

BE2018/5108 korte levensduur. Dit leidt tot hoge onderhoudskosten en aanzienlijke tijdsperioden dat de installatie niet werkt.

Er bestaan vergassingseenheden met plasmatoortsen. WO 2014/126895 beschrijft bijvoorbeeld een vergasser waarbij plasmatoortsen rond een katalytisch bed aangebracht zijn, die direct thermische energie in het katalytische bed overbrengen. Eén van de belangrijkste nadelen van dit soort vergassers is dat de levensduur van de katalysator bijzonder kort is omdat de katalysatordeeltjes door de plasmatoortsen tot extreme temperaturen verwarmd worden.

SAMENVATNG VAN DE UITVINDING

De uitvinding beoogt ten minste enkele van de bovengenoemde problemen te overwinnen. Het is een doel van de uitvinding om een vergasser te verschaffen, in het bijzonder een vergasser als component van een methanisatiesysteem, en een vergassingsproces, in het bijzonder een vergassingsproces als stap van een werkwijze voor de omzetting van een koolstofhoudend materiaal naar methaan, dat zeer efficiënt is. Een ander doel van de uitvinding is om een schoner syngas te verschaffen, in hoofdzaak vrij van teer. De uitvinding heeft ook tot doel een syngas te verschaffen waarin de hoeveelheid H₂ en CO gereguleerd kan worden, bij voorkeur dichtbij een 3/1 verhouding. Een ander doel van de uitvinding is om een duurzame vergasser en een duurzaam proces, bij voorkeur met weinig onderhoud, te verschaffen.

In een ander aspect van de uitvinding is het een doel om een methanisatiesysteem te verschaffen dat zeer efficiënt is in het omzetten van koolstofhoudend materiaal naar methaan of aardgassubstituut. Het is een verder doel van de uitvinding om warmte te hergebruiken die vrijkomt tijdens deze omzetting. In een aspect heeft de uitvinding betrekking op een methanisatiesysteem (36) voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan, omvattende:

een vergasser (1) voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal naar syngas, waarbij de vergasser ten minste gedeeltelijk met stoom gevoed wordt en het volgende omvat:

- een inwendig volume (4) omvattende een bovenste gedeelte (5), een middengedeelte (6) en een onderste gedeelte (7), en eventueel een eerste verbindingsgedeelte (10) dat het bovenste gedeelte (5) en het middengedeelte (6) verbindt en/of een tweede verbindingsgedeelte (11) dat het middengedeelte (6) en het onderste gedeelte (7) verbindt, waarbij het bovenste gedeelte (5), middengedeelte (6) en onderste gedeelte (7) langs de lengterichting van de vergasser (1) aangebracht zijn, waarbij het bovenste gedeelte (5) bovenop het

BE2018/5108 middengedeelte (6) geplaatst is dat bovenop het onderste gedeelte (7) geplaatst is;

- één of meer inlaten (2) voor koolstofhoudend materiaal die geconfigureerd zijn om een toevoer van koolstofhoudend materiaal te ontvangen en die in fluïdumverbinding met het inwendige volume (4) staan;

- een bedmateriaal (9) in het middengedeelte (6) en/of het onderste gedeelte (7) en verbonden met ten minste één gasinlaat (12) om het bedmateriaal te fluid iseren;

- een gasuitlaat (16), die in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte (5) van het inwendige volume (4) staat; en

- ten minste één plasmasysteem (8) dat in het bovenste gedeelte (5) geconfigureerd is zodat gas dat de vergasser (1) via de gasuitlaat (16) verlaat door een zone gaat die door het ten minste ene plasmasysteem (8) verwarmd wordt;

een eerste koeleenheid (18, 29), omvattende een heetgasinlaat (19) en een koudgasuitlaat (20), waarbij de heetgasinlaat (19) in fluïdumverbinding met de gasuitlaat (16) van de vergasser (1) staat;

een methanisatie-eenheid (21), die geschikt is om ruw methaan uit syngas te produceren, omvattende een syngasinlaat (22) en een ruwmethaanuitlaat (23), waarbij de syngasinlaat (22) in fluïdumverbinding met de koudgasuitlaat (20) van de eerste koeleenheid (18) staat;

een tweede koeleenheid (24, 28), omvattende een heetmethaaninlaat (25) en een koudmethaanuitlaat (26), waarbij de heetmethaaninlaat (25) in fluïdumverbinding met de ruwmethaanuitlaat (23) van de methanisatie-eenheid (21) staat;

waarbij de eerste koeleenheid en de tweede koeleenheid onafhankelijk een economisator, een verdamper en/of een superverhitter voor stoomproductie voor de vergasser omvatten.

De vergasser en het vergassingsproces die/dat hierin beschreven worden produceren op een zeer efficiënte wijze hoge opbrengsten van een relatief schoon syngas, omdat ruw syngas dat in het wervelbed en/of via plasmavergassing van het koolstofhoudende materiaal geproduceerd wordt door een door het ten minste ene plasmasysteem verwarmde zone moet gaan voordat het de vergasser verlaat, waar teerbestanddelen aan thermisch kraken onderworpen worden en resterend koolstofhoudend materiaal verder vergast wordt. Dit resulteert in hogere omzettingsopbrengsten van het koolstofhoudende materiaal in syngas en schoner syngas door vernietiging van teerbestanddelen en verwijdering van stofdeeltjes.

Het ontwerp van het methanisatiesysteem volgens de uitvinding is zodanig dat de warmte, die vrijkomt bij afkoeling van het syngas vóór de methanisatiereactie en/of bij afkoeling van

BE2018/5108 het ruwe methaan om water te condenseren en af te scheiden, efficiënt opnieuw gebruikt wordt voor het genereren van stoom dat nodig is voor de vergasser.

De onderhavige uitvinding zal nu verder worden beschreven. In de volgende passages worden verschillende aspecten van de uitvinding in meer detail gedefinieerd. Elk aspect dat zo wordt gedefinieerd kan gecombineerd worden met elk ander aspect of andere aspecten, tenzij het tegendeel duidelijk aangegeven wordt. In het bijzonder kan elk kenmerk waarvan aangegeven wordt dat dit de voorkeur heeft of voordelig is gecombineerd worden met elk ander kenmerk of kenmerken waarvan aangegeven wordt dat deze de voorkeur hebben of voordelig zijn.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

Figuur 1 toont een schematisch aanzicht van een vergasser zoals hierin beschreven.

Figuur 2 toont een schematisch aanzicht van een alternatieve vergasser zoals hierin beschreven.

Figuur 3 toont een schematisch aanzicht van een methanisatiesysteem volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

UITGEBREIDE BESCHRIJVING VANDE UITVINDING

Voordat de onderhavige in de uitvinding gebruikte werkwijze beschreven wordt, dient het begrepen te worden dat deze uitvinding niet beperkt is tot specifiek beschreven vergassers, methanisatiesystemen, elektriciteit opwekkende systemen en processen, aangezien dergelijke vergassers, methanisatiesystemen, elektriciteit opwekkende systemen en processen uiteraard kunnen variëren. Het dient ook begrepen te worden dat de hierin gebruikte terminologie niet beperkend bedoeld is, aangezien de reikwijdte van de onderhavige uitvinding alleen door de bijgevoegde conclusies zal worden beperkt.

Bij het beschrijven van de vergassers, methanisatiesystemen, elektriciteit opwekkende systemen en processen van de uitvinding, moeten de gebruikte termen worden geconstrueerd in overeenstemming met de volgende definities, tenzij een context anders voorschrijft.

Zoals hierin gebruikt, omvatten de enkelvoudsvormen een en de zowel enkelvoudige als meervoudige referenties, tenzij de context duidelijk anders voorschrijft. Bij wijze van voorbeeld betekent een vergasser één vergasser of meer dan één vergasser.

De termen omvattende en omvat zoals hierin gebruikt zijn synoniem met inclusief, bevattende of bevat, en zijn inclusief of niet-uitsluitend en sluiten geen extra, niet5

BE2018/5108 opgenomen leden, elementen of werkwijzestappen uit. De termen omvattende en omvat omvatten ook de term bestaande uit.

Het noemen van numerieke bereiken door eindpunten omvat alle gehele getallen en, waar van toepassing, fracties die binnen dit bereik vallen (bijvoorbeeld 1 tot 5 kan 1, 2, 3, 4 omvatten wanneer verwezen wordt naar bijvoorbeeld een aantal elementen, en kan ook 1,5, 2, 2,75 en 3,80 omvatten wanneer verwezen wordt naar bijvoorbeeld metingen). Het noemen van eindpunten omvat ook de eindpuntwaarden zelf (bijvoorbeeld van 1 ,.0 tot 5,0 omvat zowel 1,0 als 5,0). Elk numeriek bereik dat hierin wordt genoemd is bedoeld om alle subbereiken te omvatten die daarin zijn opgenomen.

Verwijzing door deze specificatie heen naar één uitvoeringsvorm of een uitvoeringsvorm betekent dat een in samenhang met de uitvoeringsvorm beschreven specifiek kenmerk, specifieke structuur of eigenschap omvat is in ten minste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Aldus verwijzen de verschijningen van de frases in één uitvoeringsvorm of in een uitvoeringsvorm op verschillende plaatsen door deze specificatie heen niet noodzakelijkerwijs allemaal naar dezelfde uitvoeringsvorm, maar kunnen dat wel doen. Verder kunnen de specifieke kenmerken, structuren of eigenschappen op elke geschikte manier worden gecombineerd, zoals duidelijk zal zijn voor een deskundige in dit vakgebied, in één of meer uitvoeringsvormen. Hoewel verder sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen enige maar niet andere kenmerken die in andere uitvoeringsvormen opgenomen zijn omvatten, worden combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen geacht binnen de reikwijdte van de uitvinding te liggen, en vormen ze verschillende uitvoeringsvormen, zoals door deskundigen op dit gebied zou worden begrepen. Bijvoorbeeld kan in de volgende conclusies en verklaringen elk van de uitvoeringsvormen in elke combinatie gebruikt worden.

Tenzij anderszins gedefinieerd hebben alle uitdrukkingen die gebruikt worden bij het openbaren van de uitvinding, inclusief technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals algemeen door een deskundige op het gebied waartoe deze uitvinding behoort wordt begrepen. Door middel van verdere leidraad zijn definities voor de in de beschrijving gebruikte termen opgenomen om de leer van de onderhavige uitvinding beter te waarderen.

De term vergasser verwijst naar een systeem dat een koolstofhoudend materiaal in een gas kan veranderen, in het bijzonder een syngas. Het systeem kan in één eenheid worden gehuisvest of kan een reeks subeenheden zijn die met buizen en leidingen met elkaar verbonden zijn.

BE2018/5108 De term koolstofhoudend materiaal verwijst naar een materiaal dat rijk is aan koolstof. Het koolstofhoudende materiaal kan elke vorm hebben, zoals vloeibare en/of vaste vorm. Bij voorkeur wordt het koolstofhoudende materiaal dat in de uitvinding gebruikt wordt gekozen uit de lijst omvattende afval, biomassa zoals dierlijk afval en plantaardige materialen, olie, geraffineerde olie, ruwe olie, steenkool of cokes. Met meer voorkeur is het koolstofhoudende materiaal afval of biomassa, met de meeste voorkeur biomassa.

De term bedmateriaal verwijst naar een mengsel van deeltjes dat een reactiebed vormt.

De term doorsnede kan verwijzen naar de kruising tussen het inwendige volume en een vlak loodrecht op de lengterichting van de vergasser.

In de context van de onderhavige uitvinding verwijst de term ruw syngas naar het syngas dat geproduceerd wordt door vergassing van een koolstofhoudend materiaal in een wervelbed en/of door plasmavergassing van een koolstofhoudend materiaal. Typisch wordt het koolstofhoudende materiaal in deze reacties niet volledig vergast, waarbij resterend koolstofhoudend materiaal in het ruwe syngas achterblijft. Het ruwe syngas kan verder verontreinigingen omvatten, zoals teerbestanddelen, maar ook anorganisch materiaal, bedmateriaal en/of katalysator.

Met zuiveren of reinigen van ruw syngas wordt hierin het verder omzetten van resterend koolstofhoudend materiaal in syngas, de vernietiging van teerbestanddelen en/of de verwijdering van deeltjesvormig materiaal of stof bedoeld.

De term teer verwijst naar elke component anders dan syngas die tijdens vergassing uit het koolstofhoudende materiaal vrijkomt. Teer kan lichte organische verbindingen omvatten zoals methyleen en ethyleen maar ook aromatische verbindingen zoals benzeen, xyleen en antraceen.

De term koolresidu verwijst naar het deel van de toevoer van koolstofhoudend materiaal dat niet vergast kan worden. Wanneer het koolstofhoudende materiaal van een biologische bron afgeleid is, is de term bio-koolresidu geschikt.

Een eerste aspect heeft betrekking op een vergasser omvattende:

een inwendig volume omvattende een bovenste gedeelte, een middengedeelte en een onderste gedeelte, en eventueel een eerste verbindingsgedeelte dat het bovenste gedeelte en het middengedeelte verbindt en/of een tweede verbindingsgedeelte dat het middengedeelte en het onderste gedeelte verbindt; een inlaat voor koolstofhoudend materiaal, die geconfigureerd is om een toevoer van koolstofhoudend materiaal te ontvangen en die in fluïdumverbinding met het inwendige volume staat;

BE2018/5108 een bedmateriaal, dat in het middengedeelte en/of onderste gedeelte geconfigureerd is en met ten minste één gasinlaat verbonden is om het bed te fluïdiseren;

een gasuitlaat, die in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte staat, ten minste één plasmasysteem in het bovenste gedeelte, waarbij het ten minste ene plasmasysteem zodanig geconfigureerd is dat het gas, in het bijzonder het syngas, dat de vergasser via de gasuitlaat verlaat, door een zone gaat die door het ten minste ene plasmasysteem verwarmd wordt, bij voorkeur door de plasmavlam.

Het bovenste gedeelte kan functioneren als een zone voor vergassing/thermisch kraken om het ruwe syngas te zuiveren, het middengedeelte kan functioneren als een houder voor het wervelbed, en het onderste gedeelte kan functioneren als een verzamelaar van koolresidu. Wanneer er niet genoeg koolresidu aanwezig is om het onderste gedeelte te vullen, kan dit onderste gedeelte ook een deel van het wervelbed bevatten.

Aldus kan een vergasser zoals hierin beschreven het volgende omvatten:

een inwendig volume;

een inlaat voor koolstofhoudend materiaal voor het ontvangen van een toevoer van koolstofhoudend materiaal, waarbij de inlaat in fluïdumverbinding met het inwendige volume staat;

een bedmateriaal in het inwendige volume en verbonden met ten minste één gasinlaat om het bedmateriaal te fluïdiseren, waarbij het bedmateriaal in het inwendige volume gepositioneerd is om het koolstofhoudende materiaal te ontvangen dat aan het inwendige volume via de inlaat voor koolstofhoudend materiaal toegevoerd wordt;

een (syn)gasuitlaat om het mogelijk te maken dat het in het inwendige volume geproduceerde (syn)gas de vergasser verlaat, waarbij de (syn)gasuitlaat in fluïdumverbinding met het inwendige volume staat;

ten minste één plasmasysteem in het inwendige volume, waarbij het ten minste ene plasmasysteem zodanig geconfigureerd is dat het gas, in het bijzonder het syngas, dat de vergasser via de gasuitlaat verlaat, door een zone gaat die door het ten minste ene plasmasysteem verwarmd wordt, bij voorkeur door de plasmavlam(men).

In uitvoeringsvormen bevindt het bedmateriaal zich in het inwendige volume van de vergasser tussen de ten minste ene gasinlaat om het bedmateriaal te fluïdiseren en het ten minste ene plasmasysteem.

BE2018/5108 De inlaat van koolstofhoudend materiaal kan zodanig gepositioneerd worden dat het koolstofhoudende materiaal het inwendige volume tussen het ten minste ene plasmasysteem en het wervelbedmateriaal binnengaat.

Bij voorkeur is de vergasser in de vorm van een cycloon of trechtervormig met de bredere opening bij het bovenste gedeelte. In uitvoeringsvormen heeft het onderste gedeelte een kleinere doorsnede dan het middengedeelte en heeft het middengedeelte een kleinere doorsnede dan het bovenste gedeelte.

In een uitvoeringsvorm varieert de doorsnede van het middengedeelte langs de lengterichting van de vergasser binnen een bereik van 20%, bij voorkeur binnen een bereik van 10%, met meer voorkeur binnen een bereik van 5%, met nog meer voorkeur binnen een bereik van 2%, en is met de meeste voorkeur een constante waarde. Dit heeft het voordeel dat in dit middengedeelte een stabiel wervelbed gegenereerd kan worden. Inderdaad wordt, indien de vorm die een wervelbed bevat te conisch is, het wervelbed verstoord en ontstaan hotspots.

In uitvoeringsvormen is een eerste verbindingsgedeelte aanwezig, dat het bovenste gedeelte en het middengedeelte verbindt, en/of een tweede verbindingsgedeelte, dat het middengedeelte en het onderste gedeelte verbindt. Bij voorkeur kan het eerste verbindingsgedeelte en/of het tweede verbindingsgedeelte een frustoconisch verbindingsgedeelte zijn. Dit heeft het voordeel dat het bovenste gedeelte, middengedeelte en/of onderste gedeelte buisvormig of van buizen kan zijn, terwijl de frustoconische verbindingsgedeeltes ervoor zorgen dat vaste deeltjes gemakkelijk van het inwendige oppervlak van de vergasser kunnen afrollen. Dit vereenvoudigt de constructie van de vergasser.

Bij voorkeur zijn het bovenste gedeelte, middengedeelte en onderste gedeelte langs de lengterichting van de vergasser aangebracht, waarbij het bovenste gedeelte bovenop het middengedeelte geplaatst is dat bovenop het onderste gedeelte geplaatst is, en dit bij voorkeur wanneer de vergasser in werkomstandigheden geconfigureerd is.

Een dergelijke vergasser zoals hierin beschreven heeft het voordeel dat de ten minste ene plasmavlam boven het wervelbed gegenereerd wordt. Op deze manier wordt een zone gecreëerd met een overeenkomstige hoge temperatuur boven het wervelbed. Teer dat in het ruwe syngas dat in het wervelbed geproduceerd wordt aanwezig is zal thermisch kraken ondergaan als gevolg van de hoge temperatuur in de zone. Ook resterend koolstofhoudend materiaal dat in het ruwe syngas aanwezig is wordt verder in de zone vergast, hetgeen resulteert in een efficiëntere vergassing van het koolstofhoudende materiaal en veel minder vaste deeltjes in de zone van het bovenste gedeelte boven de plasmavlam. Vandaar dat veel

BE2018/5108 minder vaste deeltjes en teer de gasuitlaat bereiken, hetgeen resulteert in schoner syngas. Bovendien wordt een syngas in het plasmasysteem geproduceerd dat rijk is aan H₂ en CO.

In uitvoeringsvormen zijn ten minste 2, bij voorkeur ten minste 3 en met meer voorkeur ten minste 4 plasmasystemen in het bovenste gedeelte en/of in het eerste verbindingsgedeelte aangebracht. Deze 2 of meer plasmasystemen kunnen in een cirkel volgens de contouren van het inwendige volume aangebracht worden. Deze 2 of meer plasmasystemen kunnen ook op verschillende niveaus aangebracht worden.

In een uitvoeringsvorm is het ten minste ene plasmasysteem, zoals de twee of meer plasmasystemen, onder een scherpe hoek met de lengterichting van de vergasser georiënteerd, en dit met de plasma-vlamuitlaat wijzend naar het middengedeelte of het onderste gedeelte.

In sommige uitvoeringsvormen omvat het inwendige volume, in het bijzonder het bovenste gedeelte van het inwendige volume, een vernauwing bij of nabij het ten minste ene plasmasysteem. Bij voorkeur verlaagt de vernauwing de binnendiameter van het inwendige volume, in het bijzonder van het bovenste gedeelte van het inwendige volume, bij of nabij het ten minste ene plasmasysteem met ten minste 10% tot ten hoogste 80%, meer bij voorkeur ten minste 20% tot ten hoogste 70%, met nog meer voorkeur ten minste 30% tot ten hoogste 60% en met de meeste voorkeur ten minste 40% tot ten hoogste 50%. Deze vernauwing dwingt het geproduceerde syngas om door of in dichte nabijheid van de plasmavlammen te passeren, waardoor een verder thermisch kraken en een reductie van teer geïnduceerd wordt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het plasmasysteem een door microgolven geïnduceerd plasmasysteem, waarbij een microgolfgenerator een elektromagnetisch veld produceert waardoor een gasmengsel gevoerd wordt, waardoor het gas geïoniseerd wordt en plasma gegenereerd wordt. Dit heeft het voordeel dat een stabiel plasma geproduceerd wordt, dat een grote hoeveelheid energie naar het inwendige volume en het koolstofhoudende materiaal kan overbrengen. De duurzaamheid van een door microgolven geïnduceerd plasmasysteem is aanzienlijk hoger dan bij andere plasmasystemen, zoals elektroboogplasmasystemen. Dit maakt de gehele vergasser robuust en onderhoudsarm.

Bij voorkeur omvat het ten minste ene plasmasysteem een gasinlaat om de plasmagassen te ontvangen. Bij voorkeur worden deze plasmagassen gekozen uit de lijst omvattende stoom, lucht, zuurstofgas, lucht verrijkt met zuurstofgas, kooldioxide of mengsels daarvan, met meer voorkeur gekozen uit de lijst omvattende stoom, lucht, zuurstofgas, lucht verrijkt met zuurstofgas of mengsels daarvan en met de meeste voorkeur is het plasmagas stoom.

BE2018/5108 In een voorkeursuitvoeringsvorm staat de inlaat voor koolstofhoudend materiaal in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte, middengedeelte en/of het eerste verbindingsgedeelte van de vergasser, bij voorkeur in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte en/of eerste verbindingsgedeelte, meer bij voorkeur in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte. Ook wordt bij voorkeur het koolstofhoudende materiaal ingebracht in de nabijheid van het ten minste ene plasmasysteem, zodanig dat de door de plasmavlam veroorzaakte verhoogde temperatuur ten minste gedeeltelijk het vers toegevoegde koolstofhoudende materiaal kan vergassen voordat dit het wervelbed ingaat. De inlaat van koolstofhoudend materiaal kan dus zo worden gepositioneerd dat het koolstofhoudende materiaal het inwendige volume binnengaat in de nabijheid van, en bij voorkeur boven, het ten minste ene plasmasysteem. Op deze manier kunnen grotere deeltjes koolstofhoudend materiaal aan de vergasser toegevoegd worden dan met conventionele vergassers. In bepaalde uitvoeringsvormen omvat het koolstofhoudende materiaal deeltjes met een diameter tot 10 cm, zoals tot 9, 8, 7 of 6 cm, bij voorkeur tot 5 cm, zoals tot 4,5, 4,0, 3,5 of 3,0 cm.

In een uitvoeringsvorm omvat de inlaat voor koolstofhoudend materiaal een onder druk staande gasinlaat, die bij voorkeur geconfigureerd is om het koolstofhoudende materiaal in het inwendige volume te kunnen voortstuwen. Door het koolstofhoudende materiaal voort te stuwen, kan het materiaal naar een bepaald gebied in de vergasser gericht worden, zoals het hete gebied in de nabijheid van, zoals net boven of net onder de plasmavlam, of zelfs in de plasmavlam. Dit resulteert in een efficiënte eerste vergassing, zodat het koolstofhoudende materiaal vrijwel direct ten minste een deel van zijn massa verliest. Wanneer de vergassing onder de plasmavlam uitgevoerd wordt, is een extra voordeel dat het gevormde teer door de zone moet passeren die verwarmd wordt door de ten minste één plasmavlam voordat het de vergasser verlaat, zodat het teer zelf een thermisch kraken ondergaat, hetgeen leidt tot schonere syngassen boven de plasmavlam.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de hierin beschreven vergasser verder ten minste één filter dat ten minste gedeeltelijk de gasuitlaat afdekt. Met meer voorkeur wordt de gasuitlaat volledig door één of meer filters afgedekt, op een manier dat gassen, in het bijzonder syngas, door het filter kunnen passeren voordat ze de vergasser verlaten en grotere deeltjes die aanwezig zijn in het syngas, waaronder teerbestanddelen, door het filter vastgehouden worden. Het ten minste ene filter heeft aldus een verder reinigend effect, door verder vaste deeltjes en teerdeeltjes uit het syngas te verwijderen. Op deze manier is het syngas klaar voor verder gebruik zonder de noodzaak van stroomafwaartse zuiveringsinrichtingen en/of gaswassers, en vindt minder of in hoofdzaak geen teerafzetting stroomafwaarts van de vergasser plaats.

BE2018/5108 Het ten minste ene filter is bij voorkeur geconfigureerd in het inwendige volume van de vergasser, bij voorkeur in het bovenste gedeelte van het inwendige volume, met meer voorkeur stroomafwaarts (waarbij stroomafwaarts gedefinieerd wordt door de gasstroom door de vergasser) van het ten minste ene plasmasysteem. Hierdoor kunnen deeltjes die door het filter worden vastgehouden terugvallen in het inwendige volume, waarbij deze door de door de ten minste één plasmavlam verwarmde zone gaan voordat ze het bedmateriaal binnengaan, zodat ze verder vergast worden, hetgeen bijdraagt aan een hogere opbrengst.

Het ten minste ene filter kan een keramisch filter zijn, met meer voorkeur een keramisch kaarsenfilter. Het ten minste ene filter kan een katalytisch filter zijn, dat wil zeggen een filter dat een katalysator omvat. Het katalytische materiaal kan een ijzerkatalysator of nikkelkatalysator zijn, bij voorkeur een nikkel-calciumkatalysator, een ijzer/olivinekatalysator of een op MgO-AI₂O₃ gedragen nikkelkatalysator. De katalysator is in staat om ten minste een deel van het materiaal dat door het filter wordt vastgehouden ten minste gedeeltelijk te vergassen. Vergassing van dit vastgehouden materiaal resulteert in een hogere opbrengst en vermindert de verstopping van de filters, waardoor het onderhoud en de uitvaltijd van de vergasser verder worden beperkt. Met voordeel zijn de katalytische reacties die op het filter optreden endotherm, zodat gassen die door het filter gaan afgekoeld worden door de katalytische reacties. Dit heeft het voordeel dat stroomafwaarts van de vergasser minder hete gassen hoeven te worden gehanteerd.

De hierin beschreven vergasser omvat verder een bedmateriaal in het inwendige volume, in het bijzonder in het middengedeelte en/of het onderste gedeelte. Het hoofddoel van de aanwezigheid van het bedmateriaal is warmteopslag en warmteoverdracht tussen de deeltjes die vergassing ondergaan. Op deze manier worden grote temperatuurpieken vermeden en kan een vrijwel uniforme temperatuurverdeling worden waargenomen

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het bedmateriaal verbonden met ten minste één gasinlaat, bij voorkeur ten minste één stoominlaat en ten minste één inlaat voor lucht, zuurstofgas, lucht verrijkt met zuurstofgas of kooldioxide of mengsels daarvan. De ten minste ene stoominlaat functioneert bij voorkeur als primaire gasinlaat om het wervelbed te creëren, en de ten minste ene inlaat voor lucht, zuurstofgas, lucht verrijkt met zuurstofgas of kooldioxide of mengsels daarvan als secundaire gasinlaat om de gewenste temperatuur in het wervelbed te handhaven. Door de verhouding van stoom tot andere gassen die aan het wervelbed toegevoegd worden te variëren, kan de samenstelling van het geproduceerde syngas beïnvloed worden. Bij voorkeur wordt de verhouding van stoom tot andere gassen gereguleerd om te verzekeren dat de molaire verhouding van H₂/CO in het syngas van 2/1 tot 4/1 is, met meer voorkeur van 2,2/1 tot 3,8/1, met meer voorkeur 2,4/1 tot 3,6/1, met nog

BE2018/5108 meer voorkeur 2,6/1 tot 3,4/1, nog meer bij voorkeur van 2,8/1 tot 3,2/1 en met de meeste voorkeur van 2,9/1 tot 3,1/1, zoals 3,0/1.

Bij voorkeur staat de ten minste ene gasinlaat in fluïdumverbinding met het middengedeelte, het tweede verbindingsgedeelte of het onderste gedeelte, meer bij voorkeur met het middengedeelte of het tweede verbindingsgedeelte. Ook wordt bij voorkeur de stoominlaat lager in de vergasser geplaatst dan de inlaat voor lucht, zuurstofgas, lucht verrijkt met zuurstofgas of kooldioxide of mengsels daarvan. De ten minste ene gasinlaat is bij voorkeur zodanig geconfigureerd dat het bedmateriaal gesuspendeerd of gefluïdiseerd wordt na toevoeging van gassen door de ten minste ene gasinlaat. Warmteoverdracht is optimaal in een wervelbed en een intens contact is aanwezig tussen het koolstofhoudende materiaal en het gas of de stoom dat/die door de ten minste ene gasinlaat aan de vergasser wordt toegevoegd.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het bedmateriaal inert, dat wil zeggen het heeft geen invloed op het vergassingsproces. Een niet-beperkend voorbeeld van een inert bedmateriaal is kwartszand. In andere uitvoeringsvormen kan het bedmateriaal katalytische deeltjes omvatten. Het bedmateriaal kan bijvoorbeeld deeltjes omvatten die een op metaal gebaseerde katalysator omvatten, bij voorkeur een op ijzer gebaseerde katalysator of een op nikkel gebaseerde katalysator, met meer voorkeur is het katalysatornikkel gedispergeerd op aluminiumoxide (Ai₂0₃) of een ijzer-olivinekatalysator, bij voorkeur een ijzer-olivinekatalysator met een ijzergehalte van 5 tot 45 gewichts%, met meer voorkeur van 7 tot 35 gewichts%, met nog meer voorkeur van 10 tot 25 gewichts%, met de meeste voorkeur 20 gewichts%. Deze katalytische deeltjes versnellen het vergassingsproces aanzienlijk. De aanwezigheid van de katalysatordeeltjes beïnvloedt ook de samenstelling van het geproduceerde syngas, bijvoorbeeld wordt minder kooldioxide gegenereerd en worden gereduceerde hoeveelheden methaan en teer gegenereerd bij gebruik van katalytische deeltjes. De op ijzer gebaseerde katalysatoren hebben het bijkomende voordeel dat deze als milieuveilig worden beschouwd en derhalve kunnen zij in het koolresidu of bio-koolresidu worden achtergelaten. In nog andere uitvoeringsvormen omvat het bedmateriaal een mengsel van inerte deeltjes en katalytische deeltjes.

In bepaalde uitvoeringsvormen worden sorptiemiddelen voor de verwijdering van zware metalen, alkali en/of zuur gas aan het inwendige volume of aan het wervelbed toegevoegd. Bij voorkeur worden de sorptiemiddelen in een bed geplaatst, bij voorkeur een vast bed in het inwendige volume. Bij voorkeur worden de sorptiemiddelen gekozen uit de lijst van bauxiet, kaoliniet, zeoliet, kalk, slakkalk, op Ba gebaseerde sorptiemiddelen, aluminosilicaat of mengsels daarvan.

BE2018/5108 In uitvoeringsvormen ligt de gemiddelde temperatuur van het wervelbed tussen 400 °C en 1000 °C, bij voorkeur tussen 500 °C en 900 °C, met meer voorkeur tussen 600 °C en 875 °C, met nog meer voorkeur tussen 700 °C en 850 °C. °C en met de meeste voorkeur tussen 750 °C en 825 °C.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het bedmateriaal verbonden met een koolresidu-uitlaat in het onderste gedeelte. Via deze koolresidu-uitlaat kunnen koolresidu, maar ook nietgereageerd en/of zwaar koolstofhoudend materiaal en bedmateriaal uit de vergasser verwijderd worden, bij voorkeur zonder de vergasser te hoeven uitschakelen. Wanneer koolstofhoudend materiaal afkomstig van een biologische bron gebruikt wordt, verlaat biokoolresidu de vergasser. Dit bio-koolresidu kan in landbouwtoepassingen gebruikt worden.

De specificatie heeft ook betrekking op een methanisatiesysteem voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal in methaan, omvattende:

een vergasser, geschikt voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal naar syngas, waarbij de vergasser ten minste gedeeltelijk met stoom gevoed wordt, en waarbij de vergasser een syngasuitlaat omvat;

een eerste koeleenheid, omvattende een heetgasinlaat en een koudgasuitlaat, waarbij de heetgasinlaat in fluïdumverbinding met de syngasuitlaat van de vergasser staat;

een methanisatie-eenheid, geschikt om ruw methaan uit syngas te produceren, omvattende een syngasinlaat en een ruwmethaanuitlaat, waarbij de syngasinlaat in fluïdumverbinding met de koudgasuitlaat van de eerste koeleenheid staat;

een tweede koeleenheid, omvattende een heetmethaaninlaat en een koudmethaanuitlaat, waarbij de heetmethaaninlaat in fluïdumverbinding met de ruwmethaanuitlaat van de methanisatie-eenheid staat;

waarbij de eerste koeleenheid en de tweede koeleenheid een economisator, verdamper en/of superverhitter voor stoomproductie voor de vergasser omvatten.

De term methanisatiesysteem verwijst naar een systeem dat een koolstofhoudend materiaal kan omzetten in methaangas of een gas dat rijk is aan methaan, bij voorkeur een gas dat meer dan 50 volume% methaan omvat, met meer voorkeur een gas dat meer dan 75 volume% methaan omvat, en met de meeste voorkeur een gas dat meer dan 90 volume% methaan omvat. In het geval dat biomassa als koolstofhoudend materiaal gebruikt wordt, is de term bio-methanisatie geschikt. Het geproduceerde methaan wordt dan bio-methaan genoemd. Andere vaak gebruikte termen om naar methaangas te verwijzen dat geproduceerd wordt in plaats van te worden gedolven, is substituut-aardgas of synthetisch aardgas of SNG.

BE2018/5108 De term methanisatie-eenheid verwijst naar een eenheid die syngas, in het bijzonder waterstof en koolstofoxiden, bij voorkeur koolmonoxide, in methaan en water kan omzetten.

In voorkeursuitvoeringsvormen is de methanisatie-eenheid een wervelbed-methanisator. Wervelbed-methanisatoren omvatten een reactorbed dat gefluïdiseerd wordt door de inlaat van gassen zoals stoom en oxidatiemiddel. Dienovereenkomstig omvatten wervelbedmethanisatoren typisch een inwendig volume omvattende een bedmateriaal, en ten minste een gasinlaat die in fluïdumverbinding met het inwendig volume staat en in fluïdumverbinding met het bedmateriaal staat. In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de methanisatie-eenheid een katalysatorbed, bij voorkeur een wervel-katalysatorbed. Het katalysatorbed kan katalytische deeltjes op ijzerbasis of op nikkelbasis omvatten. Omdat de omzetting van syngas naar methaan exotherm is, zorgt het wervelbed voor een goede warmteoverdracht en warmtetransport, waarbij hotspots vermeden worden die de eenheid of de katalysator zouden kunnen beschadigen. Een goede afvoer van de warmte zal ook de conversiereactie thermodynamisch begunstigen. Bij voorkeur wordt het wervelbed in een gedeelte van de methanisatie-eenheid gehouden dat wordt gekoeld, met meer voorkeur watergekoeld.

Het methaan dat in het methanisatiesysteem gegenereerd wordt kan in het aardgasnetwerk geïnjecteerd worden, of het kan gebruikt worden voor het produceren van elektriciteit, of opgeslagen worden voor later gebruik (bijvoorbeeld gecomprimeerd bio-methaan voor bijvoorbeeld voertuigen).

De eerste koeleenheid in het hierin beschreven methanisatiesysteem koelt het syngas af dat de vergasser verlaat voordat het de methanisatie-eenheid binnengaat. De optimale temperatuur voor de methanisatiereactie is lager dan de temperatuur van het syngas dat de vergasser verlaat en methanisatie is een exotherme reactie. Vandaar dat, zonder koelen van het gas dat de methanisatie-eenheid binnenkomt, de temperatuur in de methanisatieeenheid te extreem zou zijn voor de katalysator en de bouwmaterialen van de methanisatieeenheid zelf. In voorkeursuitvoeringsvormen wordt de warmte die vrijkomt uit de gasstroom in deze eerste koeleenheid gebruikt voor stoomproductie. Dienovereenkomstig is in uitvoeringsvormen de eerste koeleenheid een economisator, een verdamper en/of een superverhitter.

De tweede koeleenheid in het hierin beschreven methanisatiesysteem kan dienen als een waterafscheider, die het water uit het effluent van de methanisatie-eenheid verwijdert om een relatief droog methaangas te produceren dat verder gebruikt kan worden. Dienovereenkomstig omvat in uitvoeringsvormen de tweede koeleenheid een condensor, bij voorkeur een condenserende economisator of een condenserende verdamper. In voorkeursuitvoeringsvormen wordt de warmte die deze tweede koeleenheid uit de gasstroom

BE2018/5108 extraheert gebruikt bij de productie van stoom. Dienovereenkomstig is in uitvoeringsvormen de tweede koeleenheid een economisator, een verdamper en/of een superverhitter.

De term economisator zoals hierin gebruikt verwijst naar een warmte-uitwisselingsinrichting die fluïda, zoals water, opwarmt tot maar normaal niet voorbij het kookpunt van dat fluïdum.

De term verdamper zoals hierin gebruikt verwijst naar een warmte-uitwisselingsinrichting waarbij de warmte gebruikt wordt om een fluïdum zoals water in een gasvormige toestand zoals waterdamp om te zetten.

De term superverhitter zoals hierin gebruikt verwijst naar een warmte-uitwisselingsinrichting die stoom verwarmt tot temperaturen boven 100 °C.

In uitvoeringsvormen omvat de tweede koeleenheid een economisator en verdamper voor stoomproductie. In uitvoeringsvormen omvat de eerste koeleenheid een verdamper en een superverhitter voor stoomproductie. In uitvoeringsvormen omvat de eerste koeleenheid een verdamper en een superverhitter voor stoomproductie en omvat de tweede koeleenheid een verdamper en een superverhitter voor stoomproductie. In uitvoeringsvormen omvat de eerste koeleenheid een verdamper en een superverhitter voor stoomproductie en omvat de tweede koeleenheid een verdamper en een economisator voor stoomproductie.

In uitvoeringsvormen waarbij de warmte die wordt afgegeven in de eerste en/of tweede koeleenheden gebruikt wordt om stoom te produceren, wordt de energie-efficiëntie van het gehele methanisatiesysteem geoptimaliseerd, aangezien de noodzakelijke koeling gebruikt wordt om stoom te produceren die voor andere doeleinden gebruikt kan worden. In voorkeursuitvoeringsvormen wordt de stoom, in het bijzonder de oververhitte stoom, ten minste gedeeltelijk gebruikt om de vergasser van het methanisatiesysteem te voeden, in het bijzonder een wervelbed en/of een plasmasysteem van de vergasser.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de tweede koeleenheid een condensor, geschikt om ten minste gedeeltelijk water van het ruwe methaan dat de methanisatie-eenheid verlaat af te scheiden. In uitvoeringsvormen omvat de tweede koeleenheid een condenserende economisator of een condenserende verdamper. In uitvoeringsvormen wordt het afgescheiden water teruggevoerd in het methanisatiesysteem als koelvloeistof of warmteoverdrachtsmedium en in stoom omgezet door het door de economisator, de verdamper en/of de superverhitter te leiden. In uitvoeringsvormen staat de wateruitlaat van de condensor in fluïdumverbinding met de inlaat van warmteoverdrachtsmedium van de tweede koeleenheid en/of van de eerste koeleenheid. De wateruitlaat van de condensor verzamelt het water dat van het ruwe methaan afgescheiden is. In specifieke uitvoeringsvormen wordt het afgescheiden water als koelvloeistof of warmteoverdrachtsmedium in de condensor gevoerd en in stoom getransformeerd door het

BE2018/5108 door de economisator, de verdamper en/of de superverhitter te leiden. In specifieke uitvoeringsvormen staat de wateruitlaat van de condensor in fluïdumverbinding met de inlaat van het warmteoverdrachtsmedium van de condensor.

Bij voorkeur omvat de tweede koeleenheid van het hierin beschreven methanisatiesysteem één of meer van de economisator, verdamper en superverhitter, met meer voorkeur een economisator en een verdamper. Bij voorkeur omvat de eerste koeleenheid van het hierin beschreven methanisatiesysteem één of meer van de economisator, verdamper en superverhitter, met meer voorkeur een verdamper en een superverhitter. Er kan een extra waterkoeler geplaatst worden om het afgescheiden water dat de tweede koeleenheid verlaat af te koelen alvorens het de tweede koeleenheid als koelvloeistof ingaat. Derhalve kan het methanisatiesysteem zoals hierin beschreven verder een koeler omvatten die gepositioneerd is tussen de wateruitlaat van de condensor en de inlaat van het warmteoverdrachtsmedium van de tweede koeleenheid en/of de eerste koeleenheid, of tussen de wateruitlaat van de condensor en de inlaat van het warmteoverdrachtsmedium van de condensor.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt een stoomtrommel tussen de superverhitter en de één of meer verdampers geplaatst.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van het methanisatiesysteem is de vergasser een vergasser volgens een uitvoeringsvorm van het eerste aspect van de uitvinding.

In sommige uitvoeringsvormen kunnen de volgende kenmerken van de methanisatieeenheid van stroomafwaarts naar stroomopwaarts aangebracht worden, waarbij stroomafwaarts en stroomopwaarts gedefinieerd worden door de gasstroom door het methanisatiesysteem: een wervel-reactorbed van de vergasser (9); ten minste één plasmasysteem (8); eventueel een filter van de vergasser (17); een eerste verdamper (29); een superverhitter (18); een wervelbed-methanisator (21); eventueel een filter van de methanisatie-eenheid (31); een tweede verdamper (28); een condensor (24).

Het voordeel van het hierin beschreven methanisatiesysteem is de hoge energie-efficiëntie ervan, zoals elders hierin beschreven. Een verder voordeel is dat stoom tijdens de vergassing van koolstofhoudend materiaal in de vergasser verbruikt wordt, maar waterdamp/stoom tijdens de methanisatiestap in de methanisatie-eenheid gegenereerd wordt, hetgeen resulteert in een systeem waarbij slechts een kleine hoeveelheid water aan de methanisatiesysteem hoeft te worden toegevoegd om de hoeveelheid water in het systeem te handhaven.

In een derde aspect wordt een elektriciteit opwekkend systeem verschaft, omvattende een vergasser volgens een uitvoeringsvorm van het eerste aspect van de uitvinding, waarbij de gasuitlaat in fluïdumverbinding staat met een gasturbine of een gasmotor die elektrisch

BE2018/5108 vermogen produceert. Wanneer biomaterialen als koolstofhoudend materiaal gebruikt worden, wordt groene stroom geproduceerd.

In bepaalde uitvoeringsvormen omvat het elektriciteit opwekkende systeem verder een warmteterugwinningsstoomgenerator. De warmte in de uitlaatgassen van de gasmotor of gasturbine kan in de afvalwarmteterugwinningsstoomgenerator (HRSG) teruggewonnen worden en extra elektrisch vermogen kan uit de Rankine-cyclus die deze stoom gebruikt geproduceerd worden. Volgens deze uitvoeringsvorm, dat wil zeggen gasmotor/gasturbine + HRSG + stoomturbine, kan de totale elektrische efficiëntie verdubbeld worden in vergelijking met de elektrische efficiëntie die verkregen wordt uit de conventionele enkele Rankinecyclus. Bij voorkeur is er een koeleenheid stroomafwaarts van de vergasser maar vóór de gasturbine of gasmotor geplaatst.

In een vierde aspect heeft de uitvinding betrekking op een proces voor de vergassing van koolstofhoudend materiaal, dat de stappen omvat van:

a) het toevoeren van koolstofhoudend materiaal aan een vergasser via een inlaat voor koolstofhoudend materiaal van de vergasser;

b) het eventueel leiden van het koolstofhoudende materiaal door een door een plasmasysteem verwarmde zone, waardoor het koolstofhoudende materiaal gedeeltelijk tot een ruw syngas vergast wordt voordat dit het wervelbed ingaat;

c) het vergassen van het koolstofhoudende materiaal in een wervelbed in de vergasser, waardoor een ruw syngas geproduceerd wordt;

d) het leiden van het in stappen b) en c) geproduceerde ruwe syngas door een door ten minste één plasmasysteem verwarmde zone om het ruwe syngas ten minste gedeeltelijk te zuiveren;

e) het afvoeren van het in stap d) geproduceerde gezuiverde syngas uit de vergasser via een gasuitlaat.

In de hierin beschreven processen passeert ruw syngas, dat tijdens de vergassing van koolstofhoudend materiaal in het wervelbed en/of door plasmavergassing van koolstofhoudend materiaal gegenereerd wordt, een gebied dat door ten minste één plasmatoorts verwarmd wordt. Het passeren door dit gebied met verhoogde temperatuur zal thermisch kraken van teerbestanddelen in het onbewerkte syngas en verdere vergassing van resterend koolstofhoudend materiaal veroorzaken. Dit resulteert in een hogere efficiëntie in syngasproductie en in een schoner syngas dat op het punt staat de vergasser te verlaten.

Het plasmasysteem dat bij het proces gebruikt wordt, kan een door microgolven geïnduceerd plasmasysteem zijn zoals elders hierin beschreven is.

BE2018/5108 In verdere uitvoeringsvormen wordt het in stap d) geproduceerde (gedeeltelijk) gezuiverde syngas door een filter geleid voordat het uit de vergasser afgevoerd wordt om het syngas verder te zuiveren. Bij voorkeur is het filter een katalytisch filter zoals elders hierin beschreven is.

Bij voorkeur is de vergasser die in het proces voor de vergassing van koolstofhoudend materiaal zoals hierin beschreven is gebruikt wordt een vergasser volgens één van de uitvoeringsvormen van het eerste aspect van de uitvinding.

Nog een ander aspect heeft betrekking op een proces voor de omzetting van een koolstofhoudend materiaal in methaangas, omvattende stappen van:

a) het toevoeren van koolstofhoudend materiaal aan een vergasser (1) via een inlaat (2) voor koolstofhoudend materiaal van de vergasser (1);

b) het eventueel leiden van het koolstofhoudende materiaal door een door ten minste één plasmasysteem (8) verwarmde zone, waardoor het koolstofhoudende materiaal gedeeltelijk vergast wordt tot een ruw syngas voordat dit het wervelbed (9) ingaat;

c) het vergassen van het koolstofhoudende materiaal in een wervelbed (9) in de vergasser (1), waardoor een ruw syngas geproduceerd wordt;

d) het leiden van het in stappen b) en c) geproduceerde ruwe syngas door een door ten minste één plasmasysteem (8) verwarmde zone om het ruwe syngas tenminste gedeeltelijk te zuiveren;

e) het eventueel leiden van het in stap d) verkregen ten minste gedeeltelijk gezuiverde syngas door een filter om het syngas verder te zuiveren;

f) het afvoeren van het in stappen d) en e) geproduceerde gezuiverde syngas uit de vergasser (1) via een gasuitlaat (16);

g) het ten minste gedeeltelijk omzetten van het gezuiverde syngas in ruw methaan in een methanisatie-eenheid (21), bij voorkeur een wervelbed-methanisator, waarbij het gezuiverde syngas dat uit de vergasser (1) afgevoerd wordt door een eerste koeleenheid geleid wordt en waarbij het ruwe methaan dat de methanisatie-eenheid (21) verlaat door een tweede koeleenheid geleid wordt, waarbij de eerste koeleenheid en de tweede koeleenheid onafhankelijk een economisator, een verdamper en/of een superverwarmer voor stoomproductie voor de vergasser (1) omvatten.

Verklaringen

Verklaringen (kenmerken) en uitvoeringsvormen van de hierin beschreven vergassers, methanisatiesystemen, elektriciteitopwekkingssystemen en processen die de voorkeur hebben worden hieronder weergegeven. Elke aldus gedefinieerde verklaring en uitvoeringsvorm kan gecombineerd worden met elke andere verklaring en/of

BE2018/5108 uitvoeringsvorm, tenzij duidelijk het tegendeel is aangegeven. In het bijzonder kan elk kenmerk dat als voorkeur of voordelig aangegeven is gecombineerd worden met alle andere kenmerken of verklaringen die als voorkeur of voordelig aangegeven zijn.

1. Vergasser (1 ) omvattende:

- een inwendig volume (4) omvattende een bovenste gedeelte (5), een middengedeelte (6) en een onderste gedeelte (7), en eventueel een eerste verbindingsgedeelte (10) dat het bovenste gedeelte (5) en het middengedeelte verbindt (6) en/of een tweede verbindingsgedeelte (11) dat het middengedeelte (6) en het onderste gedeelte (7) verbindt;

- één of meer inlaten (2) voor koolstofhoudend materiaal, geconfigureerd om een toevoer van koolstofhoudend materiaal te ontvangen en in fluïdumverbinding met het inwendige volume (4);

- een bedmateriaal (9), geconfigureerd in het middengedeelte (6) en/of het onderste gedeelte (7) en verbonden met ten minste één gasinlaat (12) om het bed te fluïdiseren;

- een gasuitlaat (16), in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte (5) van het inwendige volume (4); en

- ten minste één plasmasysteem (8), geconfigureerd in het bovenste gedeelte (5) zodat gas dat de vergasser (1) via de gasuitlaat (16) verlaat door een zone verwarmd door het ten minste ene plasmasysteem (8) gaat.

2. Vergasser volgens verklaring 1, waarbij het plasmasysteem (8) een door microgolven geïnduceerd plasmasysteem is.

3. Vergasser volgens één van de verklaringen 1-2, waarbij de één of meer inlaten (2) voor koolstofhoudend materiaal in fluïdumverbinding met het bovenste gedeelte (5) van het inwendige volume (4) staan en zodanig geconfigureerd zijn dat het koolstofhoudende materiaal door de zone die door het ten minste ene plasmasysteem (8) verwarmd wordt gaat voordat het bed (9) ingegaan wordt.

4. Vergasser volgens één van de verklaringen 1-3, waarbij ten minste één filter (17), bij voorkeur een katalytisch filter, met meer voorkeur een filter dat een op nikkel gebaseerde of een op ijzer gebaseerde katalysator omvat, ten minste gedeeltelijk de gasuitlaat afdekt. (16), bij voorkeur in het inwendige volume (4) geconfigureerd is.

BE2018/5108

5. Vergasser volgens één van de verklaringen 1-4, waarbij het bedmateriaal (9) katalytische deeltjes omvat, bij voorkeur deeltjes die een op nikkel gebaseerde katalysator of een op ijzer gebaseerde katalysator omvatten.

6. Vergasser volgens één van de verklaringen 1-5, waarbij het onderste gedeelte (7) een kleinere doorsnede heeft dan het middengedeelte (6), en waarbij het middengedeelte (6) een kleinere doorsnede heeft dan het bovenste gedeelte (5).

7. Methanisatiesysteem (36) voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan, omvattende:

een vergasser (1), geschikt voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal naar syngas, waarbij de vergasser ten minste gedeeltelijk met stoom gevoed wordt, en waarbij de vergasser een syngasuitlaat (16) omvat;

een eerste koeleenheid (18, 29), omvattende een heetgasinlaat (19) en een koudgasuitlaat (20), waarbij de heetgasinlaat (19) in fluidumverbinding met de syngasuitlaat (16) van de vergasser (1) staat;

een methanisatie-eenheid (21) die geschikt is voor het produceren van ruw methaan uit syngas, omvattende een syngasinlaat (22) en een ruwmethaanuitlaat (23), waarbij de syngasinlaat (22) in fluidumverbinding met de koudgasuitlaat (20) van de eerste koeleenheid (18) staat;

een tweede koeleenheid (24, 28), omvattende een heetmethaaninlaat (25) en een koudmethaanuitlaat (26), waarbij de heetmethaaninlaat (25) in fluidumverbinding met de ruwmethaanuitlaat (23) van de methanisatie-eenheid (21) staat;

met het kenmerk, dat de eerste koeleenheid en de tweede koeleenheid onafhankelijk een economisator, een verdamper en/of een superverhitter voor stoomproductie voor de vergasser omvatten.

8. Methanisatiesysteem (36) volgens verklaring 7, waarbij de methanisatie-eenheid (21) een wervel-katalysatorbed (33) omvat.

9. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de verklaringen 7-8, waarbij de tweede koeleenheid een economisator (24) en een verdamper (28) voor stoomproductie omvat en/of waarbij de eerste koeleenheid een verdamper (29) en een superverhitter (18) voor stoomproductie omvat.

BE2018/5108

10. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de verklaringen 7-9, waarbij de vergasser een vergasser (1) is volgens één van de verklaringen 1-6.

11. Elektriciteit opwekkend systeem, omvattende een vergasser (1) volgens één van de verklaringen 1-6, waarbij de gasuitlaat (16) in fluïdumverbinding met een gasturbine of een gasmotor staat.

12. Proces voor het vergassen van koolstofhoudend materiaal, omvattende stappen van:

a) het toevoeren van koolstofhoudend materiaal aan een vergasser (1) via een inlaat (2) voor koolstofhoudend materiaal van de vergasser;

b) het eventueel leiden van het koolstofhoudende materiaal door een door ten minste één plasmasysteem (8) verwarmde zone, waardoor het koolstofhoudende materiaal gedeeltelijk tot een ruw syngas vergast wordt voordat dit het wervelbed (9) ingaat;

c) het vergassen van het koolstofhoudende materiaal in een wervelbed (9) in de vergasser, waardoor een ruw syngas geproduceerd wordt;

e) het afvoeren van het in stap d) geproduceerde gezuiverde syngas uit de vergasser via een gasuitlaat (16).

13. Proces volgens verklaring 12, waarbij het plasmasysteem (8) een door microgolven geïnduceerd plasmasysteem is.

14. Proces volgens één van de verklaringen 12-13, waarbij het in stap d) geproduceerde gezuiverde syngas door een filter (16) geleid wordt, bij voorkeur door een katalytisch filter, voordat het uit de vergasser afgevoerd wordt.

15. Proces volgens één van de verklaringen 12-14, waarbij de vergasser (1) een vergasser volgens één van de verklaringen 1-6 is.

BE2018/5108

VOORBEELDEN

Voorbeeld 1

Figuur 1 toont een vergasser 1 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Koolstofhoudend materiaal gaat de vergasser 1 binnen via de inlaten 2 voor koolstofhoudend materiaal. Leidingen 3 verbinden de inlaten 2 voor koolstofhoudend materiaal met het inwendige volume 4 van de vergasser. Het inwendige volume 4 i is onderverdeeld in een bovenste gedeelte 5, een middengedeelte 6 en een onderste gedeelte 7. Het bovenste gedeelte 5 is verbonden met het middengedeelte 6 dooreen eerste verbindingsgedeelte 10. Het middengedeelte 6 is verbonden met het onderste gedeelte 7 door een tweede verbindingsgedeelte 11. De diameter van het bovenste gedeelte 5 is groter dan de diameter van het middengedeelte 6 en de diameter van het middengedeelte 6 is groter dan de diameter van het onderste gedeelte 7. Plasmasystemen 8 zijn geconfigureerd in het bovenste gedeelte 5. In dit voorbeeld zijn de inlaten 2 voor koolstofhoudend materiaal boven de plasmavlammen geplaatst, maar als alternatief kunnen de inlaten 2 voor koolstofhoudend materiaal op hetzelfde niveau van de plasmavlammen of onder de plasmavlammen geplaatst zijn. Het gefluïdiseerde katalytische bed 9 is gehuisvest in het middengedeelte 6 en het tweede verbindingsgedeelte 11. Stoom wordt via de primaire stoominlaat 12 toegevoerd aan het bed 9. Zuurstofrijk gas wordt aan het wervelbed 9 toegevoerd via de secundaire gasinlaat 13. Dit zuurstofrijke gas reguleert de temperatuur van het wervelbed, omdat hierdoor een deel van het koolstofhoudende materiaal kan verbranden en warmte vrij kan komen. Plasmagassen, zoals stoom, worden toegevoerd via plasmagasinlaten 14. Koolresidu kan worden verzameld in het onderste gedeelte 7 en kan worden verwijderd via koolresidu-uitlaat 15. De syngasuitlaat 16 wordt afgedekt door katalytische kaarsenfilters 17.

Voorbeeld 2

In een alternatief voorbeeld worden de inlaten 2 voor koolstofhoudend materiaal geplaatst in de nabijheid van het plasmasysteem 8 om te waarborgen dat het koolstofhoudende materiaal dat het bovenste gedeelte 5 ingaat verwarmd wordt door de plasmavlam, zodat het koolstofhoudende materiaal ten minste gedeeltelijk vergast wordt voordat dit het bed 9 ingaat. Een schematisch overzicht van deze vergasser wordt getoond in Figuur 2.

Voorbeeld 3

Figuur 3 toont een schematisch aanzicht van een methanisatiesysteem 36 volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Syngas geproduceerd in de vergasser 1 van voorbeeld 1 verlaat de vergasser 1 via de syngasuitlaat 16, de temperatuur van het syngas is op dit punt ongeveer 800 °C, het hete syngas gaat door een eerste koeleenheid die een eerste

BE2018/5108 verdamper 29 omvat, waardoor de temperatuur van het syngas tot ongeveer 500 °C verlaagd wordt, en een superverwarmer 18, waarin de temperatuur van het syngas verder tot ongeveer 350 °C verlaagd wordt wanneer het syngas de eerste koeleenheid verlaat door de koudgasuitlaat 20. Dit syngas gaat dan de methanisatie-eenheid 21 via de syngasinlaat 22 in, waar het een wervelbed 33 ingaat, dat een nikkelkatalysator omvat. Het syngas wordt omgezet in methaan en water in een exotherme reactie. Koelfaciliteiten zijn voorzien in de wand die het wervelbed 33 vasthoudt. De vaste deeltjes van het wervelbed kunnen verwijderd worden via de uitlaat 30 voor vaste stoffen aan de onderkant van de methanisatieeenheid. Een filter 31 dekt de ruwmethaanuitlaat 23 van de methanisatie-eenheid 21 af. De methanisatie-eenheid zelf heeft een bovenste gedeelte 32, een middengedeelte 33 en een onderste gedeelte 34, waarbij de diameter van het bovenste gedeelte 32 groter is dan de diameter van het middengedeelte 33 en de diameter van het middengedeelte 33 groter is dan de diameter van het onderste gedeelte 34. Het ruwe, natte methaan verlaat de methanisatie-eenheid 21 via ruwmethaanuitlaat 23 bij een temperatuur van ongeveer 400 °C en wordt geleid door een tweede koeleenheid omvattende een tweede verdamper 28, die het natte methaan tot ongeveer 100 °C afkoelt, en een condensor 24, die het water van het methaan afscheidt. Het droge methaan verlaat de tweede koeleenheid via de koudmethaanuitlaat 26.

Het water dat van het methaan in de condensor 24 wordt afgescheiden ondergaat een extra koelstap en wordt teruggeleid in de condensor 24, maar als koelvloeistof. De condensor 24 functioneert als een economisator voor het water, waarbij het water tot ongeveer 90 °C verwarmd wordt. Dit water wordt vervolgens in de tweede verdamper 28 gevoerd, waar het omgezet wordt in verzadigde damp. Deze verzadigde damp wordt naar een stoomtrommel 35 geleid, waar de vloeistof wordt gescheiden van de dampfase. De vloeistof gaat de eerste verdamper 29 binnen en wordt verder omgezet in damp, die teruggevoerd wordt in de stoomtrommel 35. De dampfase in de stoomtrommel 35 wordt in de superverhitter 18 gevoerd, waar de temperatuur van de waterdamp verhoogd wordt tot ongeveer 400 °C en de waterdamp in stoom omgezet wordt. Deze stoom wordt aan de vergasser 1 toegevoerd, als primair gas om het wervelbed te creëren via gasinlaat 12, en/of als plasmagas via plasmagasinlaat 14.

Claims

1. Methanisatiesysteem (36) voor de omzetting van koolstofhoudend materiaal naar methaan, omvattende:

- een inwendig volume (4) omvattende een bovenste gedeelte (5), een middengedeelte (6) en een onderste gedeelte (7), en eventueel een eerste verbindingsgedeelte (10) dat het bovenste gedeelte (5) en het middengedeelte (6) verbindt en optioneel een tweede verbindingsgedeelte (11) dat het middengedeelte (6) en het onderste gedeelte (7) verbindt, waarbij het bovenste gedeelte (5), middengedeelte (6) en onderste gedeelte (7) langs de lengterichting van de vergasser (1) aangebracht zijn, waarbij het bovenste gedeelte (5) bovenop het middengedeelte (6) geplaatst is dat bovenop het onderste gedeelte (7) geplaatst is;

- een bedmateriaal (9) omvattende katalytische deeltjes, in het middengedeelte (6) en/of het onderste gedeelte (7) en verbonden met ten minste één gasinlaat (12) om het bedmateriaal te fluïdiseren;

- ten minste één plasmasysteem (8) dat binnen het bovenste gedeelte (5) geconfigureerd is zodat gas dat de vergasser (1) via de gasuitlaat (16) verlaat door een zone gaat die door het ten minste ene plasmasysteem (8) verwarmd wordt;

BE2018/5108 een tweede koeleenheid (24, 28), omvattende een heetmethaaninlaat (25) en een koudmethaanuitlaat (26), waarbij de heetmethaaninlaat (25) in fluïdumverbinding met de ruwmethaanuitlaat (23) van de methanisatie-eenheid (21) staat;

2. Methanisatiesysteem (36) volgens conclusie 1, waarbij het ten minste ene plasmasysteem (8) van de vergasser (1) een door microgolven geïnduceerd plasmasysteem is.

3. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 of 2, waarbij ten minste één filter (17), bij voorkeur een katalytisch filter, met meer voorkeur een filter omvattende een op nikkel gebaseerde of een op ijzer gebaseerde katalysator, de gasuitlaat (16) van de vergasser (1) ten minste gedeeltelijk afdekt, bij voorkeur waarbij het ten minste ene filter (17) in het inwendige volume (4) van de vergasser (1) geconfigureerd is.

4. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 - 3, waarbij het bedmateriaal (9) van de vergasser (1) katalytische deeltjes omvat die een op nikkel gebaseerde katalysator of op ijzer gebaseerde katalysator omvatten.

5. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 - 4, waarbij het onderste gedeelte (7) van het inwendige volume (4) van de vergasser (1) een kleinere doorsnede heeft dan het middengedeelte (6), en waarbij het middengedeelte (6) een kleinere doorsnede heeft dan het bovenste gedeelte (5).

6. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 - 5, waarbij de methanisatieeenheid (21) een wervelbed-methanisator is.

7. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 - 6, waarbij de tweede koeleenheid een economisator (24) en een verdamper (28) voor stoomproductie omvat en/of waarbij de eerste koeleenheid een verdamper (29) en een superverhitter (18) voor stoomproductie omvat.

BE2018/5108

8. Methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 - 7, waarbij de tweede koeleenheid een condensor (24) voor het ten minste gedeeltelijk afscheiden van water van het ruwe methaan omvat.

9. Methanisatiesysteem (36) volgens conclusie 8, waarbij het water dat van het ruwe methaan afgescheiden is in de condensor (24) als koelvloeistof teruggevoerd wordt en ten minste gedeeltelijk in stoom omgezet wordt via het passeren door de eerste koeleenheid en de tweede koeleenheid.

10. Methanisatiesysteem (36) volgens conclusie 9, verder omvattende een koeler voor het koelen van het water dat door de condensor (24) uit het ruwe methaan afgescheiden is voordat het water in de condensor (24) als koelvloeistof teruggevoerd wordt.

11. Proces voor het omzetten van koolstofhoudend materiaal naar methaan, dat de stappen omvat van:

b) het vergassen van het koolstofhoudende materiaal in een wervelbed (9) omvattende katalytische deeltjes, in de vergasser (1), waardoor een ruw syngas geproduceerd wordt;

c) het leiden van het in stap b) geproduceerde ruwe syngas door een door ten minste één plasmasysteem (8) verwarmde zone om het ruwe syngas ten minste gedeeltelijk te zuiveren;

d) het eventueel passeren van het ten minste gedeeltelijk gezuiverde syngas door een filter om het syngas verder te zuiveren;

e) het afvoeren van het in stap c) en eventueel in stap d) geproduceerde gezuiverde syngas uit de vergasser (1) via een gasuitlaat (16);

f) het ten minste gedeeltelijk omzetten van het gezuiverde syngas naar ruw methaan in een methanisatie-eenheid (21), bij voorkeur een wervelbed-methanisator, waarbij het gezuiverde syngas dat uit de vergasser (1) afgevoerd wordt door een eerste koeleenheid geleid wordt en waarbij het ruwe methaan dat de methanisatie-eenheid (21) verlaat door een tweede koeleenheid geleid wordt, waarbij de eerste koeleenheid en de tweede koeleenheid onafhankelijk een economisator, een verdamper en/of een superverwarmer voor stoomproductie voor de vergasser (1 ) omvatten.

12. Proces volgens conclusie 10, waarbij het proces in een methanisatiesysteem (36) volgens één van de conclusies 1 tot 10 uitgevoerd wordt.

BE2018/5108

13. Proces volgens één van de conclusies 11 of 12, verder omvattende stap van:

g) het ten minste gedeeltelijk verwijderen van water uit het in stap f) verkregen ruwe methaan.

14. Proces volgens conclusie 13, waarbij het water dat in stap g) verwijderd wordt als koelvloeistof in het methanisatiesysteem (36) teruggevoerd wordt en in stoom omgezet wordt via het passeren door de eerste en tweede koeleenheden.

10 15. Proces volgens conclusie 14, waarbij het in stap g) verwijderde water verder aan een extra koelstap onderworpen wordt voordat het in het methanisatiesysteem (36) teruggevoerd wordt.