FI117512B - Menetelmä ja laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi - Google Patents
Menetelmä ja laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI117512B FI117512B FI992180A FI19992180A FI117512B FI 117512 B FI117512 B FI 117512B FI 992180 A FI992180 A FI 992180A FI 19992180 A FI19992180 A FI 19992180A FI 117512 B FI117512 B FI 117512B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- boiler
- pyrolysis
- fuel
- reactor
- dryer
- Prior art date
Links
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 title claims description 167
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 57
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 82
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 36
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 239000003415 peat Substances 0.000 claims description 15
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 9
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 9
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 2
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 claims 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 45
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 8
- -1 bark Substances 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 7
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2 IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000010910 field residue Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N pyrogallol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1O WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000011276 wood tar Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Description
t 117512
MENETELMÄ JA LAITE PYROLYYSIÖLJYN VALMISTAMISEKSI
Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä ja patenttivaatimuksen 12 johdanto-osassa määritelty laite pyro-5 lyysiöljyn valmistamiseksi siten, että polttokattilaan syötetään polttoainetta, joka poltetaan lämpöenergian tuottamiseksi, ja biomassasta ja/tai sen tapaisesta haihtuvia aineita sisältävästä orgaanisesta aineesta muodostetaan pyrolyysireaktorissa pyrolyysihöyryä, jo-10 ka kondensoidaan pyrolyysiöljyksi kondensorissa.
Pyrolyysinestettä, so. pyrolyysiöljyä, tai pyrolyysikaasua valmistetaan kuivatislaamalla pyro-lyysitekniikalla erilaisista haihtuvia kemiallisia yh- j disteitä sisältävistä biomassoista tai sen tapaisista 15 orgaanisista aineista, kuten puusta, kuoresta, pape rista, oljesta, jätemuovista, palavasta kivestä, lig-niitistä, turpeesta tai vastaavasta. Pyrolyysi suoritetaan hapettomassa tilassa tyypillisesti 300 - 800 °C lämpötilassa. Käytettäessä hidasta lämmitysnopeutta j 20 pyrolyysinestettä, esim. kuivan puun ns. puutervaa, 1 saadaan talteen tyypillisesti n. 20 - 30 p-%. Pyro-lyysinestemäärä kasvaa käytettäessä nopeapyrolyysime- • · ·
·...· netelmää, so. lyhennettäessä biomassan viiveaikaa pe- J
• · ··*; rinteisestä 4-30 tunnista esim. 0,1 - 100 sekuntiin.
*:··· 25 Nopeapyrolyysimenetelmiä, ns. f lashpyrolyysimenetel- ·*·,· miä, pyrolyysinesteiden ja kemikaalien valmistamiseksi « « '·?; tunnetaan useita. 1 • · *
Nopeapyrolyysi suoritetaan tyypillisesti kuu- f • * * mentamalla polttoainepartikkeli kuumassa hapettomassa Λ . . 30 kaasuvirrassa tuomalla tarvittava kuumennuslämpö läm- » · * mityskaasun, lämmönvaihtimen tai lämmönsiirtoaineen, esim. hiekan, avulla pyrolysaattoriin. Kuplivaa ja ·;··· hiekkaa kierrättävää lei j ukerrosreaktoria voidaan ] käyttää polttoainepartikkelien kuumentamiseen, esim.
* · '•t 35 350 - 700 °C lämpötilaan 0,1 - 200 sekunnin viiveajas- • · * ϊ·: : sa, esim. lämmönsiirtomateriaalin avulla. Syntynyt py- rolyysihöyry kondensoidaan alle 150 °C lämpötilaan py- 2 117512 rolyysiöljyn muodostamiseksi. Esimerkiksi kuivasta sahanpurusta saadaan noin 75 - 82 p-% pyrolyysiöljyä, hiiltojäännöstä muodostuu noin 10 - 16 p-% ja loput ovat lauhtumattomia kaasuja. Polttoaineen sisältämä 5 vesi ja pyrolyysissä syntyvä pyrolyyttinen vesi lauhtuvat kondensorissa, jolloin pyrolyysiöljyn vesipitoisuus kasvaa. Puun pyrolyysiöljyssä on tyypillisesti vettä noin 20 - 40 p-% riippuen käytetyn polttoaineen kosteudesta ja kemiallisesta koostumuksesta sekä pyro- - 10 lyysiolosuhteista. Korkea vesipitoisuus laskee pyrolyysiöl jyn lämpöarvoa polttoainekäytössä. Lisäksi kor- \\ kean vesipitoisuuden takia pyrolyysiöljyt muuttuvat : varastoitaessa helposti kaksifaasinesteiksi.
Pyrolysoitava polttoaine, esim. biomassa, 15 voidaan johtaa ennen pyrolysaattoria erilliseen kuivuriin kuivattavaksi alentamaan muodostuvan pyrolyysiöl-jyn vesipitoisuutta. Yleensä käytetään tunnettuja rumpu-, flash- tai leijukerroskuivureita, joissa kuivaus-kaasuna on tyypillisesti savukaasu tai vesihöyry.
20 Edelleen patenttihakemuksesta FI 915577 on tunnettua käyttää höyrykuivuria, jossa kuuman hiekan avulla tuodaan lämpöä leijukerrosperiaatteella toimivaan kuivu- • · · t riin ja jossa poistetaan vain vettä. Lämpötila pide- tään sellaisella tasolla, ettei orgaanisia yhdisteitä • · 25 poistu.
: US-patentissa 5792340 (Ensyn Inc.) on kuvattu • · · menetelmä ja laitteisto pyrolyysinesteen valmistami- • · · I.. seksi polttoaineista nopeapyrolyysillä siten, että py- • · ♦ * rolysaattorina toimivassa kiertomassareaktorissa on 30 erillinen sekoitus- ja reaktorivyöhyke. Partikkelien j : suspensiotiheys on 4,5 - 18,6 106 partikkelia kuu- • · · tiojalkaa kohden. Lämmönsiirto polttoainepartikkelei- « hin tapahtuu käyttämällä hiekkaa lämmönsiirtoaineena • · >>#>; siten, että polttoaine- ja lämmönsiirtopartikkelien • · . 35 kontaktiaika on alle 2 sekuntia ja pyrolyysihöyry • · !,· · jäähdytetään alle 300 °C lämpötilaan alle 0,1 sekun- • · ‘ nissa. Menetelmässä lämmönsiirtohiekan massasuhde • * 3 117512 polttoaineeseen on 12:1 ja 200:1 välillä. Pyrolyysiöl-jyn saanto biomassasta on vähintään 65 p-% sisältäen pyrolyysiöljyn veden. Menetelmässä pyrolysaattorista poistuva hiekka ja pyrolyysin aikana syntyvä koksi ; 5 johdetaan hapetusreaktorille, jossa poltetaan koksia ja lämmitetään hiekkaa, joka kierrätetään takaisin py-rolysaattoriin. Hapetusreaktorin teho suhteessa pyro-lysaattorin polttoainetehoon on tyypillisesti 1:5.
Patentissa US 5792340 esitetty hapetusreakto-10 ri on suunniteltu polttamaan ensisijaisesti vain pyro-lyysissä syntyvä koksi ja lauhtumattomat kaasut. Tällöin koksin ja lauhtumattomien kaasujen lämpösisältö on pyrolysaattorin massasyötön rajoittava tekijä energiataseen perusteella. Esimerkiksi pyrolysaattoriin 15 syötettävän biomassan kosteuden ollessa yli 30 p-% koksi ja lauhtumattomat kaasut muodostavat poltettaessa liian vähän tarvittavaa energiaa esim. biomassan kuivaukseen, jolloin joudutaan käyttämään lisäpoltto-ainetta.
20 Edelleen tunnettujen pyrolyysiprosessien on- J
gelmana on pyrolysaattorin energian ja kuivurin lisä-polttoaineen tarve sekä kuivurissa haihdutetun veden • *· mahdollinen kulkeutuminen pyrolyysiöljyyn. Tavanomai-: sesti kuivurissa haihdutettu vesi lauhdutetaan tai * k ·;♦·; 25 johdetaan ulkoilmaan. Haihdutetun veden sisältäessä · •\j orgaanisia kuivatislaustuotteita prosessin käyttäminen • · muodostuu ongelmalliseksi ympäristöhaittojen, esim.
• · · voimakkaiden hajuhaittojen, takia. " • * · .
* Esitetyt menetelmät ovat investoinneiltaan ja | 30 käyttökustannuksiltaan kalliita, eivätkä ne mahdollis- ¥ · · ·· : ta polttokattilan energian hyödyntämistä osittain * * * polttoaineen kuivaamisessa ja/tai pyrolysoinnissa. Li- « saksi tunnettujen pyrolyysiprosessien ongelmana on se, ettei eri prosessivirtoja ja ei-toivottuj a väli- • « • 35 /lopputuotteita voida hyödyntää tai kierrättää halu- : tulla tavalla. .
• · • * · · 4 117512
Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut ongelmat ja tuoda esiin uudenlainen menetelmä ja laite käytettäväksi pyrolyysiöljyn valmistuksessa.
Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin me-5 netelmä, jolla voidaan tuottaa teollisessa mittakaavassa pyrolyysiöljyä ympäristöystävällisesti kierrättäen ja hyödyntäen prosessissa syntyviä prosessivirto-ja ja lämpöenergiaa sekä edullisesti osana lämpöenergian tuottamisprosessia. Lisäksi tarkoituksena on tuo-10 da esiin menetelmä, joka on helppo toteuttaa.
Keksinnön mukaiselle menetelmälle ja laitteelle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksissa.
'i
Keksintö perustuu pyrolyysiöljyn valmistami-15 seen pyrolyysin ja höyryjen kondensoinnin avulla ja lämpöenergian, kuten lämmön, höyryn ja sähkön, tuottamiseen polttokattilassa. Pyrolyysireaktori ja konden-sori integroidaan eli muodostetaan yhteenkuuluva kokonaisuus olennaisesti polttokattilan kanssa, polttokat-20 tilaan syötetään polttoainetta, joka poltetaan lämpö-energian tuottamiseksi, ja biomassasta ja/tai sen tapaisesta haihtuvia aineita sisältävästä orgaanisesta : aineesta muodostetaan pyrolyysireaktorissa pyro- • * # lyysihöyryä, joka kondensoidaan pyrolyysiöljyksi kon- * · 25 densorissa, ja polttokattilassa muodostunut lämpöener- .·, · gia, esim. lämpö kuuman väliaineen muodossa tai höyry, • * · otetaan talteen. Keksinnön mukaisesti polttokattilaan * * · * * · I,, ja pyrolyysireaktoriin syötetään olennaisesti eri • * · *·* ’ polttoainetta polton ja pyrolyysin hyötysuhteen ja py- 30 rolyysiöljyn saannon parantamiseksi, ja vain osa polt- • · : tokattilassa muodostuneesta lämpöenergiasta, esim.
* * * kuuma väliaine kuten hiekka, johdetaan pyrolyysireak- mm['l toriin, jonka polttoaineteho on enintään 50 % poltto- • · . kattilan polttoainetehosta.
··«#·.
. 35 Pyrolysointi, edullisesti nopeapyrolysointi, • · | voidaan suorittaa esim. 350 - 750 °C lämpötilassa 0,1 :*·.· - 400 sekunnin viiveajalla. Pyrolysoinnissa muodostu- • · i ’-k* 5 117512 nut pyrolyysihöyry jäähdytetään ja kondensoidaan kon-densorissa pyrolyysiöljyksi.
Keksinnön eräässä sovelluksessa pyrolyysire-aktorin polttoaineteho on edullisesti enintään 25 % 5 polttokattilan polttoainetehosta.
Erään sovelluksen mukaisesti ensisijaisesti lämpöenergian, kuten sähkön ja höyryn, tuottamiseen tarkoitettu polttokattila on varustettu omalla poltto-ainesyötöllä ja lämmön talteenotolla. Polttokattilaan 10 voidaan syöttää mitä tahansa kiinteää polttoainetta, esim. metsähaketta, puun kuorta, turvetta tai kivihiiltä, tai monipolttoaineseosta tms., joka poltetaan ^ lämpöenergian tuottamiseksi. Pyrolyysireaktoriin syötettävä pyrolysoitava polttoaine on biomassaa ja/tai 15 sen tapaista haihtuvia aineita sisältävää orgaanista ainetta, esim. sahanpurua, olkea tai jätemuovia tms., joka pyrolysoidaan pyrolyysireaktorissa pyro-lyysihöyryksi. Vaihtoehtoisesti sekä polttokattilaan että pyrolyysireaktoriin voidaan luonnollisesti syöt-20 tää ainakin osittain samaa polttoainetta, mutta erillisten syöttölaitteiden avulla.
Pyrolysoinnin kannalta tärkeimpiä raaka- * · · • : aineita ovat metsäteollisuuden tähteet, kuten hake, • · * ' .
sahanpuru ja kuorike. Kuitenkin vain ns. sydänpuusta • · ···.: 25 ilman kuorta saadaan korkea nestesaanto kuivasta raa- • Φ .·. : ka-aineesta. Kuoresta syntyy siis vähemmän pyro- * * * ,··.[ lyysituotetta, joka on lisäksi epästabiilimpaa ja hei- • t * posti faasierottuvaa. Näin ollen pyrolyysireaktoriin • * * • ja polttokattilaan ei kannata syöttää samaa raaka- 30 ainetta. Erittäin edullinen sovellus on johtaa poltto- • · · : kattilaan kuoripitoista raaka-ainetta energian tuotta- • « * *...· miseksi ja pyrolyysireaktoriin sahanpurua pyro- lyysinesteen tuottamiseksi. Polttokattilaan johdetaan edullisesti lisäksi esim. turvetta tai kivihiiltä tyy- « · . 35 dyttämään koko polttoainetarve.
f.: : Osa poltossa talteenotetusta lämpöenergiasta • · voidaan hyödyntää pyrolyysireaktorissa esim. poltto- 117512 6 . £ kattilassa kuumennetun petihiekan tai sen tapaisen lämmönsiirtomateriaalin avulla. Polttokattilasta kuumennettu ja samalla puhdistettu hiekka tai muu lämmön-siirtomateriaali siirretään, esim. 700 - 900 °C lämpö-5 tilassa, pyrolyysireaktoriin, jolloin osa poltossa muodostuneesta lämpöenergiasta siirtyy pyrolysointiin.
Poltossa syntyvä lämpöenergia voidaan vaihtoehtoisesti ottaa talteen esim. höyrynä, sähkönä tai kuumana vete- * nä. . v 10 Keksinnön eräässä sovelluksessa pyrolysoitava polttoaine kuivataan termisesti sinänsä tunnetussa kuivurissa, edullisesti ennen pyrolyysiä. Kuivuri integroidaan pyrolyysireaktoriin ja/tai polttokattilaan, ja pyrolysoitavan polttoaineen kuivauksessa hyödynne-15 tään osaa polttokattilassa muodostuneesta lämpöenergi asta.
Keksinnön eräässä sovelluksessa kuivuri si-; joitetaan olennaisesti pyrolyysireaktorin yhteyteen muodostamaan yhtenäinen reaktori, so. sama kokonai-20 suus, jolloin pyrolysaattorissa ensin kuivataan polt-toainepartikkelit ja sen jälkeen kuivatislataan ne halutuiksi pyrolyysihöyrytuotteiksi.
Polttoaineen kuivaaminen voidaan suorittaa • · · esim. kuumien savukaasujen tai kuuman petimateriaalin 25 avulla hyödyntämällä polttokattilan lämpöenergiaa.
. Luonnollisesti kuivaus voidaan suorittaa myös muulla * * * *,,* tavalla. Kuivurin avulla voidaan pienentää muodostuvan » · * pyrolyysiöljyn vesipitoisuutta, jolloin sen stabiili-V* suus kasvaa. Vesipitoisuuden ollessa alle 35 p-%, 30 edullisesti alle 30 p-%, riski pyrolyysiöljyn muuttu- • · ϊ : ί misesta kaksifaasinesteeksi varastoinnin aikana piene- nee. Ilman kuivuria esim. pyrolysoitavan sahanpurun • · * * . kosteuspitoisuus saisi olla vain alle 6 - 8 p-%, jotta * · saavutettaisiin pyrolyysiöljyn alle 30 p-% vesipitoi- • · · · · 35 suus. Jos kuivattava polttoaine sisältää runsaasti • kosteutta, esim. 40 - 50 p-%, muodostuu erotettava ve- ♦ ·· · ;\· simäärä korkeaksi ja tällöin rajoittaa polttokattilas- • * 7 117512 ta saatavaa hyötökuormaa ja energiaa muodostuvien sa-vukaasumäärien takia. Tämä voidaan huomioida poltto-kattilan mitoituksessa.
Eräässä sovelluksessa pyrolyysihoyrystä ero-5 tetaan kiinto- ja hiiliainesta, esim. hiekkaa tai koksia, hiukkaserottimessa, kuten syklonissa, ja/tai suo-dattimessa. Hiukkaserotin voidaan sijoittaa esim. py-rolysaattorin jälkeen. Edelleen pyrolyysihöyryt voidaan suodattaa, esim. hienosuodattimella esim. 200 - 10 550 °C lämpötilassa, hienomman kiinto- ja hiiliainek sen erottamiseksi pyrolyysihoyrystä, esim. pyrolysaat-torin ja kondensorin välissä tai kondensorin yhteydessä. Poistamalla pyrolyysihoyrystä kiintoainesta voidaan estää tai hidastaa kemiallisten yhdisteiden poly-15 meroitumisreaktioita, sillä hiiliaineksen ja/tai siihen kiinnittyneiden alkalimetallien on todettu katalysoivan partikkeliensa pinnoilla kemiallisia reaktioita, kuten polymeroitumisreaktioita, laskien näin pyro-lyysiöljyn saantoa ja heikentäen sen laatua, esim.
20 stabiilisuutta. Erotettu kiinto- ja hiiliaines voidaan johtaa polttokattilaan poltettavaksi. Kattilassa hiekka tai muu lämmönsiirtomateriaali kuumennetaan ja muut • · · ainevirrat poltetaan. Kuumentunut hiekka tai lämmön- i siirtomateriaali kierrätetään takaisin pyrolyysireak- f ·...; 25 toriin. :: • · .·. : Keksinnön eräässä sovelluksessa lauhtumatto- • · · * · mat kaasut, esim. hajukaasut, kemialliset yhdisteet • · · ja/tai niiden vesiseos, esim. kondensorista ja/tai i ♦ · · . * * • · * .«t * kuivurista kierrätetään polttokattilaan poltettavaksi.
30 Vaihtoehtoisesti lauhtumattomat kaasut tai vastaavat • · i·: ' voidaan johtaa kemialliseen talteenottoon.
·*· .
Keksinnön eräässä edullisessa sovelluksessa ....j pyrolyysireaktori on kiertomassaleijureaktori, kupliva leijureaktori tai sen tapainen, johon polttokattilassa i; • ·
. 35 kuumennettu ja samalla puhdistunut hiekka tai muu läm- S
: mönsiirtomateriaali johdetaan pyrolysoitavan polttoai- j ·.*·· neen kanssa.
8 117512
Keksinnön eräässä sovelluksessa polttokattila on leijukerroskattila, jossa poltetaan polttoainetta sekä esim. koksia, lauhtumattornia kaasuja ja kuumennetaan hiekkaa tai muuta lämmönsiirtomateriaalia. Leiju-.5 kerroskattila voi olla esim. kupliva kattila tai kier-tomassakattila tai niiden muunnelma tai muu sinänsä tunnettu kattila.
Keksinnön eräässä sovelluksessa pyrolyysire-aktori sijoitetaan olennaisesti polttokattilan tulipe-10 san yhteyteen, esim. kiinteäksi osaksi tulipesän rakennetta.
Pyrolyysiöljyn vesipitoisuuden pienentämiseksi ja samalla stabiilisuuden parantamiseksi voidaan hyödyntää patenttihakemuksen FI 982225 mukaista mene-15 telmää, jossa pyrolyysihöyrystä ja/tai -nesteestä poistetaan vettä ja kevyitä, reaktiivisia kemiallisia yhdisteitä haihduttamalla ja/tai estämällä höyryn täydellinen kondensoituminen.
Keksinnön mukaisen menetelmän eri vaiheissa 20 pyrolyysiraaka-aineesta, -höyrystä tai -öljystä erotettu vesi, esim. kuivurissa poistettu vesi tai faa-sierottunut vesi, on edullista johtaa polttokattilaan ··· ·...· tuhottavaksi. Tällöin voidaan välttää jäteveden kai- • · ϊ liit puhdistuskustannukset. j ·:*♦· 25 Keksinnön ansiosta pyrolyysiöl jyn valmistus- :*.φϊ menetelmässä aikaansaadaan korkea hyötysuhde valmis- ♦ · tettavan pyrolyysiöl jyn suhteen. Aiemmin tunnetuissa • · · .
menetelmissä, esim. US 5792340, pyrolyysiprosessin • · · * hyötysuhde on noin 63 - 65 % mitattuna alemman lämpö- * 30 arvon pohjalta. Keksinnön ansiosta saavutetaan esim.
* * * ί.ϊ * 78 - 91 % hyötysuhde riippuen esim. kuivausratkaisuis- *·· .
ta. Erillisten polttoaineiden syöttäminen pyrolyysire-aktoriin ja polttokattilaan parantaa prosessin hyö-tysuhdetta pyrolyysiöl jyn saannon ja lämpöenergian * · . 35 suhteen. - ’ • * : Keksinnön mukaisessa menetelmässä hyödynnet- * ♦ Σ/·{ tävänä tuotteena syntyy pyrolyysiöljyn lisäksi lämpö- 9 , 117512 energiaa. Polttokattilan lämpöenergiasta osa käytetään pyrolyysireaktorissa, pyrolysoitavan polttoaineen kuivauksessa sekä lauhtumattomien kaasujen poltossa polt-tokattilassa ja pääosa lämpöenergiasta johdetaan höy-5 ryn muodossa esim. sähkön tuottamiseen. Pyrolyysireak-toriin ja mahdolliseen kuivuriin ei tarvita lisäpolt-toainesyöttöä, vaan polttokattilasta johdettu lämpö-energia riittää prosessin ylläpitämiseen.
Toisaalta keksinnön mukaisessa menetelmässä 10 kiinto- ja hiiliaineksen ja lauhtumattomien kaasujen energiasisältö voidaan hyödyntää polttamalla ne polt-tokattilassa yhdessä muiden polttoaineiden kanssa.
Tällä sovelluksella ei heikennetä merkittävästi polt-toprosessin taloudellisuutta, etenkään jos pyrolyysi-15 reaktoriin integroidun polttokattilan polttoaineteho on yli kaksi kertaa suurempi kuin kattilasta pyro-lyysireaktoriin syötettävä polttoainevirta. Tällöin kattilaan syötettävä vesi ja lauhtumattomat kaasut eivät muodosta ongelmaa kattilan normaalin lämpötilan . r 20 ylläpitämiselle.
Keksinnön ansiosta voidaan pyrolyysiprosessin eri virrat kierrättää/hyödyntää prosessin muissa vai- · · heissä. Tällöin ympäristöhaitat, esim. hajuhaitat, ovat vähäisiä. 1 • · ·...: 25 Keksinnön ansiosta voidaan pyrolyysiprosessin , : investointi- ja käyttökuluja sekä lämpöhäviöitä pie- * * * * nentää oleellisesti ja rakennetta yksinkertaistaa.
• · *
Kuivausratkaisuj en integroinnilla keksinnön mukaiseen * * · ** * menetelmään ja laitteeseen voidaan alentaa merkittä- 30 västi pyrolyysiöljyn vesipitoisuutta sekä tuotantokus- .
• · m ''ί h:: tannuksia. Edelleen kuivurista poistuva vesi ei häi- • * · .
ritse prosessia, sillä se ei päädy tuotettavaan pyro- • h lyysiöljyyn, vaan kyseinen vesiseos johdetaan poltto- : • · kattilaan. Keksinnön mukaisella menetelmällä on mah- i • · . 35 dollista säätää tuotetun pyrolyysiöljyn vesipitoisuut- J ·* '4 :.· · ta energiahyötysuhteen kärsimättä, esim. kuivurirat- • * • · « • · · • · .4 10 117512 kaisun tai patenttihakemuksessa FI 982225 esitetyn menetelmän avulla.
Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa nykyisissä pyrolyysiprosesseissa pienillä muutok-5 silla.
Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisten sovellusesimerkkien avulla viitaten ohei siin kuviin, jossa kuva 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen 10 ensimmäistä sovellusta, jossa kuivuri on sijoitettu ennen pyrolysaattoria, kuva 2 esittää keksinnön mukaisen laitteen toista sovellusta, jossa kuivuri on integroitu pyroly-saattorin kanssa samaan kokonaisuuteen ja 15 kuva 3 esittää keksinnön mukaisen laitteen kolmatta sovellusta, jossa pyrolysaattori on sijoitettu polttokattilan tulipesän yhteyteen.
Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukainen laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi, johon laitteeseen 20 kuuluu polttokattila so. leijukattila 1 lämpöenergian tuottamiseksi, nopeapyrolyysireaktori so. pyrolysaattori 2 pyrolyysihöyryn muodostamiseksi, kondensori 3 :***; pyrolyysihöyryn kondensoimiseksi, kuivuri 4 pyrolysoi- • · « ^ tavan polttoaineen kuivaamiseksi ja polttoaineen eril- • · 25 liset syöttölaitteet 5 ja 15 polttoaineen syöttämisek- • · . si polttokattilaan ja kuivurin kautta pyrolysaatto- • * « riin. Leijukattila, pyrolysaattori, kondensori ja kui- • ♦ · *]/ vuri on yhdistetty toisiinsa kuvassa esitetyllä taval- • · · *»* * la. Pyrolysaattori on integroitu leijukattilan yhtey- 30 teen, ja pyrolysaattorin polttoaine-energiatarve on • · ·,: · korkeintaan 50 %, edullisesti enintään 25 %, leijukat- tilan polttoainevirrasta.
Leijukattilaan 1 kuuluu edelleen lämmöntal- • * . teenottolaite, esim. höyryn talteenotto-/hyödyntämis- i 35 laite, lämmönvaihdin tai sisäisen materiasiikierrätyk- • m j sen sykloni, muodostuneen lämpöenergian tai lämmitetyn lämmönsiirtoaineen talteenottamiseksi ja siirtolaite 8 • · 117512
Il ja 9, esim. lämmönsiirtoaineen so. hiekan siirtoputki, muodostuneen lämpöenergian osavirran johtamiseksi py-rolysaattoriin 2 ja/tai kuivuriin 4. Kuvan sovelluksessa hiekan siirtoputki 9 on järjestetty siirtämään 5 polttokattilassa lämmitetty kuuma hiekka pyrolysaatto-riin.
Pääosa polttoaineesta, esim. hiili, turve, ligniitti tai palava kivi, syötetään syöttölaitteen 5 avulla leijukattilaan 1. Lisäksi syöttölaite 5 on jär-10 jestetty syöttämään polttokattilaan metsähaketta tai puun kuorta pienempiä määriä. Syöttölaite 15 on järjestetty syöttämään haihtuvia aineita sisältävää biomassaa, kuten sahanpurua tai olkea, jonka kosteuspitoisuus on edullisesti alle 20 p-%, kuivurin 4 kautta 15 pyrolysaattoriin 2.
Kuivurissa 4 pyrolysoitava polttoaine kuivataan leijukattilasta 1 johdetun lämpöenergian 8 avulla vastavirtaperiaatteella. Lämpöenergia siirretään joko kuumien savukaasujen tai kuuman petimateriaalin tai 20 vastaavan muodossa kuivuriin. Savukaasu, petihiekka tms. johdetaan kuivuriin lämmönsiirtolaitteen 8 avulla. Lauhtumattomat kaasut, haihdutettu vesi ja mahdol- • * * liset haihdutetut kemialliset yhdisteet sekä hajukaa- * * sut kierrätetään kuivurista leijukattilaan poistoput-·;*·· 25 ken 14 kautta poltettaviksi. Kuivuri on sinänsä tun- : nettu, esim. sekoituskuivuri, joten sitä ei kuvata tässä yhteydessä yksityiskohtaisemmin.
t *
Kuivattu polttoaine johdetaan kuivurista 4 • « · pyrolysaattoriin 2. Pyrolysaattorissa muodostetaan py- , 30 rolysoitavasta polttoaineesta nopeapyrolyysillä 300 - * · · : 700 °C lämpötilassa pyrolyysihöyryä. Pyrolysaattorina *...* on tässä laitesovelluksessa kiertomassalei jureaktori.
·;··! Lämpöenergia leijukattilasta 1 johdetaan pyrolysaatto- riin 2 kuuman petihiekan muodossa sisäisen materiaali- • · 35 kierrätyksen syklonin ja hiekan siirtoputken 9 kautta.
* · · i Petihiekka voidaan kierrättää takaisin leijukattilaan.
• · · • · 12 117512
Pyrolysaattorista 2 pyrolyysihöyry johdetaan kondensoriin 3, jossa kuuma pyrolyysihöyry kondensoi-daan ja fraktioidaan vaiheittain pyrolyysiöljyksi. Vesihöyryä ja kevyitä kemiallisia yhdisteitä voidaan 5 poistaa estämällä niiden täydellinen kondensoituminen kondensorissa 2 tai haihduttamalla ne pyrolyysiöljystä kondensoitumisen yhteydessä tai sen jälkeen (FI 982225). Tällöin pyrolyysiöljyn laatu paranee; stabiilisuus paranee ja vesipitoisuus pienenee. Lauhtumatto-10 mat kaasut, kemialliset yhdisteet ja/tai niiden ve-siseos johdetaan puhaltimen, kompressorin tai vastaavan 10 avulla joko leijukattilaan 1 poltettavaksi kierrätysputken 12 kautta tai pyrolysaattoriin uudestaan pyrolysoitavaksi. Ne poltetaan leijukattilassa 15 muiden polttoaineiden rinnalla, koska niiden energia-arvo on matala.
Polttokattilasta 1 voidaan johtaa puhdistettuja ja jäähdytettyjä savukaasuja puhaltimelle 10 sen puhdistamiseksi epäpuhtauksista.
20 Kuvan 1 sovelluksessa laitteeseen kuuluu edelleen hiukkaserotin eli hiukkassykloni 6 karkean kiintoaineen, esim. petihiekka, ja pyrolysaattorissa 2 «·« syntyvän koksin erottamiseksi pyrolyysihöyrystä. Syk- :V: Ioni 6 on sijoitettu pyrolysaattorin jälkeen. Erotettu • · •;..j 25 kiintoaine ja koksi johdetaan syklonista leijukatti- .·. : laan 1 poltettavaksi kierrätysputken 13 kautta. Leiju- ♦··'· .·./ kattilassa koksi palaa ja petihiekka kuumennetaan.
• · · Tällöin hiekka puhdistuu ja sitä voidaan käyttää uu~ * · ♦ • delleen lämpöenergian siirtämiseen pyrolysaattoriin 2 30 ja/tai kuivuriin 4. Edelleen laitteeseen kuuluu suoda- • · • · · ί.: : tin 7 hienomman kiintoaineen erottamiseksi pyro- »»· lyysihöyrystä. Pyrolyysihöyry suodatetaan esim. 50 - 550 °C lämpötilassa ja kuumasuodattimen ollessa ky-seessä 200 - 550 °C lämpötilassa. Suodatin on sijoi- • m . 35 tettu erottimen ja kondensorin 3 väliin. Se voidaan # · f :.· · sijoittaa myös kondensorin yhteyteen.
• · * · · * »» * · : 13 117512
Kuvan 1 laitesovelluksen pyrolysaattorin 2 polttoaineteho on esim. välillä 5 - 70 MW ja leijuker-roskattilan 1 polttoaineteho on esim. yli 200 MW. Tällöin kuivurista 4 ja/tai kondensorista 3 tuleva vesi-5 höyrymäärä ja leijukerroskattilasta kuuman hiekan mukana poistuva lämpökapasiteetin lasku eivät häiritse merkittävästi leijukerroskattilan toimintaa. Kun käytetään sellaista polttoainetta, jonka vesipitoisuus on i pieni, edullisesti alle 20 p-%, niin haihdutettava ve-10 simäärä on pieni. Tällöin haihdutettava vesimäärä ei rajoita leijukerroskattilasta saatavaa hyötökuormaa ja -energiaa savukaasumäärien vuoksi pääpolttoaineilla.
Lisäksi laitteeseen voi kuulua kemiallinen talteenottoyksikkö kondensorissa erotettujen kemial-15 listen yhdisteiden talteenottamiseksi mahdollista myöhempää hyödyntämistä varten. Kemialliset yhdisteet hyödynnetään sinänsä tunnetuilla menetelmillä, joita ei kuvata tässä yhteydessä yksityiskohtaisemmin.
Kuvan 2 laitesovelluksessa kuivuri 4 ja pyro-20 lysaattori 2 on integroitu yhtenäiseen kiertomassare-aktoriin 16. Tällöin reaktorin 16 alkuosaan eli pohjaosaan johdetaan leijukattilasta 1 kuumaa petihiekkaa tai muuta lämmönsiirtomateriaalia siirtoputken 9 kaut- • · *.V ta noin 700 - 900 °C lämpötilassa. Pyrolysoitava polt- *:**: 25 toaine syötetään samanaikaisesti syöttölaitteen 15 :*·.· avulla. Pyrolysoitavan polttoaineen palakoko on edul- • · lisesti välillä 0,1 - 10 mm. Reaktorin 16 pohjaosassa suoritetaan pyrolysoitavan polttoaineen kuivaaminen • * · kuuman petihiekan tai vastaavan avulla. Tämän jälkeen . . 30 reaktorin keski-/yläosassa suoritetaan polttoaineen • · · "j/ kuivatislaaminen hapettomassa tilassa eli pyrolysoin- * · ’···* ti. Muodostuneen pyrolyysihöyryn lämpötila on noin 350 ·:*·· - 700 °C. Muilta osin kuvan 2 laitesovellus toimii vastaavalla tavalla kuin kuvassa 1 esitetty laiteso-•t 35 vellus.
• · · * | Kuvan 3 laitesovelluksessa pyrolysaattori 2 ? *. " on sijoitettu leijukattilan 1 tulipesän 18 yhteyteen 14 117512 ja kytketty sisäisen materiaalikierrätyksen syklonin 17 petihiekan paluukiertoon. Pyrolysaattori 2 on asennettu kiinteäksi osaksi kattilan tulipesärakennetta. Tällöin kuumaa hiekkaa on mahdollista kierrättää eril-5 lisessä tulistimessa tavoiteltaessa korkeita lämpöti loja. Tämä on etu, etenkin poltettaessa esim. klooria sisältäviä polttoaineita, jotka aiheuttavat helposti kattilan tulistimien korroosiota. Tällöin petihiekan avulla aikaansaadaan kuumimmille höyryntulistimille 10 matala klooripitoisuus, jolloin korroosioriski piene- nee.
Kuvan 3 laitesovelluksessa kuivurista 4 johdetaan kuivattu pyrolysoitava polttoaine pyrolysaatto-riin 2. Kuuma petimateriaali kiertää leijukattilan 1 15 sisäisestä materiaalikierrosta suoraan pyrolysaatto- riin tuomaan lämpöenergiaa polttoaineiden pyrolysoin-tiin. Pyrolysaattorissa syntyvä pyrolyysihöyry johdetaan kuvan 1 laitesovelluksen mukaisesti hiukkaserot-timelle 6 karkean kiintoaineen ja koksin poistamiseksi 20 pyrolyysihöyrystä. Kiintoaine ja koksi johdetaan hiuk- kaserottimelta takaisin leijukattilan petimateriaalin kiertoon kierrätysputken 13 kautta. Muilta osin kuvan
• M
3 laitesovellus toimii vastaavalla tavalla kuin kuvas- * * i,!.: sa 1 esitetty laitesovellus.
25 ·*· Ϊ Esimerkki 1 • · * • « · • « *
Puubiomassaa pyrolysoidaan keksinnön mukai- • · * .
sella laitteella, jossa pyrolysaattori on integroitu . , 30 kuorikattilaan. Tässä sovelluksessa puubiomassa koos- • t · ··· · tuu ensisijaisesti sahanpurusta, jolloin voidaan vai- * · mistaa pyrolyysimenetelmällä hyvälaatuista polttoai- netta. Kuorikattilassa poltetaan esim. haketta ja puun 11((; kuoriketta yhdessä esim. kivihiilen kanssa.
• * ,35 Sahalta tuleva kuiva sahanpuru pyrolysoidaan * · ·,· j kuvassa 2 esitetyllä laitteistolla. Tällöin reaktorin 16 alaosaa operoidaan siten, että siellä vallitsevat • · : 15 117512 lievästi kuivattavat olosuhteet. Jos pyrolysoitävänä materiaalina käytetään metsähakkeen sydänpuuainesta, jonka kosteus on tyypillisesti 45 - 60 %, joudutaan pyrolysoitava materiaali kuivaamaan kuvassa 1 tai 3 5 esitetyn kuivurin avulla.
Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan raaka-aineen paras ja sopivin osa käyttää pyrolysoita-vana materiaalina ja pyrolyysin kannalta huonompi osa voidaan syöttää polttokattilaan. Raaka-aineen jaottelu 10 voidaan suorittaa sinänsä tunnetuin menetelmin, kuten värierottelulla vaaleaan sydänpuuhun ja kuorifrakti-oon.
• Esimerkki 2 15
Olkea ja peltotähteitä pyrolysoidaan keksinnön mukaisella laitteella, jossa pyrolysaattori on integroitu voimakattilaan.
Olkea voidaan tunnetusti käyttää polttoainee- 20 na energiantuotannossa yhdessä pääpolttoaineiden, ku ten kivi- tai ruskohiilen, kanssa. Oljen kosteus on tyypillisesti 15 - 20 % korjuuajankohdan sateisuudesta : ti riippuen. .
Keksinnön mukaisesti oljesta voidaan valmis- • · ....J 25 taa pyrolyysinestettä edullisesti kuvan 2 mukaisella .·, : laitteistolla, koska olki on suhteellisen kuivaa mate- * »· t‘../ riaalia. Tässä sovelluksessa myös voimakattilassa pol- * · · tetaan vähäisiä määriä olkea suhteessa poltettavaan * · · ’·* * kivihiilen määrään.
30 Oljen tuhka sisältää tunnetusti alkaali- ja • · i klooriyhdisteitä, jotka voivat aiheuttaa kattilassa * * * korroosiota ja kuonaantumista. Tällöin syklonista polttokattilaan tulevan virran epäpuhtaustasoon kiin- • · nitetään erityistä huomiota kattilahäiriöiden väittä- • · , 35 miseksi. Tehokas tapa välttää ongelmat on mitoittaa • · ·,: · sykloni siten, että vain hiekkarikas fraktio johdetaan :\i kattilaan ja kevyt olkituhka johdetaan pyrolyysihöyry- Ϊ6 117512 jen kanssa suodattimelle, jossa oljen tuhkakomponentit | erotetaan kaasuvirrasta.
Esimerkki 3 5
Turvetta pyrolysoidaan keksinnön mukaisella laitteella, jossa pyrolysaattori on integroitu leiju-kattilan yhteyteen. Turpeen pyrolysoinnin aikana polt-tokattilan polttoaineena käytetään metsäteollisuuden 10 tähteitä, kuten haketta, ja kivihiiltä ja/tai turvet-ta.
Turpeesta saadaan tunnetusti pyrolyysinestet- tä vähemmän kuin muista biomassoista, esim. puusta.
Turpeesta saatavan pyrolyysinesteen määrä on tyypilli-15 sesti vain 30 - 50 %, jolloin sivutuotteena syntyy runsaasti hiiliainesta ja pyrolyysikaasuja.
Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa turveöljyä tunnettua korkeammalla hyötysuhteella, koska syntyvät sivutuotteet voidaan muuttaa 20 polttokattilassa lämmöksi tai höyryksi energiantuotantoon. Polttoturpeen kosteus on tavanomaisesti 40-55 %, jolloin on edullista käyttää kuvan 1 tai 3 mukaista :***: laitteistoa.
* · ·
Turpeen sijasta voidaan vaihtoehtoisesti • · 25 käyttää palavaa kiveä pyrolysoitavana materiaalina, • * . jolloin pyrolyysinesteen saanto on vain 20-40%ja • * · tuhkapitoisuus on huomattavan korkea.
• * · • · ♦ ··· • · * *** * Esimerkki 4 3° • · .
·.· · Jätemuovia pyrolysoidaan keksinnön mukaisella . · i : : laitteella. Jätemuovi sisältää tavanomaisesti vettä ·«· alle 10 % ja hiekkaa ja tuhka-ainesta alle 10 %.
• * . Kuvan 2 mukaisella laitteella jätemuovia voi- . 35 daan pyrolysoida, jo pieninä määrinä, pyrolyysiöljyksi • · ;,· · ilman, että leijukattilaa käyttävän voimalaitoksen tai lämpökeskuksen prosessi häiriintyy. Pyrolysoinnin jäi- 17 117512 keen muovin mukana tullut hiekka poistetaan pyro- .·'? lyysihöyrystä syklonin avulla ja johdetaan polttokat-tilaan. Muovin mukana tullut vesi dekantoidaan pyro-lyysiöljystä kondensorin jälkeen, koska vesi ei sekoi- 1 5 tu hiilivedyistä, pääosin polyeteenistä ja polypropeenista, koostuvaan pyrolyysiöljyyn.
Pyrolysoitavan jätemuovin määrät voivat olla erittäin pieniä verrattuna polttokattilan polttoaine-virtaan, jolloin pyrolysaattorin polttoainetarve on 10 jopa alle 5 - 10 % polttokattilan polttoainetehosta. '
Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu erilaisina sovelluksina erilaisten pyrolyysiöljyjen valmistamiseen ja lämpöenergian tuottamiseen.
15 Keksinnön sovellukset eivät rajoitu esitet tyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.
··· • 1 2 3 4 1 • · • · 1 • · 1 * · ····· • · 1 • 4 · • 1 · • · · * 1 1 ·»· * · # • · · • · • · · * 1 · · 4·· • · • · • · · *44«· *9 9 • 4 · 2 • · · 3 * · · 4 4 · • 4 · *41· 4 4
Claims (20)
1. Menetelmä pyrolyysiöljyn valmistamiseksi siten, että pyrolyysireaktori ja kondensori yhdistetään olennaisesti polttokattilaan, polttokattilaan syötetään 5 polttoainetta, joka poltetaan lämpöenergian tuottamiseksi, ja biomassasta ja/tai sen tapaisesta haihtuvia aineita sisältävästä orgaanisesta aineesta muodostetaan pyrolyysireaktorissa pyrolyysihöyryä, joka kon-densoidaan pyrolyysiöljyksi kondensorissa, ja poltto-10 kattilassa muodostunut lämpöenergia otetaan talteen, tunnettu siitä, että polttokattilaan ja pyro-lyysireaktoriin syötetään olennaisesti eri polttoainetta polton ja pyrolyysin hyötysuhteen ja pyrolyysiöljyn saannon parantamiseksi, ja vain osa polttokattilassa 15 muodostuneesta lämpöenergiasta johdetaan pyrolyysireak-toriin, jonka polttoaineteho on enintään 50 % poltto-kattilan polttoainetehosta.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysireaktorin polttoai- 20 neteho on enintään 25 % polttokattilan polttoainetehosta.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttokattilaan syö-tetään puun kuorta, metsähaketta, turvetta, kivihiiltä * · 25 ja/tai monipolttoaineseosta tai sen tapaista. * 1 · 4 1
· * \ 4, Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen «···1' menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysireakto- • 1 \ riin syötetään purua, olkea, jätemuovia, puuta ja/tai V 1 turvetta. : 30
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysireakto-.·**. riin syötetään purua ja polttokattilaan syötetään puun kuorta, metsähaketta, turvetta ja/tai kivihiiltä.
6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen 35 menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolysoitava » *i·1: polttoaine kuivataan termisesti kuivurissa, joka integ- roidaan olennaisesti pyrolyysireaktorin ja/tai poltto- • · « · · * · * · · 1 19 ; 117512 kattilan yhteyteen, ja vain osa polttokattilassa muodostuneesta lämpöenergiasta johdetaan kuivuriin.
7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivuri sijoite- 5 taan olennaisesti pyrolyysireaktorin yhteyteen muodostamaan yhtenäinen reaktori.
8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lauhtumattomat kaasut, kiinto- ja hiiliaines ja/tai vesiseos kierräte- 10 tään pyrolyysireaktorista, kondensorista, kuivurista, erottimesta ja/tai suodattimesta polttokattilaan poltettavaksi.
9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysireaktori 15 sijoitetaan olennaisesti polttokattilan tulipesän yhteyteen.
10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyrolyysire-aktori on kiertomassaleijureaktori, kupliva leijureak- 20 tori tai sen tapainen.
11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttokattila on leijukerroskattila.
... 12. Laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi, jo- • · 25 hon laitteeseen kuuluu polttokattila (1), jossa polte- • · · "·1·] taan polttoainetta lämpöenergian tuottamiseksi, pyro- * 1 lyysireaktori (2) , jossa muodostetaan biomassasta • · ·.2; ja/tai sen tapaisesta haihtuvia aineita sisältävästä • · · V: orgaanisesta aineesta pyrolyysihöyryä, ja kondensori ·:: 30 (3), jossa pyrolyysihöyry kondensoidaan pyrolyysiöl- jyksi, ja pyrolyysireaktori (2) ja kondensori (3) on ;1··. integroitu olennaisesti polttokattilan (1) yhteyteen, .1··, ja polttokattilaan kuuluu ainakin yksi lämmön talteen- ·1 ottolaite polttokattilassa muodostuneen lämmön talteen- t ' 35 ottamiseksi, tunnettu siitä, että laitteeseen « *!1'· kuuluu erilliset polttoaineen syöttölaitteet (5,15) ....: olennaisesti eri polttoaineiden syöttämiseksi poltto- 2 ·♦·..· • 1 ♦ · . ' 20 117512 kattilaan (1) ja pyrolyysireaktoriin (2) , ja ainakin yksi siirtolaite (9) , joka on järjestetty siirtämään vain osa polttokattilassa muodostuneesta lämpöenergiasta pyrolyysireaktoriin (2) , jonka polttoaineteho on 5 enintään 50 % polttokattilan polttoainetehosta.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että pyrolyysireaktorin (2) polttoaineteho on enintään 25 % polttokattilan polttoaine-tehosta.
14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu kuivuri (4) pyrolysoitavan polttoaineen kuivaamiseksi termisesti, joka kuivuri-on integroitu olennaisesti py~ * rolyysireaktorin (2) ja/tai polttokattilan (1) yhtey- 15 teen, ja siirtolaite (8) , joka on järjestetty siirtämään vain osa polttokattilassa muodostuneesta lämpö- energiasta kuivuriin (4).
15. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 14 mu kainen laite, tunnettu siitä, että kuivuri (4) on 20 sijoitettu olennaisesti pyrolyysireaktorin (2) yhtey teen muodostamaan yhtenäinen reaktori (16) .
16. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu hiukkaserotin (6) ja/tai suodatin (7) kiinto- ja *···* 25 hiiliaineksen erottamiseksi pyrolyysihöyrystä.
*·*.* 17. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 16 mu- kainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen • · V*: kuuluu ainakin yksi kierrätysputki (12,13,14) lauhtu- mattomien kaasujen, kiinto- ja hiiliaineksen ja/tai ve- :*·*· 30 siseoksen kierrättämiseksi pyrolyysireaktorista (2) , kondensorista (3), kuivurista (4), erottimesta (6) ,···. ja/tai suodattimesta (7) polttokattilaan (1) poltetta- • · 'V. viksi. • · *1* 18. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 17 mu- 35 kainen laite, tunnettu siitä, että pyrolyysireak-tori (2) on sijoitettu olennaisesti polttokattilan (1) tulipesän (18) yhteyteen. ♦ · 1 • * . • · • t · 21 117512
18 117512
19. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 18 mu kainen laite, tunnettu siitä, että pyrolyysireak-tori (2) on kiertomassaleijureaktori, kupliva leijure-aktori tai sen tapainen.
20. Jonkin patenttivaatimuksista 12 - 19 mu kainen laite, tunnettu siitä, että polttokattila (1) on leijukerroskattila. ·« * 1 2 3 • · 1 * 1 #·· • · 1 • · *···· • » * « » · · t m • 1 · • · · • · · » • 1 9 • · · ··· * 1 • · • 1 · * · * « · 1 * ····· • · · · · • · · 2 ··· #···· • · 3 117512 PATENT KRAV
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI992180A FI117512B (fi) | 1998-10-14 | 1999-10-11 | Menetelmä ja laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi |
| SE9903702A SE522051C2 (sv) | 1998-10-14 | 1999-10-14 | Förfarande och anordning för framställning av pyrolysvätska |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI982231A FI982231A0 (fi) | 1998-10-14 | 1998-10-14 | Menetelmä ja laitteisto leijukerroskattilaan syötettävien polttoaineiden osavirran pyrolysoimiseksi tuotenesteeksi |
| FI982231 | 1998-10-14 | ||
| FI992180 | 1999-10-11 | ||
| FI992180A FI117512B (fi) | 1998-10-14 | 1999-10-11 | Menetelmä ja laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI19992180A FI19992180A (fi) | 2000-04-14 |
| FI117512B true FI117512B (fi) | 2006-11-15 |
Family
ID=26160654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI992180A FI117512B (fi) | 1998-10-14 | 1999-10-11 | Menetelmä ja laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI117512B (fi) |
| SE (1) | SE522051C2 (fi) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009047387A1 (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-16 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method for carrying out pyrolysis |
| WO2009047392A1 (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-16 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Apparatus for producing a pyrolysis product |
| RU2500786C2 (ru) * | 2008-03-31 | 2013-12-10 | Метсо Пауэр Оы | Способ проведения пиролиза и устройство для его проведения |
| WO2014072583A1 (en) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Metso Power Oy | A method for performing pyrolysis and a pyrolysis apparatus |
| US20140363343A1 (en) * | 2011-09-22 | 2014-12-11 | Ensyn Renewables, Inc. | Apparatuses and Methods for Controlling Heat for Rapid Thermal Processing of Carbonaceous Material |
| US9347005B2 (en) | 2011-09-13 | 2016-05-24 | Ensyn Renewables, Inc. | Methods and apparatuses for rapid thermal processing of carbonaceous material |
| US9410091B2 (en) | 2011-12-12 | 2016-08-09 | Ensyn Renewables, Inc. | Preparing a fuel from liquid biomass |
| US9422478B2 (en) | 2010-07-15 | 2016-08-23 | Ensyn Renewables, Inc. | Char-handling processes in a pyrolysis system |
| US9441887B2 (en) | 2011-02-22 | 2016-09-13 | Ensyn Renewables, Inc. | Heat removal and recovery in biomass pyrolysis |
| US9809564B2 (en) | 2006-04-03 | 2017-11-07 | Pharmatherm Chemicals, Inc. | Thermal extraction method and product |
| US9951278B2 (en) | 2010-05-20 | 2018-04-24 | Ensyn Renewables, Inc. | Processes for controlling afterburn in a reheater and for controlling loss of entrained solid particles in combustion product flue gas |
| US10337726B2 (en) | 2015-08-21 | 2019-07-02 | Ensyn Renewables, Inc. | Liquid biomass heating system |
| US10400176B2 (en) | 2016-12-29 | 2019-09-03 | Ensyn Renewables, Inc. | Demetallization of liquid biomass |
| US10633606B2 (en) | 2012-12-10 | 2020-04-28 | Ensyn Renewables, Inc. | Systems and methods for renewable fuel |
| US10794588B2 (en) | 2011-09-22 | 2020-10-06 | Ensyn Renewables, Inc. | Apparatuses for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material and methods for the same |
-
1999
- 1999-10-11 FI FI992180A patent/FI117512B/fi active IP Right Grant
- 1999-10-14 SE SE9903702A patent/SE522051C2/sv not_active IP Right Cessation
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9809564B2 (en) | 2006-04-03 | 2017-11-07 | Pharmatherm Chemicals, Inc. | Thermal extraction method and product |
| CN104910928A (zh) * | 2007-10-11 | 2015-09-16 | 芬兰国家技术研究中心股份公司 | 生产热解产物的设备 |
| WO2009047392A1 (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-16 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Apparatus for producing a pyrolysis product |
| CN101896577A (zh) * | 2007-10-11 | 2010-11-24 | 瓦申泰克尼利南塔基马斯凯斯库斯公司 | 生产热解产物的设备 |
| WO2009047387A1 (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-16 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method for carrying out pyrolysis |
| RU2500786C2 (ru) * | 2008-03-31 | 2013-12-10 | Метсо Пауэр Оы | Способ проведения пиролиза и устройство для его проведения |
| US9951278B2 (en) | 2010-05-20 | 2018-04-24 | Ensyn Renewables, Inc. | Processes for controlling afterburn in a reheater and for controlling loss of entrained solid particles in combustion product flue gas |
| US10563127B2 (en) | 2010-05-20 | 2020-02-18 | Ensyn Renewables, Inc. | Processes for controlling afterburn in a reheater and for controlling loss of entrained solid particles in combustion product flue gas |
| US9422478B2 (en) | 2010-07-15 | 2016-08-23 | Ensyn Renewables, Inc. | Char-handling processes in a pyrolysis system |
| US9441887B2 (en) | 2011-02-22 | 2016-09-13 | Ensyn Renewables, Inc. | Heat removal and recovery in biomass pyrolysis |
| US11028325B2 (en) | 2011-02-22 | 2021-06-08 | Ensyn Renewables, Inc. | Heat removal and recovery in biomass pyrolysis |
| US9347005B2 (en) | 2011-09-13 | 2016-05-24 | Ensyn Renewables, Inc. | Methods and apparatuses for rapid thermal processing of carbonaceous material |
| US20140363343A1 (en) * | 2011-09-22 | 2014-12-11 | Ensyn Renewables, Inc. | Apparatuses and Methods for Controlling Heat for Rapid Thermal Processing of Carbonaceous Material |
| US10400175B2 (en) * | 2011-09-22 | 2019-09-03 | Ensyn Renewables, Inc. | Apparatuses and methods for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material |
| US10794588B2 (en) | 2011-09-22 | 2020-10-06 | Ensyn Renewables, Inc. | Apparatuses for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material and methods for the same |
| US10570340B2 (en) | 2011-12-12 | 2020-02-25 | Ensyn Renewables, Inc. | Systems and methods for renewable fuel |
| US9410091B2 (en) | 2011-12-12 | 2016-08-09 | Ensyn Renewables, Inc. | Preparing a fuel from liquid biomass |
| US9969942B2 (en) | 2011-12-12 | 2018-05-15 | Ensyn Renewables, Inc. | Systems and methods for renewable fuel |
| US10975315B2 (en) | 2011-12-12 | 2021-04-13 | Ensyn Renewables, Inc. | Systems and methods for renewable fuel |
| WO2014072583A1 (en) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Metso Power Oy | A method for performing pyrolysis and a pyrolysis apparatus |
| US10023803B2 (en) | 2012-11-09 | 2018-07-17 | Valmet Technologies, Inc. | Method for performing pyrolysis and a pyrolysis apparatus |
| US10633606B2 (en) | 2012-12-10 | 2020-04-28 | Ensyn Renewables, Inc. | Systems and methods for renewable fuel |
| US10640719B2 (en) | 2013-06-26 | 2020-05-05 | Ensyn Renewables, Inc. | Systems and methods for renewable fuel |
| US10948179B2 (en) | 2015-08-21 | 2021-03-16 | Ensyn Renewables, Inc. | Liquid biomass heating system |
| US10337726B2 (en) | 2015-08-21 | 2019-07-02 | Ensyn Renewables, Inc. | Liquid biomass heating system |
| US10400176B2 (en) | 2016-12-29 | 2019-09-03 | Ensyn Renewables, Inc. | Demetallization of liquid biomass |
| US10982152B2 (en) | 2016-12-29 | 2021-04-20 | Ensyn Renewables, Inc. | Demetallization of liquid biomass |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9903702L (sv) | 2000-04-15 |
| SE9903702D0 (sv) | 1999-10-14 |
| SE522051C2 (sv) | 2004-01-07 |
| FI19992180A (fi) | 2000-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI117512B (fi) | Menetelmä ja laite pyrolyysiöljyn valmistamiseksi | |
| EP2209872B1 (en) | Apparatus for producing a pyrolysis product | |
| Henrich et al. | Pressurized entrained flow gasifiers for biomass | |
| CA1160104A (en) | Fluidized-bed process to convert solid wastes to clean energy | |
| EP1278813B1 (en) | A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials | |
| RU2502779C2 (ru) | Способ осуществления пиролиза | |
| US7763088B2 (en) | Biomass gasification system | |
| Fagernäs et al. | Drying of biomass for second generation synfuel production | |
| US10059883B2 (en) | Method for producing a pyrolysis product | |
| CN101238197A (zh) | 快速热解木质纤维素的方法 | |
| BG99166A (bg) | Метод и устройство за сушене и газифициране на надробено въглищно гориво с високо съдържание на влага | |
| EP0764196A1 (en) | Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
| FI124422B (fi) | Menetelmä tuhkan käsittelemiseksi ja tuhkan käsittelylaitos | |
| RU2152561C1 (ru) | Способ переработки конденсированных горючих | |
| AU2010202283A1 (en) | Method of using syngas cooling to heat drying gas for a dry feed system | |
| WO2011045473A1 (en) | Process and apparatus for producing biocarbon | |
| FI112665B (fi) | Menetelmä ja laitteisto hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi | |
| SE527127C2 (sv) | Process och apparat för produktion av termisk och elektrisk energi i en pappersmassefabrik | |
| FI125685B (fi) | Menetelmä pyrolyysin suorittamiseksi ja pyrolyysilaitteisto | |
| JP2005075925A (ja) | 有機質廃材熱分解炭化法 | |
| RU2150045C1 (ru) | Способ переработки горючих твердых бытовых отходов | |
| JP4678769B2 (ja) | 下水汚泥を原料とするガス化設備の運転方法およびガス化設備 | |
| WO2012127084A1 (es) | Aparato basado en un transportador de sólidos y su uso |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 117512 Country of ref document: FI |