FI123497B - Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos - Google Patents

Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos Download PDF

Info

Publication number
FI123497B
FI123497B FI20105867A FI20105867A FI123497B FI 123497 B FI123497 B FI 123497B FI 20105867 A FI20105867 A FI 20105867A FI 20105867 A FI20105867 A FI 20105867A FI 123497 B FI123497 B FI 123497B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
flue gas
combustion chamber
gas
combustion
gasification
Prior art date
Application number
FI20105867A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20105867A0 (fi
FI20105867A (fi
Inventor
Timo Nylander
Sami Nylander
Original Assignee
Timo Nylander
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Timo Nylander filed Critical Timo Nylander
Priority to FI20105867A priority Critical patent/FI123497B/fi
Publication of FI20105867A0 publication Critical patent/FI20105867A0/fi
Priority to PCT/FI2011/050726 priority patent/WO2012022841A1/en
Priority to RU2013112493/05A priority patent/RU2570456C2/ru
Priority to CN201180050591.8A priority patent/CN103201356B/zh
Priority to US13/817,542 priority patent/US9376624B2/en
Priority to EP11817821.9A priority patent/EP2606103A1/en
Publication of FI20105867A publication Critical patent/FI20105867A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI123497B publication Critical patent/FI123497B/fi

Links

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
    • 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
    • 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
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • C10J2300/1815—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water for carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • C10J2300/1823—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water for synthesis gas
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos
Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää polttoai-5 neen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta kaasutusprosessilla, joka käsittää orgaanisen jätteen tai biomassan polton ja kaasutusjäännöksen talteenoton.
Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 9 johdannon mukaista kaasutuslaitos-ta, jossa käytetään patenttivaatimuksen 1 mukaista menetelmää, jolloin kaasutus-10 laitokseen kuuluu kaasutiivis polttokammio, välineet vesipitoisen orgaanisen jätteen tai biomassan syöttämiseksi polttokammioon ja välineet tuhkan poistamiseksi polttokammiosta.
Tekniikan tason kuvaus
Biomassan ja orgaanisten jätteiden energian talteen ottamiseksi on kehitetty mo-15 nia erilaisia, aineen polttamiseen perustuvia prosesseja. Eräs tällainen on hapen tai ilman läsnä ollessa tapahtuva kaasutusprosessi, jossa lähtöaine poltetaan osittain ja lopputuloksena saadaan savukaasua, jossa on läsnä juoksevia tervamaisia aineita sekä polttokelpoista kaasua. Yleensä tekniikan tasossa on keskitytty optimoimaan kaasufaasin koostumusta ja saantoa ja aikaansaamaan metaani- ja ve-20 typitoisia polttokaasuja, joita voidaan edelleen käyttää energiantuotannossa. Niissä tapauksissa, joissa biomassasta tai orgaanisista jätteistä on nimenomaan pyritty ottamaan talteen tervamaista jaetta, on perusteena ollut useimmiten lähtöaineiden sisältämien arvokkaiden metallisten aineiden talteenotto, epäpuhtauksien tal- co 5 teenotto tai tiettyjen tervamaisen aineen sisältämien polttoaineeksi kelpaavien ja- ^ 25 keiden talteenotto.
o g Orgaanisella jätteellä tarkoitetaan tässä orgaanista alkuperää olevia kotitalous ja x laitosjätteitä kuten elintärvikejätteitä sekä selluloosapohjaisia pakkausmateriaalijät- teitä.
CO
ίο Biomassalla tarkoitetaan tässä kasveista peräisin olevaa tuoretta materiaalia kuten o 30 kasvien osia ja puusta tai puunkuoresta saatua pilkottua korjuujätettä.
C\J
Jonkin verran tekniikan tasossa on kuvattu prosesseja, joissa savukaasusta nes-teytyvä jae on jalostettu polttoaineeksi, mutta nämä on toteutettu poikkeuksetta 2 nopealla biomassan tai jätteen pyrolyysillä, joka vaatii runsaasti prosessiin tuotavaa ulkopuolista lämmitysenergiaa. Tämän tyyppinen prosessi on kuvattu patenttijulkaisussa US 4 260 473, jossa on kuvattu kiinteän orgaanisen jätteen pyrolyysi-reaktio, jossa lähtöaine kuivataan ja pyrolysoidaan nopeasti prosessiin lisättävän 5 ulkopuolisen energialähteen avulla. Savukaasuista otetaan talteen useampivaihei-sella reaktiolla useita polttoaineeksi sopivia jakeita ja savukaasun sisältämä inertti kaasu (kantajakaasu) kierrätetään takaisin polttokammioon. Tämäntyyppisen prosessin epäkohtina ovat suuri ulkopuolisen energian tarve ja monimutkainen ero-tusprosessi.
10 Keksinnön yleinen kuvaus
Edellä oleva tekniikan taso lähtökohtana hakijalla oli tarkoitus saada aikaan yksinkertainen biomassan tai orgaanisen jätteen käsittelyprosessi, jossa orgaaninen aine tai biomassa poltetaan ja saadusta savukaasusta eristetään yksinkertaisella tavalla polttoaineeksi sopiva jae. Keksinnön toisena tavoitteena oli saada aikaan 15 energiataseeltaan positiivinen biomassan ja orgaanisen jätteen käsittelyprosessi.
Lisäksi keksinnössä oli tarkoitus saada aikaan menetelmä ja sitä käyttävä laitos, joilla pystytään käsittelemään monen tyyppisiä, vesipitoisia tai kuivia kiinteitä ja nestemäisiä jätteitä tai biomassoja ilman esikäsittelyä.
Edellä olevat keksinnön tavoitteet saadaan aikaan patenttivaatimuksen 1 mukai-20 sella menetelmällä ja patenttivaatimuksen 9 kaasutuslaitoksella.
Keksinnön mukainen menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä kaasutusprosessissa, käsittää orgaanisen jätteen tai biomassan polton ja kaasutusjäännöksen talteenoton. Menetelmä käsittää ainakin seuraavat vaiheet:
CO
° - orgaanista vesipitoista jätettä tai biomassaa syötetään polttokammioon, o ό 25 mainittuun polttokammioon syötetään myös paineistettua regenerointikaasua, 00 joka sisältää happea,
CC
CL
^ - polttokammiossa ylläpidetään ylipaineista, jatkuvatoimista polttoprosessia lisää- oo mättä prosessiin ulkopuolista happilähdettä tai lämpöä siten, että orgaanisen jät- ? teen ja kaasutus tapahtuu happimäärällä 0,1-1 stoikiometrisestä hapen määrästä,
O
00 30 palamista ylläpitävän hapen ja polttokammioon syntyvän ylipaineen ja lämmön ollessa kokonaisuudessaan peräisin regenerointikaasun ja/tai polttokammioon 3 syötettävän orgaanisen vesipitoisen jätteen tai biomassan pyrolyysistä ja syötettävän materiaalin ja regenerointikaasun keskinäisestä kaasutusreaktiosta, - polttokammiossa tapahtuvassa jatkuvatoimisessa kaasutusprosessissa syntyvä tuhka poistetaan ja kaasutusprosessista peräisin olevat savukaasut yhdessä sa- 5 vukaasujen sisältämien kiintoainepartikkelien kanssa johdetaan erotusprosessiin, - erotusprosessissa savukaasun lämpötila lasketaan alle savukaasun sisältämien yhdisteiden ieimahduspisteen sekä alle veden kondensaatiopisteen, savukaasun sisältämä kondenssivesi poistetaan, nestemäinen polttoaine otetaan talteen savukaasusta ja savukaasun sisältämä regenerointikaasu johdetaan kokonaan tai osit- 10 tain takaisin polttokammioon.
Keksinnön mukaiseen kaasutuslaitokseen kuuluu tällöin kaasutiivis polttokammio, välineet vesipitoisen orgaanisen jätteen syöttämiseksi polttokammioon ja välineet tuhkan poistamiseksi polttokammiosta. Lisäksi kaasutuslaitokseen kuuluu poltto-kammioon liittyvä pitkänomainen savukaasuputki savukaasun johtamiseksi pois 15 polttokammiosta, jolloin savukaasuputken pituus ja halkaisija on sellainen, että savukaasut jäähtyvät siinä lämpötilaan, joka on savukaasun sisältämien yhdisteiden Ieimahduspisteen alapuolella ja jolloin mainitun savukaasuputken polttokammioon nähden vastakkaiseen päähän on liitetty veden talteenottoväline savukaasun sisältämän vapaan veden kondensoimiseksi ja keräämiseksi ja lisäksi savu-20 kaasuputken polttokammiosta katsottuna vastakkaisen pään alue on varustettu joukolla aukkoja, joista savukaasu voi kulkea savukaasuputken ulkopuolelle samalla erottuen regeneraatiokaasuksi ja kiinteäksi polttoaineeksi sekä mainittuun savukaasuputkeen liittyvä polttoaineen talteenottoväline ja regenerointikaasun säiliö siihen liittyvine kaasun tulo- ja syöttöputkineen, joilla pystytään johtamaan aina- £2 25 kin osa regeneroidusta kaasusta paineen alaisena takaisin polttokammioon.
o
CvJ
4 Kaasutiiviillä polttokammiolla tarkoitetaan sitä, että polttokammion runko ja siihen
O
ό liittyvät yhteet savukaasuputkelle, syöttövälineille, regenerointikaasun syöttöput- ” kelle sekä tuhkan-poistokammiolle ovat riittävän tiiviitä, jotta polttokammion sisään £ voidaan järjestää pysyvä ylipaine.
5 30 Keksinnön perusideana on polttaa vesipitoisia orgaanisia jätteitä tai biomassaa ? riittämättömän eli ei-stoikiometrisen happimäärän läsnä ollessa ja erottaa näin o 00 saadusta savukaasusta kaksivaiheisella prosessilla vesi sekä vesipitoinen poltto aine ja regenerointikaasu. Kun poltto tapahtuu alle stoikiometrisen määrän happea ollessa läsnä, muodostuviin savukaasuihin jää runsaasti happipitoisia kaasuja 4 (mm. hiilimonoksidia). Kun happea sisältäviä, savukaasusta eristettyjä regeneroin-tikaasuja kierrätetään takaisin kaasutusprosessiin, eksotermisen kaasutuspolton (so. kytemispolton) lämpötila nousee riittävästi (yli noin 500 °C) reaktion jatkumiseksi automaattisesti eikä erillistä ulkopuolista energianlähdettä tarvita. Savukaa-5 sujen erotusprosessi on yksinkertainen: savukaasujen lämpötilaa lasketaan niin alas, että sen sisältämä vesi kondensoituu ja se voidaan poistaa putken toisesta päästä. Savukaasujen sisältämä tervamainen vesipitoinen liete ja happea sisältävä kaasumainen fraktio poistuu puolestaan putken tehtyjen pienten aukkojen kautta. Vesipitoisen lietteen polttoarvo on hyvä.
10 Riittämättömällä eli ei-stoikiometrisellä happimäärällä tarkoitetaan sitä, että poltto-kammiossa läsnä oleva happimäärä ei riitä sinne tuodusta materiaalista syntyvien pyrolyysituotteiden (pyrolyysikaasut, hehkutusjäännös) täydelliseen palamiseen. Materiaali palaa epätäydellisesti kytemällä.
Keksinnön mukaisessa kaasutusprosessissa on seuraavat vaiheet: 15 Pyrolyysivaihe, jossa hiiltä sisältävä lähtöaine (orgaaninen jäte tai biomassa) pilkkoutuu ja siitä haihtuu haihtuvia kaasumaisia aineita, jotka joko palavat jatkovaiheessa tai siirtyvät suoraan savukaasuun. Pyrolyysivaiheessa syntyviä tuotteita ovat vesi(höyry), H2, N2, 02, CO2, CO, alkaanit, hiilivedyt, karbonyylit kuten hapot, NH3, H2S, tyydyttymättömät hiilivedyt, olefiinit, aromaattiset hiilivedyt kuten fenolit, 20 hiili, tuhka.
Epätäydellisessä palamisessa orgaanisen jätteet tai biomassan hiililähde C ja happi muodostavat hiilidioksidia ja hiilimonoksidia vaihtelevissa suhteissa, riippuen siitä kuinka paljon happea on läsnä: 5 C + O2 — CO2 (1a) ja
CvJ
S 25 C + 0,5 02 ^ CO (1b)
O
CO
^ Palamisprosessissa hiilimonoksidin muodostuminen tuottaa kaasutusvaiheen tar- £ vitseman energian. Kaasutusvaiheessa hiililähde (C) reagoi hiilidioksidin ja vesikö höyryn kanssa seuraavan reaktion mukaisesti:
S
° C + H2O H2 + CO (2) o
CvJ
30 laskemalla yhtälöt (1b) ja (2) yhteen saadaan 2 C + H20 + 0,5 02 = 2 CO + H2 (2b) 5 joka on lievästi eksoterminen reaktio
Lisäksi kaasutusvaiheessa tapahtuu reversiibeli, hiilidioksidin muodostukseen päin eksoterminen reaktio: CO + 2 H20 (höyry) = C02 + 2 H2 (3) 5 Lisäksi tapahtuu reaktio, jossa hiilimonoksidi ja lähtöaineen sisältämä vesi reagoivat muodostaen hiilidioksidia ja metaanikaasua.
Keksinnön mukainen biomassan tai orgaanisen jätteen kytemispoltto on eksoterminen, jolloin se ylläpitää itse palamistaan ilman ulkopuolista lämmönlähdettä.
Keksinnön mukaisella menetelmällä ja kaasutuslaitoksella pystytään käsittele-10 mään monen tyyppisiä, vesipitoisia tai kuivia kiinteitä ja nestemäisiä jätteitä tai biomassoja ilman esikäsittelyä.
Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu polttoaine sisältää aromaattisia hiilivetyjä, olefiineja, vahoja, orgaanisia karboksyylihappoja sekä vettä.
Edullisesti polttoaineen kuiva-ainepitoisuus on noin 40-60 p-% ja lämpöarvo noin 15 50-70 MJ/kg.
Edullisesti polttoaine sisältää myös orgaanisesta vesipitoisesta jätteestä tai biomassasta peräisin olevia metalleja sekä epämetalleja.
Seuraavaksi keksintöä kuvataan vielä yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin. Kuvioissa: „ 20 Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista kaasutuslaitosta.
δ , Kuvio 2 esittää juoksukaaviona kuvion 1 kaasutuslaitoksen toimintaa, o g Seuraavassa käydään ensin lyhyesti läpi kuviossa 1 ja 2 esitetyt perusrakenteet ja x -toiminnot.
CC
CL
£ Kuviossa 1 näkyvän kaasutuslaitoksen pääosat ovat polttokammio 1, jossa poltetun 25 tava materiaali M;M2 kaasuuntuu ylipaineessa suhteellisen matalassa lämpötilas- 5 sa (noin 500-1200 °C edullisesti 500-1000 °C). Polttokammioon poltettavaksi tu-
CVJ
leva materiaali M;M1 syötetään polttokammioon 1 syöttövälineillä 3. Polttokammioon 1 liittyvät kiintomateriaalin poistoon tarkoitettu tuhkanpoistokammio 5 sekä savukaasujen poistamiseen tarkoitettu savukaasuputki 2. Savukaasuputki 2 johtaa 6 savukaasun erotustaitteistolle 4, jossa savukaasu S erotetaan komponenteikseen (vesi W, polttoaine M;M4, regenerointikaasu G ). Savukaasun erotuslaitteistoon 4 kuuluu puolestaan veden talteenottoväline 9 savukaasusta kondensoituvan veden W keräämiseksi ja poistamiseksi sekä savukaasun erotussäiliö 7, joka sisältää 5 polttoaineen M;M4 talteenottovälineen 8 ja kaasusäiliön 6.
Keksinnön mukaisessa kaasutusmenetelmässä on tarkoitus valmistaa nestemäistä polttoainetta M;M4 orgaanisesta jätteestä tai biomassasta kaasutusprosessissa, joka käsittää orgaanisen jätteen tai biomassan polton ja kiinteän kaasutusjäännök-sen talteenoton. Menetelmä käsittää tällöin ainakin seuraavat vaiheet: 10 A) orgaanista vesipitoista jätettä tai vesipitoista biomassaa syötetään polttokam-mioon 1; B) polttokammioon 1 syötetään myös paineistettua regenerointikaasua, joka sisältää happea; C) polttokammiossa 1 ylläpidetään ylipaineista, jatkuvatoimista polttoprosessia 15 lisäämättä prosessiin ulkopuolista happilähdettä tai lämpöä siten, että orgaanisen jätteen tai biomassan kaasutus tapahtuu happimäärällä 0,1-1 stoikiometrisestä hapen määrästä, jolloin palamista ylläpitävän hapen ja polttokammioon 1 syntyvän ylipaineen ja lämmön ollessa kokonaisuudessaan peräisin regenerointikaasun G ja/tai polttokammioon 1 syötettävän orgaanisen vesipitoisen materiaalin M;M1 py-20 rolyysistä ja kaasutusreaktiosta, D) polttokammiossa 1 tapahtuvassa jatkuvatoimisessa kaasutusprosessissa syntyvä tuhka poistetaan tuhkanpoistokammion 5 välityksellä ja kaasutusprosessista ^ peräisin olevat savukaasut S yhdessä savukaasujen S sisältämien kiintoainepar- o tikkelien M; M3 kanssa johdetaan erotusprosessiin, joka tapahtuu savukaasujen
CNJ
. 25 erotuslaitteistossa 4;
O
g E) erotuslaitteistossa 4 tapahtuvassa erotusprosessissa savukaasun S lämpötila x lasketaan alle savukaasun sisältämien yhdisteiden leimahduspisteen Fp sekä alle veden W kondensaatiopisteen, savukaasun S sisältämä kondenssivesi W poistein g taan veden talteenottovälineellä 9, nestemäinen vesipitoinen polttoaine M; M4 ote- o 30 taan talteen savukaasusta S ja savukaasun sisältämä regenerointikaasu G johde- ° taan kokonaan tai osittain takaisin polttokammioon 1 kytemispolttoa ylläpitämään.
Seuraavaksi keksintöä kuvataan vielä yksityiskohtaisemmin edellä olevaan keksinnön suppeaan kuvaukseen sekä kuvioihin 1 ja 2 viittaamalla, jolloin samalla 7 tuodaan esille selvemmin, mitä etuja saadaan aikaan kuvatulla kaasutusprosessil-la sekä kuvatulla kaasutuslaitteistolla.
Keksinnön mukaisessa kaasutusprosessissa pidetään edullisesti yllä ylipainetta, sopiva ylipaine on 5-50 baaria edullisesti yli noin 8 baaria. Sama ylipaine ylläpide-5 tään kaikissa kaasutuslaitoksen 10 yksiköissä eli polttokammiossa 1, savukaasujen erotuslaitteistossa 4 ja kaasusäiliössä 6, mukaan luettuna kaasusäiliölle johtavat yhdysputket. Koska kaasutuslaitoksen 10 yksiköissä 1, 4, 6 ylläpidetään ylipainetta, viedään prosessiin tuleva materiaalivirta (=syötettävä materiaali M;M1) ja sieltä poistuvat materiaalivirrat (tuhka A, polttoaine M;M4 ja vesi W) paineen tasa-10 uksen kautta.
Paineen tasausta varten syöttövälineet 3 käsittävät tuoreen materiaalin M;M1 syöt-tösäiliön 31 ja välisäiliön 32. Syöttösäiliön 31 ja välisäiliön 32 välissä on avattavissa ja suljettavissa oleva syöttösäiliön sulkuläppä 31a tuoreen materiaalin M;M1 annostelemiseksi välisäiliöön 32 syöttösäiliöstä 31. Välisäiliön 32 ja polttokammion 15 1 välissä on niin ikään avattavissa ja suljettavissa oleva välisäiliön sulkuläppä 32a.
Välisäiliön sulkuläppä 32a voidaan sulkea kaasutiiviisti, jolloin se estää polttokammiossa 1 olevaa kaasunpainetta vaikuttamasta välisäiliön 32 sisäpuolelle tuotuun tuoreeseen materiaalierään M;M1. Tällöin tuore materiaalierä M; M1 voidaan tuoda syöttösäiliöstä ensin välisäiliöön 32 avaamalla syöttösäiliön sulkuläppä ja pitä-20 mällä välisäiliön 32 polttokammiosta 1 eristävä sulkuläppä 32a samanaikaisesti kiinni. Tämän jälkeen välisäiliön 32 ja polttokammion 1 välinen paine tasataan sulkemalla välisäiliön 32 syöttösäiliöstä 31 erottava sulkuläppä 31a ja avaamalla väli-säiliön polttokammiosta 1 erottava sulkuläppä 32a, minkä jälkeen materiaalierä M1 voi vapaasti siirtyä välisäiliöstä 32 polttokammioon.
” 25 Samantyyppinen paineentasausjärjestelmä on myös tuhkanpoistokammion 5 ja
O
™ polttokammion 1 välillä. Tuhkanpoistokammio 5 käsittää tuhkasiilon 51 ja tuhkasäi- o liön 52. Tuhkasiilon 51 ja tuhkasäiliön 52 välissä on kaasutiivis tuhkasäiliön sulku- g luukku 52a, jota sulkemalla ja avaamalla pystytään vastaavasti tuhkasäiliö eristä- x mään tuhkasiilosta ja avaamaan kulkuyhteys tuhkasäiliön 52 ja tuhkasiilon 51 välil- 30 le. Tuhkasiilon 51 ja polttokammion 1 välillä on puolestaan avattavissa ja suljetta-g vissa oleva tuhkasiilon sulkuluukku 51a, joka avaa yhteyden polttokammion 1 ja o tuhkasiilon 51 välille ollessaan auki ja eristää tuhkasiilon 51 polttokammiosta 1 ° ollessaan suljettuna. Tuhka A tuodaan ensin tuhkasiiloon 51 avaamalla poltto- kammion 1 ja tuhkasiilon 51 välillä oleva sulkuluukku 51a ja samanaikaisesti pitä-35 mällä tuhkasiilon ja tuhkasäiliön välinen sulkuluukku 52a suljettuna. Tämän jälkeen suljetaan sulkuluukku 51a tuhkasiilon 51 eristämiseksi polttokammiosta 1. Tuhka- 8 siilon 51a ja polttokammion 1 välisen kulkuyhteyden sulkeuduttua voidaan avata tuhkasiilon 51 ja tuhkasäiliön 52 välinen sulkuluukku 52a tuhkan siirtämiseksi tuh-kasäiliöön 52.
Polttokammiosta 1 johtaa pitkä savukaasuputki 2 savukaasun erotuslaitteistolle 4.
5 Savukaasuputkella 2 on tarkoitus laskea polttokammiosta 1 savukaasuputkeen saapuvan savukaasun S lämpötilaa niin paljon, että siitä voidaan erottaa savukaasun erotuslaitteistolla 4 vesifraktio, polttoainefraktio ja regenerointikaasu toisistaan. Tätä tarkoitusta varten on savukaasuputken 2 ja kaasutuskammion 1 liittymän puoleiseen savukaasuputken 2 päähän 2b usein järjestetty jäähdytys (ei esi-10 tetty kuvioissa) savukaasujen leimahtamisen estämiseksi. Savukaasuputken toisessa päässä 2a eli polttokammiosta 1 katsottuna savukaasuputken toisessa, vapaassa päässä 2a on tietty putken 2 alue 21a varustettu suhteellisen pienillä aukoilla 21, jolloin kunkin aukon 210 halkaisija on d. Kun savukaasuputken (ulko)-halkaisija on D, määrittelee tämän savukaasuputken vapaan pään aukoilla 21 va-15 rustetun alueen 21a pinta-alan kyseisen alueen pituus I savukaasuputken pituussuunnassa sekä savukaasuputken halkaisija D, jolloin pinta-ala = π * D Ί. Kunkin aukon 210 halkaisija d ja aukoilla varustetun alueen 21a pinta-ala riippuu pääsääntöisesti kaasutuslaitoksen kapasiteetista siten, että kun savukaasuputken 2 läpi kulkevan savukaasun S tilavuusvirtaus lisääntyy, joudutaan sekä kunkin au-20 kon 210 halkaisijaa d että aukoilla 21 varustetun alueen 21a pinta-alaa suurentamaan joko savukaasuputken halkaisijaa D tai alueen 21a pituutta I suurentamalla.
Savukaasuputken 2 vapaan pään 2a loppuun on kytketty (kondenssi)veden pois-toväline 9, joka käsittää savukaasuputken päähän liittyvän kartiomaisen suipen-nuksen 92, vesisäiliön 91 sekä kondenssiveden poistoventtiili 93. Vesisäiliöön 91 25 on tarkoitus kerätä savukaasun sisältämää vapaata eli polttoaineeseen sitoutuma- co ς tonta vettä W. Tällöin savukaasuputken 2 vapaassa päässä 2a on savukaasuput- ^ ken sisällä kulkevan savukaasun S lämpötilan oltava alle veden kiehumispisteen 9 kulloinkin putken 2 sisällä vallitsevassa paineessa. Hakija on kokeillut keksinnön
O
« mukaista kaasutusprosessia siten, että savukaasuputken 2 sisällä vallitseva paine | 30 on noin sama kuin polttokammion sisällä oleva ylipaine eli noin 8 baaria. Tällöin ^ savukaasun S lämpötilan tulisi olla savukaasuputken päässä noin 80-130 °C edul- oo lisesti 80-100 °C, jotta vapaa vesi saataisiin mahdollisimman tarkasti kondensoi- ° tumaan savukaasusta. Kondenssivesi W kulkeutuu savukaasuputken vapaan o ^ pään 2a suipennuksesta 92 vesisäiliöön 91, johon kerääntynyt vesi W poistetaan 35 ajoittain, avaamalla vesisäiliön alareunassa oleva veden poistoputkeen 93 johtava venttiili.
9
Koko savukaasuputken 2 loppuosa, mukaan luettuna sen vapaa pää 2a, jossa on aukoilla varustettu alue 21a aina kondenssiveden keräämiseen käytettyyn suipen-nukseen 92 saakka, on viety savukaasun erotussäiliön 7 sisäpuolelle, jossa säiliössä 7 regenerointikaasu G ja polttoaine M;M4 eroavat toisistaan. Savukaasuputki 5 2 liittyy erotussäiliöön 7 kaasutiiviisti sekä polttokammion puoleisesta tulokohdas taan että kohdasta, jossa kondenssiveden suipennus 92 viedään erotussäiliön 7 läpi ja edelleen vesisäiliöön 91. Erotussäiliön 7 alareunaan liittyy polttoaineen tal-teenottoväline 8, joka käsittää polttoaineen talteenottoputken 81 ja putkeen liittyvän sulkuventtiilin 82.
10 Erotussäiliön 7 yläosaan puolestaan liittyy kaasutiiviisti kaasusäiliöön 6 johtava regenerointikaasun tuloputki 61. Kaasusäiliöstä 6 johtaa edelleen regenerointikaa-sun syöttöputki 63 takaisin polttokammion 1 sisäpuolelle. Myös syöttöputki 63 liittyy polttokammioon kaasutiiviisti, koska sen sisällä on tarkoitus pitää yhtä suurta tai suurempaa kaasun painetta (noin 8 baaria) kuin polttokammiossa vallitsee. Re-15 generointikaasun G kulkua kaasusäiliöstä 6 tuloputkeen 61 ja edelleen syöttöput-kea 63 pitkin polttokammioon 1 voidaan kontrolloida avattavissa ja suljettavissa olevalla venttiilillä 63a. Syöttöputken 63 vapaa pää on käännetty kulkemaan polttokammion 1 pituussuuntaisesti ja se on muodostettu suutinosaksi 62 järjestämällä joukko noin vaakasuunnassa kaasua suutinosasta 62 vapauttavia suuttimia 62a. 20 Kaasusäiliön 6 kanteen on järjestetty varaventtiili 64.
Noin 80-130 °C-asteisen edullisesti 80-100 °C-asteisen, paineistetun savukaasun S työntyessä savukaasuputken 2 aukoilla 21 varustetun alueen 21a aukkojen läpi, siitä samalla tiivistyy vaseliinimaista polttoainetta M;M4. Erotussäiliöön 7 savukaasuputken 2 aukoista 21 saapunut juokseva vaseliinimainen polttoaine M;M4 ke-25 rääntyy polttoaineen talteenottoputkeen 81, josta se voidaan ajoittain kerätä tal- co 5 teen erotuslaitteiston ulkopuolelle avaamalla talteenottoputken sulkuventtiiliä 82.
™ Aukkojen 21 läpi kulkevasta savukaasusta erottuu ko. lämpötilassa tiivistymätön 9 regenerointikaasu G, jonka koostumus vaihtelee riippuen lähtöaineesta M; M1 ja o n lämpötilasta polttokammiossa 1. Osa regeneraintikaasusta G on happea sisältä- | 30 vää hiilimonoksidia ja hiilidioksidia, mutta myös vetyä, lyhytketjuisia alkaaneja ku- ^ ten metaania sekä lyhytketjuisia matalalla kiehuvia karbonyyliyhdisteitä saattaa
CD
°° olla läsnä. Regenerointikaasu G kulkeutuu tuloputken 61 kautta varastoitavaksi ^ kaasusäiliöön 6, josta sitä siirretään tarpeen mukaan syöttöputkeen 63 ja puhalle- ™ taan syöttöputken päässä olevien suuttimien 62a kautta polttokammioon 1. Re- 35 generaintikaasu G toimii polttokammiossa 1 poltettavien aineiden kantajana savu- 10 kaasuputkeen 2 sekä palamisprosessin ylläpitäjänä, koska se sisältää polttopro-sessissa tarvittavaa happea.
Itse polttokammiossa 1 tapahtuva palamisprosessi tapahtuu epätäydellisenä polttona (kytemispolttona) koska polttokammioon ei tuoda ulkopuolista happea, vaan 5 kaikki palamisessa käytetty happi on peräisin joko regenerointikaasusta G tai itse polttokammioon syötettävästä orgaanisesta jätteestä tai biomassasta M;M1.
Kytemispoltto tapahtuu pääsääntöisesti aiemmin esitettyjen kaavojen (1)-(3) mukaisesti; kun vesipitoista materiaalia M;M1 tuodaan kaasutusprosessiin, se siirretään tuoreen materiaalin syöttösäiliöstä 31 välisäiliöön 32 ja paineen tasauksen 10 jälkeen edelleen polttokammioon 1.
Polttokammiossa 1 tuore materiaali M;M1 ensin pyrolysoituu, jolloin siitä haihtuu kaasuja ja vesihöyryä ja samanaikaisesti materiaalin sisältämien yhdisteiden hiili-ketjut pilkkoutuvat. Materiaalista M; M1 haihtuvien kaasujen koostumus riippuu luonnollisestikin itse materiaalin koostumuksesta, mutta mikäli syötettävä materi-15 aali on tyypillistä kotitaloudesta saatavaa ruoka- tai sekajätettä, jossa ei ole metalleja, se sisältää mm. suoraketjuisia ja aromaattisia hiilivetyjä, karbonyyliyhdisteitä, vettä, typpeä ja rikkiä sisältäviä yhdisteitä kuten proteiineja. Syötettävästä materiaalista pyrolysoitunut, kuiva poltettava materiaali M: M2 reagoi sen jälkeen poltto-kammiossa 1 läsnä olevan vesihöyryn ja hapen kanssa. Materiaali M;M2 poltetaan 20 lämpötilassa 500-1200 °C kytemispoltossa, jossa happea on läsnä alle stoikiomet-rinen määrä. Tällöin muodostuu suhteellisen paljon hiilimonoksidia ja vetyä reaktion (2b) mukaisesti, koska hiililähde kaasuuntuu hiilimonoksidiksi ja vedyksi hapen sekä vesihöyryn vaikutuksesta. Keksinnön mukaisesta kaasutusprosessista saatava savukaasu sisältää kaasumaisista aineista tällöin lähinnä hiilimonoksidia, ve- £2 25 tyä ja riippuen lähtöaineesta mahdollisesti myös rikkivetyä ja ammoniakkia merkit- o cv tävissä määrin, cp ό Polttokammiossa 1 syntyvään savukaasuun S siirtyy myös tuotteesta peräisin ole-
CO
vaa reagoimatonta vesihöyryä sekä vedyn ja hiilimonoksidin reversiibelissä reakti-£ ossa (3) syntyvää vettä höyrynä. Kun kaasutusprosessiin syötetään hiililähdettä £ 30 (orgaaninen jäte tai biomassa) se pilkkoutuu lämmön vaikutuksesta pienemmiksi g ja vesihöyry haihtuu reagoiden kaasutusvaiheessa hiilidioksidin kanssa. Lisäksi o hiililähde konvertoituu prosessin aikana karbonyyliryhmän sisältäviksi yhdisteiksi
CM
(hapot, aldehydit, ketonit) joiden leimahdus- ja höyrystymispiste on kääntäen verrannollinen hiiliketjun pituuteen siten, että pidemmän hiiliketjun omaavat karbonyy- 11 liyhdisteet ovat alempana kiehuvia. Lisäksi prosessin aikana syntyy aromaattisia hiilivetyjä kuten fenoleita sekä vahoja.
Hiililähteen konvertoitumistuotteet siirtyvät myös savukaasun S kuljetettavina eteenpäin savukaasuputkessa. Kun savukaasun S lämpötila laskee savukaasu-5 putkessa S noin 80-130 asteeseen, erottuvat savukaasun G sisältämät alhaisessa lämpötilassa kiehuvat ja korkeammassa lämpötilassa kiehuvat aineet toisistaan.
Regenerointikaasuun G siirtyvät tällöin ammoniakki, rikkivety, vety, hiilimonoksidi, mahdollinen hiilidioksidi sekä kiintoaineen alempana kiehuvat konvertoitumis- ja pilkkoutumistuotteet (esim. lyhytketjuiset alkaanit ja alkyylikarbonyylit).
10 Sen sijaan kiintomateriaalin M;M1 pitkäketjuiset pilkkoutumis- ja konvertoitumistuotteet kuten pitkäketjuiset alkyylit, alkyylikarbonyylit, aromaattiset hiilivedyt, pitkäketjuiset rasvat ja vahat jäävät savukaasusta S eristettävään polttoaineeseen M;M4.
Prosessiin syötettävästä kiintoaineesta M;M1jäljelle jäänyt reagoimaton vesihöyry 15 sekä reversiibelin reaktiosta (3) peräisin oleva vesihöyry siirtyy osittain polttoaineeseen ja osittain se poistetaan vedenpoistovälineellä 9 savukaasuputken 2 vapaasta päästä 2a kondensaatiovetenä W.
Edellä kuvatun laisesta prosessista talteen otetun polttoaineen M;M4 havaittiin sisältävän kuiva-ainetta 59,6 p-% eli sen vesipitoisuus oli 40,4 p-%. Polttoaine si-20 sälsi erilaisia metalliyhdisteitä, aromaattisia hiilivetyjä, olefiineja, karboksyylihappo-ja ja parafiinivahaa.
Edellä on kuvattu vain eräitä keksinnön edullisia toteuttamistapoja ja alan ammat-£2 timiehelle on ilmeistä, että keksinnön mukainen kaasutuslaitos ja menetelmä on ° mahdollista toteuttaa monella muullakin tavalla patenttivaatimuksissa esitetyn kek- § 25 sinnöllisen ajatuksen puitteissa, o
CO
X
X
Q.
CD
CO
LO
O
δ c\j 12
Viitenumeroluettelo
Polttokammio 1
Savukaasuputki 2
Putken vapaa pää 2a
Putken polttokammioon liittyvä pää 2b
Aukot poistoputkella 21
Aukko 210
Aukkojen alue putkella 21a
Aukkojen alueen pituus I
Savukaasuputken halkaisija D
Savukaasu S
Syöttövälineet 3
Syöttösäiliö 31
Syöttösäiliön sulkuläppä 31a Välisäiliö 32 Välisäiliön sulkuläppä 32a
Savukaasun erotuslaitteisto 4 T uhkanpoistokammio 5
Tuhkasiilo 51
Tuhkasiilon sulkuluukku 51a
Tuhkasäiliö 52 $2 Tuhkasäiliön sulkuluukku 52a
° Tuhka A
i
O
g Kaasusäiliö 6 x Syöttöputki polttokammioon 63
Syöttöputken sulkuventtiili 63a <g Syöttöputken vapaa pää, suutinosa 62 o Suutinosan suuttimet 62a ° Tuloputki kaasusäiliöön 61
Kaasusäiliön varaventtiili 64
Erotettu kaasu, regenerointikaasu G
13
Savukaasun erotussäiliö 7
Savukaasu S
Polttoaineen talteenottoväline 8
Talteenottoputki 81
Putken sulkuventtiili 82
Veden talteenottoväline 9
Vesisäiliö 91
Savukaasuputken suipennus 92
Veden poistoputki 93
Vesi W
Kaasutuslaitos 10
Syötettävä materiaali M;M1
Poltettava materiaali M;M2
Savukaasussa oleva materiaali M;M3
Polttoaine M;M4
Leimahduspiste Fp
CO
δ c\j o o
CO
X
cc
CL
CD
CO
m o δ c\j

Claims (13)

14
1. Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta kaasutusprosessissa, joka käsittää orgaanisen jätteen tai biomassan polton ja kaasutusjäännöksen talteenoton, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää aina-5 kin seuraavat vaiheet: - orgaanista vesipitoista jätettä tai biomassaa (M;M1) syötetään polttokammioon (1), - mainittuun polttokammioon (1) syötetään myös paineistettua regenerointikaasua (G), joka sisältää happea, 10. polttokammiossa ylläpidetään ylipaineista, jatkuvatoimista polttoprosessia lisää mättä prosessiin ulkopuolista happilähdettä tai lämpöä siten, että orgaanisen jätteen tai biomassan palaminen tapahtuu happimäärällä 0,1-1 stoikiometrisestä hapen määrästä, palamista ylläpitävän hapen ja polttokammioon (1) syntyvän ylipaineen ja lämmön ollessa kokonaisuudessaan peräisin regenerointikaasun ja/tai 15 polttokammioon syötettävän orgaanisen vesipitoisen jätteen tai biomassan (M;M1) pyrolyysistä ja syötettävän massan (M1) ja regenerointikaasun (G) keskinäisistä kaasutusreaktiosta, - polttokammiossa (1) tapahtuvassa jatkuvatoimisessa kaasutusprosessissa syntyvä tuhka (A) poistetaan ja kaasutusprosessista peräisin olevat savukaasut yh- 20 dessä savukaasujen sisältämien kiintoainepartikkelien kanssa johdetaan erotus-prosessiin, - erotusprosessissa savukaasun (S) lämpötila lasketaan alle savukaasun sisältä- $2 mien yhdisteiden leimahduspisteen (Fp) sekä alle veden kondensaatiopisteen, sa- O ™ vukaasun (S) sisältämä kondenssivesi poistetaan (W), nestemäinen polttoaine o 25 (M;M4) otetaan talteen savukaasusta (S) ja savukaasun sisältämä regenerointi- g kaasu (G) johdetaan kokonaan tai osittain takaisin polttokammioon (1). X
£ 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekä kaasuja tusprosessi että savukaasun erotus tapahtuvat ylipaineessa, edullisesti yli 5 baarin | paineessa. δ ™ 30
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savu kaasun (S) lämpötila lasketaan erotusprosessissa alle savukaasun leimahduspisteen (Fp) noin 80-130 °C:seen, edullisesti noin 80-100 °C:seen savukaasun sisäl 15 tämän polttoaineen (M;M4) muuttamiseksi nestemäiseen muotoon ja mahdollisen savukaasun sisältämän vapaan veden (W) kondensoimiseksi.
4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttokammioon (1) syötettävä orgaaninen jäte sisältää vähintään 10 p- 5 %, edullisesti vähintään 20 p-% vettä.
5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että regenerointikaasu (G) sisältää ainakin hiilimonoksidia ja/tai hiilidioksidia.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että regenerointikaasu (G) sisältää lisäksi vetykaasua tai alempia alkaaneja kuten metaania kaa- 10 sumaisessa muodossa sekä mahdollisesti myös lyhytketjuisia alkyylikarbonyyliyh-disteitä ja ammoniakkia.
7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poltto-kammioon (1) syötettävän vesipitoisen materiaalin (M;M1) ja regenerointikaasun sisältämien happipitoisten kaasujen, kuten hiilimonoksidin annetaan reagoida kes- 15 kenään yli 400 °C:een edullisesti yli 500 °C:een lämpötilassa eksotermisessä ka-asutusreaktiossa, jolloin mainitussa kaasutusreaktiossa muodostuu polttokammi-osta pois johdettavaa savukaasua (S), ja joka kaasutusreaktio samalla ylläpitää polttokammiossa tiettyä ylipainetta ja lämpötilaa, jotka mahdollistavat kaasutusre-aktion jatkuvatoimisuuden.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaa susta (S) erotetaan ensin regenerointikaasut (G) ja nestemäinen polttoaine (M;M4) puristamalla savukaasut (S) savukaasuputken (2) päässä olevien aukkojen (21) läpi ja sen jälkeen kondensoimalla savukaasusta (S) erottuva vapaa vesi (W). CO o
™ 9. Kaasutuslaitos (10), jossa käytetään patenttivaatimuksen 1 mukaista mene- 0 25 telmää, jolloin kaasutuslaitokseen kuuluu kaasutiivis polttokammio (1), välineet g vesipitoisen orgaanisen jätteen syöttämiseksi polttokammioon (1) ja välineet tuh- 1 kan (A) poistamiseksi polttokammiosta (1), tunnettu siitä, että kaasutuslaitokseen (10) kuuluu CD g - pitkänomainen savukaasuputki (2) savukaasun (S) johtamiseksi pois polttokam- S 30 miosta (1), jolloin savukaasuputken (2) pituus ja halkaisija (D) on sellainen, että C\J savukaasut (S) jäähtyvät siinä lämpötilaan, joka on savukaasun sisältämien yhdisteiden leimahduspisteen (Fp) alapuolella ja jolloin mainitun savukaasuputken (2) polttokammioon (1) nähden vastakkaiseen päähän (2a) on liitetty veden talteenot- 16 toväline (9) savukaasun (S) sisältämän vapaan veden (W) kondensoimiseksi ja keräämiseksi ja lisäksi savukaasuputken (2) polttokammiosta katsottuna vastakkaisen pään alue (21a) on varustettu joukolla aukkoja (21), joista savukaasu (S) voi kulkea savukaasuputken ulkopuolelle samalla erottuen regeneraatiokaasuksi 5 (G) ja kiinteäksi polttoaineeksi (M;M4) sekä - mainittuun savukaasuputkeen (2) toiminnallisesti liittyvä polttoaineen talteenotto-väline (8) ja regenerointikaasun (G) säiliö (6) siihen liittyvine kaasun tulo- ja syöttö-putkineen (61 ja 63), joilla pystytään johtamaan ainakin osa regeneroidusta kaasusta (G) paineen alaisena takaisin polttokammioon (1).
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kaasutuslaitos (10), tunnettu siitä, että savukaasuputken (2) aukoilla varustettua osaa (21a) ympäröi savukaasun erotus-säiliö (7), johon savukaasuputken (2) vaipalla olevista aukoista (21) puristunut kiintoaine (M;M4) ja regenerointikaasu (G) kerääntyvät.
11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen kaasutuslaitos (10), tunnettu siitä, 15 että savukaasuputken (2) vapaan pään (2a) aukoilla varustetun alueen (21a) pinta-ala, riippuu pääosin savukaasun (S) tilavuusvirtauksesta putken sisäpuolella siten, että kun savukaasun tilavuusvirtaus suurenee, kasvaa reikien (210) halkaisija (d), aukoilla varustetun alueen (21a) pinta-ala sekä aukkojen lukumäärä mainitulla alueella (21a).
12. Jonkin patenttivaatimuksen 9-11 mukainen kaasutuslaitos (10), tunnettu siitä, että regenerointikaasun (G) säiliöstä (6), johtaa yhtäältä tuloputkiputki (61) savukaasuputken (2) aukoilla varustettua aluetta (21a) ympäröivälle erotussäiliölle (7) ja toisaalta syöttöputki (63) polttokammion (1) sisäpuolelle, jonka syöttöputken co (63) polttokammion (1) sisäpuolella olevassa osassa (62) on suuttimet (62a) re- o 25 generointikaasun (G) jakamiseksi polttokammion sisätilaan. i
13. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kaasutuslaitos (10), tunnettu siitä, että O savukaasuputken (2) pituus on sellainen, että savukaasujen (S) lämpötila laskee | alle veden kondensaatiopisteen sekä savukaasujen leimahduspisteen (Fp) savu- ^ kaasujen (S) saapuessa ilmajäähdytetyn savukaasuputken (2) polttokammiosta (1) oo 30 katsottuna vastakkaiseen vapaaseen päähän (2a), johon on kytketty veden tal- ? teenottoväline (9) savukaasun sisältämän vapaan veden (W) varastoimiseksi. O C\J 17
FI20105867A 2010-08-20 2010-08-20 Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos FI123497B (fi)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105867A FI123497B (fi) 2010-08-20 2010-08-20 Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos
PCT/FI2011/050726 WO2012022841A1 (en) 2010-08-20 2011-08-18 Method for producing fuel from organic material and a gasification plant
RU2013112493/05A RU2570456C2 (ru) 2010-08-20 2011-08-18 Способ производства топлива из органического материала и установка газификации
CN201180050591.8A CN103201356B (zh) 2010-08-20 2011-08-18 从有机物质制造燃料的方法和气化设备
US13/817,542 US9376624B2 (en) 2010-08-20 2011-08-18 Method for producing fuel from organic material and a gasification plant
EP11817821.9A EP2606103A1 (en) 2010-08-20 2011-08-18 Method for producing fuel from organic material and a gasification plant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105867 2010-08-20
FI20105867A FI123497B (fi) 2010-08-20 2010-08-20 Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20105867A0 FI20105867A0 (fi) 2010-08-20
FI20105867A FI20105867A (fi) 2012-04-20
FI123497B true FI123497B (fi) 2013-05-31

Family

ID=42669372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20105867A FI123497B (fi) 2010-08-20 2010-08-20 Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9376624B2 (fi)
EP (1) EP2606103A1 (fi)
CN (1) CN103201356B (fi)
FI (1) FI123497B (fi)
RU (1) RU2570456C2 (fi)
WO (1) WO2012022841A1 (fi)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013142930A1 (pt) * 2012-03-29 2013-10-03 Bonetti Valdinei Antonio Domingues Sistema para reaproveitamento de matéria orgânica
CN104279569A (zh) * 2014-04-26 2015-01-14 梁长安 垃圾架式脱水碳化气化焚烧炉
SE538794C2 (sv) * 2014-05-20 2016-11-29 Ses Ip Ab C/O Scandinavian Enviro Systems Ab Anläggning och förfarande för återvinning av kol och kolväteföreningar från organiskt insatsmaterial genom pyrolys.
CN111394114B (zh) * 2020-04-16 2021-08-03 华中科技大学 一种基于自持阴燃的有机废弃物热解制油设备及方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4260473A (en) * 1979-05-03 1981-04-07 Occidental Research Corporation Removal of particulates from pyrolytic oil
CN100378193C (zh) * 2005-12-19 2008-04-02 张志霄 一种有机废弃物气化裂解多联产处理方法
RU2303050C1 (ru) * 2006-06-29 2007-07-20 Закрытое акционерное общество Акционерная фирма "Перспектива" Опытно-механический завод Газогенератор
DE102007059982B4 (de) * 2007-12-11 2009-11-26 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Pyrolysesystem für kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe
BRPI0910440A2 (pt) * 2008-04-07 2015-09-29 Peter W Gunnerman processo para conversão de biogás para combustível líquido
RU2360949C1 (ru) * 2008-08-04 2009-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научное производственное предприятие "Синтез" Способ получения синтез-газа и реактор газификации для его осуществления
US20100162625A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Innovative Energy Global Limited Biomass fast pyrolysis system utilizing non-circulating riser reactor
CN101671578B (zh) * 2009-09-22 2012-11-21 武汉凯迪控股投资有限公司 可燃物料等离子体高温气化工艺及其设备

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013112493A (ru) 2014-09-27
EP2606103A1 (en) 2013-06-26
WO2012022841A1 (en) 2012-02-23
FI20105867A0 (fi) 2010-08-20
CN103201356B (zh) 2015-04-15
FI20105867A (fi) 2012-04-20
US9376624B2 (en) 2016-06-28
RU2570456C2 (ru) 2015-12-10
CN103201356A (zh) 2013-07-10
US20130205653A1 (en) 2013-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bridgwater et al. A review of biomass pyrolysis and pyrolysis technologies
JP2023165780A (ja) 高炭素生体試薬の生成のためのシステムおよび装置
US11248184B2 (en) Gasification system
CA2800606C (en) Device and method for the thermochemical carbonization and gasification of wet biomass
FI123497B (fi) Menetelmä polttoaineen valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä tai biomassasta sekä kaasutuslaitos
CA1224045A (fr) Procede de gazeification de produits ligno- cellulosiques et dispositif pour sa mise en oeuvre
US20110185634A1 (en) Device and Method for the Electrothermal-Chemical Gasification of Biomass
Ciuta et al. Gasification of waste materials: technologies for generating energy, gas, and chemicals from municipal solid waste, biomass, nonrecycled plastics, sludges, and wet solid wastes
Kumar et al. A review on recent gasification methods for biomethane gas production
RU2380395C1 (ru) Способ пиролизной переработки биомассы с получением высококалорийных газообразного и жидкого топлив и углеродных материалов
US6863004B1 (en) Process and system for recovering energy from carbon-containing materials
CN108431181B (zh) 制备气体的装置和方法
US8506765B2 (en) Device and method for thermal decomposition of organic materials
JP5679160B2 (ja) 炭素担持体、炭素担持体製造方法、炭素担持体製造装置、ガス生成方法、ガス生成装置、発電方法及び発電装置
Poskrobko et al. Gasification of waste wood biomass
US10876057B1 (en) Waste to energy conversion without CO2 emissions
Kobyłecki et al. Carbonization of biomass–an efficient tool to decrease the emission of CO 2
JP2009203335A (ja) バイオマス熱分解油からの燃料ガス製造方法及びタール製造方法、コークス炉ガスの保有顕熱の回収方法、転炉ガスの保有顕熱の回収方法及び転炉ガスの発熱量増加方法
Ongen et al. Monitoring of waste gasification products: solid, liquid and syngas
ALMukhtar et al. Comparison study between pyrolysis products of oil refinery sludge and sludge from municipal wastewater treatment plants
AU2005202975B2 (en) Process and system for recovering energy from carbon-containing materials
JP7454269B2 (ja) ガス産生反応装置
ROUANET Enhancing small-scale biomass gasification through steam and oxygen injection
EP3583193B1 (en) Separated chambers pyrolysis furnace
Mateos CharSpyd from non-food biomass to high grade clean charcoal

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 123497

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed