FI126965B - Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana - Google Patents

Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana Download PDF

Info

Publication number
FI126965B
FI126965B FI20115478A FI20115478A FI126965B FI 126965 B FI126965 B FI 126965B FI 20115478 A FI20115478 A FI 20115478A FI 20115478 A FI20115478 A FI 20115478A FI 126965 B FI126965 B FI 126965B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
fuel
biogas
biomass
fuel combustion
produced
Prior art date
Application number
FI20115478A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20115478L (fi
FI20115478A0 (fi
FI20115478A (fi
Inventor
Esa Suoninen
Martti Surakka
Original Assignee
Fortum Oyj
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 Fortum Oyj filed Critical Fortum Oyj
Priority to FI20115478A priority Critical patent/FI126965B/fi
Publication of FI20115478A0 publication Critical patent/FI20115478A0/fi
Priority to PCT/FI2012/050473 priority patent/WO2012156588A1/en
Priority to SE1351523A priority patent/SE540112C2/sv
Priority to US14/117,657 priority patent/US9745895B2/en
Priority to PL406238A priority patent/PL229022B1/pl
Publication of FI20115478L publication Critical patent/FI20115478L/fi
Publication of FI20115478A publication Critical patent/FI20115478A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI126965B publication Critical patent/FI126965B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/04—Bioreactors or fermenters combined with combustion devices or plants, e.g. for carbon dioxide removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/84—Biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • 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
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • 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
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
    • 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
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Description

MENETELMÄ JA LAITTEISTO ENERGIAN TUOTTAMISEKSI KIERRÄTTÄMÄLLÄ MATERIAALEJA POLTTOAINEEN POLTTOPROSESSIN AIKANA
KEKSINNÖN ALA
Esillä oleva keksintö koskee menetelmää energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttoprosessin aikana. Lisäksi keksintö koskee laitteistoa energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttoprosessin aikana.
KEKSINNÖN TAUSTA
Polttoaineen polttaminen on prosessi, jossa polttoaine kuluu eksotermisessa kemiallisessa reaktiossa, joka vapauttaa lämpöä ja valoa. Yleensä poltettava polttoaine on hiilivety, joka reagoi ilmassa olevan hapen kanssa. Polttoaineen polttamisen pääkäyttö on energia. Yleisimmät polttoaineet, joita käytetään energian tuottamiseksi, ovat fossiilisia polttoaineita, jotka muodostuvat vanhasta, hajonneesta orgaanisesta aineksesta. Öljy, kivihiili ja maakaasu ovat kolme yleisintä fossiilista polttoainetta, joita käytetään polttoaineen polttoreaktioissa.
Polttoaineen polttoprosessin epäkohtana on, että voimalaitoslähteet, esim. kivihiilipohjaiset voimalaitokset, tuottavat savukaasupäästöjä polttoaineen polttoprosessin aikana. Ilmaan vapautunut savukaasu vaikuttaa ympäristöön.
Tunnetusta tekniikasta tiedetään esim. hiilidioksidia ja typpidioksidia käsittävän savukaasun käyttö levien ravinteena. Julkaisussa US 2007/0048848 AI tuodaan esiin prosessi, joka käsittää kivihiililäm-mitteisestä voimalaitoksesta poistuvassa savukaasussa olevan hiilidioksidin ohjaamisen levien bioreaktoriin ja levien bioreaktorissa levien fotosynteesissä tuote- tun hapen ohjaamisen voimalaitosprosessiin tehokkaan polton tukemiseksi.
Keksijät ovat kuitenkin tunnistaneet tarpeen materiaalien kierrättämiseksi tehokkaammin polttoaineen polttoprosessin aikana erityisesti polttoaineen polttoprosessissa tarvittavien fossiilisten polttoaineiden määrän vähentämiseksi.
KEKSINNÖN TARKOITUS
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudentyyppinen menetelmä energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen poltto-prosessin aikana. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan laitteisto energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttoprosessin aikana.
KEKSINNÖN YHTEENVETO
Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.
Esillä olevan keksinnön mukainen laitteisto on tunnettu siitä, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 15.
Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttoprosessin aikana, jossa polttoaineen polttoprosessi käsittää polttoaineen polttopro-sessiin syötetyn polttoaineen polttamisen, käsittää seuraavat vaiheet, joissa: syötetään hiilidioksidia käsittävän ja polttoaineen polttoprosessissa tuotetun savukaasun virtaus biomassan viljelyprosessiin, jossa savukaasu osallistuu biomassan ja hapen tuotantoon; syötetään vähintään osa biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelyprosessissa, biokaasun tuotantoprosessiin, jossa biomassa osallistuu biokaa-sun tuotantoon; syötetään vähintään osa hapesta, joka on tuotettu biomassan viljelyprosessissa, polttoaineen polttoprosessiin; ja syötetään vähintään osa biokaasusta, joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa, polttoaineen polttoprosessiin, jossa biokaasu poltetaan polttoaineena; siten, että tarve syöttää polttoainetta polttoaineen polttoprosessiin polttoaineen polttopro-sessin aikana biokaasun tuotantoprosessissa tuotetun ja polttoaineen polttoprosessiin syötetyn biokaasun lisäksi vähentyy.
Esillä oleva keksintö koskee laitteistoa energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttoprosessin aikana, jossa laitteisto käsittää polttoaineen polttolaitteen polttoaineen polttolaitteeseen syötettävän polttoaineen polttamiseksi ja jossa laitteisto käsittää edelleen: välineet hiilidioksidia käsittävän ja polttoaineen polttolaitteessa tuotetun savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen; biomassan viljelylaitteen biomassan ja hapen tuottamiseksi; välineet vähintään osan biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelylaitteessa, syöttämiseksi biokaasureaktoriin; biokaasureaktorin biokaasun tuottamiseksi; välineet vähintään osan hapesta, joka on tuotettu biomassan viljelylaitteessa, syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen; ja välineet vähintään osan biokaasusta, joka on tuotettu biokaasureaktorissa, syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen biokaasun polttamiseksi polttoaineena; ja siitä, että laitteisto on järjestetty siten, että tarve syöttää polttoainetta polttoaineen polttolaitteeseen polttoaineen polttoprosessin aikana biokaasureaktorissa tuotetun ja polttoaineen poltto-laitteeseen syötetyn biokaasun lisäksi vähentyy.
Esillä oleva keksintö, jossa kierrätetään materiaaleja polttoaineen polttoprosessin aikana, saa aikaan sen edullisen vaikutuksen, että polttoaineen polttoprosessiin tarvitsee syöttää pienempi määrä polttoainetta, esim. fossiilista polttoainetta, biokaasun tuotantoprosessissa tuotetun ja polttoaineen polttoprosessiin syötetyn biokaasun lisäksi verrattuna polttoaineen polttoprosessiin, jossa tällaista materiaalien kierrättämistä ei suoriteta, saman määrän energiaa tuottamiseksi.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää primäärienergian tuottamisen. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää sähköenergian tuottamisen. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto on järjestetty tuottamaan primää-rienergiaa. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto on järjestetty tuottamaan sähköenergiaa.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää polttoaineen polttopro-sessissa tuotetun energian ottamisen talteen. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet polttoaineen polttolaitteessa tuotetun energian ottamiseksi talteen. Välineet polttoaineen polttolaitteessa tuotetun energian ottamiseksi talteen voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää energian ottamiseksi talteen .
Ellei toisin mainita, tässä selityksessä termiä "polttoaineen polttoprosessi" käytetään tarkoittamaan mitä tahansa prosessia, jonka aikana poltetaan polttoainetta energian tuottamiseksi.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaine valitaan joukosta, joka koostuu fossiilisesta polttoaineesta, biopolttoaineesta, teollisuuden sivutuotteesta, teollisuusjätteestä, yhdyskuntajätteestä ja niiden mistä tahansa yhdistelmästä. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti fossiilinen polttoaine valitaan joukosta, joka koostuu kivihiilestä, maaöljystä, maakaasusta ja niiden mistä tahansa yhdistelmästä. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti fossiilinen polttoaine käsittää kivihiiltä. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biopolttoaine käsittää biokaasua ja/tai kiinteää biopolttoainetta. Leväbio-massa, puu, sahanpuru, ruohonleikkuu- ja vihreä jäte voidaan mainita esimerkkeinä kiinteistä biopolttoaineista. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaine käsittää biokaasua. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaine käsittää metaania (CH4) . Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaine käsittää fossiilisen polttoaineen ja biokaasun yhdistelmän.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessi tapahtuu polttoaineen polttolaitteessa. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen poltto-laite on kattila, uuni tai mikä tahansa muu laite, joka soveltuu polttoaineen polttamiseen.
Esillä olevan keksinnön mukaisesti biomassan viljelyprosessiin syötetään hiilidioksidia käsittävän savukaasun virtaus. Esillä olevan keksinnön mukaisesti laitteisto käsittää välineet hiilidioksidia käsittävän savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljely-laitteeseen. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti savukaasu levitetään kuplina biomassan kasvatusaineisiin. Välineet savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen voivat kä sittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti savukaasun virtaus käsittää lisäksi yhdisteitä NO, N02 ja/tai N2. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti savukaasut tuotetaan polttoaineen polttoprosessin tuloksena. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti savukaasut prosessoidaan sopivalla tavalla ennen niiden syöttämistä biomassan viljelyprosessiin.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biomassan viljelylaite käsittää fotobiore-aktorin (photobioreactor, PBR) tai katetun viljelyal-taan.
Ellei toisin mainita, tässä selityksessä termiä "biomassan viljelyprosessi" käytetään tarkoittamaan mitä tahansa prosessia, jonka aikana biomassan fotosynteesin tuloksena muodostuu biomassaa ja happea. Fotosynteesin kaava on seuraava:
Kun biomassaa viljellään, se käyttää hiilidioksidia fotosynteesinsä lähtöaineena. Fotosynteesin tuloksena hiili tulee biomassaan ja happea vapautuu. Kustakin hiilidioksidimolekyylistä biomassaan tulee yksi hiili ja kaksi happiatomia vapautuu.
Viljelty biomassa voidaan kerätä käyttämällä sopivia välineitä. Yksinomaan esimerkkinä voidaan mainita, että biomassan viljelyprosessissa tuotetun biomassan, esim. levien, kiintoainepitoisuus on 0,05 0,5 %, yleensä 0,1 - 0,2 %. Jatkokäyttöä varten bio massa voidaan sakeuttaa 1,5-3 %:n, esimerkiksi 2 -2,5 %:n, kiintoainepitoisuuteen käyttämällä suodatinta tai sentrifugia.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biomassa valitaan joukosta, joka koostuu levistä, vesiruohosta (water grass) ja niiden yhdistelmästä. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biomassa käsittää leviä. Chlorella-, Clos-terium- ja Spirulina-levälajrt sekä niiden mikä tahansa yhdistelmä voidaan mainita esimerkkeinä, joita voidaan käyttää esillä olevassa keksinnössä. Esillä olevassa keksinnössä voidaan käyttää myös muita levälaje-ja tai eri lajien yhdistelmiä. Vähintään osaa hapesta, joka vapautuu fotosynteesistä biomassan viljelyprosessissa, voidaan käyttää polttoaineen polttoprosessissa. On havaittu yllättävästi, että hapella, joka tuotettiin biomassan viljelyprosessissa ja ohjattiin polttoaineen poltto-prosessiin, voitiin korvata vähintään osa polttoilmas-ta, joka tarvitaan polttoaineen polttoprosessissa. Etuna vähintään osan polttoilmasta korvaamisessa polttoaineen polttoprosessissa biomassan viljelyprosessis-ta saatavalla hapella on, että ongelmat, jotka liittyvät ilmassa olevaan typpeen, alla olevan kuvauksen mukaisesti, vähentyvät. Välineet vähintään osan biomassan viljely-laitteessa tuotetusta hapesta syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää hapen syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen. Vähintään osa tuotetusta biomassasta syötetään biokaasun tuotantoprosessiin. Ellei toisin mainita, tässä selityksessä termiä "biokaasun tuotantoprosessi" käytetään tarkoittamaan mitä tahansa prosessia, jonka aikana tuotetaan biokaasua. Biokaasu tulee ym- märtää kaasuksi, joka tuotetaan orgaanisen aineksen biologisella hajoamisella hapen puuttuessa. Välineet vähintään osan biomassan viljely-laitteessa tuotetusta biomassasta syöttämiseksi bio-kaasureaktoriin voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää biomassan syöttämiseksi biokaasureaktoriin.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti koostumuksen, joka käsittää biomassaa, joka syötetään biokaasun tuotantoprosessiin, kiintoainepi-toisuus on alle 3 %, edullisesti 2,5 % ja edullisemmin 1,5 - 2 %.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti viipymäaika biokaasun tuotantoprosessissa on korkeintaan 5 vuorokautta, edullisesti korkeintaan 4 vuorokautta ja edullisemmin 1-2 vuorokautta.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biokaasu käsittää metaania, hiilidioksidia tai yhdistelmän, joka käsittää metaania ja hiilidioksidia. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biokaasu käsittää pääkomponentteinaan metaania (50 - 75 %) ja hiilidioksidia (49 - 24 %). Biokaasu voi käsittää lisäksi pienen määrän, yleensä korkeintaan 1 %, muita kaasuja, joista voidaan mainita esimerkkeinä vety ja vetysulfaatit. Vähintään osa biokaasusta, joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa, syötetään polttoaineen polttoprosessiin. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti vähintään osa biokaasun tuotantoprosessissa tuotetusta biokaasusta syötetään polttoaineen polttoprosessiin johtamalla biokaasu kaasunjake-luverkkoon. Kaasunjakeluverkko, esim. putkisto, mahdollistaa myös muun kaasumaisen polttoaineen syöttämisen polttoaineen polttoprosessiin samanaikaisesti bio-kaasupolttoaineen kanssa. Maakaasu voidaan mainita esimerkkinä tällaisesta kaasumaisesta polttoaineesta.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti vähintään osa biokaasusta, joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa, muutetaan nesteytetyn biokaasun (liquefied biogas, LBG) muotoon ennen vaihetta, jossa biokaasu syötetään polttoaineen poltto-prosessiin. Termiä "nesteytetty biokaasu" käytetään tarkoittamaan biokaasua, joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa, eli biokaasureaktorissa, ja joka on muutettu väliaikaisesti nestemäiseen muotoon. Biokaasun nestemäinen muoto tekee biokaasun kuljetuksesta ja varastoinnista helpompaa. Nesteytetty biokaasu muutetaan kuitenkin uudelleen kaasuksi ennen sen ohjaamista tai syöttämistä polttoaineen polttoprosessiin.
Biokaasua, joka syötetään polttoaineen polttoprosessiin, käytetään polttoaineena. Yksinomaan esimerkkinä voidaan mainita, että käytettäessä metaania polttoaineena kivihiililämmitteisessä kattilassa tarvittavasta kivihiilestä voidaan korvata metaanilla jopa 50 %, edullisesti jopa 80 %. Etuna metaanin kierrättämisessä biokaasun tuotantoprosessista polttoaineen polttoprosessiin on siten, että erityisesti fossiilisen polttoaineen käyttö vähentyy huomattavasti. Välineet vähintään osan biokaasureaktorissa tuotetusta biokaasusta syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää biokaasun syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen. Välineet vähintään osan biokaasureaktorissa tuotetusta biokaasusta syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen voivat käsittää esim. kaasunjakeluverkon, jonka kautta biokaasu johdetaan polttoaineen polttolaitteeseen.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biomassa kerätään ja sakeutetaan ennen sen syöttämistä biokaasun tuotantoprosessiin.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessiin syötetään 300 - 1500 kg, edullisesti 650 - 850 kg ja edullisemmin 740 - 800 kg happea, joka on tuotettu biomassan vilje-lyprosessissa, 1000 kg:aa polttoaineen polttoproses-sissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessiin syötetään 100 - 800 kg, edullisesti 300 - 400 kg ja edullisemmin 330 - 370 kg biokaasua, joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa, 1000 kg:aa polttoaineen polttoproses-sissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti biomassan viljelyprosessissa tuotetaan 200 - 900 kg, edullisesti 400 - 600 kg ja edullisemmin 450 - 550 kg biomassaa 1000 kg:aa biomassan viljelyproses-siin syötettyä hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessiin syötetään 0 -500 kg, edullisesti 0 - 100 kg ja edullisemmin 40 - 80 kg polttoainetta biokaasun tuotantoprosessissa tuotetun ja polttoaineen polttoprosessiin syötetyn biokaasun lisäksi 1000 kg:aa polttoaineen polttoprosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessiin syötetään 1000 - 2000 kg, edullisesti 1200 - 1800 kg ja edullisemmin 1550 - 1600 kg polttoilmaa 1000 kg:aa polttoaineen polttoprosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessista otetaan tal teen 100 - 500 kg, edullisesti 250 - 450 ja edullisemmin 340 - 400 kg vettä 1000 kg:aa polttoaineen poltto-prosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen polttoprosessissa tuotetaan 800 - 1600 kg, edullisesti 950 - 1450 kg ja edullisem min 1150 - 1350 kg typpikaasua 1000 kg:aa polttoaineen polttoprosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää vähintään osan käymis-lietteestä, joka on muodostettu biokaasun tuotantoprosessissa, syöttämisen biomassan viljelyprosessiin. Käymisliete voi toimia ravinteena esim. leville. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet vähintään osan käymis-lietteestä, joka on muodostettu biokaasureaktorissa, syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen. Välineet vähintään osan käymislietteestä, joka on muodostettu biokaasureaktorissa, syöttämiseksi biomassan viljely-laitteeseen voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää käymislietteen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen. Vähintään osa käymislietteestä, joka on muodostettu biokaasureaktorissa, voidaan syöttää biomassan viljelylaitteeseen käyttämällä pumppua.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää kasvatusaineiden, jotka käsittävät jätevettä, syöttämisen biomassan viljely-prosessiin. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet kasvatus-aineiden, jotka käsittävät jätevettä, syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen. Biomassan viljelyprosessiin voidaan syöttää hiilidioksidin lisäksi myös muita ravinteita, jotka käsittävät esim. typpeä, fosforia ja mikroravinteita, biomassan tuottamiseksi. Vähintään osa typestä voidaan syöttää savukaasun kanssa ja esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti käytetään jätevettä kasvatusaineina. Etuna jäteveden käyttämisessä esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä on, että kun biomassa kerää sen kasvattamiseen tarvittavat ravinteet, jätevesi samalla puhdistuu .
Metaanin polttotuotteita ovat hiilidioksidi ja vesi. Koska tuotettu vesi vaatii lähes puolet ha-pesta, joka on syötetty biomassan viljelyprosessista, polttoaineen polttoprosessiin syötetään lisähappea esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti. Lisähappea tarvitaan korvaamaan happea, joka menetetään veden muodossa.
Siten esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää polttoilman syöttämisen polttoaineen polttoprosessiin. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet polttoilman syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen. Mainitut välineet voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä polttoilman syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polt-toilma käsittää happea, typpeä tai yhdistelmän, joka käsittää happea ja typpeä.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaine, joka syötetään polttoaineen polttoprosessiin, käsittää fossiilista polttoainetta. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaine, joka syötetään polttoaineen polttoprosessiin, käsittää kivihiiltä. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet polttoaineen syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen. Välineet polttoaineen syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää polttoaineen syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää veden ottamisen talteen polttoaineen polttoprosessista. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet veden ottamiseksi talteen polttoaineen polttolaitteesta. Välineet veden ottamiseksi talteen polttoaineen polttolaitteesta voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä, joita voidaan käyttää veden ottamiseksi talteen polttoaineen polttolaitteesta.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää hiilidioksidin syöttämisen biomassan viljelyprosessiin savukaasun virtauksen sisältämän hiilidioksidin lisäksi. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet hiilidioksidin syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen hiilidioksidin, joka syötetään välineillä hiilidioksidia käsittävän ja polttoaineen polttolaitteessa tuotetun savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen, lisäksi. Mainitut välineet voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä mainitun lisähiilidioksidin syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää vähintään osan biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelyprosessissa, syöttämisen polttoaineen polttoprosessiin, jossa biomassa poltetaan polttoaineena. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet vähintään osan biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelylaitteessa, syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen. Välineet vähintään osan biomassan viljelylaitteessa tuotetusta biomassasta syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen voivat käsittää mitä tahansa sopivia välineitä biomassan syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää typen kerääntymisen estämisen menetelmän aikana. Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti laitteisto käsittää välineet typen poistamiseksi.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä voidaan toteuttaa kierrätettävien materiaalien jatkuvana kiertona. Esillä olevan keksinnön mukaisesti kierrätettävien materiaalien jatkuvan kierrättämisen tuloksena polttoaineen polttoyksikössä tuotetaan jatkuvasti energiaa, kunnes prosessi pysytetään .
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmä käsittää yhden tai useamman muun prosessointivaiheen. Yksinomaan esimerkkeinä yksi tai useampi muu prosessointivaihe voi käsittää savukaasun prosessoimisen sopivalla tavalla ennen sen syöttämistä biomassan viljelyprosessiin, biomassan prosessoimisen sopivalla tavalla ennen sen syöttämistä biokaasun tuotantoprosessiin, biokaasun prosessoimisen sopivalla tavalla ennen sen syöttämistä polttoaineen polttopro-sessiin, hapen prosessoimisen sopivalla tavalla ennen sen syöttämistä polttoaineen polttoprosessiin jne. Samalla tavoin esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti myös laitteisto käsittää yhden tai useamman muun laitteen ja/tai välineen.
Edellä kuvattuja keksinnön suoritusmuotoja voidaan käyttää minä tahansa yhdistelmänä toistensa kanssa. Useita suoritusmuotoja voidaan yhdistää keskenään keksinnön toisen suoritusmuodon muodostamiseksi. Menetelmä tai laitteisto, jota keksintö koskee, voi käsittää vähintään yhden tässä edellä kuvatuista keksinnön suoritusmuodoista.
Esillä olevan keksinnön etuna on, että polttoaineen polttoprosessissa käytettävien fossiilisia polttoaineita, esim. kivihiiltä, käsittävien uusiutumattomien luonnonvarojen määrää voidaan vähentää huomattavasti kierrätettäessä materiaalit esillä olevan keksinnön mukaisesti. Biokaasun, joka käsittää metaania ja joka tuotetaan biokaasun tuotantoprosessissa, kierrättäminen polttoaineen polttoprosessissa polttoaineena käytettäväksi vähentää polttoaineen määrää, joka polttoaineen polttoprosessiin tarvitsee syöttää ulkopuolisesta lähteestä. Yksinomaan esimerkkinä voidaan mainita, että perinteisissä polttoainekattilois-sa, jossa polttoaineen polttoprosessi tapahtuu, kattilaan täytyy syöttää noin 350 kg kivihiiltä 1000 kg:aa tuotettua hiilidioksidia kohti. Kun silmukka on suljettu, eli biokaasu ohjataan polttoainekattilaan, se voi muodostaa noin 80 % tarvittavasta polttoaineesta. Siten tarvitaan vain noin 60 kg kivihiiltä ulkopuolisesta lähteestä 1000 kg:aa tuotettua hiilidioksidia kohti.
Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että sieppaamalla happea, joka tuotetaan biomassan viljelyprosessissa, ja ohjaamalla siepattu happi polttoprosessin kattilaan polttoprosessissa käytettävän lisäpolttoilman tarve vähentyy huomattavasti. Jopa noin 60 % polttoilmasta, joka tarvitaan polttoaineen polttoprosessissa, voidaan korvata biomassan vil-jelyprosessista syötettävällä hapella. Ilmakehän pääkomponentit ovat happi (noin 21 %) ja typpi (noin 78 %). Typen ollessa inertti kaasu kattilaan polttoilmas-sa syötettävän typen määrä tulee ottaa huomioon laitetta mitoitettaessa. Kattilaan syötettävän ilman käyttö johtaa yleensä tilanteeseen, jossa esim. putket ja kammiot ovat ylimitoitettuja. Koska esillä oleva keksintö johtaa kattilaan syötettävän polttoilman pienempään määrään, myös laitteen kustannukset vähentyvät huomattavasti. Edelleen typen poistaminen ilmasta vaatii mittavia investointeja, joita ei näin ollen tarvita käytettäessä esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa.
Esillä olevan keksinnön etuna on mahdollisuus yleensä happipolttotekniikassa käytettyyn pienempään happitehtaaseen kattilan yhteydessä.
PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS
Oheisissa piirustuksissa, jotka ovat liitteenä keksinnön paremman ymmärtämisen mahdollistamiseksi ja jotka ovat osa tätä selitystä, kuvataan keksinnön suoritusmuotoja, ja yhdessä kuvauksen kanssa niitä käytetään apuna keksinnön periaatteiden selostamisessa. Piirustuksissa;
Kuva 1 on vuokaaviokuva esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän eräästä suoritusmuodosta; ja
Kuva 2 on kaaviokuva esillä olevan keksinnön mukaisen laitteiston eräästä suoritusmuodosta.
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Seuraavaksi viitataan yksityiskohtaisesti esillä olevan keksinnön suoritusmuotoihin, joista oheisissa piirustuksissa on esitetty esimerkkejä.
Alla olevassa kuvauksessa tuodaan esiin joitakin keksinnön suoritusmuotoja niin yksityiskohtaisesti, että alan asiantuntija kykenee käyttämään keksintöä selityksen perusteella. Suoritusmuotojen kaikkia vaiheita ei käsitellä yksityiskohtaisesti, koska monet vaiheista ovat alan asiantuntijalle ilmeisiä tämän selityksen perusteella.
Yksinkertaisuuden vuoksi seuraavissa esimerkinomaisissa suoritusmuodoissa viittausnumerot pidetään samoina toistuvien komponenttien osalta.
Kuvan 1 mukaisen menetelmän suoritusmuodon vaiheessa SI vaiheen SI polttoaineen polttoprosessissa tuotetaan energiaa vaiheessa f polttamalla polttoainetta, esim. fossiilista polttoainetta kuten kivihiiltä. Polttoprosessin tuloksena tuotetaan hiilidioksidia käsittävää savukaasua. Savukaasun virtaus syötetään vaiheessa a) biomassan viljelyprosessiin, jossa savukaasu osallistuu biomassan, esim. levien, fotosynteesiin.
Vaiheessa S2 suoritetun biomassan viljelypro-sessin tuloksena tuotetaan biomassaa, josta vähintään osa syötetään kuvan 1 vaiheessa b biokaasun tuotantoprosessin käsittävään vaiheeseen S3. Lisäksi vaiheessa S2 suoritetun biomassan viljelyprosessin tuloksena tuotetaan happea, josta vähintään osa syötetään polttoaineen polttoprosessiin kuvan 1 vaiheessa c.
Biomassaa, joka syötetään biokaasun tuotantoprosessiin, käytetään biokaasun tuottamiseen vaiheessa S3. Vähintään osa vaiheessa S3 tuotetusta biokaasusta syötetään vaiheeseen SI, joka käsittää polttoaineen polttoprosessin, kuvan 1 vaiheessa d.
Kuvassa 1 esitetyn materiaalien kierrättämisen tuloksena fossiilisen polttoaineen määrä, joka täytyy syöttää vaiheessa e polttoaineen polttoprosessiin energian tuottamiseksi tehokkaasti, vähentyy.
On ilmeistä, että esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä voi käsittää muitakin vaiheita, jotka ovat ilmeisiä alan asiantuntijalle sen perusteella, mitä tässä patenttihakemuksessa on esitetty.
Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa kuvassa 2 kaaviomaisesti lohkokaavion avulla esitetyllä laitteistolla. Kuvan 2 laitteisto 15 käsittää polttoaineen polttolaitteen 1, esim. kattilan, jolla polttoainetta, esim. fossiilista polttoainetta kuten kivihiiltä, poltetaan energian tuottamiseksi voimalaitoksessa. Edelleen kuvan 2 laitteisto 15 käsittää välineet 4 polttoaineen polttoprosessilla polttoaineen polttolaitteessa 1 tuotetun savukaasun virtauksen syöttämiseksi tai ohjaamiseksi biomassan viljelylaitteeseen 2, jossa biomassan ja hapen tuotanto tapahtuu. Vähintään osa biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelylaitteessa, ohjataan biokaasureakto-riin 3 välineillä 5 biomassan syöttämiseksi biokaasu-reaktoriin 3. Biomassa, joka syötetään biokaasureakto-riin 3, osallistuu biokaasun tuotantoon. Vähintään osa biokaasusta, joka on tuotettu biokaasureaktorissa, syötetään polttoaineen poltto-laitteeseen 1 välineillä 7 biokaasun syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen.
Kuvassa 2 esitetty laitteisto 15 käsittää edelleen välineet 13 vähintään osan biokaasureaktorissa 3 tuotetusta käymislietteestä syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen 2.
Biomassan viljelylaite 2 on edelleen yhdistetty välineisiin 14 hiilidioksidin syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen polttoaineen polttolaitteesta ohjatun hiilidioksidin lisäksi ja välineisiin 8 esim. jäteveden syöttämiseksi biomassan viljelylait-teeseen 2.
Kuvassa 2 on myös esitetty välineet 6 vähintään osan hapesta, joka on tuotettu biomassan viljely-laitteessa 2, syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen 1.
Kuvan 2 laitteisto käsittää lisäksi välineet 11 polttoaineen syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen, välineet 10 veden ottamiseksi talteen polttoaineen polttolaitteesta ja välineet 12 polttoaineen polttolaitteessa tuotetun energian ottamiseksi talteen . ESIMERKKI 1
Esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää käyttämällä valmistettiin esillä olevan keksinnön mukaisella laitteistolla energiaa, eli primäärienergiaa, polttoaineen polttoprosessissa polttamalla kattilassa fossiilisena polttoaineena kivihiiltä. Polttoprosessin aikana tuotetut savukaasut otettiin talteen ja syötettiin fotobioreaktoriin, jossa ne osallistuivat levien kasvattamiseen ja levien fotosynteesiin perustuvaan hapen tuotantoon. Tässä esimerkissä käytetty fotobio-reaktori oli lasiputkireaktori, jossa putken läpimitta oli noin 100 mm, putken pituus noin 900 m ja reaktori-tilavuus noin 30 m3. Tässä esimerkissä käytetyt levät olivat Clos-terium-lajeista. Lisäksi ravinteita, joita levien kasvattamiseen tarvitaan, saatiin esim. levien kasvatus-aineina käytetystä yhdyskuntajätevedestä. Levien kasvaessa ne keräsivät ravinteet jätevedestä ja siten jätevesi samalla puhdistui. Lisäksi leviin imeytyi niiden kasvaessa hiilidioksidia ja typpeä, ja samanaikaisesti ne tuottivat happea. Kustakin hiilidioksidimole-kyylistä käytettiin yksi hiili biomassaan, eli levien kasvatukseen, ja kaksi happiatomia vapautui.
Happi, jota levät tuottivat biomassan vilje-lyprosessissa, syötettiin kattilaan, ja vähintään osa tuotetuista levistä syötettiin biokaasureaktoriin. Fo-tobioreaktorissa tuotetut levät sentrifugoitiin ennen niiden syöttämistä biokaasureaktoriin siten, että niiden kiintoainepitoisuus kasvoi noin 0,2 %:sta noin 1,5 - 2 %:iin. Tässä esimerkissä käytetty biokaasureaktori-tyyppi oli ylösvirtaava anaerobinen lietekerrosreakto-ri (Upflow Anaerobic Sludge Blanker, UASB) , joka on laite, joka on suunniteltu erittäin alhaisen kiinto-ainepitoisuuden käsittävien nesteiden käsittelyyn. Re-tentioaika oli 1-2 vuorokautta, mikä salli suurten neste- tai lietemäärien käsittelyn kohtuullisen kokoisella reaktorilla. Reaktoritilavuus oli tässä esimerkissä noin 5 m3.
Osa käymislietteestä, joka muodostui biokaa-sureaktorissa, palautettiin pumppaamalla fotobioreak-toriin ja muodostunut biokaasu, joka sisälsi metaania ja hiilidioksidia, syötettiin kattilaan. Kattilaan syötettyä biokaasua käytettiin polttoaineena kivihii-lilämmitteisessä kattilassa korvaten siten vähintään 50 % kivihiilestä, joka olisi tarvittu, jos materiaa- lien kierrättämistä esillä olevan keksinnön mukaisesti ei olisi suoritettu.
Koska metaanin polttamistuotteet olivat hiilidioksidi ja vesi ja tuotettu vesi vaati lähes puolet hapesta, joka tuotettiin fotobioreaktorissa ja syötettiin sieltä kattilaan, veden muodossa menetetyn hapen korvaamiseksi tarvittiin lisähappea. Siksi kattilaan syötettiin lisämäärä happea tehokkaan polttoprosessin varmistamiseksi.
Prosessin aikana estettiin typen kerääntyminen käyttämällä sopivaa typenpoistolaitetta.
Perinteisessä kivihiililämmitteisessä voimalaitoksessa tarvitaan noin 350 kg kivihiiltä tuottamaan noin 2,8 MWh (1,1 Mwhe) energiaa ja samalla noin 1000 kg hiilidioksidia. Tässä esillä olevan keksinnön mukaisessa esimerkissä, jossa materiaaleja kierrätettiin energiantuotannon aikana, kattilaan syötettäväksi kierrätettyjen materiaalien lisäksi tarvittiin vain noin 60 kg kivihiiltä saman energiamäärän tuottamiseksi. Samalla tavoin tuotettiin 1000 kg hiilidioksidia. 1000 kg:n hiilidioksidia ja 1250 kg:n N2-yhdistettä syöttäminen fotobioreaktoriin tuotti noin 770 kg 02-yhdistettä, joka kierrätettiin kattilaan, ja noin 500 kg leviä, jotka syötettiin biokaasureaktoriin. 500 kg:sta leviä muodostui noin 230 kg metaania ja noin 120 kg hiilidioksidia biokaasun tuotantoprosessissa, ja ne syötettiin kattilaan. 1000 kg:aa polttoaineen polttolaitteessa tuotettua hiilidioksidia kohti kattilaan syötettiin myös noin 330 kg lisähappea ja noin 1250 kg typpikaasua. Esimerkin 1 polttoaineen poltto-prosessin tuloksena kattilasta otettiin talteen noin 370 kg vettä 1000 kg:aa polttoaineen polttolaitteessa tuotettua hiilidioksidia kohti. ESIMERKKI 2
Esillä olevan keksinnön mukaista menetelmää käyttämällä valmistettiin esillä olevan keksinnön mukaisella laitteistolla energiaa, eli primäärienergiaa, polttoaineen polttoprosessissa polttamalla kattilassa polttoainetta. Savukaasu, joka käsitti hiilidioksidia ja typpeä ja joka tuotettiin polttoprosessin aikana, otettiin talteen ja syötettiin fotobioreaktoriin, jossa ne osallistuivat levien kasvattamiseen ja levien fotosynteesiin perustuvaan hapen tuotantoon. Tässä esimerkissä käytetty fotobioreaktori oli lasiputkire-aktori, jossa putken läpimitta oli noin 100 mm, putken pituus noin 900 m ja reaktoritilavuus noin 30 m3. Edelleen savukaasun virtauksen kanssa fotobioreaktoriin syötetyn hiilidioksidin lisäksi fotobioreaktoriin syötettiin lisähiilidioksidia. Tässä esimerkissä käytetyt levät olivat Spi-rulina-lajeista. Lisäksi ravinteita, joita tarvittiin levien kasvattamiseksi, saatiin esim. levien kasvatus-aineina käytetystä yhdyskuntajätevedestä. Lisäksi leviin imeytyi hiilidioksidia ja typpeä niiden kasvaessa, ja ne tuottivat samalla happea.
Happi, jota levät tuottivat fotobioreaktoris-sa, syötettiin kattilaan, ja vähintään osa tuotetuista levistä syötettiin biokaasureaktoriin. Fotobioreakto-rissa tuotetut levät kuitenkin sentrifugoitiin ennen niiden syöttämistä biokaasureaktoriin siten, että niiden kiintoainepitoisuus kasvoi noin 0,2 %:sta noin 1,5 - 2 %:iin. Tässä esimerkissä käytetty biokaasureaktori-tyyppi oli ylösvirtaava anaerobinen lietekerrosreakto-ri (Upflow Anaerobic Sludge Blanker, UASB). Retentio-aika oli 1-2 vuorokautta ja reaktoritilavuus noin 5 m3 tässä esimerkissä.
Osa käymislietteestä, joka muodostui biokaa-sureaktorissa, palautettiin fotobioreaktoriin pumppaamalla ja muodostunut biokaasu, joka sisälsi metaania ja hiilidioksidia, syötettiin kattilaan. Kattilaan syötettyä biokaasua käytettiin polttoaineena polttoaineen polttoprosessissa. Tässä esillä olevan keksinnön mukaisessa esimerkissä, jossa materiaaleja kierrätettiin energiantuotannon aikana, kattilaan ei tarvinnut syöttää polt-toilmaa prosessissa, jossa kierrätettiin materiaaleja energian tuottamiseksi. Tämä johtui siitä, että kaikki happi, jota tarvitaan polttoaineen polttamiseksi tehokkaasti, saatiin levien kasvatuksesta.
Perinteisessä kivihiililämmitteisessä voimalaitoksessa tarvitaan noin 350 kg kivihiiltä tuottamaan noin 2,8 MWh (1,1 Mwhe) energiaa. Samalla muodostuu noin 1000 kg hiilidioksidia. Tässä esimerkissä savukaasun kanssa 1000 kg:n hiilidioksidia ja 1250 kg:n N2-yhdistettä ja 430 kg:n lisähiilidioksidia syöttäminen fotobioreaktoriin tuotti noin 1100 kg kattilaan kierrätettävää 02-yhdistettä ja noin 770 kg biokaasu-reaktoriin syötettäviä leviä. 770 kg:sta leviä muodostui noin 354 kg metaania ja noin 185 kg hiilidioksidia biokaasun tuotantoprosessissa, ja ne syötettiin kattilaan, jossa biokaasua käytettiin polttoaineena poltto-prosessissa .
Alan asiantuntijalle on ilmeistä, että tekniikan kehittymisen myötä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa eri tavoin. Keksintöä ja sen suoritusmuotoja ei siten rajoiteta edellä kuvattuihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (19)

1. Menetelmä energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttolaitteessa, joka on kattila tai uuni, tapahtuvan polttoaineen polttoprosessin (1) aikana, jossa polttoaineen poltto-prosessi käsittää polttoaineen polttoprosessiin syötetyn polttoaineen polttamisen, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet, joissa: syötetään hiilidioksidia käsittävän ja polttoaineen polttoprosessissa (1) tuotetun savukaasun (4) virtaus biomassan viljelyprosessiin (2), jossa savukaasu osallistuu biomassan ja hapen tuotantoon; syötetään vähintään osa biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelyprosessissa (2), biokaa-sun tuotantoprosessiin (3), jossa biomassa osallistuu biokaasun tuotantoon; syötetään vähintään osa hapesta, joka on tuotettu biomassan viljelyprosessissa (2), polttoaineen polttoprosessiin (1); syötetään vähintään osa biokaasusta, joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa (3), polttoaineen polttoprosessiin (1), jossa biokaasu poltetaan polttoaineena; ja syötetään polttoilmaa (9), joka käsittää happea ja typpeä, polttoaineen polttoprosessiin; siten, että tarve syöttää polttoainetta (11), joka on valittu joukosta, joka koostuu fossiilisesta polttoaineesta, joka käsittää kivihiilen, biopolttoaineesta, teollisuusjätteestä, yhdyskuntajätteestä ja niiden mistä tahansa yhdistelmästä, polttoaineen polttoprosessiin (1) polttoaineen polttoprosessin aikana biokaasun tuotantoprosessissa (3) tuotetun ja polttoaineen polttoprosessiin syötetyn biokaasun lisäksi vähentyy .
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen polttoproses- siin (1) syötetään 300 - 1500 kg, edullisesti 650 -850 kg ja edullisemmin 740 - 800 kg happea (6), joka on tuotettu biomassan viljelyprosessissa (2), 1000 kg: aa polttoaineen polttoprosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
3. Jonkin patenttivaatimuksista 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen polttoprosessiin (1) syötetään 100 - 800 kg, edullisesti 300 - 400 kg ja edullisemmin 330 - 370 kg biokaasua (7), joka on tuotettu biokaasun tuotantoprosessissa (3), 1000 kg:aa polttoaineen polttoprosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biomassan viljelyprosessissa (2) tuotetaan 200 - 900 kg, edullisesti 400 - 600 kg ja edullisemmin 450 - 550 kg biomassaa 1000 kg:aa biomassan viljelyprosessiin syötettyä hiilidioksidia (4) kohti.
5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen polttoprosessiin (1) syötetään 0 - 500 kg, edullisesti 0 - 100 kg ja edullisemmin 40 - 80 kg polttoainetta (11) biokaasun tuotantoprosessissa (3) tuotetun ja polttoaineen polttoprosessiin syötetyn biokaasun lisäksi 1000 kg:aa polttoaineen polttoprosessissa tuotettua hiilidioksidia kohti.
6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasun (4) virtaus käsittää lisäksi yhdisteitä NO, NO2 ja/tai N2.
7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biokaasu (7) käsittää metaania, hiilidioksidia tai yhdistelmän, joka käsittää metaania ja hiilidioksidia.
8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biomassa (5) valitaan joukosta, joka koostuu levistä, kananhirssis-tä ja niiden yhdistelmästä.
9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vähintään osan käymislietteestä (13), joka on muodostettu biokaasun tuotantoprosessissa (3), syöttämisen biomassan viljelyprosessiin (2) .
10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää kasvatusaineiden (8), jotka käsittävät jätevettä, syöttämisen biomassan viljelyprosessiin (2).
11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaineen polttoprosessiin syötetty polttoaine käsittää kivihiiltä .
12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää veden (10) ottamisen talteen polttoaineen polttoprosessista (1).
13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää hiilidioksidin (14) syöttämisen biomassan viljelyprosessiin (2) savukaasun (4) virtauksen sisältämän hiilidioksidin lisäksi.
14. Laitteisto (15) energian tuottamiseksi kierrättämällä materiaaleja polttoaineen polttoproses-sin aikana, jossa laitteisto käsittää polttoaineen polttolaitteen (1), joka on kattila tai uuni, polttoaineen polttolaitteeseen syötettävän polttoaineen polttamiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää edelleen: - välineet (4) hiilidioksidia käsittävän ja polttoaineen polttolaitteessa (1) tuotetun savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen (2) ; - biomassan viljelylaitteen (2) biomassan ja hapen tuottamiseksi; - välineet (5) vähintään osan biomassasta, joka on tuotettu biomassan viljelylaitteessa (2), syöttämiseksi biokaasureaktoriin (3); - biokaasureaktorin (3), joka on suunniteltu erittäin alhaisen kiintoainepitoisuuden käsittävien nesteiden käsittelyyn, biokaasun tuottamiseksi koostumuksesta, joka käsittää biomassaa, jonka koostumuksen kiintoainepitoisuus on alle 3 %; - välineet (6) vähintään osan hapesta, joka on tuotettu biomassan viljelylaitteessa (2), syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen (1); - välineet (7) vähintään osan biokaasusta, joka on tuotettu biokaasureaktorissa (3), syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen (1) biokaasun polttamiseksi polttoaineena; ja välineet polttoilman (9), joka käsittää happea ja typpeä, syöttämiseksi polttoaineen poltto-laitteeseen; ja siitä, että laitteisto on järjestetty siten, että tarve syöttää polttoainetta (11), joka on valittu joukosta, joka koostuu fossiilisesta polttoaineesta, joka käsittää kivihiilen, biopolttoaineesta, teollisuusjätteestä, yhdyskuntajätteestä ja niiden mistä tahansa yhdistelmästä, polttoaineen polttolaitteeseen (1) polttoaineen polttoprosessin aikana biokaasureaktorissa (3) tuotetun ja polttoaineen poltto-laitteeseen syötetyn biokaasun lisäksi vähentyy.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto (15) käsittää välineet (13) vähintään osan käymislietteestä, joka on muodostettu biokaasureaktorissa (3), syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen (2) .
16. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto (15) käsittää välineet (8) kasvatusaineiden, jotka käsittävät jätevettä, syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen (2).
17. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 16 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto (15) käsittää välineet (11) polttoaineen syöttämiseksi polttoaineen polttolaitteeseen (1).
18. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto (15) käsittää välineet (10) veden ottamiseksi talteen polttoaineen polttolaitteesta (1).
19. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 18 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto (15) käsittää välineet (14) hiilidioksidin syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen (2) hiilidioksidin, joka syötetään välineillä (4) hiilidioksidia käsittävän ja polttoaineen polttolaitteessa (1) tuotetun savukaasun virtauksen syöttämiseksi biomassan viljelylaitteeseen (2), lisäksi. PATENTKRAV
FI20115478A 2011-05-18 2011-05-18 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana FI126965B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20115478A FI126965B (fi) 2011-05-18 2011-05-18 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana
PCT/FI2012/050473 WO2012156588A1 (en) 2011-05-18 2012-05-18 A method and an apparatus for producing energy by recycling materials during a fuel combustion process
SE1351523A SE540112C2 (sv) 2011-05-18 2012-05-18 Metod och anordning för att producera energi genom att återvinna material under en bränsleförbränningsprocess
US14/117,657 US9745895B2 (en) 2011-05-18 2012-05-18 Method and an apparatus for producing energy by recycling materials during a fuel combustion process
PL406238A PL229022B1 (pl) 2011-05-18 2012-05-18 Sposób i układ do wytwarzania energii poprzez recykling materiałów podczas procesu spalania paliwa

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20115478A FI126965B (fi) 2011-05-18 2011-05-18 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI20115478A0 FI20115478A0 (fi) 2011-05-18
FI20115478L FI20115478L (fi) 2012-11-19
FI20115478A FI20115478A (fi) 2012-11-19
FI126965B true FI126965B (fi) 2017-08-31

Family

ID=44071605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20115478A FI126965B (fi) 2011-05-18 2011-05-18 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9745895B2 (fi)
FI (1) FI126965B (fi)
PL (1) PL229022B1 (fi)
SE (1) SE540112C2 (fi)
WO (1) WO2012156588A1 (fi)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2509710B (en) * 2013-01-09 2017-06-14 Ind Phycology Ltd Photobioreactor and its use in waste water treatment
US9458407B2 (en) 2013-12-10 2016-10-04 T2e Energy Holdings, LLC Algal oil based bio-lubricants
US9345208B2 (en) 2013-12-10 2016-05-24 Mark Randall System for recycling flue gas
US9499846B2 (en) * 2013-12-10 2016-11-22 Mark Randall Method for recycling flue gas
CN109140465A (zh) * 2017-06-28 2019-01-04 高节义 新型蒸汽锅炉能源氧气自给废气循环利用零排放的设置
GB2614561B (en) * 2022-01-07 2024-03-27 Nature Based Solutions Global Ltd Algae-cultivation method and system

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19721280C2 (de) 1997-05-14 2002-11-07 Energy Of Nature Projektgesell Verfahren und Vorrichtung zur photobiologischen Trennung von kohlendioxid- und methanhaltigen Gasgemischen
US20050064577A1 (en) 2002-05-13 2005-03-24 Isaac Berzin Hydrogen production with photosynthetic organisms and from biomass derived therefrom
US7191597B2 (en) 2003-01-21 2007-03-20 Los Angeles Advisory Services, Inc. Hybrid generation with alternative fuel sources
MX2008002633A (es) 2005-08-25 2008-09-26 A2Be Carbon Capture Llc Metodo, aparato y sistema para produccion de biodiesel a partir de algas.
WO2007097612A2 (en) * 2006-02-24 2007-08-30 Beesterzwaag Beheer B.V. Process for the conversion of liquid waste biomass into a fertilizer product
US20080050800A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 Mckeeman Trevor Method and apparatus for a multi-system bioenergy facility
EP2415803A3 (en) * 2006-10-26 2012-10-31 Xyleco, Inc. Method of making a composite from biomass
ES2303792B1 (es) * 2007-02-15 2009-06-12 Industrias Mecanicas Alcudia S.A. Un procedimiento para la revalorizacion energetica de la fraccion organica de residuos solidos urbanos, e instalacion.
US20080250791A1 (en) * 2007-04-13 2008-10-16 Fromson Howard A Electric power station with CO2 sink and production of industrial chemicals
US8076121B2 (en) 2007-07-25 2011-12-13 Chevron U.S.A. Inc. Integrated process for conversion of hydrocarbonaceous assets and photobiofuels production
DE112008004043T5 (de) 2007-09-10 2013-03-21 Peter Anthony Miller Verfahren und Systeme der Gesamteinfang und Verwertung von gebrauchten organischen und anorganischen Materie von selbsterhaltenden menschlichen Siedlungen
WO2009086307A1 (en) 2007-12-21 2009-07-09 Core Intellectual Properties Holdings, Llc Methods and systems for biomass recycling and energy production
US8753876B2 (en) * 2008-03-14 2014-06-17 Andrew K. Schwartz, Jr. Energy recovery system
ITCO20080020A1 (it) 2008-05-09 2009-11-10 Austep Austeam Environmental Protection Srl Procedimento ed impianto per la produzione di energia da una fonte rinnovabile
US20100105127A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Margin Consulting, Llc Systems and methods for generating resources using wastes
CA2694971C (en) * 2008-12-11 2012-03-20 Calera Corporation Processing co2 utilizing a recirculating solution
US20100297739A1 (en) * 2009-05-21 2010-11-25 Tm Industrial Supply, Inc. Renewable energy system
DE102009051927A1 (de) 2009-11-02 2011-05-05 Mehlhorn, Harald Biosolares Kleinkraftwerk

Also Published As

Publication number Publication date
FI20115478L (fi) 2012-11-19
PL406238A1 (pl) 2014-07-21
US20140338361A1 (en) 2014-11-20
SE1351523A1 (sv) 2014-01-22
PL229022B1 (pl) 2018-05-30
WO2012156588A1 (en) 2012-11-22
FI20115478A0 (fi) 2011-05-18
US9745895B2 (en) 2017-08-29
SE540112C2 (sv) 2018-04-03
FI20115478A (fi) 2012-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI126965B (fi) Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi aineita kierrättämällä polttoaineen palamisprosessin aikana
US8383870B2 (en) Environmentally friendly methods and systems of energy production
US8658414B2 (en) Biomass processing
TWI555840B (zh) 微藻減碳之沼氣發電系統及其方法
EP2914904B1 (en) Structural configuration and method for environmentally safe waste and biomass processing to increase the efficiency of energy and heat generation
EP3789475A1 (en) Combination of anaerobic treatment of carbonaceous material with hydrothermal gasification to maximize value added product recovery
US8690993B2 (en) Caustic scrubber system and method for biogas treatment
CN102154373B (zh) 一种衣康酸废渣的处理方法
KR101181834B1 (ko) 발전소 배가스의 폐열을 이용한 미세조류 전열처리와 고온 고효율 수소 및 메탄발효장치
WO2007143653A2 (en) Power or fuel production using photosynthesis
US8669095B2 (en) Method for the treatment of process gas for biological H2S removal
KR100960596B1 (ko) 메탄 생성 미생물 활성 억제제 및 가스 퍼징을 이용한유기성 폐기물로부터의 바이오 수소 가스 생산 장치 및방법
US20150024328A1 (en) Regenerative thermal oxidizer for the reduction or elimination of supplemental fuel gas consumption
US20230235366A1 (en) Process for the biological production of hydrogen and/or methane by absorption and biological conversion of carbon dioxide
KR100990167B1 (ko) 낮은 ｐＨ 조건에서의 메탄 생성 미생물 활성 억제제 및가스 퍼징을 이용한 유기성 폐기물로부터의 바이오 수소가스 생산 장치 및 방법
CN205953536U (zh) 一种活性炭制备系统
KR20140067853A (ko) 선박의 밸러스트 탱크 내 혐기성 미생물을 이용한 이산화탄소의 메탄 전환 방법 및 그 시스템
Decker et al. Anaerobic Digestion of Food Waste: Products and Their Uses
Paniagua Bermejo et al. Syngas biomethanation: Current state and future perspectives
CA3170251A1 (en) Hydrogen biomethane process and apparatus
WO2022221436A1 (en) Systems and methods for production of renewable hydrogen for waste collection and waste management center vehicles
Radu et al. New circular model for biogas purification coupled with biomass generation and carbon capture
Grill et al. Biological H 2 S removal system and method
Valdez et al. Commercial Pilot for Closed-loop Wastewater Treatment and Biofuel Production Using Microalgae

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 126965

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed