FI79133C - Foerfarande foer utnyttjande av pyrolysgas och pyrolysanlaeggning foer anvaendning i foerfarandet. - Google Patents

Description

1 79133

Menetelmä pyrolyysikaasun hyödyntämiseksi ja menetelmässä käytetty pyrolyysilaitos

Keksintö koskee menetelmää pyrolyysikaasujen hyö-5 dyntämiseksi, jotka on poistettu laitoksesta, joka tuottaa puuhiiltä biomassaa pyrolysoimalla.

FR-patentista 976559 tunnetaan menetelmä puuhiilen ja lämpömoottoripolttoaineen valmistamiseksi pyrolysoimalla kasvimateriaalia, jolloin pyrolyysilaitteessa suoriteli) taan pyroligniinimateriaalin terminen krakkaus, jota täydennetään katalyyttisellä krakkauksella. NO-patentissa 68406 on kuvattu tilaa säästävä ja lämpötalouden kannalta edullinen kuivatislauslaite, joka käsittää vaakasuoran, putkimaisen uunin, johon tislattava materiaali tuodaan 15 ritiläpohjäisillä vaunuilla ja jossa tislauskaasuja kierrätetään puhaltimien avulla uunin pituussuuntaan vastaan poikkisuunnassa tislattavan materiaalin lävitse ylhäältä alas ja päinvastoin.

Määrättyjen puuainesten, erityisesti risukkojen 20 hyötykäyttöä voidaan lisätä pyrolysoimalla ne puuhiileksi erilaisiin käyttötarkoituksiin. Tällöin käytetään pyro-lyysilaitteistoa, joka muodostuu pitkänomaisesta, biomas-sakerroksella, panostetusta polttouunista, johon on liitetty putkisto kuumien kaasujen kierrättämiseksi mainitun 25 kerroksen läpi. Kuumat kaasut voidaan esim. synnyttää biomassan yläpuolelle asennetulla polttimella. Polttouunin pohja on varustettu läpäisevällä osalla, esim. verkkopoh-jalla, joka peittää imuputkistoon liitetyn laatikon. Tällä tavoin kaasut pakotetaan biomassakerroksen läpi, jol-30 loin ne muuttavat biomassan puuhiileksi, joka poistetaan polttouunin purkautumispäähän asennetulla poistolaitteel-la. Panoksen läpi virranneet pyrolyysikaasut poistetaan imuputkistolla, joka on varustettu imutuulettimella ja liitetty verkkopohjan alla olevaan laatikkoon.

35 Tällä tavoin imetyt pyrolyysikaasut poltetaan pa- 2 79133 noksen yläpuolella olevassa polttimessa ja näin saadaan pyrolyysissä tarvittavat kuumat kaasut. Niitä voidaan myös käyttää puuaineksen kuivaamiseen ennen aineksen panostamista pyrolyysilaitteistoon.

5 Pyrolyysilaitteiston tuottamaa määrättyä puuhii- limäärää kohti imetään kuitenkin pyrolyysikaasuvirta, joka ylittää huomattavasti käyttötarpeen.

On esim. havaittu, että prosessoittaessa puuainesta, jonka kosteus on säädetty 15 %:iin ennen aineksen 10 syöttämistä pyrolyysilaitteistoon ja ottamalla huomioon pyrolyysilaitteiston polttimeen kierrätetyn kaasun virtausnopeus, kaasunpoistoputkistoon voidaan imeä kaasua . 3 hxeman yli 1 m V /kg puuta, mikä vastaa kaasun keskimää- n 3 3 räista alempaa lämpöarvoa (ALA) 5 x 10 kJ/m V .

15 Kun käsitellään 1 tonni per tunti puuta, jonka kosteus on 15 % saadaan talteen, kun tarpeellinen 3 kaasuvirtaus on kierrätetty polttimeen, n. 1060 m Vn/h pyrolyysikaasua. Vastaavan puumäärän kuivaamiseen kuluu 6 3 vain 2,3 x 10 kJ, mikä vastaa hieman yli 400 mv kaa- 20 sua. Siten yhtä tonnia per tunti puumäärää kohti on käy- 3 tettävissä n. 600 m V pyrolyysikaasua, jonka lämpöarvo 6 ™ on 3 x 10 kJ. Tähän saakka pyrolyysikaasut on syötetty pyrolyysilaitteiston läheisyydessä oleviin polttouu-neihin, boilereihin tai kuivaimiin, koska tuotetun kaa-25 sun määrä ja lämpöarvo eivät ole mahdollistaneet kauko-jakelua. Mutta pyrolyysilaitteiston läheisyydessä ei aina ole laitteita, jotka pystyvät käyttämään tuotettuja kaasuja, erityisesti siksi, että puun kuljettamisen välttämiseksi pyritään normaalisti siihen, että puu hiille-30 tään pilkkomispaikkansa läheisyydessä eli tavallisesti alueella, jolla ei ole muuta toimintaa.

Pyrolyysilaitteistosta poistettua puuhiiltä ei myöskään voida kokonaisuudessaan käyttää kaupallisesti, koska säkitettäessä muodostuu huomattava määrä hiukka-35 siä, ns. hienoainesta, joka nykyään joutuu hukkaan.

3 79133

Keksinnön tehtävänä on tarjota menetelmä, joka mahdollistaa sekä puuhiilestä talteenotetun hienoaineksen että pyrolyysikaasujen hyväksikäytön siten, että puuhiiltä tuottava laitos tulee omavaraiseksi energian suhteen 5 pilkotun puun lämpöarvon optimaalisen hyväksikäytön avulla.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että pyrolyysiuuniin panostetaan biomassakerros, että kuumia kaasuja kierrätetään biomassakerroksen läpi 10 biomassan muuttamiseksi pyrolyysillä puuhiileksi, joka poistetaan pyrolyysiuunin alavirran päästä, että biomassakerroksen läpi virranneet pyrolyysikaasut poistetaan pyrolyysiuunista poistoputkiston kautta, joka ottaa talteen osan pyrolyysikaasuista kuumien kaasujen tuottami-15 seksi ja toisen osan ja biomassan kuivaamista varten ja kuljettaa pyrolyysikaasujen jäljellä olevan osan uudel-leenmuodostusuuniin, jossa pyrolyysikaasujen jäljellä oleva osa kulkee hiilipitoista materiaalia olevan kerroksen läpi, joka materiaali koostuu kaupallisesti arvotto-20 mistä, hienojakoisista hiukkasista, jotka on erotettu pyrolyysiuunista tuotetusta puuhiilestä, että hienojakoisten hiukkasten kerros kuumennetaan korkeaan lämpötilaan johtamalla kerrokseen palamista ylläpitävää kaasua ja että uudelleenmuodostusuunista poistetaan puhdistettu, CO-25 ja t^-pitoinen laihakaasu, jolloin laihakaasu veden poistamisen jälkeen voidaan käyttää ainakin sen energian tuottamiseksi, joka on tarpeen laitoksen omavaraisen käytön ylläpitämiseksi.

Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin esimerk-30 kinä annetun suoritusmuodon ja oheisen piirustuksen mukaisen kaavioesityksen avulla.

Laitos muodostuu pyrolyysiuunista 1, joka kuvatussa esimerkissä on pitkänomainen, suljettu tila varustettuna vaakasuoralla tai hieman viettävällä pohjalla 11, jo-35 ka ainakin virtauksen tulopuolella muodostaa verkkopoh-jan 12, joka peittää laatikon 13, joka liittyy imuputkis- 4 79133 toon 2. Palava aines, joka muodostuu esim. puupilkkeestä, panostetaan elevaattorin 31 välityksellä kuivausuuniin 32, jossa normaali vesipitoisuus n. 50 % laskee pitoisuuteen 15 %. Näin kuivattu ja kuivaimesta 32 poistettu ai-5 nes 30 panostetaan elevaattorin 33 välityksellä pyrolyysi-uunin panostussuppiloon 14. Uunissa laite, joka muodostuu esim. moottorin 15 käyttämästä työntömännästä, siirtää aineksen eteenpäin kaltevalla pohjalle 11. Tällä tavoin aines muodostaa suljetussa tilassa kerroksen, jonka 10 yläpuolelle syötetään kuumia kaasuja polttimella 16, johon syötetään palamista ylläpitävää kaasua ja polttoainetta. Laatikko 13 liittyy putkiston 2 välityksellä imu-tuulettimeen 21, jolla polttimen 16 synnyttämät kuumat kaasut pakotetaan kulkemaan aineskerroksen 3 läpi. Kuu-15 mien kaasujen kulkiessa puuaineksen läpi panos 3 pyro-lysoituu puuhiileksi, joka poistetaan polttouunin pur-kautumispäähän asennetulla poistolaitteella 17. Aineskerroksen läpi virranneet kuumat kaasut sisältävät puun tislauksessa syntynyttä tuotetta ja laatikon 13 kautta imet-20 ty pyrolyysikaasu sisältää vesihöyryä, typpikaasua, hii-lipitoista kaasua, vetykaasua ja erilaisia höyrytilassa olevia hiilivetyjä. Tämän kaasun etuna on huomattava lämpöarvo ja siten se käytetään sellaisenaan polttimessa 16, johon se ruiskutetaan imuputkistosta 2 haarautuvan put-25 kiston 22 kautta. Imuputkisto 2 liittyy myös toiseen siitä haarautuvaan putkistoon 23, joka johtaa toisen osan pyrolyysikaasusta kuivaimen 32 polttimeen.

Pyrolyysikaasujen tarjolla oleva osa poistetaan imuputkiston 2lisähaaran 25 kautta kuilu-uunin 4 ylä-30 osaan pyrolyysikaasujen reformointiin.

Kuilu-uuni 4 panostetaan hiiliaineksesta 35 muodostuvalla kerroksella, joka aines muodostuu pyrolyysi-uunissa tuotetusta puuhiilestä 34 talteenotetuista hienojakoisista hiukkasista. Tämä tapahtuu siten, että 35 poistolaite 17 johtaa moottorin 51 käyttämään seulonta-laitteeseen 5, jossa kooltaan kaupallisesti kelvollinen puuhiili erotetaan hienojakoisista hiukkasista, joiden 5 79133 hiukkaskoko alittaa määrätyn rajan. Puuhiili siirretään säkityslaitteeseen 52 ja hienojakoiset hiukkaset siirretään poistoputkiston 53 välityksellä varastosuppiloon 54, josta hienoaines voidaan annostella uuniin 4 muodos-5 taamaan kerros 35.

Reformointiuuni 4 liittyy alapäästään imuputkis-ton 6 välityksellä imutuulettimeen 61. Imuputkisto 6 on varustettu lauhduttimella 62. Pyrolyysikaasut, jotka on syötetty putkiston 25 kautta kuilu-uunin 4 yläosaan ja 10 jotka on imetty putkiston 6 kautta, virtaavat siis puu-hiilen hienoaineksesta 41 muodostuvan kerroksen läpi, joka kuumenee korkeaan lämpötilaan eli n. 1100-1200°C: seen syötettäessä tuulettimen 43 avulla ilmaa suulakkeiden 42 kautta.

15 Tällä tavoin höyrytilassa olevat hiilivedyt muute taan uunissa 4 C0:ksi ja Idiksi ja putkiston 6 kautta imetään puhdas kaasu, joka veden poiston jälkeen voi sisältää n. 10 % vetyä ja 20 % hiilimonoksidia. Tämä kaasu voidaan sellaisenaan käyttää sähköä synnyttävässä laitteis-20 tossa, jossa on lämpövoimakone 70, esim. mäntä- tai kaa-suturbiinikone, joka käyttää vaihtojännitegeneraattoria 8. Tämä syöttää virtaa sähköjohtoon 80, joka voi syöttää tämän virran ei vain laitoksen kaikkiin erilaisiin moottoreihin ja tuulettimiin, vaan myös numerolla 81 kaava-25 maisesti merkityn asuntolan kaikkiin tarpeisiin.

Putkiston 2 kautta imetyn pyrolyysikaasun koostumus voi olla esim. seuraava: 5,6 % H2, 3,4 % CH^, 0,6 %

Ar, 28,4 % N2, 14,9 % CC>2, 7,8 % CO, 37,6 % H20, 0,37 % C2H4, 0,12 % C2H6, 0,06 % C2H2, 1,15 % yhdisteitä, joi-30 den keskimääräinen koostumus on CgH^02·

Putkiston 2 kautta imettyjen kaasujen keskimää- 3 räinen virtausnopeus on 1,06 m VR/kg puuta, kosteus 15 %, mikä vastaa kaasun keskimääräistä alempaa lämpöarvoa 5 x 103 kJ/m3V .

n 35 Vastaavan tuorepuumäärän kuivaaminen vaatii n.

6 3 2,3-10 kJ, mikä vastaa 460 m V kaasua.

n 6 79133

Siten imuputkiston 2 haaran 25 kautta imetään tar- 3 jolla olevaa kaasuvirtausta n. 600 m V per tonni puuta, 3 n 3 jonka kaasun lämpöarvo on 4,6 x 10 kJ/m V . Reformointi-polttouunissa 4 kaasut C H pilkkoutuvat vedyksi, hiili-5 monoksidiksi ja hiilidioksidiksi ja vesihöyryksi ja myöhemmässä vaiheessa metaaniksi. Lämmöntarve tässä konver- 2 3 siossaonn. 5,6 x 10 kJ/m Vn kaasua. Pyrolyysilaitteisto, joka kuluttaa 1 tonni per tunti puuta, tuottaa n. 300 kg per tunti puuhiiltä, josta otetaan talteen 15 kg per tun-10 ti kaupallisesti arvotonta hienoainesta. Tämän hienoaineksen lämpöarvo, joka on 4,8 x 10 kJ tunti, riittää varsin hyvin hiilivetyjen termiseen pilkkomiseen.

Siten saadaan kuilu-uunin poistokohdassa, ennen höyrystämistä ja suodattamista, kaasuseos, jonka keski-15 määräinen koostumus on: 7,77 % H2, 35 % N2, 12,5 % C02, 14.5 % CO, 2,5 % CH4, 27,8 % H20.

Tällaisen seoksen alempi lämpöarvo (ALA) on luokkaa 4,6 x 103 kJ/m3V .

n Jäähdyttämisen ja veden poistamisen jälkeen saa-20 daan kaasu, jonka keskimääräinen koostumus on seuraava: 10.6 % H2, 48,5 % N2, 17,4 % C02, 20 % CO, 3,5 % CH4, ja jonka alempi lämpöarvo on suurempi kuin 4,6 x 10 3 kJ/ 3 6 m V , mikä vastaa hieman yli 2,7 x 10 kJ/kaasuvirtauk- sella n. 650 m3V /h.

n 25 Mutta sähkötehon jakelu edellyttää, että sähköä synnyttävään laitteistoon syötetään energiamäärä n. 11,7- 12,1 MJ. Siten tuulettimen 61 poistokohdassa saatu kaasu mahdollistaa sähköä synnyttävän laitteiston käyttämisen, jonka teho on n. 200 kW.

30 Olettakaamme, että koko pyrolyysilaitteisto ja sen apuvarusteet, puunkuivaimet, seulat jne. kuluttavat n.

70 kW. Näin jäljelle jää 130 kW, joka voidaan syöttää esim. sahalaitokseen ja henkilökunnan asuntoloihin.

Yllä esitetyt, keskimääräiselle tuotannolle teh-35 dyt laskelmat osoittavat siten, että hyödyntämällä puun li 7 79133 lämpöarvo lähes täysin, on keksinnön avulla mahdollista omavaraisesti hyödyntää metsää tuottamalla siitä puuhiiltä paikassa, joka voi olla täysin eristetty, ja/tai käyttää sähköä synnyttävän laitteiston pakokaasuja puun kui-5 vaamiseen.

Todettakoon, että laitosta on kuvattu pelkästään esimerkin muodossa ja että sen modifikaatiot ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten piirissä. Erityisesti voidaan puuhiilen tuottamisessa käyttää toisentyyp-10 pistä pyrolyysilaitteistoa.

Claims (2)

8 79133

1. Menetelmä puuhiiltä biomassaa pyrolysoimalla tuottavasta laitoksesta saatujen pyrolyysikaasujen hyö- 5 dyntämiseksi, tunnettu siitä, että pyrolyysiuu- niin (1) panostetaan biomassakerros (3), että kuumia kaasuja kierrätetään biomassakerroksen läpi biomassan muuttamiseksi pyrolyysillä puuhiileksi (34), joka poistetaan pyrolyysiuunin (1) alavirran päästä, että biomassa-10 kerroksen (3) läpi virranneet pyrolyysikaasut poistetaan pyrolyysiuunista (1) poistoputkiston kautta, joka ottaa talteen osan pyrolyysikaasuista kuumien kaasujen tuottamiseksi ja toisen osan ja biomassan kuivaamista varten ja kuljettaa pyrolyysikaasujen jäljellä olevan osan uu-15 delleenmuodostusuuniin (4), jossa pyrolyysikaasujen jäljellä oleva osa kulkee hiilipitoista materiaalia olevan kerroksen (35) läpi, joka materiaali koostu kaupallisesti arvottomista, hienojakoisista hiukkasista, jotka on erotettu pyrolyysiuunissa (1) tuotetusta puuhiilestä (34), 20 että hienojakoisten hiukkasten kerros kuumennataan korkeaan lämpötilaan johtamalla kerroksen palamista ylläpitävää kaasua ja että uudelleenmuodostusuunista (4) poistetaan puhdistettu, CO- ja I^-pitoinen laihakaasu, jolloin laihakaasu veden poistamisen jälkeen voidaan käyt-25 tää ainakin sen energian tuottamiseksi, joka on tarpeen laitoksen omavaraisen käytön ylläpitämiseksi.

2. Laitos puuhiilen tuottamiseksi biomassaa pyrolysoimalla, tunnettu siitä, että se käsittää pyrolyysiuunin (1), joka on varustettu pohjalla (11), jo- 30 hon kuuluu läpäisevä osa (12), välineet (14) biomassan panostamiseksi pyrolyysiuunin sisääntulopäästä biomassa-kerroksen (3) muodostamiseksi uunin pohjalle, välineet (16) kuumien kaasujen kehittämiseksi biomassakerroksen (3) yläpuolelle, putkiston (2) kuumien kaasujen imemi-35 seksi biomassakerroksen läpi biomassan muuttamiseksi py- II 9 79133 rolyysillä puuhiileksi (34), ja välineet (17) puuhiilen poistamiseksi pyrolyysiuunin (1) alavirran päästä, jolloin putkisto (2), joka imee pyrolyysistä tulevat kaasut, syöttää osan kaasuista putkijohtohaaran (23), joka johtaa 5 tämän osan kaasuista (32) välineisiin biomassan kuivaamiseksi, ja joka putkisto syöttää toisen osan kaasuista putkijohtohaaraan (22), joka johtaa mainitun osan välineisiin (16) kuumien kaasujen kehittämiseksi biomassaker-roksen (3) yläpuolelle, ja uudelleenmuodostusuunin (4), 10 johon on liitetty putkijohto (25) pyrolyysikaasujen jäljellä olevan osan poistamiseksi, ja että laitos lisäksi käsittää välineet (5) sellaisten hienojakoisten osasten talteenottamiseksi pyrolyysiuunista (1) ulosotetusta puu-hiilestä, joiden osaskoko on pienempi kuin kaupallises-15 ti sallittu raja-arvo muodostamaan uudelleenmuodostus-uuniin (4) kerros (35) talteenotetuista, hienojakoisista hiukkasista, välineet palamista ylläpitävän kaasun johtamiseksi hienojakoisten hiukkasten kerrokseen (35) mainitun kerroksen kuumentamiseksi korkeaan lämpötilaan, putki-20 johdon (6) pyrolyysikaasujen imemiseksi mainitun kerroksen läpi, jonka putken kautta poistetaan puhdistettu CO-ja H2~pitoinen laiha kaasu, sekä välineet (70,8) energian kehittämiseksi uudelleenmuodostusuunista (4) tulevan laihan kaasun avulla laitoksen omavaraista käyttöä varten. 10 79133