NL1008361C2 - Werkwijze voor het vergassen van biomassa-omvattend materiaal en inrichting daarvoor. - Google Patents

Description

NL 43472-Al/ho

Werkwijze voor het vergassen van biomassa-omvattend materiaal en inrichting daarvoor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in aanwezigheid van een zuurstofhoudend gas vergassen van biomassa-omvattend materiaal in een vergas-singsinrichting waarbij tijdens het vergassen een heet ver-5 gassingsproductenhoudend gas wordt gevormd, welke inrichting een vergassingsruimte omvat voorzien van een toevoeropening voor het toevoeren van biomassa, middelen voor het afkoelen van het hete vergassingsproductenhoudende gas en voor het met de afgestane warmte opwarmen van het zuurstofhoudende gas 10 alvorens dit in de vergassingsruimte wordt gebracht, waartoe de inrichting een eerste opening en een tweede opening voor het aan- en afvoeren van gas omvat, waarbij afwisselend via de eerste opening het zuurstofhoudend gas wordt toegevoerd en via de tweede opening het vergassingsproductenhoudende gas 15 wordt afgevoerd, vice versa.

Een dergelijke werkwijze is sinds de zeventiger jaren in het vak bekend als het Andco Torrax-process. In het bijzonder wordt hierbij biomassa-bevattend afval van boven af in een langwerpige, cilindervormige en verticaal opgestelde 20 vergassingskamer gebracht, wordt aan de onderzijde zuurstofhoudend gas ingebracht, in een richting tegengesteld aan de toevoerrichting van het biomassa-bevattende afval, en aan de bovenzijde heet vergassingsproductenhoudend gas afgevoerd.

Een deel van dit hete gas wordt afwisselend naar één van twee 25 regeneratietorens gevoerd en staat daaraan warmte af. Lucht wordt afwisselend naar de andere van de twee regeneratietorens gevoerd. Daarbij beweegt de lucht door de regeneratieto-ren in een richting die tegengesteld is aan die van het daarvoor door deze regeneratietoren gevoerde vergassings-30 productenhoudende gas. Aan de onderzijde van de vergassingskamer is een opening voorzien voor het afvoeren van vloeibare slakken.

De onderhavige uitvinding beoogt de bekende werkwijze te verbeteren, en in het bijzonder het gebruik van een 35 kostbare, voor hoge temperaturen geschikte wisselafsluiter te j fi rv '> r ,, 2 vermijden. Verder wordt beoogd een werkwijze te verschaffen waarbij de biomassa kan worden toegevoerd op een punt in de inrichting waar relatief lage temperaturen heersen.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt het doel 5 bereikt doordat als inrichting een omkeerstroomreactor wordt toegepast welke twee gepakte bedden omvat met daartussen een ruimte welke als vergassingskamer fungeert, waarbij de omkeerstroomreactor van de eerste en de tweede opening is voor- - zien en de richting waarin gas door de biomassa wordt gevoerd 10 een hoek maakt met de richting waarin biomassa wordt toegevoerd.

Een omkeerstroomreactor is in het vak algemeen ‘‘ bekend, bijvoorbeeld uit de Amerikaanse octrooipublicatie nr.

fl 2.700.600. Door de richting waarin het gas beweegt wordt 15 vermeden dat heet gas in de buurt van de toevoeropening voor biomassa komt. De doelmatige warmteterugwinning met behulp j ï , . ^ van een omkeerstroomreactor maakt het bij hoge temperatuur I vergassen energetisch aantrekkelijk. Door de hoge temperatuur * kan ook biomassa met een relatief hoog watergehalte uitste- , 20 kend worden vergast, waardoor de kosten voor een droogstap worden verlaagd of zelfs vermeden. Eventueel gevormde teer-producten en roetdeeltjes die in een gepakt bed terechtkomen :-f zullen, zodra de gasstroom weer wordt omgekeerd, door de hoge temperatuur in aanwezigheid van zuurstof uit het zuurstofhou-25 dende gas verbranden. Een belangrijk voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding boven die van die volgens de stand van de techniek is de gunstigere samenstelling van de ontle-dingsproducten. Zo worden bijvoorbeeld minder teervormige producten gevormd, wat het eenvoudiger maakt het vergassings-..2 3 0 productenhoudende gas te gebruiken of op te werken. Verder - drogen bij de werkwijze volgens de stand van de techniek de hete ontledingsgassen de biomassa voor en komt er veel water in die hete gassen. Volgens de onderhavige uitvinding treedt die droging in mindere mate op en is er derhalve meer water 35 tijdens de pyrolyse aanwezig, waardoor relatief meer waterstof wordt gevormd.

U Volgens een gunstige uitvoeringsvorm wordt de bio- ^ massa toegevoerd onder een hoek van in hoofdzaak 90°.

Dit levert een symmetrische verdeling op van deels ' Τ™Ί

* ÏëH

3 gepyrolyseerde biomassa in de vergassingskamer, hetgeen bevorderlijk is voor een continu bedrijf van de inrichting met constante procescondities.

Volgens een verdere gunstige uitvoeringsvorm wordt 5 de biomassa toegevoerd via een taps uitlopende toevoerope-ning.

Aldus worden transportproblemen van biomassa naar de vergassingskamer vergaand vermeden.

De uitvinding heeft tenslotte betrekking op een 10 inrichting voor het vergassen van biomassa-omvattend materiaal, welke inrichting een omkeerstroomreactor omvat met een eerste kamer voor een eerste gepakt bed en een tweede ruimte voor een tweede gepakt bed, tussen de eerste en de tweede kamer een vergassingsruimte is voorzien, het uiteinde van de 15 eerste kamer tegenover de vergassingsruimte is voorzien van een eerste opening en het uiteinde van de tweede kamer tegenover de vergassingsruimte is voorzien van een tweede opening, de vergassingsruimte is voorzien van een derde opening voor het toevoeren van biomassa-omvattend materiaal en de bodem 20 van de vergassingsruimte is voorzien van een vierde opening voor het afvoeren van slakken, waarbij de wanden van de kamers en de ruimte zijn gevormd uit vuurvast beton.

Een dergelijke inrichting is relatief goedkoop te vervaardigen en verbindingen die, als gevolg van temperatuur-25 schommelingen, lekkage kunnen vertonen worden vergaand vermeden. De aansluitingen van leidingen op de eerste en tweede openingen betreffen alle relatief koude openingen.

De uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin de enige figuur een dwarsdoor-30 snede voorstelt van een uitvoeringsvorm van een geschikte inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

De figuur toont een omkeerstroomreactor 1 welke twee gepakte bedden 2,3 omvat alsmede een vergassingskamer 4. Aan 35 elk uiteinde is de omkeerstroomreactor 1 voorzien van openingen 5,6 voor het toe- of afvoeren van gas, zoals hierna zal worden uitgelegd. Biomassa, zoals bijvoorbeeld bermgras, olifantsgras en houtsnippers van wilg en populier, wordt via een taps uitlopende leiding 7 aangevoerd en belandt via 'J o ·- '-4 4 opening 8 in de vergassingskamer.

Een zuurstofhoudend gas, zoals lucht, wordt via een leiding 9 en een wisselafsluiter 10 in een eerste stand naar opening 5 gevoerd. De lucht wordt in het gepakte bed 2 verhit 5 en komt in de vergassingskamer 4. Zuurstof wordt in ondermaat I toegevoerd, en de bij reactie van zuurstof met biomassa of - pyrolyseproducten daarvan gevormde warmte zorgt voor vergas- ; sing van de biomassa. Aldus wordt een hete vergassingsproduc- = tenhoudende stroom gevormd die via het gepakte bed 3 wordt 10 afgevoerd. In het gepakte bed 3 staat de hete vergassingspro-ductenhoudende stroom warmte af aan het bedmateriaal. Het vergassingsproductenhoudende gas wordt via een wisselafsluiter 11 in een eerste stand afgevoerd via afvoerleiding 12.

1] Het gas kan voor allerlei doeleinden worden gebruikt, zoals : - 15 voor synthesedoeleinden of voor het opwekken van elektrici teit.

Wanneer het benedenstroomse uiteinde van het gepakte r] bed 2 zo koud begint te worden dat het zuurstofhoudende gas niet meer voldoende wordt opgewarmd, of het benedenstroomse 20 uiteinde van het gepakte bed 3 zo warm begint te worden dat het vergassingsproductenhoudende gas niet meer voldoende wordt afgekoeld, worden de wisselafsluiters 10,11 in een tweede stand gezet, waardoor de stromingsrichting door de omkeerstroomreactor 1 wordt omgekeerd. Hierdoor wordt het ; ™ 25 gepakte bed 3 weer afgekoeld en het gepakte bed 2 verhit.

: - Aldus blijft de warmte in hoge mate binnen de inrichting en kan biomassa op energetisch gunstige wijze bij hoge tempera-- i_. tuur worden vergast.

Voor het opstarten van de inrichting kan de hoeveel-30 heid zuurstof die aan de biomassa wordt toegevoerd tijdelijk - worden verhoogd waardoor meer biomassa verbrandt en zich meer ~ warmte ontwikkeld. Ook kan een gepakt bed eerst elektrisch worden verhit.

Zoals in het vak bekend, kunnen de gepakte bedden 35 bijvoorbeeld aluminakorrels met een grootte van bijvoorbeeld . 5 mm bevatten. Ook kunnen zij katalysatorkorrels bevatten.

. Deze bevinden zich dan ten minste in een zone in het gepakte ;— bed waarin temperaturen voorkomen die voldoende hoog zijn - voor het katalyseren van de reactie, maar niet zo hoog zijn • -Tnem.1 ' VWj _ - 5 dat zij de katalytische activiteit van de katalysatorkorrels vernietigen.

Aangezien de molstroom heet vergassingsproducten-houdend gas groter is dan de molstroom zuurstofhoudend gas, 5 dienen de gepakte bedden 2,3 te worden gekoeld (niet weergegeven) . Dit geschiedt met voordeel in een richting tegengesteld aan de warmtegradiënt, waardoor bijvoorbeeld hete stoom kan worden verkregen voor het opwekken van elektriciteit of voor het verschaffen van proceswarmte.

10 In plaats van afkoelen kan ook een deel van het hete gas uit de vergassingskamer 4, of eventueel ook uit een heet deel van het gepakte bed 2,3 worden afgevoerd.

Met voordeel wordt als het aan de omkeerstroomreac-tor 1 toegevoerde zuurstofhoudende gas aan zuurstof verrijkte 15 lucht of in hoofdzaak zuivere zuurstof toegepast. Aldus kan een vergassingsproductenhoudend gas worden verkregen met een hogere calorische waarde.

Volgens een interessante uitvoeringsvorm is de as van de toevoeropening voor biomassa in hoofdzaak horizontaal. 20 Aldus wordt vermeden dat door diffusie hete dampen de biomassa reeds beginnen te pyrolyseren en het transport van biomassa door teervorming wordt bemoeilijkt.

De vloeibare slakken kunnen, zoals in het vak bekend, via een, hier als overloop uitgevoerde, slakkenafvoer-25 opening 13 in koud water worden gequenched. Hierdoor worden eventueel aanwezige schadelijke zware metalen doeltreffend geïmmobiliseerd.

Alle delen van de inrichting die aan sterk verhoogde temperatuur kunnen zijn blootgesteld, zijn, zoals in het vak 30 bekend, vervaardigd uit vuurvaste materialen zoals deze bijvoorbeeld bekend zijn voor hoogovens. Naast keramische materialen wordt hierbij volgens de uitvinding in het bijzonder aan vuurvast beton gedacht. Een dergelijke inrichting kan volgens bekende technieken worden gegoten en bestaat uit 35 slechts een beperkt aantal onderdelen. Hierdoor is ook het aantal verbindingen beperkt. Zo zal, zoals weergegeven in de figuur, de bovenzijde van de inrichting bijvoorbeeld als een deksel kunnen zijn uitgevoerd. De tussen het deksel en de onderliggende inrichting gevormde spleet kan op eenvoudige en 6 op zichzelf bekende wijze een afdichting worden gerealiseerd, ; die ook bij temperatuurswisselingen gehandhaafd blijft.

I De inrichting is, op op zichzelf bekende wijze, ‘ geschikt geïsoleerd en kan ook aan de buitenzijde van isola- : 5 tiemateriaal worden voorzien. In de figuur is isolatiemateri aal gearceerd weergegeven. Een geschikt isolatie- en afdich-tingsmateriaal is alumina-silicavezelbevattend isolatiemateriaal.

; i ! ! i 11 • ’»1^1 f ÏÜ Ψ ;?üi f 'ff!

Claims (4)

1. Werkwijze voor het in aanwezigheid van een zuur-stofhoudend gas vergassen van biomassa-omvattend materiaal in een vergassingsinrichting waarbij tijdens het vergassen een heet vergassingsproductenhoudend gas wordt gevormd, welke 5 inrichting een vergassingsruimte omvat voorzien van een toevoeropening voor het toevoeren van biomassa, middelen voor het afkoelen van het hete vergassingsproductenhoudende gas en voor het met de afgestane warmte opwarmen van het zuurstof-houdende gas alvorens dit in de vergassingsruimte wordt 10 gebracht, waartoe de inrichting een eerste opening en een tweede opening voor het aan- en afvoeren van gas omvat, waarbij afwisselend via de eerste opening het zuurstofhoudend gas wordt toegevoerd en via de tweede opening het vergassingsproductenhoudende gas wordt afgevoerd, vice versa, met 15 het kenmerk, dat als inrichting een omkeerstroomreactor wordt toegepast welke twee gepakte bedden omvat met daartussen een ruimte welke als vergassingskamer fungeert, waarbij de omkeerstroomreactor van de eerste en de tweede opening is voorzien en de richting waarin gas door de biomassa wordt gevoerd 20 een hoek maakt met de richting waarin biomassa wordt toegevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de biomassa wordt toegevoerd onder een hoek van in hoofdzaak 90°.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk, dat de biomassa wordt toegevoerd via een taps uitlopende toevoeropening.

4. Inrichting voor het vergassen van biomassa-omvattend materiaal, welke inrichting een omkeerstroomreactor 30 omvat met een eerste kamer voor een eerste gepakt bed en een tweede ruimte voor een tweede gepakt bed, tussen de eerste en de tweede kamer een vergassingsruimte is voorzien, het uiteinde van de eerste kamer tegenover de vergassingsruimte is voorzien van een eerste opening en het uiteinde van de tweede 35 kamer tegenover de vergassingsruimte is voorzien van een tweede opening, de vergassingsruimte is voorzien van een f ; r ··"" .-“•s > L . .. > 'j , ’ derde opening voor het toevoeren van biomassa-omvattend materiaal en de bodem van de vergassingsruimte is voorzien ! van een vierde opening voor het afvoeren van slakken, waarbij - de wanden van de kamers en de ruimte zijn gevormd uit vuur- 5 vast beton, i a m •m ’II ü ‘WW ï?wrï I !«« Wü ;wa