NL1018803C2 - Werkwijze en stelsel voor het vergassen van een biomassa. - Google Patents

Description

Werkwijze en stelsel voor het vergassen van een biomassa.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vergassen van een biomassa, omvattende het in reactor inbrengen van die biomassa en het aan de 5 temperatuur tussen 600 - 1300 0 C, onderwerpen daarvan bij de toevoer van ondermaat zuurstof, het aan een reinigingsstap onderwerpen van het zo verkregen synthesegas voor het daaruit verwijderen van de aanwezige teersoorten en het toevoeren van het synthesegas aan een gebruiker.

Onder biomassa worden verstaan geteelde gewassen, biomassa-reststromen zoals 10 snoeihout, dunningshout en park- en plantsoenafval en afval zoals sloophout en de niet-gescheiden biologische afbreekbare fractie van huisvuil en industrieel afval.

Vergassen van biomassa moet onderscheiden worden van pyrolyse van biomassa. Pyrolyse onderscheidt zich van vergassing doordat daarbij in het geheel geen zuurstof toegevoerd wordt en het proces bij lagere temperatuur (400-700° C) plaats vindt. In 15 beide processen ontstaan daarbij gas en char waarbij in het gas componenten aanwezig zijn die bij kamertemperatuur vloeibaar zijn, de zogenaamde teren. Bij pyrolyse is een aanzienlijk percentage teren aanwezig (ongeveer 65 gew.% op basis van de voeding) waarvoor bijzondere processen zijn ontwikkeld om deze grote hoeveelheid vloeibare teer als product olie in hoofdzaak te scheiden van het produkt gas.

20 Bij de hierboven beschreven vergassing wordt wel zuurstof toegevoerd en is minder dan 5 gew.% teer aanwezig.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding teer, zelfs indien dit in zeer kleine hoeveelheden aanwezig is, uit het gas (synthesegas) te verwijderen alvorens dit verder gebruikt wordt. Als voorbeeld voor een dergelijk verder gebruik wordt 25 toepassing in kleine energiecentrales met een vermogen van bijvoorbeeld 5-100 megawatt thermisch genoemd.

Indien teren aanwezig zijn leveren deze problemen op omdat deze bij afkoeling condenseren en aërosolen vormen. Verlaging van de temperatuur is bijvoorbeeld noodzakelijk in verband met een nageschakeld water wasstap en tevens om een zo hoog 30 mogelijk rendement te realiseren in een nageschakelde toepassing van het gas in een motor. Condensatie van teer en afzetting van teer aërosolen in bijvoorbeeld nageschakelde motoren of op turbinebladen van nageschakelde gasturbines leidt tot verstopping en beschadigingen. Het is mogelijk een belangrijk deel van de teren te 2 verwijderen door teercondensatie in de water wasstap, dit resulteert echter in verontreiniging van het water waarbij met name de wateroplosbare teren (en specifiek fenol) problematisch zijn omdat deze moeilijk te verwijderen zijn uit het water. Teer aërosolen worden zeer beperkt verwijderd in de water wasstap en blijven problematisch 5 voor de gastoepassing. Het doel om teer te verwijderen uit het bij de vergassing verkregen synthesegas wordt verwezenlijkt doordat het reinigen van synthesegassen omvat het onder in hoofdzaak atmosferische omstandigheden verzadigen daarvan met een afzonderlijk toegevoerde olie, het condenseren van die olie met een deel van het teer en het door een absorbeerinrichting leiden van het gas bij het toevoegen van 10 verdere olie aan het gas ter absorptie van de teer, het afVoeren van het gereinigde gas, het afscheiden van de teer uit die olie en het ten minste gedeeltelijk toevoeren daarvan aan de reactor voor het inbrengen in het vergassingsproces.

Onder in hoofdzaak atmosferische omstandigheden wordt hier een druk verstaan liggend in het bereik tussen 0,8-2 bar. Condensatie van de olie en teer vindt plaats in 15 een afzonderlijke stap voor de absorbeerinrichting maar kan tevens deels in de absorbeerinrichting plaatsvinden. Combinatie is eveneens mogelijk.

In het algemeen zal gas bij een verhoudingsgewijs hoge temperatuur zoals ongeveer 500° C aan het wasstelsel bestaande uit een verzadigings-, condenseer- en absorbeerinrichting toegevoerd worden. Omdat het gas bij het verlaten van de 20 vergassingsinrichting een hogere temperatuur (700-1000°C) heeft, kan de warmte die vrijkomt bij de temperatuurdaling gebruikt worden voor het verwarmen van het wasstelsel. Ook is het mogelijk een afzonderlijke tussenkoelstap op te nemen waarbij de zo verkregen hoogwaardige warmte nuttig gebruikt kan worden. Van belang is dat de temperatuur in het wasstelsel wezenlijk boven het dauwpunt van het water blijft dat 25 in het synthesegas aanwezig is/kan zijn, bijvoorbeeld tussen 70 en 100° C. Immers, het is niet wenselijk dat in de wasstap volgens de uitvinding water afgescheiden wordt. Dit gebeurt bij voorkeur in een nageschakelde stap. In een dergelijke latere stap waann de temperatuur verder verlaagd wordt en water condenseert, kunnen bijvoorbeeld ammoniak en zoutzuur verwijderd worden.

30 De hierboven beschreven werkwijze kan een aantal malen achter elkaar herhaald worden hetzij bij dezelfde temperatuur, hetzij bij verschillende temperatuur.

Gebleken is dat met de hierboven beschreven werkwijze zowel teersoorten met een hoog als met een laag kookpunt verwijderd worden. Bovendien worden teren zowel 3 in gasvormige toestand als in aërosoltoestand verwijderd. Tevens is waargenomen dat stof, roet en andere deeltjes weggewassen worden.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding wordt de van teer voorziene olie aan een scheidingsstap onderworpen, voor het scheiden van teer/olie, 5 waarbij de daar vrijkomende teer aan de reactor voor het vergassen van die biomassa wordt toegevoerd en de verkregen olie ten minste gedeeltelijk naar de verzadigingsstap, condenseer respectievelijk absorbeerstap wordt teruggevoerd. Afhankelijk van de uitvoering van de scheidingsstap kan het teruggevoerde teer tot ongeveer 50% olie omvatten.

10 Hoewel de aan de reactor teruggevoerde hoeveelheid teer op gewichtsbasis zeer klein is, vertegenwoordigt deze hoeveelheid, afhankelijk van de samenstelling van het gas, 5-20% van de energie-inhoud van het synthesgas, dat op deze wijze nuttig gebruikt wordt zodat het rendement toeneemt.

Alvorens de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding uitgevoerd wordt, kan 15 met behulp van een cycloon een scheiding van vaste deeltjes uit het synthesegas voorzien worden.

Afhankelijk van de gebruikte olie en de eisen gesteld aan de olie die door het synthesegas moet bewegen om in afscheiding van de teren te voorzien, kan besloten worden tot groter of kleiner percentage recyclen 20 Door gebruik van een venturi-inrichting kan in optimale oververzadiging en condensatie van het synthesegas met olie voorzien worden. Het is mogelijk na de venturi condenserende olie en teer op te vangen voor de absorbeerinrichting en verder te verwerken zoals aangegeven of pas in de absorptiestap deze olie te verwijderen. De olie wordt bijvoorkeur op kamertemperatuur in de venturi geïnjecteerd.

25 Het is ook mogelijk om wateroplosbare teerverbindingen (als fenol) tijdens de absorptie te verwijderen. Daardoor wordt voorkomen deze verbindingen in een eventueel nageschakelde waterwasstap komt. Immers, gebleken is dat het met name zeer problematisch is fenol weer te verwijderen uit het water.

De bij de werkwijze gebruikte olie kan enige in de stand der techniek bekende 30 minerale of plantaardige olie zijn. Bij voorkeur wordt een niet vluchtige olie gebruikt en meer in het bijzonder een olie waarbij de moleculen ongeveer 15-50 atomen koolstof omvatten. Onder niet vluchtig wordt verstaan een oliesoort die bij een temperatuur 4 tussen 70 en 100° C minder dan 10 mg olie per normaal kubieke meter gereinigd synthesegas afgeeft.

De onderhavige werkwijze wordt onder in hoofdzaak atmosferische omstandigheden uitgevoerd. Dit in tegenstelling tot processen zoals de reimgmgsstap 5 na kolen- en aardolieresidu-vergassing waarbij bij verhoogde temperatuur van 1200- 1500°C en bij een druk van ongeveer 10-40 bar zodat met verhoudingsgewijs lichte olie gewerkt wordt. Bij dergelijke processen is het ontstaan van fenol principieel onwaarschijnlijk en hoeven daarvoor geen bijzondere maatregelen genomen te worden zoals de volgens de uitvinding gebruikte absorbeerinrichting. Volgens de uitvinding is 10 de temperatuur van het gas bij condensatie van die olie hoger dan het dauwpunt van eventueel aanwezig water onder de betreffende omstandigheden dat wil zeggen hoger dan 70-100° C.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. In de enige tekening wordt zeer 15 schematisch een voorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding getoond.

Daarin is met 1 een vergasser aangegeven. Met 2 een toevoer voor te vergassen materiaal aan de vergasser. Met 7 is de luchttoevoer aan de vergasser 1 weergegeven. 3 is de afVoer van synthesegas. Dit synthesegas wordt eerst in een cycloon 4 gebracht waar vaste deeltjes afgescheiden worden welke via leiding 5 afgevoerd worden .

20 Het uit de cycloon afkomstige synthesegas wordt door een verzadigingsinrichting geleid. Verzadigen met olie dient op een verhoudingsgewijs hoge temperatuur uitgevoerd te worden omdat volgens de uitvinding de olie vloeibaar toegevoerd wordt en verdampt moet worden. Als voorbeeld wordt een waarde van 280° C genoemd. Eventueel kan voor de verzadigingsinrichting een koeler geschakeld zijn. In 25 verzadigingsinrichting 8 wordt via beregenen met mogelijk hete olie het synthesegas verzadigd. Olie is afkomstig uit leiding 39. In condenseerinrichting 9 is een venturi aanwezig. Nabij de plaats met hoogste gassnelheid wordt koude olie via leiding 38 geïnjecteerd waarmee het gas wordt oververzadigd, de olie en het teer condenseren en druppeltjes vormen waarbij deze door de oververzadiging en de temperatuurverlaging 30 aangroeien. Hierbij worden eveneens de aërosolen verwijderd doordat ook deze aangroeien tot grotere druppels.

Vervolgens stroomt het met olie verzadigde synthesegas met de olie/teer druppels door leiding 10 naar een gas/vloeistofscheider 11. Daarbij vnjkomende olie/teer 5 vloeistof gaat via leiding 12 naar een scheidingsinrichting 13. In deze scheidingsinrichting vindt scheiding op basis van zwaartekracht plaats. De zwaardere, meer teer bevattende fractie wordt naar leiding 25 afgevoerd. Het synthesegas wordt via leiding 14 aan absorbeerinrichting 15 toegevoerd. Daarbij worden tevens eventueel 5 aanwezige aërosolen verwijderd. In deze absorbeerkolom 15 wordt olie toegevoerd via leiding 16 en/of 17 bij een temperatuur van bijvoorkeur 70 tot 100° C. De wasolie beweegt van boven naar beneden door de absorbeerinrichting. Daardoor wordt het synthesegas in tegenstroom in contact gebracht met de wasolie. Het synthesegas koelt in de absorbeerinrichting af zodat behalve absorptie van gasvormige teerverbindingen 10 (waaronder de wateroplosbare teren) mogelijk eveneens condensatie van teer plaats vindt. De absorbeerinrichting kan als plaat wasinrichting of kan van pakking voorzien worden. Daarbij is de absorbeerinrichting zodanig uitgevoerd dat bij de heersende omstandigheden (druk, temperatuur en aandeel) aanwezig water juist niet condenseert. Resterende teer zal in de olie oplossen.

15 Het mengsel van olie en teersoorten wordt via leiding 18 afgevoerd naar een regenerator 19. Via inlaat 20 wordt mogelijk voorverwarmde lucht ingebracht. Door het in contact brengen van olie met lucht worden de geabsorbeerde gasvormige teren voor het grootste deel afgescheiden en afgevoerd in de lucht via leiding 21. Het in contact brengen vindt bij voorkeur door beregenen plaats. Leiding 21 is verbonden met leiding 20 7, dat wil zeggen het bij de regeneratie afgescheiden teerverbindingen in het vrijkomende lucht/teer mengsel weer aan de vergassing worden toegevoerd.

De vrijkomende olie wordt afgevoerd via leiding 22 welke verbonden is met leiding 16, 38 en 39.

In scheidingsinrichting 13 worden van leiding 12 afkomstige teer/oliemengsels zo 25 veel mogelijk gescheiden en wordt het teer welke tot 50% olie kan omvatten via leiding 25 terug gevoerd aan de vergasser 1 en wordt in hoofdzaak van teer ontdane olie via leiding 17 weer in het olie circuit ingebracht.

Via leiding 26 wordt het van teer ontdane synthesegas toegevoerd aan een waterwasstap 27. In leidingen 3, 6 en 26 kunnen eventueel warmtewisselaars 30 geschakeld zijn om de temperatuur van het synthesegas te verlagen en deze warmte kan elders in het proces of op andere wijze nuttig gebruikt worden. In leidingen 16 en/of 17, 38 en 39 kunnen eventueel warmtewisselaars geschakeld zijn om de olie op de gewenste temperatuur te brengen. Voor leiding 16 en/of is dat 70-100°C, voor leiding 6 38 20-100°C en voor leiding 39 bijvoorbeeld 280°C. Met 28 is de leiding aangegeven die verbonden is met een verbrandingsmotor of dergelijke waar het synthesegas nuttig gebruikt wordt.

Hierboven is slechts een uitvoeringsvoorbeeld gegeven van de mogelijkheid om 5 synthesegas volgens de onderhavige uitvinding van teer te ontdoen. Begrepen zal worden dat talrijke varianten mogelijk zijn en dat bepaalde delen weggelaten kunnen worden of vervangen kunnen worden door andere in de stand der techniek bekende scheidings- en/of menginrichtingen. Bovendien is het mogelijk verschillende van de hier apart beschreven delen te integreren waardoor behalve een compacte installatie 10 eveneens het voordeel verkregen kan worden dat energie op optimale wij ze gebruikt kan worden en dat de verschillende processtromen vereenvoudigd kunnen worden. Dergelijke wijzigingen liggen binnen het bereik van de onderhavige uitvinding zoals beschreven in bijgaande conclusies.

Claims (13)

1. Werkwijze voor het vergassen van een biomassa, omvattende het in reactor inbrengen van die biomassa en het aan de temperatuur tussen 600 - 1300 0 C, 5 onderwerpen daarvan bij de toevoer van ondermaat zuurstof, het aan een reinigingsstap onderwerpen van het zo verkregen synthesegas voor het daaruit verwijderen van de aanwezige teersoorten en het toevoeren van het synthese gas aan een gebruiker, met het kenmerk, dat het reinigen van synthesegassen omvat het onder in hoofdzaak atmosferische omstandigheden verzadigen daarvan met een afzonderlijk toegevoerde 10 olie, het condenseren van die olie met een deel van het teer en het door een absorbeerinrichting leiden van het gas bij het toevoegen van verdere olie aan het gas ter absorptie van de teer, het afvoeren van het gereinigde gas, het afscheiden van de teer uit die olie en het ten minste gedeeltelijk toevoeren daarvan aan de reactor voor het inbrengen in het vergassingsproces. 15

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de van teer voorziene olie ten minste voor een deel aan een scheidingsstap onderworpen wordt, voor het scheiden van teer/olie waarbij de daar vrijkomende teer aan de reactor voor het vergassen van die biomassa wordt toegevoerd en de verkregen olie ten minste gedeeltelijk naar de 20 verzadigingsstap, condensatie respectievelijk absorbeerstap wordt teruggevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij die olie met de nog aanwezige teren wordt onderworpen aan een scheidingsstap die het onderwerpen aan een luchtstroom omvat en de uittredende lucht met de daar vrijkomende teer aan de reactor voor het 25 vergassen van die biomassa wordt toegevoerd.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het gereinigde synthesegas door een waterwasinrichting geleid wordt.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het synthesegas voor het reinigen daarvan aan een scheiding op basis van massa onderworpen wordt.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die olie een olie omvat waarvan de moleculen gemiddeld 15-50 koolstof atomen omvatten.

7 Werkwijze volgens een van de conclusies waarbij de temperatuur van het gas bij 5 condensatie van die olie hoger is dan het dauwpunt van water onder die omstandigheden is.

8 Stelsel voor het vergassen van een biomassa omvattende een reactor voor het bij 600 - 1300 0 C vergassen van de biomassa voorzien van een toevoer voor biomassa en 10 lucht, alsmede een afvoer voor synthesegas, een reinigingsinrichting voor het uit synthese gas verwijderen van teer, met het kenmerk, dat die reinigingsinrichting omvat een verzadigingsinrichting voor het met olie verzadigen van dat synthesegas alsmede een daarachter geschakelde condenseerinrichting alsmede een daarachter geschakelde absorbeerinrichting voorzien van middelen voor het met olie in contact brengen van dat 15 synthesegas, waarbij die reinigingsinrichting een laag gelegen inlaat voor gas en een hoog gelegen uitlaat voor gas omvat, alsmede een afvoer voor van teer voorziene olie.

9. Stelsel volgens conclusie 8, waarbij die condenseerinrichting een venturi-inrichting omvat met een olietoevoer in het vernauwde deel. 20

10. Stelsel volgens conclusie 8 of 9, omvattende een scheidingsinrichting voor het scheiden van teer voorziene olie in olie en teer waarbij die scheidingsinrichting voorzien is van een inlaat verbonden met die afvoer van die verzadigingsinrichting, condensatie-inrichting en/of absorbeerinrichting een uitlaat voor teer verbonden met die 25 reactor en een uitlaat voor olie verbonden met die toevoer voor olie van die verzadigingsinrichting, condensatie-inrichting en/of absorbeerinrichting.

11 Stelsel volgens een van de conclusies 8-10, omvattende een stroomopwaarts van de verzadigingsinrichting geschakelde centrifugaalscheidingsrichting.

12. Stelsel volgens een van de conclusies 8-10, omvattende een stroomopwaarts van de verzadigingsinrichting geschakelde stoffilter. 30

13. Stelsel volgens een van de conclusies 8-10, omvattende een stroomopwaarts van de verzadigingsinrichting geschakelde gaskoeler.