NO20130207A1 - Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering - Google Patents

Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering Download PDF

Info

Publication number
NO20130207A1
NO20130207A1 NO20130207A NO20130207A NO20130207A1 NO 20130207 A1 NO20130207 A1 NO 20130207A1 NO 20130207 A NO20130207 A NO 20130207A NO 20130207 A NO20130207 A NO 20130207A NO 20130207 A1 NO20130207 A1 NO 20130207A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
reactor
tank
preheating tank
steam
organic material
Prior art date
Application number
NO20130207A
Other languages
English (en)
Other versions
NO335470B1 (no
Inventor
Odd Egil Solheim
Pål Jahre Nilsen
Original Assignee
Cambi Technology As
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 Cambi Technology As filed Critical Cambi Technology As
Priority to NO20130207A priority Critical patent/NO335470B1/no
Priority to LTEP14749603.8T priority patent/LT2953907T/lt
Priority to NO14749603A priority patent/NO2953907T3/no
Priority to JP2015556903A priority patent/JP6539427B2/ja
Priority to KR1020157024220A priority patent/KR102200668B1/ko
Priority to ES14749603.8T priority patent/ES2662349T3/es
Priority to PCT/NO2014/000017 priority patent/WO2014123426A1/en
Priority to BR112015019035-9A priority patent/BR112015019035B1/pt
Priority to CN201480016355.8A priority patent/CN105164065B/zh
Priority to MX2015010073A priority patent/MX2015010073A/es
Priority to DK14749603.8T priority patent/DK2953907T3/en
Priority to RS20180302A priority patent/RS57121B1/sr
Priority to US14/766,110 priority patent/US10183265B2/en
Priority to EP14749603.8A priority patent/EP2953907B1/en
Priority to SG11201506185RA priority patent/SG11201506185RA/en
Priority to CA2900349A priority patent/CA2900349C/en
Priority to PL14749603T priority patent/PL2953907T3/pl
Priority to AU2014215762A priority patent/AU2014215762B2/en
Publication of NO20130207A1 publication Critical patent/NO20130207A1/no
Publication of NO335470B1 publication Critical patent/NO335470B1/no
Priority to CL2015002220A priority patent/CL2015002220A1/es

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18—Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/006—Processes utilising sub-atmospheric pressure; Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G31/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for
    • C10G31/06—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for by heating, cooling, or pressure treatment
    • 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
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/02—Means for pre-treatment of biological substances by mechanical forces; Stirring; Trituration; Comminuting
    • 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
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/06—Means for pre-treatment of biological substances by chemical means or hydrolysis
    • 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
    • C12M45/00—Means for pre-treatment of biological substances
    • C12M45/20—Heating; Cooling
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C1/00—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting
    • D21C1/02—Pretreatment of the finely-divided materials before digesting with water or steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/03—Pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/42—Liquid level
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for forbehandling av organisk materiale, spesielt biomasse, til energikonvertering, hvilken fremgangsmåte innbefatter et første forvarmingstrinn med en forvarmingstank (4), et hydrolysetrinn med en hydrolysereaktor (5) og et trykkavlastningstrinn med en trykkavlastningstank (6). Oppfinnelsen vedrører også en anordning for utøvelse av fremgangsmåten.

Description

Fremgangsmåte og anordning for forbehandling av biomasse til energikonvertering
Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for termisk forbehandling av organisk materiale, spesielt biomasse til biologisk energikonvertering Videre innbefatter oppfinnelsen en anordning for termisk forbehandling av biomasse, hvilken anordning innbefatter et pumpeløst system for transport av biomasse fra en forvarmingstank til en høytrykk reaktor, videre til en trykkavlastningstank og så til energikonvertering.
Det benyttes kun termisk energi for transport av biomasse internt i prosessen. Det nye systemet åpner for en betydelig raskere syklustid og vesentlig bedre utnyttelse av reaktorvolum i forhold til kjent teknikk. Framgangsmåten og anordningen eliminerer bruk av pumper og nivåinstrumentering og reduserer dermed kost og vedlikehold betydelig. Anordningen inkluderer et nytt system for tilførsel av frisk biomasse til forvarmingstanken som forbedrer energigjenvinning. En overordnet hensikt med foreliggende oppfinnelse er å redusere mengden rør og ventiler som blir utsatt for slitasje samt eliminere behov for pumper til overføring av biomasse mellom prosesstankene eller til eksport til nedstrøms energikonvertering.
Termisk hydrolyse og dampeksplosjon er en kjent metode for å bryte ned biomasse så den bedre egner seg til biologiske prosesser for energikonvertering, som for eksempel utråtning til biogass. Behandling av biomasse med høye temperaturer skjer som oftest ved tilførsel av damp ved høye trykk, typisk 4-20barg. Dette kan være energikrevende, spesielt om biomassen har lavt tørrstoffinnhold slik som avløpsslam. For å redusere energibehov er det viktig å gjenvinne så mye varme som mulig i prosessen. Det kan også være effektivt å behandle biomassen ved høyere tørrstoffinnhold ved først og avvanne denne. Biomasse med høyt tørrstoffinnhold er vanskelig å transportere i prosessutstyr. Det krever store dimensjoner og robuste løsninger. Foreliggende oppfinnelse bruker bare termisk trykkenergi for transport av biomassen og reduserer dermed risiko for tilstopping og eller slitasje i systemet. Det finnes flere patenterte metoder som beskriver både satsvise og kontinuerlige prosesser for termisk hydrolyse. Satsvis behandling av biomasse gir godkjent sterilisering og smittebrudd gjennom å kunne dokumentere nødvendig oppholdstid ved høye temperaturer. Dette til forskjell fra kjente, kontinuerlige prosesser som ikke kan dokumentere at all biomasse har vært lenge nok ved riktig temperatur. Oppvarming av biomasse bør skje med tilsats av frisk damp. Hydrolysetemperaturen, den temperatur biomassen behandles på kan vanligvis avledes av metningstrykket til vanndamp i reaktoren. Etter den termiske behandlingen er rask og fullstendig trykkavlastning av biomassen viktig for nytteverdien av prosessen. Med rask trykkavlastning foregår en dampeksplosjon i biomassen når vannet går over til damp. Dermed rives biomassen i stykker og de ønskede egenskaper til biomassen oppnås, slik som mindre partikkelstørrelse, oppriving av cellemembraner og lavere viskositet.
Det er særlig to metoder for satsvis termisk hydrolyse som er kjent.
WO96/09882 (Solheim) beskriver en energieffektiv prosess hvor biomasse forvarmes i en forvarmingstank vha. dampretur fra nedstrøms prosess i en forvarmingstank før massen pumpes inn i en av flere, parallelle reaktorer. Biomassen tilføres frisk damp til oppvarming og holdes på foreskrevet temperatur og trykk i reaktoren i nødvendig tid. Deretter trykkavlastes reaktoren, og damp føres tilbake til forvarmingstanken for energigjenvinning. Når reaktortrykket har sunket til et ønskelig nivå (typisk 2-4 bara), stenges dampreturen fra reaktoren til forvarmingstanken. Biomassen blåses deretter over i en trykkavlastningstank med lavt trykk (typisk 1.2bara). Fordelen med dette systemet er at med relativt lavt trykk i trykkavlastningstanken kan man gjenvinne en stor andel av energien i reaktoren etter endt termisk hydrolyse. Trykkreduksjon i reaktor før det blåses til trykkavlastningstanken, beskrives som nødvendig for å redusere erosjonsproblemer i rørsystemet mellom reaktor og trykkavlastningstank.
US 6 966 989 (Højsgaard) bruker til forskjell fra Solheim ikke en forvarmingstank, men har parallelle reaktorer som også virker som forvarmingstanker. Dette oppnås ved at en reaktor ved høyt trykk avlastes ved å slippe damp over i en ventende reaktor med lavt trykk. Når disse reaktorene er trykkutlignet, stenges dampoverføringen og den hydrolyserte biomassen i reaktoren blåses over til en lavtrykk trykkavlastningstank. Det er ikke beskrevet energigjenvinning fra trykkavlastningstank. Ved å fylle en reaktor med damp fra en annen reaktor kommer man ikke langt ned i trykk, dermed er energigjenvinningen ikke optimal.
Felles for disse to systemene er bruk av pumper. Dette begrenser kapasitet og gir dårlig utnyttelse av reaktorvolum. Den foreliggende oppfinnelse utnytter reaktorvolumet bedre ved at fylling skjer med hjelp av vakuum og gravitasjon i korte rør med stor dimensjon. Dette gir typisk 10 ganger raskere fylling enn ved bruk av pumpe. Andelen av totaltiden som reaktor er aktiv blir dermed større i det foreliggende system enn i andre kjente teknikker for satsvis termisk hydrolyse.
Med en slik rask fylling er det vanskelig å kontrollere prosessen for å oppnå ønsket nivå i reaktor. Tradisjonelle nivåmålere er utsatt for betydelig prosess-støy i en slik situasjon. Store kontrollventiler er også for trege til å kunne kontrollere slike raske fylleprosesser. I den foreliggende oppfinnelse er det inkludert en metode for å sikre riktig nivå som inkluderer enkle geometriske begrensninger og en analyse av et høyfrekvent trykksignal.
Energieffektiviteten til Solheim er noe høyere enn for systemet til Højsgaard siden trykket i trykkavlastningstanken er noe lavere. Men trykket i trykkavlastningstanken til Solheim er aldri lavere enn den nødvendige væskehøyden i forvarmingstanken som sikrer kondensasjon og energigjenvinning av returdamp, typisk 1.2-1.3bar. Den foreliggende oppfinnelsen forbedrer denne situasjonen ved hjelp av en dedikert dampreturlinje fra trykkavlastningstanken til dampfasen i forvarmingstanken og et innløpsarrangement for kald frisk biomasse som sikrer optimal kondensering av returdamp. På denne måten kan trykket i trykkavlastningstanken bli så lavt som typisk 0.3-0.5bar, noe som gir økt energigjenvinning og lavere totalforbruk av damp.
De ovenfor nevnte hensikt og fordeler oppnås i henhold til oppfinnelsen ved en fremgangsmåte for forbehandling av organisk materiale, spesielt biomasse, til energikonvertering, hvilken fremgangsmåte innbefatter et første forvarmingstrinn med en forvarmingstank, et hydrolysetrinn med en hydrolysereaktor og et trykkavlastningstrinn med en trykkavlastningstank som er kjennetegnet ved at den innbefatter følgende trinn: - tilføre organisk materiale med et tørrstoffinnhold på 5 - 40 %, fortrinnsvis 10 - 25 % til en forvarmingstank), - oppvarme det organiske materialet i forvarmingstanken (4) med flashdamp fra en trykkavlastningstank, - tilveiebringe vakuum i hydrolysreaktoren, åpne til tilførselsventil mellom forvarmingstanken og reaktoren, overføre oppvarmet organisk materiale fra forvarmingstanken til reaktoren, og fylle denne i det vesentligste full, - tilbakeføre overskytende organisk materiale fra reaktoren til forvarmingstank ved tilførsel av damp til toppen av reaktoren inntil ønsket nivå i reaktoren er oppnådd,
- stenge tilførselsventilen mellom reaktoren og forvarmingstank,
- tilføre nytt organisk materiale til forvarmingstanken,
- oppvarme det organiske materialet i reaktoren ved tilførsel av damp og opprettholde den ønskede temperaturen i tilstrekkelig tid, - åpne en blåseventil mellom reaktoren og trykkavlastningstank og overføre det behandlede organiske materialet fra reaktoren til trykkavlastningstanken og oppnå en dampeksplosjon som følge av trykkdifferanse mellom reaktoren og trykkavlastningstank, - føre flashdamp som er frigjort ved dampeksplosjonen i forrige trinn via en dampreturlinje til under væskenivået i forvarmingstanken og gjenvinne varmen ved dampkondensasjon i det organiske materialet i forvarmingstanken, - stenge dampreturlinjen og åpne en dampreturlinje fra trykkavlastningstanken til over væskenivået i forvarmingstanken for ytterligere å redusere trykkdifferansen mellom trykkavlastningstanken og forvarmingstanken utover det trykket som væskesøylen i forvarmingstanken representerer.
Oppfinnelsen omfatter også en anordning for termisk hydrolyse og dampeksplosjon av organisk materiale, innbefattende en forvarmingstank forbundet med en reaktor og en trykkavlastningstank forbundet med reaktoren, som er kjennetegnet ved at forvarmingstanken er anbragt vertikalt over reaktoren, enten på samme vertikale akse som reaktoren eller parallelt med denne.
Ytterligere fordelaktige trekk ved fremgangsmåten og anordningen er angitt i de uselvstendige patentkravene.
Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli mer detaljert beskrevet ved hjelp av et utførelseseksempel med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor Fig. 1 viser skjematisk en utførelsesform av en anordning for forbehandling av organisk materiale til energikonvertering i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 viser et eksempel på et trykksignal ved tilbakeføring av overskytende organisk materiale fra reaktor til forvarmingstank; og
Fig. 3 viser skjematisk et eksempel på sekvens.
Figur 1 viser skjematisk en utførelsesform av en anordning for forbehandling av organisk materiale i henhold til foreliggende oppfinnelse.
Tre tanker er koblet i serie; en forvarmingstank 4, en reaktor 5 og en trykkavlastningstank 6. Volum i forvarmingstank 4 og trykkavlastningstank 6 er typisk dobbelt så stor som i reaktoren 5. Forvarmingstanken 4 og reaktoren 5 kan være plassert direkte over hverandre for å redusere rørføring til et minimum og utnytte gravitasjon for overføring av biomasse fra den ene tanken til den andre. Alternativt kan forvarmingstanken 4 være anbragt i det vesentligste parallelt med reaktorens 5 vertikale akse. Tankene kan isoleres med ventiler. Det er mulig å tilføre damp til reaktor 5 og trykkavlastningstank 6. Det er to dampreturlinjer fra trykkavlastningstanken 6 til forvarmingstanken 4, for å gjenvinne termisk energi tilført i reaktor 5 ved termisk hydrolyse. Det er et gasseksportrør fra forvarmingstanken til eksportlinjen 13 for organisk materiale. I forvarmingstanken 4 er det et innløpsarrangement 15 som bryter opp det organiske materiale og tilfører denne med et stort overflateareal.
Organisk materiale 1, for eksempel biomasse med typisk tørrstoffinnhold på 5-40%, fortrinnsvis 10-25% blir pumpet inn i en forvarmingstank 4 eventuelt via en anordning 15 som øker kontaktflaten mellom biomassen og damp i forvarmingstanken 4 og forvarmet av flashdamp fra en trykkavlastningstank 6, typisk 80-100 °C. Etter tilstrekkelig oppvarming blir biomassen deretter ført til en reaktor 5. Dette gjøres ved å generere et vakuum i reaktor før fylleventil 7 mellom forvarmingstank 4 og reaktor 5 åpner. Vakuum genereres ved å kondensere vanndamp som er gjenværende i reaktor 5 etter forrige tømming av biomasse fra reaktor 5 til trykkavlastningstank 6. Kondensering av vanndamp skjer ved å injisere kaldt vann 2A inn i toppen av reaktoren 5. (Typisk vil 50 liter kunne kondensere all vanndamp og generere fullt vakuum). Forvarmingstanken 4 kan være plassert direkte over reaktoren 5, enten på reaktorens 5 vertikale akse eller parallelt med denne. Når fylleventilen 7 åpner vil vakuum i reaktor 5 og trykket fra væskesøylen i forvarmingstanken 4 resultere i en meget rask overføring av biomasse fra forvarmingstanken 4 til reaktoren 5. Typisk fylletid er 10-180 sekunder, fortrinnsvis 20-40 sekunder.
Dette er mye raskere enn andre kjente løsninger. Tradisjonelt brukes kontrollventiler og nivåinstrumentering for kontroll av reaktorvolum. Dette er ikke mulig ved så rask fylling son dette apparatet har. Korrekt nivå sikres i foreliggende oppfinnelse på en annen måte.
Reaktoren 5 blir fylt helt full. Dette er i utgangspunktet ikke ønskelig da det må være plass til frisk damp som kondenserer under påfølgende oppvarming av biomassen i reaktoren 5, typisk 10-30% av reaktorvolumet. Dette er løst i foreliggende oppfinnelse ved at fyllerøret 16 fra forvarmingstank 4 til reaktor 5 ender i definert høyde inne i reaktor. Denne høyden definerer ønsket fyllevolum i reaktor 5 før oppvarming av biomassen starter. Det nødvendige ekspansjonsvolum over biomassen sikres så ved å tilføre frisk damp 3A i toppen av reaktoren 5 mens fylleventilen 7 mellom forvarmingstank 4 og reaktor 5 fortsatt er åpen. Dermed strømmer den overflødige biomassen tilbake i forvarmingstanken 4 før fylleventilen 7 mellom tankene stenges.
Dette volumet kan alternativt framskaffes ved sidemontert ventil og ekstern linje til forvarmingstank 4.
Foreliggende oppfinnelse minimerer bruk av damp for nivåkontroll av reaktoren 5. Overflødig biomasse er ute av reaktoren 5, og fylleventil 7 stenger, når trykksensoren i reaktoren 5 indikerer at damp slipper ut av reaktor og opp i fyllerøret 16 til forvarmingstanken 4. Dette detekteres ved trykksvingninger når dampbobler fra reaktoren 5 kondenserer og kollapser i fyllerøret. En høyfrekvent registrering av trykket i reaktor koblet med en analyse av trykksvingningene brukes til å bestemme at ønsket nivå er oppnådd i reaktoren 5. På denne måten eliminerer man behovet for kompleks nivåinstrumentering i reaktoren 5.
Figur 2 viser et typisk trykksignal ved tilbakeføring av overflødig biomasse fra reaktoren 5 til forvarmingstanken 4. Trykket øker raskt i startfasen (vist ved I i fig. 2) når dampen akselererer biomasse fra reaktoren 5 opp i fyllerøret 16. Slammet begynner å strømme tilbake til forvarmingstanken 4. Trykker øker jevnere (vist ved II i fig. 2) mens biomassen tilbakeføres til forvarmingstanken 4 og det statiske trykket mellom reaktor og forvarmingstank øker ved at væskespeilet i forvarmingstanken 4 stiger og væskespeilet i reaktoren 5 synker. Når væskenivået i reaktoren 5 er sunket til kanten av fyllerøret 6 vil damp fra reaktortoppen unnslippe opp fyllerøret til forvarmingstanken. Denne dampen stiger opp i kaldere biomasse og vil kondensere. Dette skaper større trykkpulser (vist ved III i fig. 2). Disse pulsene indikerer at reaktoren 5 har riktig væskenivå før oppvarming av biomassen kan starte.
Biomassen i reaktoren 5 varmes opp til ønsket hydrolysetrykk, typisk 3-16 bar, fortrinnsvis 3-7 bar ved behandling av avløpsslam og våtorganisk avfall, fortrinnsvis 10-12 bar ved behandling av prionholdig biomasse og fortrinnsvis 12-16 bar ved behandling av lignocelluloseholdig biomasse, ved å tilføre frisk damp 3B til reaktoren 5, og holdes deretter på dette trykket i foreskrevet tid, typisk 20-30 minutter ved behandling av avløpsslam og våtorganisk avfall, fortrinnsvis 60-120 minutter ved behandling av prionholdig biomasse og fortrinnsvis 5-20 minutter ved behandling av lignocelluloseholdig biomasse. Deretter åpner blåseventilen 10 og biomassen blåses fra reaktor 5 på høyt trykk til trykkavlastningstanken 6 på lavt trykk. Dermed skjer det en dampeksplosjon i biomassen. Flashdampen som frigjøres ved dampeksplosjonen i trykkavlastningstanken 6 føres tilbake under væskenivå i forvarmingstanken 4 via et trykkavlastningsrør 9. Overskuddsvarmen fra trykkavlastningstanken 6 gjenvinnes ved dampkondensasjon i biomassen i forvarmingstanken 4.
Etter at reaktoren 5 er tømt lukkes blåseventilen 10 og det er klart for en ny fylling av reaktoren 5.
En fordel med et en-reaktor system er at man kan bruke forvarmingstank 4 og trykkavlastningstank 5 til andre formål mens reaktoren 5 er fylt med biomasse for termisk hydrolyse. Så snart blåseventilen 10 er lukket og trykket mellom trykkavlastningstank 6 og forvarmingstank 4 er utlignet gjennom dampreturlinje 9, stenges denne og det åpnes en dampreturlinje 11 fra trykkavlastningstanken 6 til gassfasen i forvarmingstanken 4. Dermed kan trykkdifferansen mellom trykkavlastningstank 6 og forvarmingstank 5 reduseres utover det trykket som væskesøylen i forvarmingstanken 4 representerer, dette gir typisk 0.1-0.2 bar ytterligere reduksjon. Dette betyr at trykket i trykkavlastningstanken 6 er uavhengig av væskenivå i forvarmingstanken 4. Desto lavere trykk i trykkavlastningstanken 6 jo lavere temperatur til biomassen som går ut av trykkavlastningstanken 6. Samtidig som dampreturlinje 11 er åpen, pumpes ny biomasse 1 inn i toppen av forvarmingstanken 4. Denne biomassen er kald, typisk 5-40 °C. Dampen i forvarmingstanken 4 kondenseres på den nye biomassen, biomassen forvarmes og reduserer trykket i forvarmingstanken 4 og trykkavlastningstanken 6 ytterligere. Dette er en viktig funksjon for optimal energieffektivitet.
For å optimalisere dampkondensasjon på den nye biomassen er det arrangert en anordning 15 i forvarmingstanken 4 som gir biomassen stor kontaktflate med gassfasen i forvarmingstanken 4. Anordningen 15 bryter opp biomassen til tynne filmfragmenter eller stråler.
Nivået i trykkavlastningstanken 6 må reduseres tilstrekkelig før neste tømming av reaktoren 5. Dette skjer ved å lukke dampreturlinje 11 og fylle frisk damp 3C inn i gassfasen av trykkavlastningstanken 6. Når trykket er tilstrekkelig (typisk 2-4 bar) til å transportere den behandlede biomassen til ønsket nedstrøms utstyr via utløpsrøret 13, åpnes utløpsventilen 12 og nivået i trykkavlastningstanken 6 reduseres til ønsket minimumsnivå før utløpsventilen 12 stenger igjen.
Det frigjøres flyktige og inerte prosessgasser som er dannet under den termiske forbehandlingen som finner sted i reaktoren 5. Disse gassene transporteres via trykkavlastningstanken 6 til forvarmingstanken 4. Prosessgassene må fjernes fra hydrolyseanlegget for å hindre akkumulering og redusert effektivitet av anlegget. Normalt vil disse gassene bli sendt til biologisk degradering via utløpsrøret 13.
Før det tilføres ny biomasse til forvarmingstanken 4, vil prosessgass fra forvarmingstanken 4 føres til utløpsrøret 13 via prosessgassrør 14. Dette prosessgassrøret 14 åpnes når trykket i forvarmingstanken 4 er tilstrekkelig høyt, typisk 2-4 bar. Ønsket trykk oppnås med tilførsel av frisk damp 3C til trykkavlastningstanken 6. Når prosessgassen er ventilert ut via prosessgassrøret 14 stenges dette. Dampreturlinje 11 stenger.
Før neste tømming av reaktor 4 til trykkavlastningstank 5 er det viktig at trykket i forvarmingstanken 4 er lavest mulig for å gjenvinne mest mulig flashdamp. Dette oppnås ved dampekondensasjon i forvarmingstanken 4 ved å injisere kaldt vann 2B i denne. Det lave trykket i forvarmingstanken 4 og dermed i trykkavlastningstanken 6 resulterer i økt flashdampmengde fra biomassen i trykkavlastningstanken 6 og dermed lavest mulig temperatur på biomassen i utløpet 13.
Figur 3 viser skjematisk et eksempel på en typisk sekvens for de tre tankene.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for forbehandling av organisk materiale, spesielt biomasse, til energikonvertering, hvilken fremgangsmåte innbefatter et første forvarmingstrinn med en forvarmingstank (4), et hydrolysetrinn med en hydrolysereaktor (5) og et trykkavlastningstrinn med en trykkavlastningstank (6),karakterisert vedat fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: - tilføre organisk materiale (1) med et tørrstoffinnhold på 5 - 40 %, fortrinnsvis 10 - 25 % til en forvarmingstank (4), - oppvarme det organiske materialet (1) i forvarmingstanken (4) med flashdamp fra en trykkavlastningstank (6), - tilveiebringe vakuum i hydrolysreaktoren (5), åpne tilførselsventil (7) mellom forvarmingstanken (4) og reaktoren (5), overføre oppvarmet organisk materiale fra forvarmingstanken (4) til reaktoren (5), og fylle denne i det vesentligste full, - tilbakeføre overskytende organisk materiale fra reaktoren (5) til forvarmingstank (4) ved tilførsel av damp (3A) til toppen av reaktoren (5) inntil ønsket nivå i reaktoren (5) er oppnådd, - stenge tilførselsventilen (7) mellom reaktoren (5) og forvarmingstank (4), - tilføre nytt organisk materiale (1) til forvarmingstanken (4), - oppvarme det organiske materialet i reaktoren (5) ved tilførsel av damp (3B) og opprettholde den ønskede temperaturen i tilstrekkelig tid, - åpne en blåseventil (10) mellom reaktoren (5) og trykkavlastningstank (6) og overføre det behandlede organiske materialet fra reaktoren (5) til trykkavlastningstanken (6) og oppnå en dampeksplosjon som følge av trykkdifferanse mellom reaktoren (5) og trykkavlastningstank (6), - føre flashdamp som er frigjort ved dampeksplosjonen i forrige trinn via en dampreturlinje (9) til under væskenivået i forvarmingstanken (4) og gjenvinne varmen ved dampkondensasjon i det organiske materialet i forvarmingstanken (4), - stenge dampreturlinjen (9) og åpne en dampreturlinje (10) fra trykkavlastningstanken (6) til over væskenivået i forvarmingstanken (4) for ytterligere å redusere trykkdifferansen mellom trykkavlastningstanken (6) og forvarmingstanken (4) utover det trykket som væskesøylen i forvarmingstanken (4) representerer.
2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedå øke kontaktflaten mellom det organiske materialet (1) som tilføres til forvarmingstanken (4) og dampen i forvarmingstanken (4).
3. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det organiske materialet (1) i forvarmingstanken (4) oppvarmes til typisk 80-100 °C.
4. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av de foregående krav,karakterisert vedat væskenivået i reaktoren (5) detekteres ved høyfrekvent registrering av trykket i reaktoren (5) kombinert med analyse av trykksvingninger.
5. Anordning for termisk hydrolyse og dampeksplosjon av organisk materiale, innbefattende en forvarmingstank (4) forbundet med en reaktor (5) og en trykkavlastningstank (6) forbundet med reaktoren (5),karakterisert vedat forvarmingstanken (4) er anbragt vertikalt over reaktoren (5), enten på samme vertikale akse som reaktoren (5) eller parallelt med denne.
6. Anordning i henhold til krav 5, karakterisert vedat det ved innløpet i forvarmingstanken (4) er anbragt en anordning (15) som øker kontaktflaten mellom det innkommende organiske materialet (1) og damp i forvarmingstanken (4).
7. Anordning i henhold til hvilket som helst av kravene 5 til 6,karakterisert vedat forvarningstanken (4) er forbundet med reaktoren (5) via et rør (16) forsynt med en ventil (7), hvilket rør (16) stikker en avstand ned i reaktoren (5), hvilken nedre ende av røret (16) definerer et fyllenivå i reaktoren (5).
8. Anordning i henhold til hvilke som helst av kravene 5 til 7 ,karakterisert vedat røret (16) stikker vertikalt ned i reaktoren (5) eller stikker inn i reaktoren (5) gjennom en øvre sidevegg derav, hvilken avstand mellom enden av røret (16) og bunnen av reaktoren (5) definerer et fyllenivå i reaktoren (5).
NO20130207A 2013-02-07 2013-02-07 Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering NO335470B1 (no)

Priority Applications (19)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130207A NO335470B1 (no) 2013-02-07 2013-02-07 Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering
MX2015010073A MX2015010073A (es) 2013-02-07 2014-02-07 Método y dispositivo para el pretratamiento de biomasa para la conversión a energia.
DK14749603.8T DK2953907T3 (en) 2013-02-07 2014-02-07 Process for thermal pretreatment of organic material for conversion to energy
JP2015556903A JP6539427B2 (ja) 2013-02-07 2014-02-07 エネルギーへの転換のためのバイオマスの前処理のための方法
KR1020157024220A KR102200668B1 (ko) 2013-02-07 2014-02-07 에너지 변환을 위한 바이오매스의 전처리 방법 및 장치
ES14749603.8T ES2662349T3 (es) 2013-02-07 2014-02-07 Procedimiento para el pretratamiento térmico de material orgánico para la conversión a energía
PCT/NO2014/000017 WO2014123426A1 (en) 2013-02-07 2014-02-07 Method and device for pretreatment of biomass for conversion to energy
BR112015019035-9A BR112015019035B1 (pt) 2013-02-07 2014-02-07 Método para o pré-tratamento de biomassa para conversão em energia
CN201480016355.8A CN105164065B (zh) 2013-02-07 2014-02-07 用于预处理供转换成能量的生物质的方法和装置
LTEP14749603.8T LT2953907T (lt) 2013-02-07 2014-02-07 Būdas organinės medžiagos terminiam išankstiniam apdorojimui pavertimui į energiją
NO14749603A NO2953907T3 (no) 2013-02-07 2014-02-07
RS20180302A RS57121B1 (sr) 2013-02-07 2014-02-07 Postupak za prethodnu obradu toplotom organskog materijala u cilju pretvaranja u energiju
US14/766,110 US10183265B2 (en) 2013-02-07 2014-02-07 Method and device for pretreatment of biomass for conversion to energy
EP14749603.8A EP2953907B1 (en) 2013-02-07 2014-02-07 Method for the thermal pretreatment of organic material for conversion to energy
SG11201506185RA SG11201506185RA (en) 2013-02-07 2014-02-07 Method and device for pretreatment of biomass for conversion to energy
CA2900349A CA2900349C (en) 2013-02-07 2014-02-07 Method and device for pretreatment of biomass for conversion to energy
PL14749603T PL2953907T3 (pl) 2013-02-07 2014-02-07 Sposób wstępnego przetwarzania termicznego materiału organicznego w celu przekształcenia w energię
AU2014215762A AU2014215762B2 (en) 2013-02-07 2014-02-07 Method and device for pretreatment of biomass for conversion to energy
CL2015002220A CL2015002220A1 (es) 2013-02-07 2015-08-07 Método y dispositivo para el pretratamiento de biomasa para la conversión a energía.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130207A NO335470B1 (no) 2013-02-07 2013-02-07 Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20130207A1 true NO20130207A1 (no) 2014-08-08
NO335470B1 NO335470B1 (no) 2014-12-15

Family

ID=51299947

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20130207A NO335470B1 (no) 2013-02-07 2013-02-07 Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering
NO14749603A NO2953907T3 (no) 2013-02-07 2014-02-07

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO14749603A NO2953907T3 (no) 2013-02-07 2014-02-07

Country Status (18)

Country Link
US (1) US10183265B2 (no)
EP (1) EP2953907B1 (no)
JP (1) JP6539427B2 (no)
KR (1) KR102200668B1 (no)
CN (1) CN105164065B (no)
AU (1) AU2014215762B2 (no)
BR (1) BR112015019035B1 (no)
CA (1) CA2900349C (no)
CL (1) CL2015002220A1 (no)
DK (1) DK2953907T3 (no)
ES (1) ES2662349T3 (no)
LT (1) LT2953907T (no)
MX (1) MX2015010073A (no)
NO (2) NO335470B1 (no)
PL (1) PL2953907T3 (no)
RS (1) RS57121B1 (no)
SG (1) SG11201506185RA (no)
WO (1) WO2014123426A1 (no)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2608598B1 (es) * 2016-12-13 2017-10-09 Te Consulting House 4 Plus, Sl Procedimiento e instalación para la hidrólisis térmica de materia orgánica en régimen estacionario y con recuperación total de energía
US11820685B2 (en) 2018-12-17 2023-11-21 Cambi Technology As Two-times-two tank process and system
DE102019200360A1 (de) 2019-01-14 2020-07-16 Andreas Dünnebeil Verfahren und Vorrichtung zur Desintegration von organischen Substraten
CN110240377B (zh) * 2019-06-28 2021-11-09 西安建筑科技大学 基于冷冻破壁与热风干燥的流化床污泥干燥设备及方法
JP6836046B1 (ja) * 2019-11-20 2021-02-24 清水　幹治 有機物の亜臨界又は超臨界連続処理設備及び方法
EP3859079A1 (en) * 2020-02-03 2021-08-04 Sekab E-Technology AB Arrangement and method for pretreatment of biomass
DK181708B1 (en) * 2022-04-22 2024-10-24 Clean Vantage Llc Method and apparatus for pretreatment of a biomass comprising lignocellulosic fibers
WO2024110643A1 (en) 2022-11-24 2024-05-30 Cambi Technology As Methods, systems and process equipment for optimized control of thermal hydrolysis processes
CN115743623A (zh) * 2022-12-16 2023-03-07 上海航天控制技术研究所 一种氧化亚氮气液复合推进系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO300094B1 (no) * 1994-09-28 1997-04-07 Cambi As Fremgangsmate og anordning ved hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser
NO310717B1 (no) * 1999-05-31 2001-08-20 Cambi As Fremgangsmate og anordning for kontinuerlig hydrolyse av avlopsvann
FR2820735B1 (fr) 2001-02-14 2004-05-14 Vivendi Water Systems Procede et installation pour l'hydrolyse thermique des boues
US6905600B2 (en) 2001-11-16 2005-06-14 Ch2M Hill, Inc. Method and apparatus for the treatment of particulate biodegradable organic waste
JP2008246300A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Tokyo Institute Of Technology 廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法
ES2341064B1 (es) * 2007-07-17 2011-08-12 Sociedad General De Aguas De Barcelona, S.A. Reactor y sistema de integracion energetica para la hidrolisis termica o termoquimica en continuo, de materia organica.
JP5314917B2 (ja) * 2008-04-23 2013-10-16 川崎重工業株式会社 セルロース系バイオマスの糖化分解方法及び糖化分解装置
KR100967719B1 (ko) * 2008-09-11 2010-07-07 박경식 증기식 열교환 유니트 및 그를 이용한 증기식 열교환 방법 및 그를 이용한 슬러지 가수분해 장치
JP2010162498A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Nippon Oil Corp 改質バイオマスの製造方法
NO330122B1 (no) 2009-07-13 2011-02-21 Cambi As Fremgangsmate og anordning for termisk hydrolyse av biomasse og dampeksplosjon av biomasse
JP2012205988A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Jx Nippon Oil & Energy Corp 改質された植物バイオマスの製造方法及び製造装置、並びにエタノールの製造方法
KR102000100B1 (ko) * 2016-03-23 2019-07-16 주식회사 엘지화학 비수전해액 첨가제, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 비수전해액 및 리튬 이차전지

Also Published As

Publication number Publication date
EP2953907B1 (en) 2017-12-13
PL2953907T3 (pl) 2018-07-31
US10183265B2 (en) 2019-01-22
NO2953907T3 (no) 2018-05-12
EP2953907A4 (en) 2016-09-21
LT2953907T (lt) 2018-03-26
CN105164065B (zh) 2017-04-26
NO335470B1 (no) 2014-12-15
BR112015019035A2 (pt) 2017-07-18
KR20150140642A (ko) 2015-12-16
CA2900349C (en) 2021-02-16
WO2014123426A1 (en) 2014-08-14
DK2953907T3 (en) 2018-03-12
SG11201506185RA (en) 2015-09-29
ES2662349T3 (es) 2018-04-06
JP2016511142A (ja) 2016-04-14
AU2014215762B2 (en) 2018-05-10
MX2015010073A (es) 2016-10-26
JP6539427B2 (ja) 2019-07-03
CA2900349A1 (en) 2014-08-14
AU2014215762A1 (en) 2015-09-10
KR102200668B1 (ko) 2021-01-12
US20150367308A1 (en) 2015-12-24
EP2953907A1 (en) 2015-12-16
RS57121B1 (sr) 2018-07-31
CL2015002220A1 (es) 2016-06-17
BR112015019035B1 (pt) 2021-08-10
CN105164065A (zh) 2015-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20130207A1 (no) Fremgangsmåte for forbehandling av biomasse til energikonvertering
DK201400145Y4 (en) Device for thermal hydrolysis and steam explosion of biomass
RU2008120463A (ru) Двухколонная реакторная система и способ гидролиза и вываривания древесной щепы с помощью химически усиленного способа промывки
US9751791B2 (en) Method and facility for thermal hydrolysis of organic matter having short residence times and no pumps
CN206398690U (zh) 一种锅炉排污水回收利用系统
US11820685B2 (en) Two-times-two tank process and system
CN204154144U (zh) 一种发酵罐蒸汽回收装置
CN209386278U (zh) 一种低压除氧器和高压除氧器排汽回收系统
NZ777258B2 (en) Thermal hydrolysis methods and plants
CN202119283U (zh) 一种凝结水回收装置
CN206232422U (zh) 一种含镍废水的处理系统
NO163609B (no) Fremgangsmaate og anlegg for separarering av en hydrokarbonholdig stroem tilfoert i flerfase fra en roerledning.
EA044578B1 (ru) Способ (варианты) и установка (варианты) для термического гидролиза жидкого субстрата, а также способ (варианты) модернизации существующей установки для гидролиза жидкого субстрата
NO20110790A1 (no) Raoljebehandlingsapparat og fremgangsmate.
JP2008246308A (ja) 有機物の分解処理装置