NO330096B1

NO330096B1 - Fremgangsmate og innretning for produksjon av biodrivstoff fra avfall og/eller biomasse.

Info

Publication number: NO330096B1
Application number: NO20073321A
Authority: NO
Inventors: Erik Tonseth
Original assignee: Erik Tonseth
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2011-02-21
Also published as: EP2167613B1; US20100216898A1; NO20073321L; WO2009002191A3; WO2009002191A2; EP2167613A2; DK2167613T3

Abstract

Oppfinnelsen omhandler en fremgangsmåte og en innretning for å produsere hydrokarbonbasert brensel fra avfall og biomasse blant annet tre og/eller annen celluloseinneholdende biomasse, der biomasse og/eller avfall er gassifisert under anaerob forhold, oppvarming av den dannede syngassen for dekomponering og påfølgende kondensering under anaerob forhold, utsette varmebehandlet biøsyngass for rensetiltak for å fjerne elementer/forbindelser som er giftige mot katalysatorer i Fischer-Tropsch syntesen, og passere renset varmebehandlet biosyngass gjennom en Fischer-Tropsch syntese for produksjon av biobrensel.

Description

Oppfinnelsen omhandler en fremgangsmåte og en innretning for å produsere hydrokarbonbasert brensel fra avfall og biomasse, herunder tre og / eller annen celluloseinneholdende biomasse.

Bakgrunn

Det mellomstatlige organ for klimaforandringer (The Intergovernmental Panel of Climate Change) har nylig gitt ut sin fjerde vurderingsrapport om klimaendringer (IPCC 4AR) som med høy grad av sikkerhet sier at den menneskelige bruken av fossilt brensel resulterer i et klimapådriv som kan gi farlig sterke klimaendringer i mange områder av verden med mindre det blir innført betydelig nedgang i utslippene av drivhusgasser, spesielt karbondioksid i de kommende tiårene. De vitenskapelige funn og klimapådrivkunnskap uttrykt i IPCC 4AR er forventet å resultere i både internasjonale avtaler og nasjonale beslutninger for restriksjoner på utslipp av karbondioksid av fossil opprinnelse i de kommende år.

En av de hovedkildene for karbondioksidutslipp i utviklede land er transportsektoren, som i dag nesten bare er basert på derivater av fossil olje. I transportsektoren trenger man en kjemisk energibærer som kan transporteres i et kjøretøy og levere energi til motoren for kjøretøyet, og problemet med å redusere klimagassutslippene fra transportsektoren blir dermed et spørsmål om å finne en annen kjemisk energibærer med tilstrekkelig høy energitetthet og som ikke fører til netto karbon tilførsel til jordens karbonsyklus.

Brenselstoffer gjort om fra avfall og / eller biomasse er svært egnet som erstatning for fossilt brensel som bensin og diesel. Disse brenselstoffene, for eksempel bioetanol og biodiesel har henholdsvis en tilstrekkelig energitetthet egnet for dagens transportkjøretøy, de har lignende kjemiske og fysiske egenskaper slik at de kan bli distribuert og håndtert av dagens drivstoffdistribueringssystemer, og dagens kjøretøy kan kjøre på fossile brensler mikset med visse mengder biobrennstoff. I tillegg er teknologien for omvandle motorer til å kjøre på rent biobrennstoff godt utviklet, slik at biobrennstoff har kapasitet å eliminere klimagassutslippene fra biler.

Biobrenselstoff er i dag laget av avfall fra landbruket samt spesielt egnede avlinger, såkalt energiavlinger. Men behovet for å reservere dyrket land for matproduksjon og de store mengdene drivstoff som kreves for transportsektoren krever bruk av trevirke og annen celluloseinnehildende biomasse som råstoff i fremtiden.

Kjent teknikk

I et foredrag av Borriegter et al. presentert på "pyrolyse og gassifisering av biomasse og avfall", som ble arrangert i Strasbourg, Frankrike den 30. september - 1. oktober i 2002 ble det foreslått å bruke en biomassegassifiserer for å produsere en syngass fra fast biomasse og deretter mate syngass til en Fischer-Tropschreaktor for å konvertere syngassen ved hjelp av Fischer-Tropschsyntese til biodiesel-av høy-renhet og kalle - • denne "grønn diesel" for å skille dette produktet fra vanlig biodiesel produsert ved esterifisering av vegetabilske oljer. Et integrert biomassegassifiserer (BG) og Fischer-Tropsch (FT) - anlegg kan oppnå store produksjonsvolumer, og har en ekstra fordel ved at syngass etter FT-syntese inneholder tilstrekkelig restenergi som kan utnyttes i et kombinert anlegg for produksjon av elektrisitet.

Konvensjonelle biomassegassifiserere, slik som den mye brukte sirkulerende fluidisert seng (CFB) gassifisereren som opererer med luft som gassifiseringsmedium nært atmosfærisk trykk og ca 850 °C, produserer en rå biosyngass med typiske komposisjoner av 15-20 deler av volumet av CO, H2og CO2, 10-15 deler av volumet H2O, ca 40 deler av volumet N2, om lag 5 deler av volumet CH4, og mindre mengder C2H2, C2H4, C2H6, benzen, toluen, xylener og tjærer. I tillegg vil det være mindre mengder uorganiske forurensninger som NH3, HCL, H2S, COS, CS2, HCN, HB R, støv, sot og aske. Syngasskomponentene H2og CO av rå biosyngass vil typisk inneholde noe mindre enn halvparten av den kjemisk energien, mens resten av energien i hovedsak finnes i CH4 og andre hydrokarboner.

Fischer-Tropschsyntese er en katalytisk konvertering av CO og H2til hydrokarboner:

Syntesen forbruker hydrogen og karbonmonoksid i et forhold H2: CO = 2. Når forholdet i mategassen er lavere, kan dette justeres i en vannskiftreaksjon:

Katalysatorer for FT-syntese er følsomme mot forurensning fra flere av de forbindelser som finnes i rå biosyngass. Derfor må rå syngass renses før den blir brukt som mategass i FT-syntesen. Typiske begrensninger for sikre nivåer av enkelte forbindelser er:

alkaliske metaller, stoff, tjærer <metningspunkt

klasse 2 tjærer <1 ppmV

Fra US 2006/0185246 er det kjent en fremgangsmåte for å gassifisere biomasse til syngass hvor fast biomasse mates til et reaksjonskammer og en plasmaflamme rettes mot overflaten til biomassen. Den produserte syngass kan anvendes som erstatning for naturgass eller som matestokk til syntese av flytende drivstoff.

Fra US 2007/0100003 er det kjent en fremgangsmåte for å fremstille drivstoff av biomasse hvor biomassen pyrolyseres ved 500 °C ved bruk av elektriske varmeelementer og deretter utsatt for en superkritisk dampreformering. Deretter blir gassen aminvasket før aromatiske stoffer inkludert tjærestoffene blir dekomponert ved bruk av adiabatisk reformering. Deretter blir gassen dampreformert for justering av H/C-forholdet til 2.0. Gassen kan så benyttes i en Fischer-Tropsch-syntese for produksjon av drivstoff.

WO 2007/000607 omtaler en fremgangsmåte for behandling av avfall som omfatter (i) enten (a) et gassifiseringstrinn omfattende å behandle avfallet i en gassifiseringsenhet i nærvær av oksygen og damp for å danne en avgass og tjære, eller (b) en pyrolysetrinn omfattende å behandle avfallet i en pyrolyseenhet for å danne en avgass og tjære, og (ii) et plasmabehandlingstrinn omfattende å utsette avgassen og tjæren for en plasma-behandling in en plasmabehandlingsenhet i nærvær av oksygen og eventuelt damp.

Konvensjonelle løsninger for rensing av gasstrømmen for alle forbindelser under nivåene angitt ovenfor er tilgjengelige med unntak for tjære. Fjerning av tjære er fortsatt et alvorlig problem for produksjon av biobrensel fra fast biomasse ved hjelp av biomassegassifisering og Fischer-Tropschsyntese av gassifisert biomasse, og har så langt forhindret kommersiell utnyttelse av denne prosesseringsveien.

Oppfinnelsens målsetning

Hovedmålsetningen med denne oppfinnelsen er å fremskaffe en fremgangsmåte for produksjon av biobrensel ved hjelp av kombinert biomassegassifisering og Fischer-Tropschsyntese som eliminerer problemet med tjæreforurensning av katalysatorene under Fischer-Tropschsyntesen.

Det er også en målsetning med denne oppfinnelsen å fremskaffe en fremgangsmåte som tillater bruk av avfall i kombinasjon med eller som en erstatning for biomasse som råstoff til syngassen matet til Fischer-Tropschsyntesen.

En ytterligere målsetning er å fremskaffe et anlegg for å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Målsetningen med oppfinnelsen kan oppnås med de trekk som er angitt i følgende beskrivelse av oppfinnelsen og/eller i patentkravene.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er basert på erkjennelsen av at en sterk varmebehandling vil forårsake en atomisering av vesentlig alle forbindelser i en rå syngass og vil ødelegge alle organiske forbindelser i den råe syngassen inkludert tjærer, dioksiner etc, og at en påfølgende rask kondensasjon den atomiserte syngassen under anaerobe forhold vil konvertere organiske elementer i den atomiserte varmgassen til lavmolekylære anaerobe forbrenningsprodukter, hovedsakelig CO, CO2, H2O, H2, som er egnet som mategass for Fischer-Tropschsyntesen. Eventuelt uorganiske elementer til stede i rå syngass som metaller, svovel, nitrogen etc. vil danne ulike oksider og hydrider, og bør i all vesentlighet fjernes før Fischer-Tropschsyntesen.

I et første aspekt, er oppfinnelsen en fremgangsmåte for å produksjon av biodrivstoff fra avfall og/eller biomasse,

karakterisert vedat den omfatter:

- gassifisering av avfallet/biomassen i anaerobe betingelser for å produsere en rå biosyngass, - injisere den rå biosyngassen inn i en luftstrøm fra en utladningssone til en lysbue med hastighet 600 - 800 m/s og temperatur 3000 - 5.000 °C, for deretter å entre en dekomponeringsreaktor hvor temperaturen er i området 1200-1300 °C for ca 2 sekunder i et miljø med en oksidasjonsgrad som holdes innen 0.2 < C02/(CO+C02) < 0.4, og på den måte danne en varmebehandlet biosyngass, - eksponere den varmebehandlede biosyngass for rensetrinn som fjerner elementer/forbindelser som er giftige for katalysatorene til Fischer-Tropsch syntesen til nivåer som er akseptable for katalysatorene til Fischer-Tropsch syntesen, og - passere den rensede varmebehandlede biosyngass gjennom en Fischer-Tropsch syntese for produksjon av biodrivstoff.

I et andre aspektet, er oppfinnelsen en innretning for produksjon av biodrivstoff fra avfall og/eller biomasse,

karakterisert vedat innretningen omfatter:

- en gassifiserer 1 som danner en rå biosyngass 9 fra avfall/biomasse 2,

- en dekomponeringsreaktor 15 for atomisering og deretter kondensering av den rå biosyngassen 9, som danner en varmebehandlet biosyngass 16, - rensetiltak for fjerning av elementer/forbindelser som er skadelige for katalysatorene under Fischer-Tropschsyntesen til et tolererbart nivå for katalysatorene i Fischer-Tropschsyntesen og - en Fischer-Tropschsyntesereaktor for produksjon av biobrensel fra rengjort og varmebehandlet biosyngass.

De giftige forbindelsene kan for eksempel være sammensetninger som inneholder alkaliske jordmetaller, svovel, halogener og nitrogen.

Alternativt, kan biosyngassen kondisjoneres før den sendes til Fischer-Tropschsyntesen, dvs. harmonisere forholdet mellom hydrogen og karbonmonoksid til H2: CO = 2, eller i det minste øke forholdet mot harmonisert nivå 2 ved å utføre en vannskiftreaksjon på varmebehandlet biosyngass. Kondisjoneringen kan også omfatte fjerning av overflødig CO2ved en konvensjonell absorpsjonsprosess, ved hjelp av vann, aminer eller andre kjente C02-absorbanter. Kondisjoneringen kan også omfatte fjerning av noe eller all N2i biosyngassen.

Begrepet "biobrensel" som brukt her omfatter all hydrokarbonbasert drivstoff og andre hydrokarbonbaserte produkter der hydrokarboner er laget av Fischer-Tropschsyntese av gassifisert biomasse og / eller avfall. Hydrokarbonene kan være mer eller mindre alifatiske enkelt- eller polygonforgrenede hydrokarbonkjeder fra 2 til mer enn 20 karbonatomer, og kan også omfatte en fraksjon av aromatiske hydrokarboner. Hydrokarboner med 9-20 karbonatomer danner dieselfraksjonen.

Begrepet "gassifisering" som brukt her, betyr å konvertere fast eller flytende avfall og/eller biomasse ved fordampning og/eller anaerob nedbrytning til gassfase. Begrepet "rå biosyngass" som brukt her, betyr enhver gass utgående fra gassifiseringstrinn av avfallsmateriale og/eller biomasse. Begrepet slik som brukt her, inkluderer tilfeller hvor syngassen er produsert kun ved gassifisering av avfallsmaterialer. Med begrepet "varmebehandlet biosyngass" som brukt her, menes gassblanding som resultat fra atomiseringen og påfølgende kondensering av den råe biosyngassen. Med begrepet "renset biosyngass" som brukt her, menes gassblanding som resulterer etter fjerning av forbindelser som er skadelig for katalysatoren i Fischer-Tropschsyntesen fra varmebehandlet biosyngass. Med begrepet "kondisjonert biosyngass" som brukt her, menes biosyngass der H2: CO forholdet er justert med en vannskiftreaksjon, og kan også omfatte fjerning av overflødig CO2. Med begrepet "anaerob" som brukt her, menes en prosess med understøkiometriske mengder av oksygen, som er et reduserende miljø. Begrepet "avfall" som brukt her omfatter alt karbon eller hydrokarboninneholdende materiale, avfall eller nytt materiale, inkludert risikoavfallsmaterialer (ikke radioaktive farlige stoffer).

Oppfinnelsen er ikke begrenset til noen bestemte gassifiseringsprosesser eller gassifiseringsutstyr, og kan ta i bruk en hver kjent og tenkelig fremgangsmåte for å danne en gassblanding bestående av CO, CO2, H2O og H2fra avfall og/eller biomasse. Men, gassifiseringsprosessen vil normalt bestå av en oppvarming av avfall og/eller biomasse med regulert mengder luft som gassifiseringsmedium for temperaturer i området 500 - 1500 °C, hvor mengden av luft bør være regulert for å sikre understøkiometriske mengder oksygen i prosessen slik at avfall/biomasse danner en gassblanding bestående av CO, C02, H20 og H2. Både biomasse og avfall inneholder uorganiske forbindelser som resulterer i at væske eller fast stoff forblir i nedre del av gassifisereren. Biomasse vil vanligvis inneholde mindre uorganisk materiale enn avfall. Gassifisereren bør ha midler for å fjerne de uorganiske restene som akkumulerer i den lavereliggende delen av gassifisereren.

En utprøvd og velkjent konvensjonell teknikk for gassifisering av store mengder biomasse er sirkulerende fluidisert seng gassifiserer som nevnt ovenfor opererer med luft som gassifiseringsmedium ved atmosfærisk trykk og 850 °C, og som gir en rå biosyngass med typiske komposisjoner av 15-20 deler av volumet av CO, H2og CO2, 10-15 deler av volumet H2O, ca 40 deler av volumet N2, om lag 5 deler av volumet CH4, og mindre mengder C2H2, C2H4, C2H6, benzen, toluen, xylen og tjærer. I tillegg vil det være mindre mengder uorganiske urenheter som NH3, HCL, EfeS, COS, CS2, HCN, HBR, støv, sot og aske.

En utprøvd teknologi for gassifisering av faste avfallsmaterialer er mot motstrømssjaktgassifiserer (counter counter-current-flow shaft gasifiers) kjent fra stålindustrien. Disse gassifisererene blir matet med fast avfallsmateriale øverst, vanligvis gjennom en gasstett sluse øverst. Avfallet ligger i den øvre delen oppvarmet til en temperatur i størrelsesorden 300-500 °C, slik at alle flyktige organiske materialer og vann er fordampet. Forhåndsoppvarmet luft er samtidig injisert i bunnen av gassifisereren og gjenværende karbon blir gassifisert i bunnen ved en temperatur på om lag 1500 °C. De ikkebrennbare materialene så som metaller, aske etc. blir tappet som en metallegering og lekkasjesikker slagg. Denne typen lysbuegassifiserer kombinerer robust design med lavt termisk tap og lang holdbarhet på innsidebelegget. Den er helt forseglet, slik at alt materiale som forlater gassifisereren er enten behandlet ved høy temperatur (smeltet) eller sendes til den plasmadrevede spaltningsreaktoren for høytemperaturbehandling.

Fischer-Tropschsyntesen er en godt etablert konvensjonell teknologi som benytter seg av jernbaserte katalysatorer eller koboltbaserte katalysatorer. Fischer-Tropschsyntesen er godt kjent for en fagmann og trenger ingen nærmere beskrivelse. Oppfinnelsen er ikke begrenset til valg av Fischer-Tropschreaktoren design og / eller drift. Alle kjente og tenkelig Fischer-Tropschreaktorer og synteseprosesser kan brukes i oppfinnelsen.

Katalysatorer for Fischer-Tropschsyntesen er svært følsomme mot forgiftning av visse elementer og faste partikler i mategassen. Varmebehandlet biosyngass vil i henhold til oppfinnelsen inneholde små mengder svoveloksider / hydrider, nitrogenoksider / hydrider, halogen hydrider, og faste partikler av alkaliske metalloksider / hydrider som må reduseres til under nivåene angitt ovenfor. Det er tilgjengelig godt etablerte konvensjonelle renseteknologier basert på gasskrubbing og / eller filtrering for å fjerne alle urenheter i varmebehandlet biosyngass, i henhold til oppfinnelsen. I tillegg, oppfinnelsen er ikke begrenset til et bestemt valg av rensemetode eller enhet, enhver kjent og tenkelig gassrenseteknologi kan benyttes så lenge urenhetsnivået kommer under nivåene angitt i kjent teknikkavsnittet ovenfor. Slike teknologier er kjent for en fagmann og trenger ingen nærmere beskrivelse.

Varmebehandlingen av den råe biosyngassen utgående fra gassifiseringen bør varme hele strømmen av den råe biosyngassen som utgår fra gassifiseringen til en temperatur som sikrer at praktisk talt alle organiske forbindelser, inkludert eventuelle haloorganiske forbindelser i gasstrømmen er fullt ut dekomponert / atomisert, og miljøet bør være tilstrekkelig reduserende (oksygen underskudd) for å sikre at de organiske bestanddeler i den dekomponerte / atomiserte gasstrømmen kondenseres til hovedsakelig lavmolekylære forbrenningsprodukter som CO, CO2, H2O og H2. Dette kravet vil bli oppfylt ved en oppvarming av gasstrømmen til en temperatur på minst ca 1250 °C eller høyere med en oksidasjonsgrad i området 0,2 <C02/ (CO + CO2) <0,4. Denne graden av oksidering, under reduserende miljø vil undertrykke dannelsen av uønskede forbrenningsprodukter som for eksempel NOx og HCN til akseptabelt nivå, og vil sikre at store organiske og haloorganiske forbindelser som tjærer og dioksiner ikke blir dannet. Temperaturbehandlingen bør fortrinnsvis inneholde en oppvarming av rå syngass til en temperatur på om lag 1500 °C og høyere for å sikre fullstendig nedbrytning av rå syngass, men oppfinnelsen antas å fungere etter en oppvarming opp til om lag 1250 °C og høyere.

Trekket med varmebehandling av den råe biosyngassen til en temperatur som dekomponerer et hvert tjærestoff og organisk forbindelse som hydrokarboner i rå biosyngass i et reduserende miljø sikrer konvertering til lave molekylære forbrenningsprodukter, og eliminerer problemet med skadelig tjære i Fischer-Tropschkatalysatorene. Konvertering av tjære og organiske forbindelser i rå biosyngass tilbyr en annen fordel ved at energiinnholdet i disse forbindelser blir konvertert til syngass og dermed gjort tilgjengelig for Fischer-Tropschsyntese. Således oppnår fremgangsmåten høyere ytelse målt etter produsert biobrensel enn for teknikkens stand.

En ytterligere fordel med oppfinnelsen er at det vil bli mulig å trygt bruke alle karbon-

eller hydrokarboninneholdende materialer inkludert farlig avfallsmateriale siden alle farlige forbindelser blir fullt dekomponert ved varmebehandling og kondensert til lavmolekylære forbrenningsprodukter.

Den oppfinneriske kombinasjon av en gassifiserer som produserer rå syngass fra

biomasse og / eller avfallsmaterialer, oppvarming av rå syngass til minst ca 1250 °C i et miljø med en oksidasjonsgrad i området 0,2 <C02/ (CO + CO2) < 0,4, fjerning av uorganiske forbindelser fra varmebehandlet syngass, og deretter foredling av syngass før den går inn i en Fischer-Tropschsyntese, gir en sikker og kostnadseffektiv produksjonsmetode for biobrensel fra et hvilket som helst hydrokarbon og karboninneholdende materiale som kommunalt avfall, fraksjoner av industrielt avfall,

avfall fra næringsmiddelindustrien, avfall fra landbruk, fisk prosessindustrien, biomasse fra skogbruk etc. Disse avfallsmaterialekildene utgjør en billig og rikelig kilde som tillater storskalaproduksjon av biobrensel og samtidig reduksjon av avfallsproblemer.

Varmebehandlet syngass forlater varmebehandlingen med en temperatur i

størrelsesorden 1000-1500 °C og bør være kjølt ned til ca 100-200 °C før rengjøring.

Dette varmeuttrekk kan utnyttes i en dampturbin for å produsere mekanisk arbeid eller elektrisitet.

Utføringseksempel

Oppfinnelsen vil bli verifisert og beskrevet i nærmere detalj ved å gi et eksempel på en utførelsesform av fremgangsmåten utført i henhold til oppfinnelsen. Denne utførelsesform bør ikke anses som en begrensning av den generelle oppfinneriske ideen om dekomponering og påfølgende kondensering for å konvertere alle organiske inkludert haloorganiske forbindelser i syngass til lavmolekylære anaerobe forbrenningsprodukter. Enhver kombinasjon av gassifiserer, varmebehandlingsenhet i stand til å varme opp rå syngass til minst 1250 °C og deretter raskt kondensere den atomiserte gass / plasmagassen til lavmolekylære anaerobe forbrenningsprodukter, og Fischer-Tropschreaktoren er innenfor den oppfinneriske ide.

Gassifisereren er i henhold til eksempelet utførelsesform av oppfinnelsen er en mot motstrømssjakt som vist i figur 1. Denne gassifisereren 1 omfatter en avfall/biomasse sluse 10 med et toports slusesystem for introduksjon av avfall/biomasse 2 i øvre region 4

av gassifisereren 1. Der vil temperaturen typisk være i størrelsesorden 200 - 500 °C, slik at alle flyktige organiske materialer og vann blir fordampet. Gassifisereren er forseglet mot omliggende atmosfære, og innføring av frisk luft er kontrollert for å gi et oksygenunderskudd i gassifisereren. Således, samtidig som avfall/biomasse 2 drives ned i bulksone 5 av gassifisereren 1, varmes den opp under reduserende atmosfære og blir gradvis forvandlet til et lavklasse trekull som inneholder uorganisk materiale. I tilfelle bruk av avfallsmaterialer, kan disse uorganiske materialene for eksempel være glass,

metall og mineraler, og kan som regel inneholde rundt 15 til 30 % fikskarbon. Fikskarbon betyr karbon som ikke fordamper i gassifisereren men fortsatt er med ned gjennom karboniseringssonen. Hvis fikskarbon i avfallet blir for lav, bør man mate gassifisereren med biomasse eller en annen karbonkilde for å gi den nødvendige temperaturen i bunnen av gassifisereren.

Trekullet synkende fra karboniseringssonen 5 og inn til partiell oksidering og vitrifiseringssonen 6 er gassifisert ved partiell forbrenning med forvarmet luft 3. Den partielle forbrenningen gir en temperatur på bunnen på 1450 - 1550 °C. Ved denne temperaturen smelter det uorganiske materialet til et slagg og en metallegering 8 som akkumulerer i den laveste delen 7 av gassifisereren 1. Den akkumulerte flytende slagg/- metallegering 8 bør tappes av ved bestemte intervaller. Normalt vil avfallsmaterialer inneholde nok silisium til å gi et glassaktig og lekkasjebestandig slagg. Ellers bør silisium i form av glassinneholdende avfall eller et silisiuminneholdende mineral adderes.

Uorganisk materiale i avfalls/biomassen smelter i gassifisereren og opptrer på følgende måte: verdifulle metaller som gull, sølv, kobber, platina, palladium etc., danner en metallegering som kan raffineres i en kobbersmelter. Metall med høyere affinitet til oksygen enn jern (som Al, Ti, Mg og Ca) oksiderer og løses i slagget. Slagget oppfyller kravene til å bli brukt som konstruksjonsmateriale. Deler av jernet vil bli løst i slagget som jernoksid og deler av det vil bli løst i metallegeringen. Ved å legge til kull og kalkstein til ladningen vil mer jern bli redusert og løst i metall. Flyktige metaller som sink, bly, kadmium og kvikksølv er fordampet, og forlater gassifisereren som en del av pyrolysegassen. Disse metallene/metalloksidene må fjernes fra syngassen før oppføring i Fischer-Tropschsyntesen. Dette kan oppnås ved syreskrubbing, sykloner, filtrering eller andre konvensjonelle teknikker kjent for å fjerne faste partikler av metall/metalloksider fra en gasstrøm.

Temperaturen til tappet slagg og metall 8 er 1450 - 1550 °C, og under lagring og kjøling skilles metall og slagg på grunn av forskjellen i spesifikk vekt. Frysepunktet er rundt 800 - 1000 °C. Etter omtrent en time har slagget på toppen frosset og øsen blir transportert til et eget sted for lagring og kjøling. Tjuefire timer etter tapping tiltes øsen rundt og slagg og metall faller fra hverandre på grunn av forskjellig termisk utvidelse. Øsene har konet form slik metall og slagg faller lett ut. Slagget er lekkasjemotstands-dyktig og godkjent for bruk som fyllmateriale.

Av sikkerhetsmessige grunner er gassifisereren utstyrt med en bruddplate som sprekker hvis trykket i gassifisereren overstiger 1,5 bar (a), slik at trykket letter. Ved trykkfall vil partiklene fra gassifisereren passere en trykkfallstank og bli fanget.

De små mengder gass som lekker gjennom det låste traktsystemet kan suges av og gjenvinnes sammen med sekundærluft til plasmageneratoren, og dermed unngå utslipp til miljøet.

En egnet varmekilde for denne oppfinnelsen er en lysbueutladningsreaktor som kan varme en gasstrøm som entrer utladningssonen til mange tusen grader. En plasmaflamme har også den fordelen at varmeenergien kommer fra elektrisk energi, som gir muligheten for atomisering av gassforbindelser i et miljø fullt beskyttet fra den omkringliggende atmosfæren og eliminerer behovet for innføring av brensel eller andre former for kjemiske energibærere for å gi den nødvendige varme. Denne funksjonen gir plasmareaktoren muligheten for å holde en utmerket kontroll med støkiometriforholdene i reaksjonssonen (plasma/atomisert gass-sonen) og påfølgende kondenseringssonen hvor varmebehandlet biosyngass er dannet.

Gassifisert fast biomasse/avfallsmaterialer 9 fra gassifisereren 1 blir injisert i sone 14 der den blir blandet med en luftstrøm sluppet ut fra en plasmaflamme 13 som vist i figur 2. Biomasse/avfall i form av gass eller væske inn i luftstrømmen i den buede utladningssonen 14. Plasmaflammen 13 gir en luftstrøm med høy hastighet og temperatur (600 - 800 m / s og 3000 - 5000 °C). Luftstrømmen gir den nødvendige høye temperatur og enorm dynamisk kraft til å dekomponere alle hydrokarbonene - selv halogenholdige hydrokarboner som PAH, furaner, og dioksiner. Plasmareaktoren gir mulighet til å disponere eventuelle væske eller gass avfall/biomassematerialer ved å introdusere dem direkte inn i en buet utladningssone 14. Dette er illustrert ved referansenummer 12 på figur 2. Det kan også være injisert frisk luft 11 i den buede utladningssonen 14 for å opprettholde graden av oksidasjon innenfor 0.2 <CC<2 / (CO + CO2) <0,4. Nedbrytning av praktisk talt alle større molekyler sikres ved å injisere plasmagassstrømmen utgående sone 14 til en dekomponeringsreaktor 15 der gassen vanligvis oppholdes rundt 2 sekunder, og temperaturen er opprettholdt på om lag 1250 °C. Deretter er avfalls/biomassematerialet fullstendig konvertert til et varmebehandlet syngass 16 utgående fra dekomponeringsreaktoren 15.

Innholdet av CO og CO2i varmebehandlet syngass blir kontinuerlig registrert og kontrollert av regulerringen av friskluftinjeksjon 11 for å opprettholde følgende krav: 0,2 <C02/ (C02+ CO) <0,4. Hvis oksidasjonsforholdet blir lavere enn 0,1, kan HCN bli dannet og hvis oksidasjonsforholdet overstiger 0,5, oppstår dannelse av NOx. Det er enkelt å operere prosessen mellom 0,2 og 0,4.

Varmebehandlet syngass 16 har en temperatur på om lag 1250 °C når den forlater dekomponeringsreaktoren 15. Denne temperaturen skal senkes til 150 °C før rensing av syngass. Den uttatte varmen bør fortrinnsvis benyttes til produksjon av elektrisk energi, ved for eksempel en dampturbindrevet generator.

Gassrensesystemet kan være utformet på forskjellige måter. De to viktigste alternativene er en våt eller et kombinert tørr- og våtsystem.

Et våtgassrensesystem kan inneholde følgende hovedområder; ett vannbasert støv og syrekomponentfjerningssystem, en totrinns skrubber (two-stage scrubber) som nedkjøler gassen og viderebehandler syrekomponentene inkludert svovel samt en våt elektrostatisk presipitator. ■ ■

Et kombinert tørr og våtsystem skal inneholde følgende hovedområder; en filterpose som fanger støvet, vannfjerningspresipitering av syrekomponenter og totrinns nedkjøling av gassen og behandling (polishing) av syrekomponenter inkludert svovel.

Hvis avfallet inneholder kvikksølv kan det være nødvendig å ha et aktivert karbonfilter på slutten av gassrensesystemet.

Den oppfinneriske prosessen dekomponerer klorinerte og halogenholdige hydrokarboner og dioksin, slik at ingen spesiell rengjøring systemer for å fange opp disse elementene må være inkludert. Den plasmadrevede dekomponeringsreaktoren dekomponerer alle tjærekomponenter som er den viktigste utfordringen til alle gassifiseringsprosesser. NOx-innholdet i brenngassen er mindre enn 30 ppm.

Kondisjoneringen av varmebehandlet syngass og følgende Fischer-Tropschanalysen er konvensjonell teknologi kjent for en fagmann på området. Enhver prosess som kan kondisjonere en syngass for å møte kravene i Fischer-Tropschsyntese kan brukes. Det samme gjelder for en hver konvensjonell Fischer-Tropschreaktor og prosess.

Claims

1. Fremgangsmåte for produksjon av biodrivstoff fra avfall og/eller biomasse,karakterisert vedat den omfatter: - gassifisering av avfallet/biomassen i anaerobe betingelser for å produsere en rå biosyngass, - injisere den rå biosyngassen inn i en luftstrøm fra en utladningssone til en lysbue med hastighet 600 - 800 m/s og temperatur 3000 - 5000 °C, for deretter å entre en dekomponeringsreaktor hvor temperaturen er i området 1200 - 1300 °C for ca 2 sekunder i et miljø med en oksidasjonsgrad som holdes innen 0.2 < CCVCCO+CCb) < 0.4, og på den måte danne en varmebehandlet biosyngass, - eksponere den varmebehandlede biosyngass for rensetrinn som fjerner elementer/forbindelser som er giftige for katalysatorene til Fischer-Tropsch syntesen til nivåer som er akseptable for katalysatorene til Fischer-Tropsch syntesen, og - passere den rensede varmebehandlede biosyngass gjennom en Fischer-Tropsch syntese for produksjon av biodrivstoff.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat de giftige forbindelser er uorganiske forbindelser.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert vedat de giftige forbindelser er en eller flere av følgende: sammensetninger som inneholder alkalisk jordmetaller, svovel, halogener og nitrogen.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat varmebehandlingen er gjort ved å injisere den rå biosyngassen til en plasmareaktor oppvarmet av en plasmagenerator.

5. Fremgangsmåte i henhold til noen krav av de foregående krav, karakterisert vedat varmebehandlet biosyngass er behandlet ved å justere EfoCO forholdet ved en vannskitfreaksjon som konverterer CO i syngassen til CO2og H2ved å reagere CO med vann, før entring i Fischer-Tropschsyntesen.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert vedat kondisjoneringen av varmebehandlet biosyngass omfatter også fjerning av minst en del av CO2i biosyngassen.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert vedat kondisjoneringen av varmebehandlet biosyngass også omfatter fjerning av minst en del av N2i biosyngassen.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat gassifisereren er matet med biomasse.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert vedat biomassen består av biomasse som inneholder cellulose.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat gassifisereren er matet med avfall.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert vedat avfallet består av én eller flere av følgende materiale; kommunalt avfall, industrielle avfallsfraksjoner, avfall fra næringsmiddelindustrien, og avfall fra jordbruk og / eller fiskeprosesseringsindustrien.

12. Innretning for produksjon av biodrivstoff fra avfall og/eller biomasse,karakterisert vedat innretningen omfatter: - en gassifiserer 1 som danner en rå biosyngass 9 fra avfall/biomasse 2, - en dekomponeringsreaktor 15 for atomisering og deretter kondensering av den rå biosyngassen 9, som danner en varmebehandlet biosyngass 16, - rensetiltak for fjerning av elementer/forbindelser som er skadelige for katalysatorene under Fischer-Tropschsyntesen til et tolererbart nivå for katalysatorene i Fischer-Tropschsyntesen og - en Fischer-Tropschsyntesereaktor for produksjon av biobrensel fra rengjort og varmebehandlet biosyngass.

13. Innretning i henhold til krav 12, karakterisert vedat rensetiltakene er rettet mot å fjerne ett eller flere av følgende: sammensetninger som inneholder alkaliske jordmetaller, svovel, halogener og nitrogen.

14. Innretning i henhold til krav 12 eller 13, karakterisert vedat gassifisereren 1 er en mot motstrømssjaktgassifiserer som omfatter: - et avfall/biomasseinnløp 10 med en toports slusesystem for introduksjon av avfall/biomasse 2 i øvre region 4 av gassifisereren 1, - en karboniseringssone 5, - en partiell oksiderings- og vitrifiseringssone 6, - et innløp 3 til injeksjon av forvarmet luft ved den partielle oksidasjons- og vitrifiseringssonen 6, - en slagg- og metallegering akkumuleringsseksjon 7, - midler 8 for tapping og oppsamling av flytende slagg og metallegering, og - midler for regulering av friskluftinjeksjon for å opprettholde en temperatur på 1450 - 1550°C i slagg- og metallegering akkumuleringsseksjonen 7 og en oksidasjonsgrad i gassifisereren innen 0,2 < C02/(CO + C02) < 0,4.

15. Innretning i henhold til krav 14, karakterisert vedat dekomponeringsreaktoren 15 omfatter en plasmaflamme 13 som gir en lysbueutladningssone 14 der friskluft 11 og rå biosyngass 9 injiseres, og at gassen deretter flyter inn i et dekomponeringskammer med et utløp for varmebehandlet syngass 16.

16. Innretning i henhold til krav 15, karakterisert vedat en plasmaflamme gir en luftstrøm med flythastighet 600 - 800 m/s og en temperatur på 3000 - 5000 °C injisert i en utslippssonen og at dekomponeringsreaktoren er gitt et volum som sikrer en residenstid på om lag 2 sekunder ved en temperatur på 1200 - 1300 °C før den slipper ut som varmebehandlet syngass 16.

17. Innretning i henhold til krav 15, karakterisert vedat dekomponeringsreaktoren 15 er utstyrt med midler for regulering av injeksjon av friskluft 11 slik at oksidasjonsgraden holdes innenfor

18, Innretning i henhold til krav 13, karakterisert vedat dekomponeringsreaktoren 15 omfatter midler for å sprøyte flytende og/eller gassformet avfall 12 i lysbueutladningssonen 14.