NO332914B1

NO332914B1 - Fremgangsmate og innretning for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler

Info

Publication number: NO332914B1
Application number: NO20030106A
Authority: NO
Inventors: Wolfgang Krumm; Guenter Funk; Stefan Hamel; Christian Mertens
Original assignee: Herhof Umwelttechnik Gmbh
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2013-02-04
Also published as: PL359489A1; NO20030106L; DK1299502T3; US8128716B2; PT1299502E; CZ200322A3; ES2394079T3; EP1299502B1; JP2004502544A; CA2415457A1; AU6758201A; NO20030106D0; US20030140559A1; CA2415457C; DE10033453B4; EP1299502A1; PL197047B1; ZA200300245B; WO2002004574A1; AU2001267582B2

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler. De organiske bestanddelene (4) eller stoffblandingene som inneholder organiske bestanddeler bringes i kontakt med et varmeledende medium, fortrinnsvis aske (5) fra en forbrenningsreaktor (2) og pyrolyseres i en pyrolysereaktor (1), fortrinnsvis en sjaktreaktor. Pyrolysekoksen (10) som oppstår som et resultat av pyrolysen forbrennes i en forbrenningsreaktor (2), fortrinnsvis en virvelsjiktreaktor, under tilsetning av luft (11). For å forbedre den ovennevnte fremgangsmåte, renses rågassen (6) som dannes under pyrolysen, i en spaltningsreaktor (3), fortrinnsvis ved hjelp av en katalysator.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, og en innretning for utførelse av en slik fremgangsmåte.

Stoffblandingene vedrører spesielt husholdningsavfall, eller avfall av lignende type som husholdningsavfall, som er utvunnet fra husholdningsavfall eller avfall av en lignende type som husholdningsavfall.

Fremgangsmåter og innretninger for pyrolyse og forgasning av organiske bestanddeler er allerede kjent. DE-PS 197 55 693 omtaler en fremgangsmåte for forgasning av organiske bestanddeler hvor de organiske bestanddelene innføres i en pyrolysereaktor hvor de bringes i kontakt med et varmeledende medium, hvorved pyrolyse foregår. Pyrolysereaktoren er en reaktor med bevegelig sjikt eller en roterende trommel. Produktene fra pyrolysen består av pyrolysegasser med kondenserbare bestanddeler og en fast rest som inneholder karbon. Den faste resten som inneholder karbon og det varmeledende medium ledes til en forbrenningsprosess, hvor resten som inneholder karbon forbrennes og hvor det varmeledende medium oppvarmes og ledes tilbake til pyrolysereaktoren. Pyrolysegassene som inneholder tjære oppvarmes deretter i en annen reaksjonssone på en slik måte at det oppnås en renset syntesegass med høy varmeproduserende verdi. Dette foregår ved at pyrolysegassene som inneholder tjære ledes inn i en sekundær varmeveksler, hvor de reagerer med en reaksjonspartner, som f.eks. vanndamp. Avgassene etter forbrenningen ledes gjennom den sekundære varmeveksleren på en slik måte at deres varmeenergi utnyttes i reaksjonen mellom pyrolysegassene og reaksjonspartneren. Asken av den faste resten som inneholder karbon og asken fra det varmeledende medium, som dannes under forbrenningen, ledes tilbake til pyrolysereaktoren gjennom samme åpning som de organiske bestanddeler innføres.

Den ikke tidligere publiserte patentpublikasjonen 199 30 071.2, med eldre prioritet, vedrører en fremgangsmåte og en innretning for pyrolyse og forgasning av organiske bestanddeler, hvor de organiske bestanddelene innføres i en tørke- og pyrolysereaktor, hvor de bringes i kontakt med virvelsjiktmaterialet i et forbrennende virvelsjikt, hvorved en tørke- og pyrolyseprosess finner sted, hvor de organiske bestanddeler omdannes til vanndamp og produkter fra tørkingen og pyrolysen. Pyrolyseproduktene består av gass med kondenserbare forbindelser og en fast rest som inneholder karbon. Den faste resten som inneholder karbon ledes tilbake til det forbrennende virvelsjikt, dersom det er formålstjenelig sammen med deler av vanndampen og pyrolysegassene med kondenserbare stoffer og virvelsjiktmateriale, hvoretter resten etter de organiske bestanddelene, som inneholder karbon, forbrennes, og virvelsjiktmaterialet oppvarmes og ledes tilbake til pyrolysereaktoren. Vanndampen fra tørkeprosessen og pyrolysegassene som inneholder kondenserbare forbindelser behandles deretter i en annen reaksjonssone på en slik måte at det dannes en gass med høy varmeverdi. Det forbrennende virvelsjikt hvor pyrolyseresten forbrennes, drives som et stasjonært virvelsjikt. Pyrolysegassene ledes inn i en sekundær varmeveksler, hvor de, dersom det er formålstjenelig, reagerer med en reaksjonspartner som f.eks. vanndamp, oksygen, luft, eller en blanding derav. Avgassene etter forbrenningen bringes i kontakt med den sekundære varmeveksleren på en slik måte at deres varmeenergi utnyttes i reaksjonen mellom pyrolysegassene og reaksjonspartneren.

I den kjente fremgangsmåten i samsvar med DE-PS 197 55 693, og også i fremgangsmåten i samsvar til den tyske patentpublikasjonen 199 30 071.2, med eldre prioritet, anvendes det i begge tilfeller en sekundær varmeveksler, som varmen fra avgassene etter forbrenningen ledes til og pyrolysegassene ledes gjennom. Denne fremgangsmåten og innretningen som kreves for å utføre denne fremgangsmåten, er imidlertid beheftet med ulemper.

Oppfinnelsens oppgave er å fremskaffe en forbedret fremgangsmåte for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, og en forbedret innretning for utførelse av en slik fremgangsmåte.

Problemet med en fremgangsmåte av denne type, løses ved hjelp av trekkene i krav 1. En innretning i samsvar med oppfinnelsen er formålet med krav 27. Andre utførelses-former av fremgangsmåten og innretningen i samsvar med oppfinnelsen er beskrevet i underkravene.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, hvor

de organiske bestanddelene, hhv. stoffblandingen som inneholder organiske bestanddeler bringes i kontakt med et varmebærermedium fira en forbrenningsvirvelsjiktreaktor i en pyrolysereaktor og pyrolyseres,

hvorved det faste stoffet, nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra pyrolysereaktoren tilføres til en spaltningsreaktor, hvori den ved pyrolysen oppnådde rågassen renses,

og hvorved faststoffet, nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra spaltningsreaktoren føres inn i forebrenningsvirvelsjiktreaktoren og forbrennes under lufttilførsel og hvorved varmebærermediet består av asken fra forbrenningsreaktoren.

I fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen, bringes følgelig de organiske bestanddeler eller stoffblanding som inneholder organiske bestanddeler, i kontakt med et varmeledende medium fra en forbrenningsreaktor, i en pyrolysereaktor og pyrolyseres. Pyrolysereaktoren er fortrinnsvis en sjiktreaktor. Som forbrenningsreaktor anvendes fortrinnsvis en virvelsjiktreaktor. Varmeledende medium er asken fra forbrenningsreaktoren. Det er en fordel om de organiske bestanddeler bringes i kontakt med det varmeledende medium på en slik måte at de blandes med hverandre. De organiske bestanddeler og det varmeledende medium bringes i kontakt med hverandre i pyrolysereaktoren, og blandes deretter, tørkes og pyrolyseres. Pyrolysekoksen som dannes under pyrolysen forbrennes i forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren.

I samsvar med oppfinnelsen, renses rågassen som dannes under pyrolysen, i en spaltningsreaktor. Denne rensingen foregår fortrinnsvis ved bruk av en katalysator som er til stede i spaltningsreaktoren. Denne rensingen eller katalytiske rensingen foregår fortrinnsvis under tilsetning av vanndamp.

Ved bruk av fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen, er det ikke lenger behov for en varmeledende innretning eller varmeveksler hvor pyrolysegassene og varmen fra forbrenningsreaktoren skal ledes.

Fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er spesielt velegnet for pyrolyse og forgasning av en stoffblanding som er utvunnet fra husholdningsavfall eller avfall av lignende type som husholdningsavfall. Dette gjelder fortrinnsvis en stoffblanding som er utvunnet fra husholdningsavfall eller avfall av lignende type som husholdningsavfall i samsvar med følgende fremgangsmåte. Husholdningsavfallet eller avfallet av lignende type som hos husholdningsavfall blir, etter behov, først underkastet en innledende bearbeiding, spesielt oppdeling i småbiter. Det blir deretter kompostert i lukkede beholdere med ekstra ventilering, hvorved de organiske bestanddeler nedbrytes. Etter en fast tid, f.eks. 7 dager etter dette vil vanligvis de lett nedbrytbare bestanddeler være i stor grad, eller fullstendig nedbrutt -komposteringsprosessen stoppes da ved hjelp av tørking. Materialet tørkes til et fuktighetsinnhold på maksimum 15%. Det kan deretter, om ønskelig, utsettes for ytterligere bearbeiding. Et slikt materiale er kommersielt til-gjengelig under navnet Trockenstabilat®.

Pyrolysekoksen fra pyrolysereaktoren anvendes fortrinnsvis som katalysator for rågassen. På denne måten utnyttes pyrolysekoksens katalytiske effekt. Som katalysator for rågassen, kan pyrolysekoksen anvendes alene eller sammen med en eller flere andre katalysatorer.

En annen fordelaktig utførelsesform erkarakterisert vedat en fin fraksjon siktes fra de organiske bestanddelene før pyrolysen. Den fine fraksjonen kan også frasepareres på en annen måte. Fortrinnsvis ledes den fine fraksjonen som er frasiktet eller fraseparert på en annen måte, til forbrenningsreaktoren. Ved bearbeiding av Trockenstabilat® er det spesielt fordelaktig å sikte eller på annen måte separere og/eller lede den fine fraksjonen til forbrenningsreaktoren. Siden den fine fraksjonen av Trockenstabilat® inneholder en betydelig mengde av inerte forbindelser (aske) og forurensende stoff, blir disse fortrinnsvis frasiktet eller på en annen måte fraseparert. Det er ytterligere en fordel å lede det direkte til virvelsjiktreaktoren for ytterligere behandling. Fordelen kan følgelig oppnås ved å lede utgangsmaterialets (Trockenstabilat®) forurensende forbindelser, via virvelsjiktreaktoren, direkte til rense/røkgass-systemet, dvs. utenom sjiktreaktoren og spaltningsreaktoren. Røkgassrensingen utføres i samsvar med de gjeldende miljøvernlover, i Tyskland vil det si i samsvar med 17"<1>Federal Immission Protection Decree (BlmSchV). Dette forhindrer utslipp av forurensende stoffer til omgivelsene. Det faktum at varmeverdien til den grove fraksjonen økes i forhold til utgangsmate-rialet, er en ytterligere fordel siden den fine fraksjonen av Trockenstabilat® har et høyere innhold av inerte forbindelser (aske).

Under rensingen eller den katalytiske rensingen av rågassen, kan en syntesegass ("forbrenningsgass") produseres. Syntesegassens energi utnyttes fortrinnsvis i en gassturbin eller en annen varmemaskin. Det er en fordel om avgassen fra energiutnyttelsesprosessen eller gassturbinen eller en annen varmemaskin ledes til forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren. Det kan også tilføres luft til forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren i tillegg til disse avgassene. Det er imidlertid også mulig å ikke drive forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren med luft, men kun med avgassene fra turbinen eller den andre varmemaskinen. Dette er mulig fordi avgassene fira gassturbinen eller den andre varmemaskinen, fremdeles har et tilstrekkelig oksygeninnhold, som kan være rundt 17%. Dette gjør en spesielt god energiutnyttelse mulig.

I samsvar med en ytterligere fordelaktig utførelsesform, kjøles og/eller renses syntesegassen før den anvendes i gassturbinen eller en annen varmemaskins forbrenningskammer. Kjølingen og/eller rensingen foregår fortrinnsvis i en quench. Spillvannet fra kjølingen og/eller rensingen avdampes fortrinnsvis, fordelaktig i en tørkeanordning. Resten fra avdampingen (den forrykkede eller konsentrerte rest) ledes fortrinnsvis til forbrenningsreaktoren.

En ytterligere fordelaktig utførelsesform er kjennetegnet ved at en syntesegass dannes ved hjelp av rensingen eller den katalytiske rensingen av rågassen. Hydrogen separeres fortrinnsvis fra syntesegassen. Den utarmede gassen som gjenstår etter hydrogenseparasjonen ledes fortrinnsvis til forbrenningsreaktoren, og kan varmeutnyttes der.

Det er en fordel om forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren drives i en to-trinns-prosess. Dette kan oppnås spesielt ved at mindre luft innføres i den nedre ende av forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren, enn det som er nødvendig for en støkiometrisk forbrenning. Som et resultat av dette, vil asken som ledes til pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren fremdeles inneholde koks, og vil derfor ha en katalytisk effekt i den øvre del av pyrolysereaktoren (sjaktreaktoren, avgasser). For å oppnå fullstendig forbrenning og for å kunne slippe renset avgass ut i omgivelsene, tilsettes ekstra luft i overkant av systemet som leder aske ut av forbrenningsreaktoren.

En ytterligere fordelaktig utførelsesform er kjennetegnet ved at en sone av pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren anvendes som spaltningsreaktor. Dette kan oppnås ved at pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren og spaltningsreaktoren er konstruert som en "pyrolyse-spaltningsreaktor"-komponent, slik at en sone av pyrolysereaktoren anvendes som en katalytisk omformer (fig. 6). Det kan videre oppnås ved at spaltningsreaktoren plasseres over pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren, eller ved at spaltningsreaktoren plasseres i den øvre del av pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren (fig. 10).

En ytterligere fordelaktig utførelsesform er kjennetegnet ved at rågassen som er renset i spaltningsreaktoren, renses ytterligere i en annen reaktor som inneholder katalysator (fig. 7) eller ved at spaltningsreaktoren er konstruert som en reaktor som inneholder en katalysator. Katalysatoren i den andre reaktoren kan bestå av en eller flere metallforbindelser (permanent katalysator). Når gassen kommer ut av spaltningsreaktoren, ledes den til den andre reaktoren. Spaltningsreaktoren fungerer i dette tilfellet som en innledende reaktor. I dette tilfellet er ikke spaltningsreaktoren en absolutt nødvendighet. Det er også mulig ikke å anvende en spaltningsreaktor, slik at den andre reaktoren med katalysator i dette tilfellet fungere som spaltningsreaktor for katalytisk rensing av rågassen som dannes under pyrolysen.

Det er en særlig fordel om rågassen som er renset i spaltningsreaktoren, renses ytterligere i en annen reaktor som inneholder katalysator, dvs. at ytterligere en katalytisk omformer som inneholder katalysator, er til stede i tillegg til den første reaktoren som inneholder katalysator. I en slik situasjon er det en spesiell fordel at den første og den andre reaktor aktiveres vekselvis. Den første og den andre reaktor drives derfor på en slik måte at de er vekselvis aktive. Som et resultat på dette, er en ytterligere fordelaktig utførelsesform mulig, hvor den første og den andre reaktor kan regenereres vekselvis, mens den andre reaktoren er aktivert. Regenereringen utføres fortrinnsvis ved hjelp av varm avgass fra forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren. Når det anvendes både den første og andre reaktor, er det også mulig å greie seg uten spaltningsreaktoren. Den første og den andre reaktor fungerer da som spaltningsreaktorer for den katalytiske rensingen av rågassen som dannes under pyrolysen.

En ytterligere fordelaktig utførelsesform er kjennetegnet ved at katalysatoren tilsettes sammen med det varmeledende medium, eller at katalysatoren er effektiv sammen med det varmeledende medium. Som allerede beskrevet, kan pyrolysekoksen fra pyrolysereaktoren anvendes som katalysator for rågassen. Ved dette utnyttes den katalytiske effekt til pyrolysekoksen som produseres i pyrolysereaktoren eller sjaktreaktor. For å oppnå dette, er spaltningsreaktoren integrert i strømmen av faststoff fra pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren til forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren. Med tanke på temperaturen er det imidlertid ønskelig med en bearbeiding av gassen, dvs. en katalytisk rensing av rågassen, i det området av pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren som asken fira forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren ledes, siden det er der asken (varmledende medium, virvelsjiktmateriale) har høyest temperatur.

For å oppnå dette, blir fremgangsmåten fortrinnsvis utført på en slik måte at katalysatoren tilsettes sammen med det varmeledende medium (aske) og at katalysatoren blir virksom sammen med det varmeledende medium (aske). For eksempel kan katalysatoren tilsettes til den øvre del av pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren. Dette kan skje samtidig ved tilsetning av asken. Katalysatoren kan imidlertid også tilsettes på andre måter. I tillegg kan katalysatoren være til stede i en spaltningsreaktor som asken ledes til.

Det er mulig å anvende en permanent katalysator, slik som et metalloksid. Hvis det brukes en permanent katalysator, frembringes en sirkelbevegelse gjennom forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren, hvorved den termiske rensing av katalysatoren foregår under forbrenningen. Det er imidlertid også mulig å bruk en spillkatalysator, som koks eller kull.

Innretningen i samsvar med oppfinnelsen for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, som er særlig velegnet for utførelse av fremgangsmåten, omfatter en pyrolysereaktor, fortrinnsvis en sjaktreaktor, hvor det kan innføres organiske bestanddeler eller stoffblandingen som inneholder organiske bestanddeler, fortrinnsvis Trockenstabilat® og et varmeledende medium, og en forbrenningsreaktor, fortrinnsvis en virvelsjiktreaktor, for forbrenning av pyrolysekoksen fra pyrolysereaktoren eller sjaktreaktoren og for produksjon av det varmeledende medium. Som varmeledende medium brukes asken fra forbrenningsreaktoren. I samsvar med oppfinnelsen er det sørget for en spaltningsreaktor for å rense rågassen som dannes ved pyrolysen. Fortrinnsvis anvendes en katalysator i spaltningsreaktoren.

Nærmere bestemt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse også en innretning for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, spesielt for utførelse av den ovenfor omtalte fremgangsmåten,

med en pyrolysereaktor, fortrinnsvis en sjaktreaktor, en forbrenningsvirvelsjiktreaktor og en spaltningsreaktor,

hvor de organiske bestanddelene, hhv. stoffblandingen som inneholder organiske bestanddeler, og et varmebærermedium fra forbrenningsvirvelsjiktreaktoren kan tilføres til pyrolysereaktoren,

hvor det faste stoffet, nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra pyrolysereaktoren og den ved pyrolysen oppnådde rågassen kan tilføres til spaltningsreaktoren,

og hvor det faste stoffet, nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra spaltningsreaktoren kan bringes inn i forbrenningsvirvelsjiktreaktoren og er forbrennbart under lufttilførsel, hvorved varmebærermediet består av asken fra forbrenningsreaktoren.

Fordelaktige utførelsesformer er beskrevet i underkravene.

Ved hjelp av oppfinnelsen, er en fremgangsmåte og en innretning tilveiebrakt hvor det kan fremstilles rågass av brensel med høyt innhold av aske og flyktige bestanddeler, dette har stor betydning siden dette er velegnet for bruk både i gassturbinprosesser og forbrenningsmotorer så vel som i resirkulering av fast materiale. Ved dette oppnås følgende mål; det er ikke nødvendig å bruke teknisk oksygen og pyrolysegassen kommer ikke i kontakt med inerte gasser. Oppfinnelsen er spesielt velegnet for bearbeiding av Trockenstabilat®. Det antas at den fine fraksjon av Trockenstabilator® på den ene side har et gjennomsnittlig innhold av forurensende stoffer, og på den annen side har et høyt innhold av inerte forbindelser (ca. 50 vekt-%); dvs. at bidraget av den fine fraksjon til den høyverdige gassen er lavt, og kostnadene og kraftforbruket ved rensingen av pyrolysegassen blir relativt lave. Det varmeledende medium fremstilles fra pyrolysekoksen ved forbrenning. I denne situasjonen, vil alt utgangsmateriale (organiske bestanddeler, spesielt Trockenstabilat®) passere sammen med den fine fraksjon fra pyrolysen, og utgjøre en ulempe for gassrensingen. Den fine fraksjon ledes fortrinnsvis direkte til forbrenning i forbrenningsreaktoren, det varmeledende medium dannes fra denne fine fraksjon og pyrolysekoksen. De flyktige bestanddeler av den fine fraksjon kan frasepareres i forbrenningsprosessen og frasiktes i rensingen av avgassen. Dette eliminerer risikoen for at den fine fraksjon skal forurense pyrolysegassen og man unngår at gassrensingsprosessen blir unødvendig kostbar og detaljert.

Pyrolysegassen eller syntesegassen som fremstilles under utførelse av oppfinnelsen, kan anvendes for material- og energiutnyttelse, spesielt for generering av elektrisitet, for generering av varme, for fremstilling av metanol, eller for fremstilling av hydrogen. Det er mulig å fremstille en hydrogenrik gass. Oppfinnelsen kan anvendes for generering av elektrisk strøm, spesielt i en gassturbin. Gassen fra gassturbinen kan brukes til forbrenningen og til fluidiseringen i virvelsjiktet i virvelsjiktreaktoren. Da må imidlertid systemet drives under trykk, eller en gassforbrenningskompressor må brukes. Tenningen i forbrenningsreaktoren eller virvelsjiktreaktoren forsyner pyrolysereaktoren med varme. I tillegg dannes det varmeledende medium, nemlig aske under prosessen, ved hjelp av virvelsjiktet. Dersom koks eller pyrolysekoks brukes som katalysator-materiale, kan også dette produseres under prosessen med avtrappende luftmating til virvelsjiktet. Det er mulig å foreta en sub-støkiometrisk forbrenning. Det er også mulig å foreta en påfølgende bearbeiding av pyrolysegassene i avgasseren (pyrolysereaktoren); både avgasningen og spaltningen kan følgelig foregå i en reaktor.

Utførelsesformer av oppfinnelsen er forklart mer detaljert nedenfor, på bakgrunn av de vedlagte tegninger. Tegningene viser: Fig. 1 En innretning for utførelse av fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, illustrert i et diagram. Fig. 2 Innretningen i samsvar med fig. 1, med en sikt for å frasikte en fin fraksjon.

Fig. 3 Innretningen i samsvar med fig. 1, med en gassturbin.

Fig. 4 Innretningen i samsvar med fig. 1, med en anordning for hydrogenseparering. Fig. 5 Innretningen i samsvar med fig. 1, hvor virvelsjiktreaktoren drives i en to-trinns-prosedyre, Fig. 6 Innretningen i samsvar med fig. 1, hvor sjaktreaktoren og spaltningsreaktoren

er konstruert som en "pyrolyse-spaltningsreaktor"-komponent.

Fig. 7 Innretningen i samsvar med fig. 1 med en annen reaktor som inneholder katalysator. Fig. 8 Utførelsesformen i samsvar med fig. 7 med ytterligere en reaktor som inneholder katalysator. Fig. 9 Utførelsesformen i samsvar med fig. 3 med en quench og en tørkeanordning, og Fig. 10 Ytterligere en utførelsesform, hvor katalysatoren tilsettes sammen med, eller blir virksom sammen med, det varmeledende medium.

Den grunnleggende oppbygningen vist i fig. 1 for utførelse av de grunnleggende prosesser består av en sjaktreaktor 1, en virvelsjiktreaktor 2, og en spaltningsreaktor 3. De organiske bestanddeler, fortrinnsvis Trockenstabilat® 4, og det varmeledende medium, nærmere bestemt aske 5 innføres i sjaktreaktoren 1 fra virvelsjiktreaktoren 2. Trockenstabilat® 4 som innføres i sjaktreaktoren 1, blandes der med den varme asken 5 fra virvelsjiktreaktoren 2. Trockenstabilat® oppvarmes og avgasses (pyrolyseres). En gass utvinnes, nemlig rågassen 6, så vel som et fast stoff 7, nemlig pyrolysekoks og aske. Rågassen 6 går ut av sjaktreaktoren 1 i øvre ende, og den faste rest 7 forlater sjaktreaktoren 1 i nedre ende. Rågassen 6 og faststoffet 7 ledes til spaltningsreaktoren 3. Siden faststoffet 7, nemlig pyrolysekoksen, virker som en katalysator for gassrensingen, ledes rågassen 6 inn i spaltningsreaktoren 3 gjennom faststoffet. Ved dette punktet tilsettes i tillegg vanndamp 6. Som et resultat dannes en katalysator-renset gass 9 (syntesegass, forbrenningsgass). Faststoffet 10 fra spaltningsreaktoren (pyrolysekoks og aske) innføres i virvelsjiktreaktoren 2, og forbrennes der med luft (11). Avgassen 12 fra virvelsjiktet av virvelsjiktreaktoren 2 renses. I tillegg kan aske 13 fjernes fra virvelsjiktreaktoren 2.

Ved omlegging av den grunnleggende prosessen vist i fig. 2, inkluderes en sikt 14, hvorved Trockenstabilat® 4 innføres. Den grove fraksjon 15 ledes inn i sjaktreaktoren 1. Den fine fraksjon 16 ledes til virvelsjiktreaktoren 2.

Ved omlegningen vist i fig. 3, produseres en forbrenningsgass 17, som ledes via en kompressor 18 til et blandekammer 19. Der blandes den komprimerte forbrenningsgass en med luft 20, som komprimeres av en kompressor 21. Blandingen 22 ledes til en gassturbin 23 og omdannes der til mekanisk energi. En del av den mekaniske energien fra gassturbinen 23 brukes til å drive luftkompressoren 21. Kompressoren 18 kan også drives med gassturbinen 23 (ikke vist på tegningen). Avgassen 24 fra gassturbinen ledes til virvelsjiktreaktoren 2. Gassen som produseres i spaltningsreaktoren 3, i utførelsesformen i samsvar med 3, anvendes som forbrenningsgass 17 i gassturbinprosessen. Virvelsjiktreaktoren 2 drives ikke med luft, men med avgassen 24 fra gassturbinen 23. Dette er mulig fordi avgassen 24 fra gassturbinen 23 fremdeles har et oksygeninnhold på ca. 17%.

Ved omleggingen vist i fig. 4, oppsettes en hydrogensepareirngsanordning 25, som syntesegassen 26 som er produsert i spaltningsreaktoren 27 ledes til. Det fraseparerte hydrogen 27 anvendes for andre formål. Den resterende, utarmede gass 28 med lav varmeproduserende verdi, ledes til virvelsjiktreaktoren 2 for termisk utnyttelse. For at ikke tjæren i syntesegassen 26 skal kondensere, skjer hydrogensepareringen ved høy temperatur. I hydrogensepareringen anvendes fortrinnsvis en membran eller en mem-branprosess eller et PSA-system.

I utførelsesformen vist i fig. 5, drives virvelsjiktreaktoren 2 i en to-trinns-prosess. I den nedre ende av virvelsjiktreaktoren 2 tilsettes mindre luft 11 enn det som er nødvendig for å oppnå en støkiometrisk forbrenningsprosess. Som et resultat av dette inneholder asken 5, som ledes til sjaktreaktoren 1, fremdeles koks, og har en katalytisk effekt i den øvre del av sjaktreaktoren (avgasser). Over ledeanordningen for asken 5 fra virvelsjiktreaktoren 2, tilsettes sekundær luft 29, i den hensikt å oppnå fullstendig forbrenning, og for at den rensede avgassen 12 skal slippes ut i det omkringliggende området.

I utførelsesformen som er vist i fig. 6, er sjaktreaktoren og spaltningsreaktoren konstruert som en komponent, nemlig som en pyrolyse-spaltningsreaktor 30.1 denne situasjonen blir en sone 31, nærmere bestemt den nedre sone av pyrolysereaktoren 1 anvendt som en katalytisk omformer.

I utførelsesformen vist i fig. 7, brukes det i tillegg til spaltningsreaktoren 3, en annen reaktor 32 som er utstyrt med en katalysatorfylling. Rågassen som er renset av katalysatoren i spaltningsreaktoren 3, blir ytterligere renset i den andre reaktoren 32. Vanndamp 8 ledes til spaltningsreaktoren 3 og den andre reaktoren 32. Straks gassen eller syntesegassen 9 kommer ut av spaltningsreaktoren 3, ledes den til den andre reaktoren 32, som er utstyrt med en katalysatorfylling. Denne katalysatorfyllingen består av en eller flere metallforbindelser (permanent katalysator). Spaltningsreaktoren 3 fungerer i dette tilfellet som en for-katalysator. I utførelsesformen i samsvar med fig. 7, vil det også være mulig å utelate spaltningsreaktoren 3.1 dette tilfellet vil den katalytiske rensingen av rågassen skje i reaktoren med katalysatorfylling.

Fig. 8 viser en ytterligere utgave av utførelsesformen i samsvar med fig. 7.1 denne utgaven, anvendes det ytterligere en reaktor med en katalysatorfylling i tillegg til reaktor 32. Syntesegassen 9 fra spaltningsreaktoren 3 ledes vekselvis til den første reaktor 32 og den andre reaktor 33. Reaktor 32, 33 er aktivert når syntesegassen 9 ledes dit, og samtidig tilsettes vanndamp 8. Den andre reaktor 33, 32 kan regenereres mens dette skjer. Avgassen 12 fira virvelsjiktreaktoren 2 anvendes for regenereringen. Avgassen 34 som kommer ut av reaktor 33, 32 kan ledes til et rensesystem for avgass.

I utførelsesformen i samsvar med fig. 8, er ikke spaltningsreaktoren 3 en absolutt nødvendighet. Dersom spaltningsreaktoren 3 utelates, vil dens funksjon utføres av reaktorene 32, 33 den av dem som er aktiv i det aktuelle øyeblikk.

Som vist i figur 8, blir gassen 9 som kommer ut av spaltningsreaktoren som i dette tilfellet ikke er absolutt nødvendig - ledet til en annen reaktor 32, som inneholder en katalysatorfylling. Denne katalysatorfyllingen består av, f.eks. en eller flere metallforbindelser (som i utførelsesformen i samsvar med fig 7). Katalysatorfyllingens effek-tivitet reduseres av bestanddeler i syntesegassen 9, som f.eks. støv, karbon, etc. På grunn av dette er en ytterligere reaktor 33 satt opp parallelt med reaktor 32, og mens reaktor 32 er i sin aktive periode, regenereres reaktor 33 med avgass 12 fra virvelsjiktreaktoren 2.1 denne situasjonen oppvarmes katalysatorfyllingen i reaktor 33 av varm avgass 12 og ved reaksjonene som foregår. Straks katalysatorfyllingen i reaktor 32 får dårligere effekt, ledes syntesegassen 9 gjennom katalysatorfyllingen til reaktor 33, og katalysatorfyllingen i reaktor 32 regenereres ved at det ledes gjennom den varm avgass 12 fra virvelsjiktreaktoren 2.

Fig. 9 viser en omlegging av utførelsesformen vist i fig. 3, hvor forbrenningsgassen 17 ledes gjennom en quench 35 før kompresjon 18. Før forbrenningsgassen 17 som skal til brennkammeret 19, komprimeres i en kompressor 18, kjøles og renses den i quench 35. Spillvannet 36 fra quenchen 35 ledes til en tørker 35, hvor det avdampes. Dampen fra tørkeren kondenseres, og kan slippes ut som spillvann 38 uten ytterligere rensing. Den forrykkede resten 39 fra tørkeren 37 inneholder alle de organiske bestanddeler. Den ledes til virvelsjiktreaktoren 2 og utsettes der for varmebehanding. Som et alternativ kan det totale spillvann 36 som oppstår i quenchen 35 utsettes for varmebehandling i virvelsjiktet eller virvelsjiktreaktoren 2 (i dette tilfellet ledes spillvannet 36 fra quenchen 35 direkte til virvelsjiktreaktoren 2) dvs. uten bruk av tørker 37, som spillvann 39; dette er ikke vist på tegningen).

I utførelsesformene vist i fig. 1 til 9, utnyttes den katalytiske effekten til pyrolysekoksen som produseres i sjaktreaktoren 1.1 disse utførelsesformene, plasseres spaltningsreaktoren 3 i strømmen av faststoffer fra sjaktreaktoren 1 til virvelsjiktreaktoren 2. Med tanke på temperaturen, vil gassbehandling være ønskelig i det området av sjaktreaktoren 1 hvor asken 5 ledes fra virvelsjiktreaktoren 2, siden det er her faststoffet (asken) har høyest temperatur.

For å oppnå dette, sørges det for tiltak for styring av prosessen i samsvar med fig. 10.1 dette tilfellet plasseres en katalysator 40 i den øvre del av sjaktreaktoren 1. Sjaktreaktoren og spaltningsreaktoren er også i dette tilfellet konstruert som en komponent, nemlig som en pyrolyse-spaltningsreaktor 30'. Katalysatoren 40 i den øvre del av sjaktreaktoren 1 behøver ikke nødvendigvis tilsettes med asken 5 fra virvelsjiktreaktoren 2, katalysatoren kan også tilsettes på andre måter. I tillegg kan katalysatoren være til stede i den øvre del av sjaktreaktoren 1, dvs. det området av pyrolyse-spaltningsreaktoren 30' som er angitt med tallet 41.1 utførelsesformen i samsvar med fig. 10, kan det anvendes en permanent katalysator, som et metalloksid. Det er imidlertid også mulig å anvende en spillkatalysator, slik som koks eller kull. Når det anvendes en permanent katalysator, dannes en sirkelbevegelse gjennom virvelsjiktreaktoren 2, hvorved den termiske rensingen av katalysatoren foregår under forbrenningen i virvelsjiktreaktoren 2. Spaltningsreaktoren er automatisk integrert i sjaktreaktoren 1, slik at den blir pyrolyse-spaltningsreaktoren 30'.

Claims

1. Fremgangsmåte for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, hvor de organiske bestanddelene (4) hhv. stoffblandingen som inneholder organiske bestanddeler bringes i kontakt med et varmebærermedium fra en forbrenningsvirvelsjiktreaktor (2) i en pyrolysereaktor (1) og pyrolyseres, hvorved det faste stoffet (7), nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra pyrolysereaktoren (1) tilføres til en spaltningsreaktor (3), hvori den ved pyrolysen oppnådde rågassen renses, og hvorved faststoffet (10), nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra spaltningsreaktoren (3) føres inn i forbrenningsvirvelsjiktreaktoren (2) og forbrennes under lufttilførsel (11) og hvorved varmebærermediet består av asken (5) fra forbrenningsreaktoren (2).

2. Fremgangsmåte for pyrolyse og forbrenning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, hvor de organiske bestanddelene (4) hhv. stoffblandingen som inneholder organiske bestanddeler bringes i kontakt med et varmebærermedium fira en spaltningsreaktor (41) i en pyrolysereaktor (1) og pyrolyseres, hvorved det faste stoffet (10), nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra pyrolysereaktoren (1) føres inn i en forbrenningsvirvelsjiktreaktor (2) og forbrennes under lufttilførsel (11), og hvorved varmebærermediet fra forbrenningsvirvelsjiktreaktoren (2) tilføres til spaltningsreaktoren (3), hvori den ved pyrolysen oppnådde rågassen renses, hvorved varmebærermediet består av asken (5) fra forbrenningsreaktoren (2).

3. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det er tilveiebrakt en katalysator i spaltningsreaktoren (3).

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertv e d at rensingen utføres under tilsetning av vanndamp (8).

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertv e d at pyrolysekoksen (7) fra pyrolysereaktoren (1) anvendes som katalysator for rågassen (6).

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertved at en fin fraksjon (16) separeres (14) fra de organiske bestanddelene (4) før pyrolysen (fig. 2).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat den separerte (14) fine fraksjon (16) tilføres til forbrenningsreaktoren (2).

8. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertved at en syntesegass (17) produseres ved rensingen av rågassen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat syntesegassen (17) energi-utnyttes i en gassturbin (23) (fig. 3; fig. 9).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat avgassen (24) ledes fra det energi-utnyttende trinn (23) til forbrenningsreaktoren (2).

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 8 til 10,karakterisertv e d at syntesegassen (17) først nedkjøles og/eller renses (35) (Fig. 9).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11,karakterisert vedat spillvannet (36) fra kjøle- og/eller renseprosessen (35) avdampes (37).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,karakterisert vedat resten (39) fra avdampingen (37) tilføres til forbrenningsreaktoren (2).

14. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertved at en syntesegass (9,26) produseres ved rensingen av rågassen (6).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14,karakterisert vedat hydrogen (27) separeres (25) fra syntesegassen (26) (fig. 4).

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15,karakterisert vedat den utarmede gass (28) som er igjen etter hydrogenseparasjonen (25) tilføres til forbrenningsreaktoren (2).

17. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertv e d at forbrenningsreaktoren (2) drives i to trinn (fig. 5).

18. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertved at en sone av pyrolysereaktoren (1) anvendes som spaltningsreaktor (fig. 6; fig. 10).

19. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertv e d at rågassen (6) som er renset i spaltningsreaktoren (3) ytterligere renses (fig.

7) i en ekstra reaktor (32) med en katalysatorfylling eller at spaltningsreaktoren er tildannet som en reaktor med en katalysatorfylling.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19,karakterisert vedat rågassen (6) som er renset i spaltningsreaktoren (3) renses ytterligere i en ekstra reaktor (33) med en katalysatorfylling, hvorved den første ekstra reaktor (32) og den andre ekstra reaktor (33) aktiveres vekselvis (fig. 8).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20,karakterisert vedat den første ekstra reaktor (32) og den andre ekstra reaktor (33) fortrinnsvis regenereres vekselvis, fortrinnsvis med varm avgass (12) fira forbrenningsreaktoren (2).

22. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 19 til 21,karakterisertv e d at spaltningsreaktoren (3) utelates og den ekstra reaktoren (32) eller de ekstra reaktorene (32, 33) overtar rensingen av rågassen.

23. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav,karakterisertv e d at katalysatoren tilsettes, hhv. blir virksom sammen med, varmebærermediet (fig. 10).

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23,karakterisert vedat katalysatoren (40) tilsettes til varmebærermediet (5).

25. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 23 eller 24,karakterisertv e d at det anvendes en permanent katalysator.

26. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 23 til 25,karakterisertv e d at det anvendes en spillkatalysator.

27. Innretning for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, spesielt for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1 til 26, med en pyrolysereaktor (1), fortrinnsvis en sjaktreaktor, en forbrenningsvirvelsjiktreaktor (2) og en spaltningsreaktor (3), hvor de organiske bestanddelene (4) hhv. stoffblandingen som inneholder organiske bestanddeler, og et varmebærermedium (5) fra forbrennings virvelsjiktreaktoren (2) kan tilføres til pyrolysereaktoren (1), hvor det faste stoffet (7), nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fira pyrolysereaktoren (1) og den ved pyrolysen oppnådde rågassen kan tilføres til spaltningsreaktoren (3), og hvor det faste stoffet (10), nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra spaltningsreaktoren (3) kan bringes inn i forbrenningsvirvelsjiktreaktoren (2) og er forbrennbart under lufttilførsel, hvorved varmebærermediet består av asken (5) fra forbrenningsreaktoren (2).

28. Innretning for pyrolyse og forgasning av stoffblandinger som inneholder organiske bestanddeler, spesielt for utførelse av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1 til 26, med en pyrolysereaktor (1), fortrinnsvis en sjaktreaktor, en forbrenningsvirvelsjiktreaktor (2) og en spaltningsreaktor (41), hvor de organiske bestanddelene (4), hhv. stoffblandingen som inneholder organiske stoffer og et varmebærermedium (5) fra spaltningsreaktoren (41) kan tilføres til pyrolysereaktoren (1), hvor faststoffet (10), nærmere bestemt pyrolysekoks og aske, fra pyrolysereaktoren (1) kan føres inn i forbrenningsvirvelsjiktreaktoren (2) og er forbrennbart under lufttilførsel, og hvorved varmebærermediet fra forbrenningsvirvelsjiktreaktoren (2) og den ved pyrolysen oppnådde rågassen kan tilføre til spaltningsreaktoren (3), hvorved varmebærermediet består av asken (5) fra forbrenningsreaktoren (2).

29. Innretning ifølge krav 27 eller 28,karakterisert vedat spaltningsreaktoren (3) er utstyrt med en katalysator.

30. Innretning ifølge krav 27 eller 28,karakterisert veden sikt (14) for å sikte, eller en annen separeringsinnretning for å separere en fin fraksjon (16) fra de organiske bestanddelene (4) (fig. 2).

31. Innretning ifølge et av kravene 27 til 30,karakterisertved en gassturbin (23) for energi-utnytteIse av syntesegassen (17) fra spaltningsreaktoren (3).

32. Innretning ifølge krav 31,karakterisert veden quench (35) for nedkjøling og/eller rensing av syntesegassen (9).

33. Innretning ifølge krav 32,karakterisert veden tørker (37) for nedkjøling og/eller rensing av spillvannet (36) fra quenchen (35).

34. Innretning ifølge et av kravene 27 til 33,karakterisertv e d en hydrogensepareringsanordning (25) for separering av hydrogen (27) fra syntesegassen (26) fra spaltningsreaktoren (3).

35. Innretning ifølge et av kravene 27 til 34,karakterisertv e d at forbrenningsreaktoren (2) kan drives i en to-trinns-prosedyre.

36. Innretning ifølge et av kravene 27 til 35,karakterisertved at pyrolysereaktoren (1) eller sjaktreaktoren og spaltningsreaktoren (3) er utført som en komponent, fortrinnsvis som en pyrolyse-spaltningsreaktor (30,30').

37. Innretning ifølge et av kravene 27 til 36,karakterisertv e d en ekstra reaktor (32) med en katalysatorfylling.

38. Innretning ifølge krav 37,karakterisert veden annen ekstra reaktor (33) med en katalysatorfylling.