NO338230B1 - Fullstendig integrert redoks-assistert gassifisering (RAG) for produktiv konvertering av karbonholdig materiale - Google Patents

Description

Fullstendig integrert redoks-assistert gassifisering ( RAG) for produktiv konvertering av karbonholdig materiale

Oppfinnelsesområde

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat og en fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass (syngass) ved forgassing av karbonholdig råmateriale.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Gassifisering av karbonholdig materiale til syntesegass som benyttes videre for å frembringe ulike brennstoff, er velkjent. Materialene omdannes til karbon-monoksid, hydrogen og karbondioksid, dvs. syntesegass. Prosessen, enkelte reaktorkonfigurasjoner og design er godt fundert. Ulike design og fremgangsmåter er beskrevet, f.eks. i en rapport av E4TECH, "Review of Technologies for gasification of Biomass and wastes", juni 2009.

De karbonholdige materialene fordrer en oksygenkilde og en betydelig mengde varme for effektiv konvertering til syntesegass.

Den mest opplagte oksygenkilde er luft. Direkte injeksjon av luft i gassifiseringskammeret resulterer imidlertid i uønsket fortynning av syntesegassen med N2, men også et for høyt CCte-innhold kan oppstå og gi utfordringer når syntesegassen konverteres videre til verdifulle brennstoffer.

En annen benyttet mulighet er å tilsette renset O2fra en PSA eller et kryo-anlegg for å unngå N2-fortynning. Investeringsomkostninger og energiforbruket for produksjon av O2er imidlertid betydelig. Dessuten vil bruk av ren O2for forgassing resultere i en syntesegass som inneholder betydelige mengder CO2under auto-termale betingelser, hvilket ideelt sett er uønsket.

En annen mulighet er å brenne noe brennstoff sammen med luft i en brenner og føre varmen inn i sjiktet (pyrolyse), men i dette tilfelle vil alt brennstoffet benyttet for varmeproduksjon være bortkastet. I henhold til et annet konsept benyttes plasmaoppvarming, hvilket fordrer forbruk av kostbar elektrisitet. Etter andre konsepter benyttes et sirkulerende sandsjikt for å bringe varmen inn i reaktoren, overført fra en forbrenningsreaktor, hvor brennstoff brennes for å varme opp sanden.

I korthet har alle dagens konsepter energikrav som er høye, fordrer enten brenning av brennstoff, produksjon av oksygen eller bruk av elektrisitet. Det er således fremdeles et behov for å forbedre driften av gassifiseringsprosesser.

Patentpublikasjon US 20110303875 A omhandler en fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass der prosessen er selvforsynt med hensyn til energi. Fremgangsmåten innbefatter kjemisk sirkulasjonsforbrenning og det beskrives et anlegg med tre separate reaksjonssoner for oksidasjon, reduksjon og gassifisering. Patentpublikasjon WO2005/003632 beskriver et apparat og fremgangsmåte for forbrenning av gassholdig brensel, og som kan anvendes for produksjon av hydrogen.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe varme for gassifiseringsprosessen for å oppnå effektiv anvendelse av energi og brennstoff for gassifiseringen av et karbonholdig råstoff for produksjon av syntesegass.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en oksygenkilde for gassifiseringsprosessen, hvor anvendt oksygenholdig gass ikke fortynnes med nitrogen.

Dessuten er foreliggende oppfinnelse rettet mot å frembringe en gassifiseringsprosess som gjør det mulig å redusere den minste økonomiske skala for et gassifiseringsanlegg.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et apparat for fremstilling av syntesegass ved gassifisering av karbonholdige materialer, som omfatter et gassifiseringskammer, og i det minste én forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt, fylt med fast oksygenbærende materiale, hvori nevnte minst ene forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt, er fullstendig integrert og innelukket i gassifiseringskammeret.

Det faste oksygenbærende materialet kan omfatte minst ett metalloksid valgt fra gruppen av oksider av Cu, Mn, Fe, Ni, Cr, Ce, Ti og Co.

I én utførelsesform innføres alternerende luft og brennstoff i forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt via et rør som penetrerer det faste oksygenbærende materialet for å muliggjøre forvarming av luften og brennstoffet. En slik "rør i rør"-løsning gir effektiv varmeutveksling.

Fortrinnsvis omgir et utløpsrør som lar produsert syntesegass forlate gassifiseringskammeret, den i det minste ene varmegenererende redoks-assisterte forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt. Dette røret kan være fylt med katalytisk materiale.

Det karbonholdige materialet kan føres inn i gassifiseringskammeret med en transportør, for eksempel ved bruk av en skruetransportør eller "bell feeding". En lignende tilførselsanordning kan benyttes for å fjerne aske og gjenværende organiske forbindelser fra gassifiseringskammeret.

Varmevekslere kan settes inn for å utnytte varmen fra de varme gassene som produseres under redoks-reaksjonene.

Forbrenningsgasser, som CO2og H2O, fra den redoks-assisterte forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt kan returneres til gassifiseringskammeret via et rør som fører fra utløpet av den redoks-assisterte reaktor med stasjonært sjikt inn i gassifiseringskammeret, fortrinnsvis i bunnen. Røret kan fortrinnsvis være ledet gjennom en varmeveksler.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen er en fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass gjennom gassifisering av karbonholdige materialer omfattende: mating av et gassifiseringskammer med karbonholdige materialer; tilføring av en oksygenholdig gass til gassifiseringskammeret og bringe de karbonholdige materialene i kontakt med den oksygenholdige gass i gassifiseringskammeret for å fremstille syntesegassen. Fremgangsmåten omfatter videre varmeproduksjon i minst én forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt fylt med fast oksygenbærende materiale, hvor nevnte forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt er fullstendig integrert og innelukket i gassifiseringskammeret, alternerende innføring av luft og brennstoff til forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt.

Det faste oksygenbærende materialet i det stasjonære sjiktet vil reduseres av brennstoff, som f.eks. renset syntesegass fra gassifiseringen. Denne prosessen er fortrinnsvis eksoterm. Forbrenningsgassene som produseres ved denne reduksjon, kan fortrinnsvis føres inn som den oksygenholdige gass i gassifiseringskammeret. Den oksygenholdige gass kan varmeveksles med den produserte syntesegass i en varmeveksler.

Når det faste oksygenbærende materialet er redusert til et visst nivå, kan det oksideres, f.eks. ved innføring av luft. Denne prosessen er eksoterm og utvikler varme og varm nitrogengass vil slippes ut. Luften kan varmeveksles med varm nitrogengass før den føres inn til den varmegenererende redoks-assisterte reaktor med stasjonært sjikt.

En fordel ved foreliggende oppfinnelse er at den varme som utvikles ved redoks-prosessene benyttes direkte for gassifiseringen og konverteringen av karbonholdige materialer til syntesegass.

En annen fordel ved oppfinnelsen er at brennstoffet i den varmegenererende redoks-assisterte forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt ikke blandes med luft, hvilket betyr at forbrenningsproduktene kan sendes til gassifiseringsenheten for å bidra til gassifiseringen, og CO2kan omdannes til anvendelig CO i stedet for å frigis til atmosfæren. Fleksibiliteten ved å tilsette mer varm damp inn i gassifiseringsenheten for å styre forholdet mellom CO og H2er svært fordelaktig for å justere produktet in-situ fremfor ved senere behandling av syntesegassen, hvor også CO2fjernes/tapes i enkelte tilfeller. Konseptet gir enestående mulighet til å unngå eller minimere tapene av verdifullt karbon i form av CO2i prosessen. Oksygenet som trengs er midlertidig lagret i et stasjonært sjikt av fast oksygenbærende materiale. Varmen som produseres under oksidasjon og reduksjon vil også midlertidig lagres i materialene i det stasjonære sjikt. Det lagrede oksygen benyttes for forbrenning av brennstoff og kan sendes inn i gassifiseringskammeret.

Kort beskrivelse av tegningene:

Figur 1 viser en skjematisk fremstilling av én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser to situasjoner av en utførelsesform av (RAG) apparatet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Denne illustrerer hvorledes innføring av luft og brennstoff alterneres i de varme redoks-baserte reaktorene med stasjonært sjikt. Figur 3 viser mer detaljert hvorledes luft eller brennstoff kommer inn i det stasjonære redoks sjiktet, og hvorledes den produserte syntesegass forlater gassifiseringskammeret tett til den ytre vegg av den varme redoks-baserte reaktor med stasjonært sjikt. Figur 4 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen hvor varm gass produsert i de varme redoks-baserte reaktorene med stasjonært sjikt, og den produserte syntesegass varmeveksles ytterligere i RAG-enheten for bedre varmeintegrering.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen:

Foreliggende oppfinnelse for gassifisering av karbonholdige materialer resulterer i høyere brennstoff- og energieffektivitet som følge av den integrerte Heat Transfer Elements ved å benytte en Redoks-prosess (HETER) i form av en reaktor med stasjonært sjikt fylt med faste oksygenbærende materialer, som f.eks. metalloksider, for alternerende reduksjon med brennstoff og oksidasjon med luftstrøm over sjiktet.

Karbonholdige materialer egnet for gassifisering innbefatter biomasse, kull, faste og flytende organiske materialer og gassformige brennstoffer som inneholder karbon.

Det faste oksygenbærende materialet velges for å sikre at redoks-prosessene er eksoterme og således utvikler varme. Egnede materialer er metalloksider valgt fra redoks-aktive oksider av Mn, Fe, Cu, Ni, Cr, Ce, Ti og Co eller blandinger av hvilke som helst av disse. De kan benyttes sammen med andre elementer som bærer, men også blandinger av aktive og inerte materialer kan benyttes, inklusivt avanserte materialer som Cai-yAyMni-xMx03, hvor A f.eks. enten mangler, er Sr, La eller et av lantanidemetallene, og hvor M er f.eks. Co, Fe, Cr, Cu, Ni, Ti, Mg), og 0<<>x<1 og 0<<>y<1.

De faste oksygenbærende materialer (metalloksid(er)) reduseres med brennstoff, og brennstoffet forbrennes til forbrenningsprodukter (CO2+H2O) og det dannes varme. Under oksidasjonen av de reduserte metalloksider med luft, produseres dessuten varme som følge av prosessens eksoterme natur. Både reduksjons- og oksidasjonsreaksjonene i HETER utvikler varme for gassifiseringsprosessen. I redoks-konseptet hvor brennstoff og luft mates inn syklisk, skjer først forbrenningsprosessen og deretter oksidasjonsprosessen. Enhver blanding av det forbrente brennstoff med luft unngås derved. På denne måte oppnås to separate strømmer av nesten ren N2og forbrente brennstoffer. Redoks-prosessens evne til å foreta C02-separasjon kan benyttes til å resirkulere det forbrente brennstoff tilbake til gassifiseringsdelen av prosessen og derved redusere den mulige CO2-emisjon fra Redox Assisted Gasification (RAG) prosessen. Varmen som utvikles i reaktoren gjennom denne redoks av faste oksygenbærende materialer benyttes for å gi den nødvendige varme i den redoks-assisterte gassifiserings- (RAG) reaktor, men kan også forbedre syntesegasskonverteringen ved å føre de produserte gassene tett til HETER på veien ut av reaktoren. I denne prosess kan det også benyttes et katalytisk materiale i røret som omgir HETER, og hvor syntesegassen forlater RAG-reaktoren for å sikre den fullstendige omdannelse av tjærer og andre tyngre produkter til syntesegass.

Foreliggende oppfinnelse medfører fullstendig integrering av en redoks-basertforbrenningsprosess for intern varmeoverføring til gassifiseringsprosessen. Den redoks-baserte prosess er basert på en reaktor med stasjonært sjikt fylt med faste oksygenbærende granulater som har mulighet for oksidasjon eller reduksjon ved alternerende luft- og gassformede brennstoffstrømmer for varmeproduksjon. I de alternerende redoks-prosessene produseres N2og forbrenningsprodukter som H2O og CO2. Nitrogen, N2, blandes ikke med forbrenningsgassene, og dette gir muligheter for å resirkulere det forbrente gassformede brensel, som kan være delvis til fullstendig forbrent, med ytterligere oksygenmengder, i gassifiseringsenheten. Dette gir den fleksibilitet å resirkulere en kontrollert mengde forbrente gassformede brennstoffer eller damp inn i gassifiseringsenheten for å regulere syntesegass-sammensetningen. Apparatet kan også inkludere returnering av varme gjennom forvarmede/varmevekslede gasser sendt til gassifiseringsenheten. Dette vil returnere overskuddsvarme dannet i forbrenningsreaktoren og varme fra avkjøling av syntesegassen. Utformingen av foreliggende reaktorkonsept gjennom integreringen av redoks-prosessene inn i gassifiserings- (RAG) reaktoren har flere fordeler. Den utvendige overflate av den varmegenererende redoks-reaktor (HETER) gir varme for effektiv konvertering av karbonholdige materialer til syntesegass og/eller katalysator kombinert med mindre varm flate. Oppfinnelsen kan også utnytte den varme som er lagret i materialene i det stasjonære sjikt til forvarming av luft/brennstoff for oksidasjon/forbrenning i den alternerende redoks-prosess.

Figur 1 illustrerer skjematisk hvorledes RAG-prosessen virker ved å overføre varme fra den redoks-baserte forbrenningsprosess (HETER) til et gassifiseringskammer. En integrering av de forbrente gassene fra redoks-prosessen inn i gassifiseringsdelen er også vist. I denne utførelsesform vil de forbrente produktene i form av CO2og H2O gi oksygen for gassifiserings-reaksjonen. En del av den produserte syntesegass kan benyttes til å frembringe den nødvendige varme i den fullstendig integrerte HETER gjennom forbrenning, idet de forbrente gassene også kan anrikes med oksygen (opptil 20%) (ikke vist) fra redoks-sjiktet (avhengig av det anvendte oksygenbærende materialet) for ved behov å generere mer varme inne i gassifiseringskammeret.

I Figur 2 er det integrerte pakkede sjikt (HETER) for en redoks-assistert gassifiserings- (RAG) prosess illustrert. Flere redoks-reaktorer med stasjonært sjikt kan inkluderes i et gassifiseringskammer, og i Fig. 2 er kun to, 1a og 1b, vist. Ventilene 2a og 2b styrer den sykliske innføring av luft og brennstoff i reaktoren med stasjonært sjikt. I den venstre figuren tilføres luft til den venstre HETER, og brennstoff (f.eks. syntesegass) tilføres til den høyre HETER. Den motsatte situasjon er vist i den høyre figuren. Luft/brennstoff kan først oppvarmes gjennom varmeveksleren 3a, 3b, og deretter oppvarmes gjennom de innvendige rør 4 som strekker seg gjennom det stasjonære sjikt 6 før det entrer det stasjonære sjikt i bunnen 5. Brennstoffet vil først forbrennes med det oksygen som er lagret i de faste oksygenbærende materialer og deretter vil luft senere oksidere det reduserte oksygenbærende materialet og frembringe en mengde varme benyttet for gassifiseringen av det karbonholdige råstoff. Den forbrente gass i rør 7 kan varmeveksles med den varme syntesegass som forlater gassifiseringsreaktoren i rør 8 før den entrer gassifiseringskammeret 14 i bunnen 9 for å bidra til gassifiseringen. Gassene frembrakt under gassifisering føres tett langs veggen 10 av HETER med et ytre rør 11 for å sikre full konvertering.

Mer katalytisk materiale kan føres inn i røret 11 for å sikre konverteringen. Disse katalytiske granulatene av tilstrekkelig størrelse, kan anbringes mellom den lukkede varme redoks rørvegg (HETER) 10 og et ytre rør 11 med åpen ende, f.eks. med en bøy for å holde granulatene fiksert og/eller med et forlengende nett som danner en lukket rørform. Det faste og/eller flytende organiske materialet føres inn fra en mateinnretning 12 (f.eks. en skruetransportør) til gassifiseringskammeret 14. Produktet (syntesegass) vil forlate gassifiseringsreaktoren gjennom det ytre rør 11 i redoks-reaktoren, og i bunnen vil aske og rester fjernes (f.eks. med en skruetransportør 13). Gassene som forlater redoks-reaktoren vil være varme og kan derfor resirkuleres til gassifiseringskammeret for ytterligere varmeoverføring til gassifiseringskammeret (se Figur 4). Fleksibel retur av forbrent gass eller damp for å styre og justere hb/CCte-forholdet i syntesegassen kan oppnås gjennom ventil 15 for å regulere den eventuelle retur av forbrent gass (dvs. damp kan utkondenseres i forkant ved avkjøling for å få en strøm med høyt C02-innhold til å returnere til reaktorens gassifiseringsdel). Damp kan også tilføres via ventil (16) dersom et høyt hh/CO-forhold foretrekkes. Gassifiseringen kan foretas atmosfærisk eller under trykk. 1) Foretas den atmosfærisk vil det trengs en vifte for lufttilførselen. Syntesegassen kan deretter komprimeres etter rensing og avkjøling for det nødvendige trykk for gass til væske (GTL) prosesser. 2) Foretatt under trykk, kan det tenkes forskjellige løsninger; en kompressor kan drives elektrisk eller noe brennstoff kan brennes i sjiktet før det benyttes i en kompressor for fremstilling av trykksatt luft (noe benyttet til komprimering av brennstoffene). Etter oppstart kan den varme fortynnede luft som forlater reaktoren også være tilstrekkelig for å drive en luftkompressor/"mikro"-turbin. Etter oppstart når prosessen er i drift, kan overskudd av trykksatt gass fra GTL tilbakeføres til redoks-enheten for varmeproduksjon. Figur 3 illustrerer hvorledes alternerende luft og brennstoff (f.eks. syntesegass) kommer inn i det stasjonære redoks sjikt 1 gjennom det indre rør 4 i bunnen 5. Gassene forvarmes av det varme stasjonære sjikt 6. Det varme stasjonære sjikt 6 er fylt med redoks-egnede materialer som metalloksider valgt fra oksidene av Mn, Fe, Cu, Ni, Cr, Ce, Ti og Co eller blandinger av hvilke som helst av disse. De kan benyttes sammen med andre elementer som bærer, men også en blanding av aktive og inerte materialer kan benyttes, inklusivt avanserte materialer så som Cai-yAyMni-xMx03, hvor A er f.eks. ubesatt, Sr, La eller én av lantanidemetallene, og hvor M f.eks. er Co, Fe, Cr, Cu, Ni, Ti, Mg) og 0<x<1 og 0<y<1.

Disse metalloksidene vil bli redusert av brennstoffet og gi en eksoterm reaksjon dersom en riktig blanding velges. Oksidasjonen av det stasjonære sjikt med luft vil alltid være eksoterm og kan frembringe mest varme. Den utviklede varme lagres delvis temporært i materialet i det stasjonære sjikt siden dette har en høyere varmekapasitet enn den forbrente gass eller N2. Det stasjonære sjikt og den forbrente gass eller N2vil avkjøles ved varmeoverføring til pyrolyse/gassifiserings-reaksjonene i gassifiseringsenheten gjennom det ytre rør 11 som omgir HETER, men også litt ved forvarming av de alternerende gassene (luft/brennstoff) før de entrer det stasjonære sjikt 6 og forlater redoks-reaktoren via rør 7. Dersom det stasjonære sjikt blir for varmt kan luft sendes gjennom sjiktet for avkjølingsformål. En katalysator vil kunne anbringes i det ytre rør 11 for forbedret konvertering av de karbonholdige materialene til syntesegass før de forlater gassifiseringskammeret via rør 8.

I Figur 4 er det vist en annen utførelsesform av oppfinnelsen. I denne utførelsesform er det satt inn varmeplater 17 og/eller rør 18 med gassen fra HETER for å integrere mer av den produserte varme i RAG-enheten. Dette kan skje ved å la redoks-gassen fra HETER ledes gjennom sjiktet i RAG-enheten for økt varmeoverføring til de karbonholdige materialene. Metallplater kan settes inn for jevnere varmeoverføring til sjiktet slik som vist.

Når de karbonholdige materialene er faste organiske materialer, må de forbehandles for å få en passende størrelse for gassifisering. Størrelsen av de faste organiske materialene bør være mindre enn 2 cm i diameter, fortrinnsvis ned til området fra 0,2 til 1 cm. De faste organiske materialene anbringes i en container hvor de kan bli noe forvarmet med overskuddsvarme fra RAG-prosessen for å regulere vanninnholdet i biomassen dersom det er for høyt. De faste organiske materialene overføres deretter til et mindre system som kan overføre produktet (under trykk om de er trykksatt) til den neste container som fører til en skrue-transportør som bringer massen inn i gassifiseringskammeret. Når gassifiseringskammeret er fylt vil den redoks-assisterte stasjonært sjikt prosess (HETER) bli igangsatt for å produsere varme og eventuelt nødvendig varm forbrenningsgass for gassifiseringsprosessen. En oppstartsprosedyre trengs for først å oppvarme RAG-enheten, hvilket kan skje ved å føre inn varme etter varmeveksleren, men før innløpet til det stasjonære sjiktet i redoks-reaktoren (HETER). To fremgangsmåter for forvarming er mest sannsynlige (oppstartsprosedyre): Metode 1) kan anvende elektrisk forvarming av luft til 700°C inntil den samme temperatur er nådd i HETER-sjiktet, men siden dette fordrer elektrisitet velges mest sannsynlig Metode 2. Metode 2) medfører innføring av noe brennstoff (som f.eks. flytende eller trykksatt syntesegass) i IufttilførseIsrøret etter varmeveksleren, men før innløpet til HETER. En tenning foretas for å sette brennstoffet i brann og derved oppvarme HETER-sjiktet. Når redoks-reaktoren med stasjonært sjikt er varm, vil luften bli naturlig forvarmet i varmeveksleren, og brennstofftilførsel for oppstartsprosedyren kan avsluttes.

Det benyttes ventiler for å velge hvilken av de alternerende gassene som skal føres inn i redoks-reaktoren, idet gass-strømmen alternerer mellom luft og brennstoff (et hvilket som helst brennstoff, men mest sannsynlig resirkulert syntesegass tatt etter et rensetrinn, men før eller etter GTL-prosessen). Den valgte gass entrer den indre del av reaktoren med stasjonært sjikt etter å være oppvarmet i varmeveksleren. Gassen oppvarmes videre i redoks-sjiktet på dens vei ned i reaktoren. Den halvvarme gass som har en temperatur på 400-800°C benyttes deretter til å oksidere (med luft) eller redusere (med brennstoff) det varme materialet, hvilket utvikler mer varme (dersom materialet med passende oksidasjonsentalpi er valgt). Den frembrakte varme vil varme opp metallreaktoren for å overføre varme til gassifiseringsenheten og for å forvarme gassene benyttet for redoks-prosessen. De varme gassene frembrakt i redoks-reaktoren kan returneres til RAG-reaktoren for å frigjøre mer varme til det karbonholdige råstoff før de forlater gassifiseringsenheten. Den gjenværende varme kan deretter benyttes til å forvarme kald gass fra ventilsystemet, og eventuell gjenværende restvarme i luftstrømmen (hovedsakelig NO2) etter at ventilen er benyttet for tørking/kondisjonering av vanninnholdet i det ferske karbonholdige råstoff. Forbrenningsproduktene eller dampen kan returneres til gassifiseringsenheten etter å være oppvarmet av den syntesegass som forlater reaktoren, for å justere CO/H2-forholdet. Den varme forbrente gass/damp sendes fortrinnsvis til reaktorbunnen for å sikre god og nær opptil fullstendig gassifisering av gjenværende organiske forbindelser i asken og gjenværende organiske forbindelser (tungoljer/pet-coke). I bunnen av reaktoren kan det benyttes en skruetransportør for å fjerne aske oppstått etter gassifiseringen av de faste organiske materialene. Den frembrakte syntesegass kan avkjøles med vann/damp ned til rimelig temperatur og for å unngå koksdannelse. Gassen kan settes under trykk i en GTL-enhet som produserer verdifullt brennstoff, f.eks. metanol, etanol, DME. Den gjenværende gass kan returneres til redoks-reaktoren for varmeproduksjon. Dersom det oppnås overskuddsgass, kan gassen ledes ut og sendes til en brenselscelle for effektiv energiproduksjon. En mikroturbin kan også benyttes for produksjon av kraft og varme, avhengig av hva som er tilgjengelig.

Resultater fra preliminære studier og beregninger viser at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen klart er autotermisk. En varmeintegrert prosess vil ha 60-70% effekt avhengig av fuktighetsinnholdet av det karbonholdige råstoff. Et småskalaanlegg på 10kW HHV (high heating value) for syntesegass forbruker ca. 2,36 -10-<5>kmol/s av tørr biomasse og krever~1 m<2>varmeveksler-areal mellom HETER og gassifiseringen.

Foreliggende oppfinnelse gir muligheter for småskala brennstoffproduksjon fra stedlige biomassekilder og muligheten for å frembringe effektiv og fleksibel kombinasjon av brennstoff, elektrisitet og varme.

Oppfinnelsen har til hensikt å åpne veien for en ny æra for lokal produksjon av biobrensel fra lokalt produsert karbonholdig råstoff.

Oppfinnelsen har mulighet for middels til småskalaproduksjon av syntesegass for biobrenselproduksjon fra lokalt avfall og biokilder. Den optimale størrelse kan være containerbaserte moduler som er transportable og kan bringes til verdifulle lokale karbonholdige forråd og kobles sammen for brennstoffproduksjon. Dette vil unngå en mengde problemer ved håndtering og transport av råstoffet, og det lokalt produserte biobrensel kan deretter selges ved behov.

Beskrivelsen ovenfor er illustrerende for de foretrukne utførelsesformer, og fagmannen vil kunne foreta mange modifikasjoner uten å gå ut over oppfinnelsen, hvis ramme bestemmes av de krav som følger nedenfor.

Claims (17)

1. Apparat for fremstilling av syntesegass ved gassifisering av karbonholdige materialer, som omfatter et gassifiseringskammer (14), og i det minste én forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt (1a, 1b), fylt med fast oksygenbærende materiale,karakterisert vedat nevnte minst ene forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt (1a, 1b), er fullstendig integrert og innelukket i gassifiseringskammeret (14).

2. Apparat ifølge krav 1, hvor det faste oksygenbærende materiale omfatter i det minste ett metalloksid valgt fra gruppen av oksider av Cu, Mn, Fe, Ni, Cr, Ce, Ti og Co.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, hvor et rør (4) penetrerer det faste oksygenbærende materiale for å muliggjøre forvarming av luft eller brennstoff innført i forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt.

4. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 3, hvor et gassifiserings-utløpsrør (11) som lar produsert syntesegass forlate gassifiseringskammeret (14), omgir nevnte i det minste ene forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt (1a, 1b).

5. Apparat ifølge krav 4, hvor utløpsrøret (11) er fylt med katalytisk materiale.

6. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, hvor en mateinnretning (12) for mating av fast og/eller flytende organisk materiale er forbundet med gassifiseringskammeret.

7. Apparat ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 6, hvor et rør (7) fører forbrenningsprodukter fra forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt (1a, 1b) inn i gassifiseringskammeret (14).

8. Apparat ifølge krav 7, hvor røret (7) føres gjennom en varmeveksler (3a) mellom forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt (1a, 1b) og gassifiseringskammeret (14).

9. Fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass gjennom gassifisering av karbonholdige materialer omfattende: mating av et gassifiseringskammer (14) med karbonholdige materialer; tilføring av en oksygenholdig gass til gassifiseringskammeret (14) og bringe de karbonholdige materialene i kontakt med den oksygenholdige gass i gassifiseringskammeret (14) for å fremstille syntesegassen,karakterisert vedat den videre omfatter varmeproduksjon i minst én forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt (1a, 1b) fylt med fast oksygenbærende materiale, hvor nevnte forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt er fullstendig integrert og innelukket i gassifiseringskammeret (14), alternerende innføring av luft og brennstoff til forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt (1a, 1b).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor den oksygenholdige gass som tilføres til gassifiseringskammeret (14) produseres ved reduksjon av det faste oksygenbærende materiale i forbrenningsreaktoren med stasjonært sjikt (1a, 1b).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9 eller 10, hvor den oksygenholdige gass varmeveksles med den produserte syntesegass før den entrer gassifiseringskammeret (14).

12. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 9 til 11, hvor den reduserte oksygenbærer oksideres ved innføring av luft, og varm nitrogengass slippes ut.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor innført luft varmeveksles med den varme nitrogengass i en varmeveksler (3a).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, hvor luften ytterligere forvarmes ved å føres inn i nevnte minst ene forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt (1a, 1b) via et rør (4) som penetrerer det faste oksygenbærende materiale.

15. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 14, hvor den oksygenholdige gass varmeveksles med den produserte syntesegass i en varmeveksler (3a).

16. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 9 til 15, hvor den produserte syntesegass forlater gassifiseringskammeret (14) gjennom et utløpsrør (11) som omgir nevnte i det minste ene forbrenningsreaktor med stasjonært sjikt (1a, 1b) for fullstendig syntesegasskonvertering.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, hvor utløpsrøret (11) er fylt med katalytisk materiale.