PL224067B1

PL224067B1 - Układ gazyfikacji biomasy

Info

Publication number: PL224067B1
Application number: PL399448A
Authority: PL
Inventors: Richard Anthony Depuy; Omprakash Mall
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2016-11-30
Also published as: BR102012013708A2; BR102012013708B1; PL399448A1; IN2012DE01706A; US9005319B2; US20120313378A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest układ gazyfikacji biomasy. Chodzi tu zwłaszcza o usuwanie i przetwarzanie smoły z gazu generatorowego generowanego przez układ.

W procesach gazyfikacji biomasy, stałe paliwo takie jak trociny, odpadki rolnicze, odpady drzewne, i tym podobne, gazyfikuje się, aby generować paliwo gazowe. Biomasa ogólnie zawiera polisacharydy wytwarzane przez fotosyntezę, takie jak celuloza, hemiceluloza i lignina. Podczas gazyfikacji tych materiałów, biomasa w obecności powietrza przekształca się w bardziej palną formę, określaną jako gaz generatorowy. W pewnych układach gaz generatorowy może być spalany w silniku dla wytwarzania elektryczności. W innych układach, gaz generatorowy można stosować do generowania ciepła lub generowania namiastki gazu ziemnego (SNG).

Gaz generatorowy zawiera palne gazy takie jak tlenek węgla (CO), wodór (H₂) i metan (CH₄), między innymi. Poza wytwarzaniem palnych gazów wskazanych powyżej, w procesie gazyfikacji biomasy powstają również znaczące ilości smoły w porównaniu z innymi procesami gazyfikacji. Smoła może zawierać cząsteczki mające masę cząsteczkową wyższą niż benzen (C6H6), w tym aromatyczne węglowodory, poliaromatyczne węglowodory (PAH), heterocykliczne związki aromatyczne, i tym podobne. Chociaż pewne smoły mogą nie mieć zasadniczego wpływu na pracę elektrowni mającej układ gazyfikacji biomasy, inne smoły mogą kondensować i/lub krystalizować w pewnych urządzeniach, tym samym powodując zmniejszenie wydajności instalacji, i w pewnych sytuacjach, zamykanie instalacji.

Układ gazyfikacji biomasy, odznacza się według wynalazku tym, że zawiera reaktor skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo będące biomasą w obecności powietrza dla generowania gazu generatorowego, absorber skonfigurowany tak, że przyjmuje mieszaninę gazu generatorowego i smoły i absorbuje smołę w rozpuszczalniku organicznym dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego i bogatej mieszaniny rozpuszczalników zawierającej co najmniej część smoły, i linię recyrkulacyjną skonfigurowaną tak, że kieruje bogatą mieszaninę rozpuszczalników do reaktora.

Korzystnie rozpuszczalnik organiczny zawiera cząsteczki węglowodorów mające 9 atomów węgla lub mniej.

Korzystnie rozpuszczalnik organiczny zawiera mieszaninę organicznych materiałów odpadowych zawierającą ksylen i inne lekkie cząsteczki węglowodorów mające 9 atomów węgla lub mniej.

Korzystnie reaktor ma otwarty szczyt skonfigurowany tak, że kieruje powietrze do reaktora i dysze skonfigurowane tak, że kieruje dodatkowe powietrze do strefy spalania reaktora.

Korzystnie układ gazyfikacji biomasy zawiera cyklon skonfigurowany tak, że oddziela stałe cząstki od gazu generatorowego dla wytworzenia gazu generatorowego o zmniejszonej ilości cząstek stałych i jednostkę płuczącą skonfigurowaną tak, że przemywał gaz generatorowy o zmniejszonej ilości cząstek stałych dla wytworzenia mieszaniny gazu generatorowego i smoły.

Korzystnie zawiera jednostkę płuczącą skonfigurowaną tak, że przemywa i chłodzi oczyszczony gaz generatorowy.

Korzystnie zawiera silnik skonfigurowany tak, że spala oczyszczony gaz generatorowy dla generowania elektryczności.

Korzystnie absorber zawiera jedną lub więcej kolumn absorpcyjnych.

Układ gazyfikacji biomasy, odznacza się według wynalazku tym, że zawiera reaktor skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo będące biomasą w obecności powietrza dla generowania gazu generatorowego;

absorber skonfigurowany tak, że przyjmuje mieszaninę gazu generatorowego i smoły i absorbuje smołę w rozpuszczalniku organicznym dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego i bogatej mieszaniny rozpuszczalników zawierającej co najmniej część smoły, jednostkę krakingu skonfigurowaną tak, że rozrywa wiązania węgiel-węgiel w bogatej mieszaninie rozpuszczalników dla generowania skrakowanej mieszaniny rozpuszczalników, jednostkę rozdzielającą skonfigurowaną tak, że rozdziela skrakowaną mieszaninę rozpuszczalników na pierwszy strumień zawierający pierwszą dużą ilość węglowodorów i rozpuszczalnik i drugi strumień zawierający drugą dużą ilość węglowodorów, gdzie pierwszy strumień ma niższą średnią masę cząsteczkową niż drugi strumień i linię recyrkulacyjną skonfigurowaną tak, że kieruje pierwszy strumień do absorbera.

PL 224 067 B1

Korzystnie absorber jest skonfigurowany tak, że absorbuje smołę w pierwszą dużą ilość węglowodorów.

Korzystnie pierwsza duża ilość węglowodorów ma niższą masę cząsteczkową niż druga duża ilość węglowodorów.

Korzystnie pierwsza duża ilość węglowodorów obejmuje cząsteczki węglowodorów mające 9 atomów węgla lub mniej.

Korzystnie jednostka rozdzielająca zawiera jedną lub więcej kolumn destylacyjnych.

Korzystnie rozpuszczalnik organiczny obejmuje ksylen, toluen lub benzen, lub ich kombinację.

Korzystnie zawiera linię przenoszącą skonfigurowaną tak, że kieruje drugi strumień do reaktora.

Pewne przykłady realizacji odpowiadające zakresem pierwotnie zastrzeganemu wynalazkowi podsumowano poniżej. Te przykłady realizacji nie mają ograniczać zakresu zastrzeganego wynalazku, lecz raczej przykłady te mają dostarczać krótkiego podsumowania możliwych postaci wynalazku. W istocie wynalazek może obejmować wiele postaci, które mogą być podobne lub różne od przykładów realizacji przedstawionych poniżej.

W pierwszej postaci układ gazyfikacji biomasy obejmuje reaktor skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo będące biomasą w obecności powietrza dla generowania gazu generatorowego. Układ obejmuje również absorber skonfigurowany tak, że przyjmuje mieszaninę gazu generatorowego i smoły i absorbuje smołę w organicznym rozpuszczalniku, dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego i bogatej mieszaniny rozpuszczalników zawierającej co najmniej część smoły. Układ obejmuje następnie linię recyrkulacyjną skonfigurowaną tak, że kieruje bogatą mieszaninę rozpuszczalników do gazogeneratora biomasy.

W drugiej postaci układ gazyfikacji biomasy obejmuje reaktor skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo będące biomasą w obecności powietrza dla generowania gazu generatorowego i absorber skonfigurowany tak, że przyjmuje mieszaninę gazu generatorowego i smoły. Absorber jest również skonfigurowany tak, że absorbuje smołę w rozpuszczalniku organicznym dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego i bogatej mieszaniny rozpuszczalników zawierającej co najmniej część smoły. Układ obejmuje również jednostkę krakingu skonfigurowaną tak, że rozrywa wiązania węgielwęgiel w bogatej mieszaninie rozpuszczalników dla generowania skrakowanej mieszaniny rozpuszczalników, jednostkę rozdzielającą skonfigurowaną tak, że rozdziela skrakowaną mieszaninę rozpuszczalników na pierwszy strumień mający pierwszych wiele węglowodorów i rozpuszczalnik i drugich strumień mający drugie wiele węglowodorów. Pierwszy strumień ma niższą średnią masę cząsteczkową niż drugi strumień. Układ obejmuje ponadto linię recyrkulacyjną skonfigurowaną tak, że kieruje pierwszy strumień do absorbera.

W trzeciej postaci układ gazyfikacji biomasy obejmuje reaktor skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo będące biomasą w obecności powietrza dla generowania gazu generatorowego i jednostkę płukania wodą skonfigurowaną tak, że usuwa smołę z gazu generatorowego dla generowania pierwszego strumienia zawierającego płukany gaz generatorowy i drugiego strumienia zawierającego mieszaninę usuniętej smoły i wody. Układ obejmuje również jednostkę kontaktora skonfigurowaną tak, że kontaktuje mieszaninę z rozpuszczalnikiem organicznym dla wytworzenia trzeciego strumienia zawierającego rozpuszczoną smołę, rozpuszczalnik organiczny i wodę. Układ obejmuje ponadto jednostkę rozdzielającą skonfigurowaną tak, że usuwa wodę z trzeciego strumienia dla generowania czwartego strumienia zawierającego organiczny rozpuszczalnik i rozpuszczoną smołę.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym podobne oznaczenia oznaczają podobne części, i na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przykład wykonania układu gazyfikacji biomasy zintegrowanego z układem generowania energii elektrycznej, gdzie układ gazyfikacji biomasy ma absorber skonfigurowany tak, że usuwa co najmniej część smoły z gazu generatorowego wytwarzanego przez gazogenerator biomasy dla wytworzenia strumienia recyrkulacyjnego zawracanego do gazogeneratora, fig. 2 przedstawia schematycznie przykład wykonania układu gazyfikacji biomasy z FIG. 1 przedstawiający absorber połączony w sposób umożliwiający przepływ płynu z urządzeniami do krakingu i recyrkulacji smoły oddzielonej od gazu generatorowego, fig. 3 przedstawia schematycznie przykład wykonania układu usuwania, krakingu i recyrkulacji smoły ze strumienia czarnej wody wytwarzanej przez jednostkę płuczącą układu gazyfikacji biomasy, fig. 4 przedstawia schematycznie przykład wykonania układu usuwania smoły ze strumienia czarnej wody wytwarzanej przez jednostkę płuczącą układu gazyfikacji biomasy; i

PL 224 067 B1 fig. 5 przedstawia schematycznie przykład wykonania układu gazyfikacji biomasy zintegrowanego z układem obróbki czarnej wody, przy czym układ obróbki czarnej wody ma absorber skonfigurowany tak, że usuwa co najmniej część smoły z czarnej wody wytworzonej przy oczyszczaniu gazu generatorowego i jednostkę krakingu smoły skonfigurowaną tak, że krakuje smołę.

Poniżej opisano jeden lub więcej określonych przykładów wykonania niniejszego wynalazku. W próbie uzyskania zwięzłego opisu tych przykładów realizacji, nie wszystkie cechy rzeczywistej realizacji zostały w opisie przedstawione. Należy zauważyć, że przy opracowywaniu wszelkich takich rzeczywistych realizacji, jak w każdym projekcie inżynieryjnym lub konstrukcyjnym, wiele zależnych od tej realizacji decyzji musi być podejmowanych dla osiągnięcia szczególnych celów wykonawcy, takich jak zgodność z ograniczeniami systemowymi i ekonomicznymi, które mogą być różne pomiędzy realizacjami. Ponadto należy zauważyć, że takie prace wykonawcze mogą być złożone i czasochłonne, lecz tym niemniej będą rutynowym przedsięwzięciem konstrukcji, wytwarzania i produkcji dla znawców mogących korzystać z tego ujawnienia.

Przy wprowadzaniu elementów różnych przykładów realizacji niniejszego wynalazku, określenia „jeden”, „pewien”, „ten” i „wspomniany” mają oznaczać, że występuje jeden lub wiele elementów. Określenia „zawierający” „obejmujący” i „mający” mają być włączne i oznaczać, że mogą istnieć dodatkowe elementy inne niż elementy wymienione.

Jak zauważono powyżej, tworzenie się smoły w reaktorze gazyfikacji biomasy może mieć szkodliwy wpływ na różne składniki układu instalacji. Przykładowo, ponieważ wiele składników smoły ma struktury cząsteczkowe, które są poliaromatyczne, co pozwala na łatwą sublimację i krystalizację, takie składniki są często przenoszone w fazie gazowej przez układ instalacji w mieszaninie gazowej obejmującej gaz generatorowy i smołę. Gdy składniki smoły ulegają zatężeniu i ochłodzeniu, zaczynają krystalizować, a nie skraplać się w ciecz. Taka krystalizacja może powodować zatykanie różnych składników układu instalacji, takich jak zawory, porty wlotowe, wloty turbin, i tak dalej. Przykłady składników smoły, które mogą stanowić przeszkodę w działaniu instalacji w ten sposób obejmują cząsteczki węglowodorowe takie jak naftalen i jego pochodne, fluoren, fenantren, antracen, fluoranten, piren, benzo-antracen, chryzen, benzo-fluoranten, benzo-piren, perylen, indeno-piren, dibenzoantracen, benzo-perylen, i tym podobne.

Ponadto inne składniki smoły, które mogą polimeryzować i zatykać pewne składniki instalacji, mogą być zawarte w gazowej mieszaninie. Takie składniki mogą polimeryzować wskutek wysokich temperatur i/lub innych inicjatorów polimeryzacji napotykanych, gdy gazowa mieszanina przepływa przez układ instalacji. Takie polimeryzujące składniki mogą obejmować, przykładowo, styren i jego pochodne, jak też inne olefiny. Ogólnie, stężenie tych składników jest związane z tym, czy składniki te będą krystalizować i/lub polimeryzować, przy czym wyższe stężenia prowadzą do wyższego prawdopodobieństwa krystalizacji i/lub polimeryzacji oraz zatykania.

Inne składniki smoły, takie jak składniki, które nie muszą koniecznie krystalizować w układzie gazyfikacji biomasy, mogą zanieczyszczać płuczącą wodę stosowaną w wodnych i jednostkach płuczących i mogą także zmniejszać wydajność spalania mieszaniny gazowej wytwarzanej przez systemy gazyfikacji biomasy. Przykładowo, takie składniki smoły mogą obejmować cząsteczki, które są rozpuszczalne i/lub mieszają się z wodą, takie jak pirydyna, fenol, krezol i chinolina. Inne związki aromatyczne, które nie są rozpuszczalne i/lub nie mieszają się z wodą, również mogą zanieczyszczać wodę płuczącą, aczkolwiek w mniejszym stopniu niż cząsteczki wymienione powyżej. Jednakże, ponieważ cząsteczki, które nie są rozpuszczalne w wodzie, mogą być trudne do usunięcia z mieszaniny gazowej, takie cząsteczki mogą zmniejszyć wydajność spalania. Cząsteczki te mogą obejmować toluen, ksyleny, mezytylen i tym podobne. Inne składniki smoły mogą mieć niearomatyczne struktury cząsteczkowe, takie jak cykliczne parafiny (np., cyklopentan, cykloheksan, cyklooktan, dekalina), i mogą wykazywać dowolną niepożądaną cechę wspomnianą powyżej lub ich kombinację.

W sumie, wiele składników smoły wspomnianych powyżej może być w fazie gazowej w układzie gazyfikacji biomasy, może nie mieszać się z wodą i może być ogólnie porywanych z mieszaniną gazową wytwarzaną przez układ gazyfikacji. Tak więc może być trudne całkowite oddzielenie smoły z gazu generatorowego z użyciem typowych urządzeń instalacji. Odpowiednio, niniejsze przykłady realizacji dostarczają układy do kontaktowania mieszaniny gazowej z rozpuszczalnikiem dla usuwania co najmniej części smoły. Układy kontaktujące opisane tutaj można stosować oprócz, lub w miejsce, cyklonów, wodnych jednostek płuczących, filtrów, i tym podobnych. Przykładowo, układy kontaktujące mogą być rozłożone za cyklonem, za i/lub przed jednostką płuczącą, za i/lub przed filtrem, i tak dalej. Rozpuszczalnik może absorbować lub rozpuszczać co najmniej część składników smoły w mieszaniPL 224 067 B1 nie gazowej, tym samym zmniejszając stężenie składników smoły. Ponadto, ponieważ rozpuszczalnik może być, w pewnych przykładach realizacji, organicznym rozpuszczalnikiem, powstająca mieszanina rozpuszczalnika i składników smoły może być zawracana do gazogeneratora. W istocie, w pewnych przykładach realizacji, mieszanina organicznego rozpuszczalnika i składników smoły może być krakowana, co powoduje powstanie cząsteczek mających niższą masę cząsteczkową niż początkowe składniki smoły. Ponieważ proces krakingu może powodować rozrywanie jednego lub wielu wiązań węgiel-węgiel składników smoły, aromatyczna i/lub policykliczna struktura pewnych składników smoły również może ulec rozerwaniu. Takie rozerwanie może obniżyć prawdopodobieństwo krystalizacji, i w pewnych przykładach realizacji może sprzyjać łatwiejszej gazyfikacji, gdy skrakowane materiały są zawracane do gazogeneratora.

Pamiętając, że te układy i podejścia do zmniejszania ilości smoły można stosować w wielu procesach gazyfikacji (np., procesach gazyfikacji z przepływem z porywaniem), ujawnione przykłady realizacji omówiono w kontekście układu gazyfikacji biomasy mającego współprądowy gazogenerator. FIG. 1 stanowi schematyczną ilustrację układu 10, takiego jako układ instalacji, który obejmuje układ gazyfikacji 12 biomasy zintegrowany z układem 14 generowania energii elektrycznej. Ogólnie, w układzie gazyfikacji 12 biomasy prowadzi się zgazowywanie wsadu biomasowego 16 dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego 18, który może być kierowany do układu generowania energii elektrycznej 14 dla generowania energii. W ogólności, gaz generatorowy jest typem gazu syntezowego (syngazu), który może być wytwarzany przez względnie niskotemperaturową (np., mniej niż w przybliżeniu 2000°C) gazyfikację biomasa w obecności powietrza. W porównaniu z typowymi typami gazu syntezowego wytwarzanego przez gazyfikację węgla w obecności tlenu, gaz generatorowy ogólnie ma wartość gęstość energetyczną wskutek rozcieńczenia N2. Przykładowo, zgodnie z pewnymi przykładami realizacji, gaz generatorowy może mieć średnią wartość energetyczną w przybliżeniu ₃

3500-5000 kJ/m , podczas gdy gaz syntezowy z gazyfikacji węgla może mieć średnią wartość ener₃ getyczną w przybliżeniu 7500-9000 kJ/m³. Tak więc gaz generatorowy, jak zdefiniowano tutaj, jest gazem wytwarzanym w gazyfikacji wsadu biomasowego z wytworzeniem CO, H2 i CO2, jak też innych składników, i ma niższą wartość energetyczną niż gaz syntezowy tworzony przy gazyfikacji węgla.

Oczyszczony gaz generatorowy 18 jest dostarczany do układu generowania energii elektrycznej 14 jako źródło paliwa. Przykładowo, oczyszczony gaz generatorowy 18 może być spalany w jednym lub wielu silnikach (np., silnikach będących turbinami gazowymi) zawartych w układzie 14 generowania energii elektrycznej dla wytwarzania elektryczności. Oczyszczony gaz generatorowy 18 może również znaleźć pewne inne zastosowania, takie jak wytwarzanie syntetycznego gazu ziemnego (SNG), ogrzewanie (np., w suszarkach, piecach do wypalania, piecach, bojlerach), i tak dalej.

Układ 10 obejmuje jednostkę 20 przygotowania wsadu, gdzie przygotowuje się wsad biomasowy 16 stosując źródło 22 paliwa będące biomasą, i jeśli to pożądane, inne dodatki takie jak zmięknięcie (fluxant). Źródło 22 paliwa będące biomasą może obejmować odpadki rolnicze, drewno, trociny, i tym podobne. Jednostka 20 przygotowania wsadu może przetwarzać źródło 22 paliwa będące biomasą z wytworzeniem wsadu biomasowego 16. Przetwarzanie może obejmować wybieranie, sortowanie według wymiarów, i/lub suszenie źródła 22 paliwa będącego biomasą, jak też mieszanie źródła 22 paliwa będącego biomasą z innymi dodatkami. Po przygotowaniu wsad biomasowy 16 kieruje się, wraz z powietrzem 24, do gazogeneratora 26 na biomasę. Chociaż gazogenerator 26 na biomasę omawia się i przedstawia jako współprądowy gazogenerator, należy zauważyć, że rozważa się tu również inne typy gazogeneratorów na biomasę, w tym przeciwprądowe gazogeneratory.

Zilustrowany gazogenerator 26 na biomasę jest otwartym powietrznym gazogeneratorem mającym wlot 28, który pozwala gazogeneratorowi 26 przyjmować zasadniczo stały strumień powietrza 24 i wsadu biomasowego 16. Seria reakcji, które są zbiorczo określane jako proces gazyfikacji, zachodzi w gazogeneratorze 26 na biomasę. Proces rozpoczyna się spalaniem wsadu biomasowego 16 z powietrzem 24. Biomasa we wsadzie biomasowym 16 jest spalana przy mniejszym od stechiometrycznych stosunkach paliwo-powietrze dla wytworzenia, wraz z pewną ilością CO i H2, dwutlenku węgla (CO2), wody (H2O), oraz gorącego węgla drzewnego lub gorącego złoża popiołu. Gazogenerator 26 na biomasę ma wiele wlotów 30 powietrza (np., dysz), które są skonfigurowane tak, aby pozwalać na wchodzenie powietrza 24 do gazogeneratora 26 na biomasę dla wspomagania tej reakcji spalania. Zgodnie z pewnymi przykładami realizacji, wloty powietrza mogą być rozmieszczone obwodowo wokół gazogeneratora 26 na biomasę.

Reakcja spalania, która jest reakcją utleniania, jest egzotermiczna i powoduje powstawanie, w pewnych przykładach realizacji, temperatur w gazogeneratorze 26 na biomasę pomiędzy w przybli6

PL 224 067 B1 żeniu 1300 kelwinów (K) i 1600 K. Przykładowo, temperatury w gazogeneratorze 26 na biomasę mogą osiągać w przybliżeniu 1300 K, 1350 K, 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K, lub więcej podczas sub-stechiometrycznej reakcji spalania. CO2 i H2O wytwarzane w reakcji spalania mogą przechodzić, lub inaczej kontaktować się, ze złożem węgla drzewnego lub popiołu i ulegać redukcji z wytworzeniem CO, H2 i pewnej ilości CH4. Gazogenerator 26 na biomasę obejmuje również układ 32 wydzielania popiołu, który jest skonfigurowany tak, aby usuwać pozostały popiół pozostający z procesu gazyfikacji.

Reakcja redukcji przeprowadzana dla wytworzenia CO i H2 jest endotermiczna, a więc wymaga ciepła. Głowna część reakcji redukcji może więc wykorzystywać ciepło wytwarzane w reakcji spalania, jak również dowolne ciepło utajone z gorącego złoża węgla drzewnego lub popiołu. Ponadto, ponieważ gazogenerator 26 na biomasę jest gazogeneratorem z otwartym szczytem, temperatury wewnątrz gazogeneratora 26 mogą również zmniejszać się wskutek zasadniczo stałego dopływu powietrza 24. W procesie gazyfikacji poza żądanymi gazami CO2 i H2 generowane są inne materiały, w tym smołą. Jak zdefiniowano tutaj, smoła ma określać dowolny węglowodór, taki jak aromatyczne węglowodory, związki heteroaromatyczne, poliaromatyczne węglowodory, heterocykle (niekoniecznie aromatyczne) i ich pochodne mające masę cząsteczkową większą niż benzen (C6H6, w przybliżeniu 78 gramów na mol), które są wytwarzane w procesie gazyfikacji opisanym powyżej. Inne nie stanowiące ograniczenia przykłady cząsteczek smoły podano powyżej przed omówieniem FIG. 1.

Reakcja redukcji, jak zauważono powyżej, prowadzi do wytworzenia CO, H2, smoły i innych gazów (np., rozcieńczającego N2, kwasowych gazów). Kombinacja tych gazów, która stanowi nie poddaną obróbce mieszaninę gazową 34 reprezentowaną strzałką, opuszcza wylot 36 gazogeneratora 26 na biomasę w temperaturze pomiędzy w przybliżeniu 600 i 1300 K, 700 i 1200 K, 800 i 1100 K, lub 900 i 1000 K. W zilustrowanym przykładzie realizacji, nie poddana obróbce mieszanina gazowa 34 jest kierowana do cyklonu 38. Cyklon 38 usuwa zasadniczą część stałych cząstek 40, które mogą być obecne w nie poddanej obróbce mieszaninie gazowej 34, dla wytworzenia pierwszej mieszaniny gazowej 42.

Pierwsza mieszanina gazowa 42, reprezentowana strzałką, jest następnie przesyłana do pierwszej jednostki płuczącej 44. Pierwsza jednostka płucząca 44 jest skonfigurowana tak, aby przyjmować strumień dopływający wody 46 usuwający stałe cząstki z pierwszej mieszaniny gazowej 42 przez zarodkowanie. Ponadto, woda 46 usuwa co najmniej część rozpuszczalnych w wodzie składników, i w pewnych przykładach realizacji smołę, która może być obecna w pierwszej mieszaninie gazowej 42. Tak więc, pierwsza jednostka płucząca 44 wytwarza drugą mieszaninę gazową 48, reprezentowaną strzałką, jak też czarną wodę 50. Czarna woda 50 może zawierać smołę, rozpuszczone gazy (np., kwasowe gazy i małą ilość CO, H2 i CO2), i pewne małe stałe cząstki nie usunięte w cyklonie 38. Czarna woda 50 może być przesłana do urządzeń do oczyszczania wody lub podobnych dla oczyszczania.

Zgodnie z niniejszymi sposobami podejścia, w zilustrowanym przykładzie realizacji, druga mieszanina gazowa 48 jest przesyłana do kontaktora 52. Należy zauważyć, że chociaż zilustrowany przykład realizacji przedstawia układ 10 jako mający jedną jednostkę płuczącą przed kontaktorem 52, w innych przykładach realizacji, dowolną liczbę jednostek płuczących można rozmieścić przed kontaktorem 52. Przykładowo, w pewnych przykładach realizacji, mieszanina gazowa 42 może być płukana raz lub kilka razy przed przesłaniem do kontaktora 52. Następnie, w pewnych przykładach realizacji, jednostka płucząca 44 może być pominięta i kontaktor 52 może przyjmować pierwszą mieszaninę gazową 42 bezpośrednio z cyklonu 38.

W zilustrowanym przykładzie realizacji, kontaktor 52 jest skonfigurowany tak, aby przyjmować drugą mieszaninę gazową 48 na wlocie 54 bliskim dolnej części 56 kontaktora 52. Kontaktor 52 również przyjmuje strumień 58 rozpuszczalnika blisko górnej części 60 kontaktora 52. W kontaktorze 52, strumień 58 rozpuszczalnika styka się z drugą mieszaniną gazową 48 (np., w przepływie przeciwprądowym) i usuwana jest co najmniej część smoły zawartej w drugiej mieszaninie gazowej 48. Tak więc, w pewnych przykładach realizacji, kontaktor 52 może być absorberem mającym cechę polepszania kontaktu gaz-ciecz dla ułatwienia usuwania smoły przez rozpuszczalnik. Przykładowo, jak omówiono tutaj, absorber może zawierać jedną lub wiele kolumn absorpcyjnych. Usuwanie smoły przez strumień 58 rozpuszczalnika zmniejsza stężenie smoły w drugiej mieszaninie gazowej 48.

Strumień 58 rozpuszczalnika może zawierać dowolny rozpuszczalnik, który jest w stanie rozpuszczać i/lub absorbować co najmniej część smoły z drugiej mieszaniny gazowej 48. Ponieważ składniki smoły są cząsteczkami organicznymi, strumień 58 rozpuszczalnika może zawierać organiczny rozpuszczalnik poza lub w miejsce wodnego rozpuszczalnika (np., wody). W pewnych przykładach

PL 224 067 B1 realizacji, strumień 58 rozpuszczalnika może zawierać wodny rozpuszczalnik mający jeden lub wiele środków powierzchniowo czynnych, które pozwalają wodnemu rozpuszczalnikowi rozpuszczać organiczną smołę. Środki powierzchniowo czynne stosowane do tego celu mogą zawierać siarczany alkilowe, środki alkiloamoniowe, glikole, kwasy alkilowe, i tym podobne.

Organiczne rozpuszczalniki, które można stosować jako całość lub co najmniej część strumienia 58 rozpuszczalnika obejmują dowolny organiczny rozpuszczalnik, który jest zasadniczo w fazie ciekłej w warunkach w kontaktorze 52. Przykładowo, temperatura w kontaktorze 52 może wahać się pomiędzy w przybliżeniu 300 K a 500 K dla większości rozpuszczalników, tak jak pomiędzy w przybliżeniu 325 K a 475 K, 350 K a 450 K, lub 375 K a 425 K. Konkretna temperatura kontaktora 52 może być zależna co najmniej od typu użytego rozpuszczalnika, jak też składu smoły. Tak więc, w pewnych przykładach realizacji, temperatura w kontaktorze 52 może wynosić w przybliżeniu 300, 350, 400, 450, 500 K, lub więcej. Ogólnie, organiczny rozpuszczalnik będzie miał 10 atomów węgla lub mniej, aby pozostawał ciekły w warunkach w kontaktorze 52, jak również dla ułatwienia gazyfikacji, jak omówiono poniżej. Przykładowo, rozpuszczalnik może mieć 10, 9, 8, 7, 6, lub mniej atomów węgla na cząsteczkę rozpuszczalnika. W pewnych przykładach realizacji, organiczny rozpuszczalnik może być alifatycznym węglowodorem, aromatycznym węglowodorem lub ich kombinacją, i może mieć różne grupy funkcyjne, w tym dowolne spośród kwasów, alkoholi, aldehydów, estrów lub ich kombinacji, i tak dalej. Nie stanowiące ograniczenia przykłady takich rozpuszczalników obejmują benzen, toluen, ksylen, mezytylen, kwas octowy, kwas mrówkowy, metanol, etanol, propanol, butanol, pentanol, heksanol, formaldehyd, aldehyd octowy, octan metylu, octan etylu, i tym podobne. W pewnych przykładach realizacji, organiczny rozpuszczalnik może zawierać cząsteczki mające podobną lub taką samą strukturę jak pewne ze składników smoły. Wybrany organiczny rozpuszczalnik może również zależeć od dostępności, kosztu, możliwości recyrkulacji i innych podobnych względów. W jednym z przykładów realizacji, strumień 58 rozpuszczalnika obejmuje ksylen.

Strumień 58 rozpuszczalnika rozpuszcza, absorbuje lub inaczej porywa co najmniej część smoły z drugiej mieszaniny gazowej 48 dla generowania strumienia 62 zawierającego mieszaninę rozpuszczalnika i smoły, który wydostaje się blisko dolnej części 56 kontaktora 52. W zilustrowanym przykładzie realizacji, strumień 62 jest kierowany przez linię recyrkulacyjną 64 i do wlotu 28 gazogeneratora 26 na biomasę. Tak więc, smoła wytwarzana jako produkt uboczny procesu gazyfikacji może być zawracana do gazogeneratora 26 i poddawana warunkom gazyfikacji. Warunki gazyfikacji mogą powodować, że co najmniej część rozpuszczalnika, smoły, lub kombinacji obu, ulega krakowaniu i gazyfikacji. Ponadto, w pewnych przykładach realizacji, smoła w strumieniu 62 może być oddzielona od rozpuszczalnika w strumieniu 62, i smoła może być skierowana do wlotu 28 gazogeneratora 26.

Poza wytwarzaniem strumienia 62, który zawiera rozpuszczalnik i smołę, w kontaktorze 52 jest wytwarzana trzecia mieszanina gazowa 66. Trzecia mieszanina gazowa 66 ma niższe stężenie smoły niż druga mieszanina gazowa 48. Przykładowo, stężenie smoły w trzeciej mieszaninie gazowej 66 może być w przybliżeniu od 10 do 99% niższe niż w drugiej mieszaninie gazowej 48, tak jak niższe w przybliżeniu pomiędzy 15 a 90%, 20 a 85%, 25 a 80%, 30 a 70%, lub 40 a 60%. Trzecia mieszanina gazowa 66 opuszcza wylot 68 w pobliżu górnej części 60 kontaktora 52, a następnie jest kierowana do ochładzanej jednostki 70 płukania wodą, gdzie trzecia mieszanina gazowa 66 podlega osuszeniu i płukaniu.

Dla dokonania suszenia i płukania, ochładzana jednostka 70 płukania wodą przyjmuje strumień zimnej wody 72 ze źródła zimnej wody. Strumień zimnej wody 72 może być rozpylany i kontaktowany z trzecią mieszaniną gazową 66, co powoduje ochłodzenie trzeciej mieszaniny gazowej. Przykładowo, temperatura zimnej wody 72 w ochładzanej jednostce 70 płukania wodą może wynosić od w przybliżeniu 265 do 400 K. Zgodnie z pewnymi przykładami realizacji, zimna woda 72 może mieć od w przybliżeniu 265 do 400 K, 300 do 375 K, lub 325 do 350 K. Ponieważ zimna woda 72 ma temperaturę poniżej temperatury wrzenia wody, znaczna część wody zawartej w trzeciej mieszaninie gazowej 66 może ulec kondensacji. Taka kondensacja może osuszyć trzecią mieszaninę gazową 66. Zimna woda 72, która jest rozpylana w ochładzanej jednostce 70 płukania wodą, również płucze trzecią mieszaninę gazową 66 dla usunięcia znacznej części stałych cząstek, które mogą być obecne. Tak więc zimna woda 72 może absorbować lub inaczej porywać stałe cząstki, jak też kwasowe gazy i tym podobne, dla wytworzenia strumienia szarej wody 74. Strumień szarej wody 74 może być przesłany do zbiornika zimnej wody, instalacji oczyszczania wody lub podobnego urządzenia instalacji.

Czwarta mieszanina gazowa 76 powstająca po osuszeniu i płukaniu w ochładzanej jednostce 70 płukania wodą jest następnie przepuszczana przez dmuchawę 78, która zapewnia siłę napędową

PL 224 067 B1 do kierowania gazów i innych lekkich materiałów przez układ gazyfikacji 12. Czwarta mieszanina gazowa 76 jest następnie przesyłana do układu 80 filtrów. Układ 80 filtrów obejmuje jeden lub wiele filtrów zaprojektowanych tak, aby usuwały pył z czwartej mieszaniny gazowej 76. Przewód 82 łączący ochładzaną jednostkę 70 płukania wodą z filtrem 80 obejmuje pierwszy zawór 84 skonfigurowany tak, aby zatrzymywać, uruchamiać, zwiększać lub zmniejszać natężenie przepływu czwartej mieszaniny gazowej 76 przez przewód 82. Istotnie, w pewnych przykładach realizacji, może być pożądane ograniczenie lub zatrzymanie przepływu czwartej mieszaniny gazowej 74. Przykładowo, w jednym z przykładów realizacji, może być pożądane zmniejszanie ciśnienia układu 12. W innych przykładach realizacji, filtr 80 może być w konserwacji. Odpowiednio, pierwszy zawór 84 można zamknąć i przesłać przepływ czwartej mieszaniny gazowej 76 w odchodzący przewód 86. Konkretnie, drugi zawór 88 może otwierać przepływ czwartej mieszaniny gazowej 76 do odchodzącego przewodu 86, który prowadzi do flary 90. Flara 90 może spalać czwartą mieszaninę gazową 74, przykładowo dla obniżenia ciśnienia.

Podczas normalnego działania układu 12, większość lub całość czwartej mieszaniny gazowej 74 jest przesyłana do układu 80 filtrów. Układ 80 filtrów, jak zauważono powyżej, usuwa pył z czwartej mieszaniny gazowej 74 z wytworzeniem oczyszczonego gazu generatorowego 18. Oczyszczony gaz generatorowy 18 jest następnie przesyłany do układu 14 generowania energii elektrycznej, którym, zgodnie z pewnymi przykładami realizacji, może być układ Jenbachera mający źródło napędu takie jak silnik wysokoprężny lub o zapłonie iskrowym. W innych przykładach realizacji, układ 14 generowania energii elektrycznej może obejmować jedną lub wiele turbin gazowych. W pewnych przykładach realizacji, silnik może napędzać generator wytwarzając elektryczność. Jednakże w innych przykładach realizacji, układem 14 generowania energii elektrycznej może być dowolny odpowiedni typ układu generowania energii elektrycznej. Gazy spalinowe 94 wytwarzane w układzie 14 generowania energii elektrycznej (np., przez silnik) są przesyłane do układu 20 przygotowania wsadu, gdzie gorące gazy spalinowe 94 można stosować do osuszania źródła 22 paliwa będącego biomasą. Gazy spalinowe 96 są następnie usuwane z układu 10 przez pochodnię lub podobne urządzenie.

Jak pokazano na FIG. 1, strumień 62 rozpuszczalnika i smoły można zawracać do gazogeneratora 26 na biomasę jako źródło, które może zwiększyć wydajność układu 12. FIG. 2 przedstawia inny przykład realizacji układu instalacji 100 mającego układ 102 gazyfikacji biomasy zintegrowany z układem 14 generowania energii elektrycznej. Jednakże układ gazyfikacji biomasy 102 obejmuje jednostkę krakingu 104 i jednostkę rozdzielającą 106 (np., jedną lub wiele kolumn destylacyjnych), które można stosować do krakowania co najmniej pewnych składników smoły. W ten sposób pewne urządzenia można wykorzystywać do generowania skrakowanej mieszaniny rozpuszczalników, które można stosować jako źródło uzupełniającego rozpuszczalnika, a nie po prostu pozbywać się oddzielonej smoły. W szczególności, strumień 62 rozpuszczalnika i smoły wychodzący z kontaktora 52 może być kierowany przez przewód 108 do jednostki krakingu 104, która generuje skrakowaną mieszaninę rozpuszczalników, i jednostki rozdzielającej 106, która rozdziela skrakowaną mieszaninę rozpuszczalników, przed zawracaniem smoły do gazogeneratora 26.

Jednostka krakingu 104 jest skonfigurowana tak, aby krakować co najmniej część składników smoły w strumieniu 62 rozpuszczalnika i smoły dla generowania mniejszych cząsteczek z wielkich cząsteczek smoły. Jednostka rozdzielająca 106 jest skonfigurowana tak, aby oddzielać większe cząsteczki od mniejszych cząsteczek z użyciem jednej lub wielu technik rozdzielania, takich jak destylacja, sedymentacja grawitacyjna, dekantacja, i tak dalej. Jednostka krakingu 104 może obejmować urządzenia do prowadzenia katalitycznego krakingu, termicznego krakingu, krakingu z parą wodną, lub ich kombinacji, na smole i/lub rozpuszczalnik strumienia 62 rozpuszczalnika i smoły. Podczas pracy, jednostka krakingu 104 przyjmuje strumień 62 rozpuszczalnika i smoły z kontaktora 52 przez przewód 108. Proces krakingu w jednostce krakingu 104 powoduje rozrywanie wiązania węgiel-węgiel pewnych składników w strumieniu 62 rozpuszczalnika i smoły dla wytworzenia pierwszego zestawu cząsteczek 110 i drugiego zestawu cząsteczek 112, który oddziela się w jednostce rozdzielającej 106. W jednym z przykładów realizacji, jednostka krakingu 104 może być integralnie połączona z jednostką rozdzielającą 106. To jest, proces krakingu i proces rozdzielania mogą być prowadzone łącznie.

Ogólnie, pierwszy zestaw 110 cząsteczek obejmuje cząsteczki mające niższą średnią masę cząsteczkową niż w drugim zestawie 112 cząsteczek. Przykładowo, pierwszy zestaw 110 cząsteczek może obejmować cząsteczki mające 9 atomów węgla lub mniej, takie jak cząsteczki w zakresie rozmiarów od mających 1 atom węgla do mających 9 atomów węgla. Przykładowo, pierwszy zestaw 110 cząsteczek może obejmować metan, etan, etylen, propan, propylen, butan, butylen i inne węglowodoPL 224 067 B1 ry o lekkim łańcuchu. Ponadto, pewne cząsteczki z pierwszego zestawu 110 cząsteczek mogą być funkcjonalizowane, tak jak alkoholami, aldehydami, kwasami karboksylowymi, estrami, między innymi. Ogólnie, pierwszy zestaw 110 cząsteczek może być określony jak „składniki lekkie”, a drugi zestaw 110 cząsteczek może być określony jak „składniki ciężkie”. To jest, pierwszy zestaw 110 cząsteczek może mieć średnią masę cząsteczkową, która jest w przybliżeniu od 1 do 99% niższa niż w drugim zestawie 112 cząsteczek, tak jak od w przybliżeniu 10 do 90, 20 do 80, 30 do 70, 40 do 60, lub 50% niższa. Jednostka rozdzielająca 106 może korzystać z tej różnicy w cząsteczkowym ciężarze/strukturze, a dokładniej, fizycznych i chemicznych właściwościach, do oddzielania pierwszego zestawu 100 cząsteczek od drugiego zestaw 112 cząsteczek. Rozdzielania w jednostce rozdzielającej 106 można dokonywać stosując różnice w temperaturach wrzenia, różnice w temperaturach sublimacji, różnice w powinowactwie chemicznym, lub tym podobne. W zilustrowanym przykładzie realizacji, pierwszy zestaw 110 cząsteczek, które mogą wrzeć i/lub sublimować w niższych temperaturach niż drugi zestaw 112 cząsteczek, wychodzi w górnej części 114 jednostki rozdzielającej 106. Konkretnie, pierwszy zestaw 110 cząsteczek może być zawracany do górnej części 60 kontaktora 52 i stosowany jako rozpuszczalnik.

Drugi zestaw 112 cząsteczek, który może obejmować cząsteczki smoły, które pozostają nieskrakowane, lub skrakowane cząsteczki mające 10 atomów węgla lub więcej, lub ich kombinacja, mogą wychodzić blisko dolnej części 118 jednostki rozdzielającej 106. W zilustrowanym przykładzie realizacji, drugi zestaw 112 cząsteczek wchodzi i przepływa przez przewód 120 kierujący drugi zestaw 112 cząsteczek do wlotu 28 gazogeneratora 26. W pewnych przykładach realizacji, drugi zestaw 112 cząsteczek może być krakowany i zgazowywany w gazogeneratorze 26. Przykładowo, gazogenerator 26 może mieć dowolną z cech lub kombinację cech katalitycznego krakingu, katalitycznej gazyfikacji, jak też krakingu z parą wodną.

Poza, lub w miejsce cech usuwania smoły opisanych powyżej w odniesieniu do FIG. 1 i 2, niniejsze przykłady realizacji również dostarczają podejścia do usuwania smoły ze strumienia 50 czarnej wody wytwarzanej przez pierwszą jednostkę płuczącą 44, a nie pozbywania się czarnej wody lub pozostawiania pewnej smoły do sedymentacji dla rozdzielenia. Istotnie, przykłady realizacji omówione poniżej można stosować w połączeniu z dowolną jednostką płuczącą zawartą w układach 10 i 100 opisaną powyżej w odniesieniu do FIG. 1 i 2. Na FIG. 3, układ 130 jest zilustrowany schematycznie jako obejmujący kontaktor 132 do kontaktowania strumienia 134 rozpuszczalnika ze strumieniem 50 czarnej wody wytwarzanej przez pierwszą jednostkę płuczącą 44.

Kontaktor 132 może być dowolnym zbiornikiem przyjmującym strumień 134 rozpuszczalnik i strumień 50 czarnej wody, i kontaktującym oba strumienie dla wytworzenia połączonego strumienia 136 będącego mieszaniną co najmniej wody, smoły i rozpuszczalnika. Zgodnie z pewnymi przykładami realizacji, strumień 134 rozpuszczalnika może obejmować dowolny rozpuszczalnik lub kombinację rozpuszczalników opisaną powyżej w odniesieniu do strumienia 58 rozpuszczalnika z FIG. 1 i 2. W zilustrowanym przykładzie realizacji, strumień 134 rozpuszczalnika obejmuje organiczny rozpuszczalnik, który oddziela się od wody.

Układ 130 obejmuje również zbiornik rozdzielania 138 umieszczony za kontaktorem 132 i połączony w sposób umożliwiający przepływ płynu do kontaktora 132 przez przewód 139. Zbiornik rozdzielania 138 jest ogólnie skonfigurowany tak, aby oddzielać wodę 140 od mieszaniny 142 organicznego rozpuszczalnika i smoły. Tak więc, zbiornik rozdzielania 138 może być kolumną destylacyjną, naczyniem do równowagowej destylacji, lub dowolnym zbiornikiem rozdzielania skonfigurowanym tak, aby oddzielać części organiczne od nieorganicznych. Przykładowo, w zbiorniku rozdzielania 138 można prowadzić selektywne odparowanie wody 140 od mieszaniny 142 smoły i rozpuszczalnik, lub można pozwolić wodzie 140 na oddzielenie od mieszaniny 142 smoły i rozpuszczalnika w oparciu o niemieszalność i gęstość. Innymi słowy, części organiczne mogą sedymentować do dolnej części 144 zbiornika 138, podczas gdy woda 142 podnosi się do górnej części 146 zbiornika 138. Oczywiście, w przykładach realizacji, w których gęstość wody 140 jest większa niż gęstość smoły i rozpuszczalnika 142, woda 142 może opuszczać dolną część 144, a smoła i rozpuszczalnik 142 mogą opuszczać górną część 146.

W zilustrowanym przykładzie realizacji, woda 140 opuszcza górną część 146 zbiornika rozdzielania 138 i wchodzi do przewodu 148. Przewód 148 może zawracać wodę 140 do pierwszej jednostki płuczącej 44 lub dowolnego innego urządzenia, które może wykorzystywać lub przechowywać wodę. Przykładowo, woda 140 może być przesyłana do zbiornika magazynowego, jednostki usuwania kwa10

PL 224 067 B1 sowego gazu, jednostki generowania pary wodnej, wymiennika ciepła, lub dowolnej kombinacji tych urządzeń.

Mieszanina 142 smoły i rozpuszczalnika, jak zauważono powyżej, ulega osiadaniu i opuszcza dolną część 144 zbiornika rozdzielania 138 przez przewód 150. Przewód 150 w sposób umożliwiający przepływ łączy zbiornik rozdzielania 138 z jednostką krakingu 152. Przewód 150 kieruje więc smołę i rozpuszczalnik 142 do jednostki krakingu 152, która jest ogólnie skonfigurowana tak, aby krakować smołę, i w pewnych przykładach realizacji, rozpuszczalnik, dla wytworzenia skrakowanego strumienia 154. Ogólnie, jednostka krakingu 152 jest skonfigurowana tak, aby krakować te materiały z użyciem krakingu katalitycznego, krakingu termicznego, i/lub krakingu z parą wodną, jak opisano wyżej w odniesieniu do jednostki krakingu 104 z FIG. 2. Tak więc, skrakowany strumień 154 obejmuje pierwszy zestaw 156 cząsteczek i drugi zestaw 158 cząsteczek. Pierwszy zestaw 156 cząsteczek ma niższą masę cząsteczkową niż drugi zestaw 158 cząsteczek.

Jednostka krakingu 152 może być nierozdzielna lub połączony w sposób umożliwiający przepływ płynu ze zbiornikiem rozdzielania 160, który jest skonfigurowany tak, aby oddzielać pierwszy zestaw 156 cząsteczek od drugiego zestawu cząsteczek 160. W zbiorniku rozdzielania 160 można wykorzystywać różnice w chemicznych i/lub fizycznych właściwościach pierwszego i drugiego zestawu 156, 158 cząsteczek dla dokonania tego rozdzielania. Właściwości mogą obejmować temperatury wrzenia, temperatury sublimacji, powinowactwo chemiczne i/lub gęstość, między innymi, dla dokonania rozdzielania. Pierwszy zestaw 156 cząsteczek opuszcza górną część 162 zbiornika rozdzielania 160, a drugi zestaw 158 cząsteczek opuszcza dolną część 164 zbiornika rozdzielania 160.

W zilustrowanym przykładzie realizacji, pierwszy zestaw 156 cząsteczek opuszcza górną część 162 zbiornika rozdzielania 160 i wchodzi w przewód 166. Przewód 166 w sposób umożliwiający przepływ łączy zbiornik rozdzielania 160 z kontaktorem 132, tak że pierwszy zestaw 156 cząsteczek działa jako uzupełniający rozpuszczalnik dla procesu oddzielania smoły. W innych przykładach realizacji, przewód 166 może kierować pierwszy zestaw 156 cząsteczek do zbiornika magazynowego lub silnika lub turbiny do zastosowania jako paliwo.

Drugi zestaw 158 cząsteczek opuszcza dolną część 164 zbiornika rozdzielania 160 i wchodzi w przewód 168 w sposób umożliwiający przepływ łącząc zbiornik rozdzielania 160 z gazogeneratorem 26 na biomasę. Tak więc, drugi zestaw 158 cząsteczek jest recyrkulowany do gazogeneratora 26, gdzie może podlegać krakingowi, i korzystnie działać jako dodatkowy wsad do gazogeneratora 26 dla wytwarzania gazu generatorowego. W innych przykładach realizacji, drugi zestaw 158 cząsteczek może być kierowany do innej instalacji lub urządzeń układu, takich jak zbiornik magazynowy, instalacja przetwarzania, lub zakładu wytwarzania substancji chemicznych.

W pewnych przykładach realizacji, może być pożądane krakowanie smoły i rozpuszczalnika 142 in situ w gazogeneratorze 26, a nie dostarczanie smoły i rozpuszczalnika 142 do oddzielnego urządzenia do krakingu. Odpowiednio, niniejsze przykłady realizacji również dostarczają układy, które wykorzystują warunki w gazogeneratorze do krakowania smoła powstającej podczas procesu gazyfikacji, FIG. 4 ilustruje przykład realizacji, który można stosować w połączeniu, lub w miejsce urządzenia do usuwania smoły układów 10 i 100, pokazanych na FIG. 1 i 2. Konkretnie, FIG. 4 ilustruje przykład realizacji układu 180, który obejmuje kontaktor 132 i zbiornik rozdzielania 138, jak opisano wyżej w odniesieniu do FIG. 3. Jednakże, zamiast kierować mieszaninę 142 opuszczającą zbiornik rozdzielania 138 do jednostki krakingu, układ 180 obejmuje przewód 182 kierujący mieszaninę 142 opuszczającą zbiornik rozdzielania 138 do gazogeneratora 26. W tym przykładzie realizacji, mieszanina 142 smoły i rozpuszczalnik 142 jest kierowana przez przewód 182 i stosuje się ją jako wsad do gazogeneratora 26, gdzie może być skrakowana i/lub zgazowana.

W pewnych przykładach realizacji, może być pożądane zastosowanie układu 130 z FIG. 3 lub układu 180 z FIG. 4 w układzie gazyfikacji nie mającym kontaktora 52. Odpowiednio, FIG. 5 ilustruje układ 200, który obejmuje układ gazyfikacji biomasy 202 zawierający drugą jednostkę płuczącą 204, a nie kontaktor 52. Druga jednostka płucząca 204 jest umieszczona za pierwszą jednostką płuczącą 44, lecz przed ochładzaną jednostką 70 płukania wodą. Druga jednostka płucząca 204 przyjmuje drugą mieszaninę gazową 48 i strumień 206 wody. Strumień 206 wody jest kontaktowany z drugą mieszaniną gazową 48 (np., jako aerozolem) dla płukania, i w pewnych przykładach realizacji chłodzenia drugiej mieszaniny gazowej 48 dla wytworzenia trzeciej mieszaniny gazowej 208 i strumienia czarnej wody 210. Tak więc, trzecia mieszanina gazowa 208 ma niższe stężenie smoły w porównaniu z drugą mieszaniną gazową 48, i może mieć niższą temperaturę. Jak pokazano na FIG. 5, układ 202 obejmuje

PL 224 067 B1 trzy jednostki płuczące 44, 204, i 70. Jednakże, w innych przykładach realizacji, dowolna liczba jednej lub wielu jednostek płuczących może być zawarta w układzie gazyfikacji biomasy.

W zilustrowanym przykładzie realizacji, czarna woda 210 z drugiej jednostki płuczącej 204 jest dostarczana do kontaktora 132 jako źródło smoły i wody. Jednakże, w innych przykładach realizacji, wodne ścieki z drugiej jednostki płuczącej 204 mogą być przesyłane do innej jednostki lub zakładu oczyszczania wody lub magazynowania wody. Czarna woda 210, jak to zilustrowano, jest przesyłana do kontaktora 132 i może być łączona ze strumieniem 50 czarnej wody od pierwszej jednostki płuczącej 44. Pracę układu 130 można prowadzić jak opisano wyżej w odniesieniu do FIG. 3, z drugim zestawem 158 cząsteczek, generowanym przez kraking rozpuszczalnika i/lub smoły, zawracanym do gazogeneratora 26. Jak zauważono powyżej, pierwszy zestaw 156 cząsteczek stosuje się jako uzupełniający rozpuszczalnik do kontaktora 132. Ponadto, w innych przykładach realizacji, czarna woda 50 z pierwszej jednostki płuczącej 44 i/lub czarna woda 210 z drugiej jednostki płuczącej 204 mogą być kierowane do układu 180 pokazanego na FIG. 4, a nie do układu 130 pokazanego na FIG. 3.

Wracając do pracy układu gazyfikacji 202 biomasy, trzecia mieszanina gazowa 208 jest przesyłana do ochładzanej jednostki 70 płukania wodą, gdzie gaz generatorowy w mieszaninie gazowej jest płukany, chłodzony, przesączany i spalany jak opisano wyżej w odniesieniu do FIG. 1. Jednakże w pewnych przykładach realizacji trzecia mieszanina gazowa 208 może być przesyłana do jednej lub wielu dodatkowych jednostek płuczących, przykładowo w sytuacjach, w których mieszanina gazowa wytwarzana przez gazogenerator 26 zawiera względnie wysokie stężenia smoły. W takich przykładach realizacji, dowolna dodatkowa jednostka płucząca lub ich kombinacja może być zintegrowana z układem 130 (lub układem 180) w sposób opisany powyżej.

Jak opisano wyżej, ujawnione przykłady realizacji dostarczają układy do kontaktowania mieszaniny gazu generatorowego wytwarzanego przez gazogenerator na biomasę z rozpuszczalnikiem dla usuwania co najmniej części smoły z mieszaniny. Te układy mogą zapewniać techniczne korzyści w porównaniu ze stosowaniem samych cyklonów, wodnych jednostek płuczących i/lub filtrów do oczyszczania gazu generatorowego. Przykładowo, układy mogą pozwalać rozpuszczalnikowi na selektywne absorbowanie lub rozpuszczanie smoły zawartej w mieszaninie gazowej, tym samym zmniejszając stężenie składników smoły w stopniu większym niż typowe konfiguracje. Ponadto, ponieważ rozpuszczalnik może być w pewnych przykładach realizacji organicznym rozpuszczalnikiem, powstała mieszanina rozpuszczalnika i składników smoły może być zawracana do gazogeneratora. Tak więc, przykłady realizacji ujawnione powyżej mogą zapewniać pewne techniczne korzyści takie jak zwiększona przepustowość, zwiększona wydajność instalacji, i/lub gaz generatorowy mający niższe stężenia smoły, między innymi, w porównaniu z istniejącymi układami.

Ten opis wykorzystuje przykłady dla ujawnienia wynalazku, w tym najlepszego sposobu, jak również pozwala dowolnemu znawcy w tej dziedzinie na praktykowanie wynalazku, w tym tworzenia i stosowania dowolnych urządzeń lub układów i realizacji wszelkich włączonych tu sposobów. Zakres ochrony wynalazku jest zdefiniowany zastrzeżeniami i może obejmować inne przykłady, jakie przyjdą na myśl znawcom w tej dziedzinie. Takie inne przykłady mają mieścić się w zakresie zastrzeżeń, jeśli mają strukturalne elementy nie różniące się od dosłownego języka zastrzeżeń, lub jeśli obejmują równoważne strukturalne elementy z nieznaczącymi różnicami względem dosłownego języka zastrzeżeń.

Wykaz oznaczeń

10	układ
12	układ gazyfikacji biomasy
14	układ generowania energii elektrycznej
16	wsad biomasowy
18	oczyszczony gaz generatorowy
20	jednostka przygotowania wsadu
22	źródło paliwa będące biomasą
24	powietrze
26	gazogenerator na biomasę
28	wlot

PL 224 067 B1

30	wloty powietrza
32	układ ekstrakcji popiołu
34	nieoczyszczana mieszanina gazowa
36	wylot
38	cyklon
40	cząstki stałe
42	pierwsza mieszanina gazowa
44	pierwsza jednostka płucząca
46	woda
48	druga mieszanina gazowa
50	czarna woda
52	kontaktor
54	wlot
56	dolna część
58	przepływ rozpuszczalnika
60	górna część
62	strumień
64	linia recyrkulacyjna
66	trzecia mieszanina gazowa
68	wylot
70	ochładzana jednostka płukania wodą
72	zimna woda
74	szara woda
76	czwarta mieszanina gazowa
78	dmuchawa
80	układ filtrów
82	przewód
84	pierwszy zawór
86	odchodzący przewód
88	drugi zawór
90	pochodnia
94	gazy spalinowe
96	gazy spalinowe
100	układ instalacji
102	układ gazyfikacji biomasy
104	jednostka krakingu
106	jednostka rozdzielająca
108	przewód
110	cząsteczki
112	cząsteczki
114	górna część
118	dolna część
120	przewód
130	układ
132	kontaktor
134	strumień rozpuszczalnika

PL 224 067 B1

136	połączone strumienie
138	zbiornik rozdzielania
139	przewód
140	oddzielana woda
142	mieszanina
144	dolna część
146	górna część
148	przewód
150	przewód
152	jednostka krakingu
154	skrakowany strumień
156	cząsteczki
158	cząsteczki
160	zbiornik rozdzielania
162	górna część
164	dolna część
166	przewód
168	przewód
180	układ
182	przewód
200	układ
202	układ gazyfikacji biomasy
204	druga jednostka płucząca
206	woda
208	trzecia mieszanina gazowa
210	czarna woda

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy, znamienny tym, że zawiera reaktor (26) skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo (22) będące biomasą w obecności powietrza (24) dla generowania gazu generatorowego (34), absorber (52, 132) skonfigurowany tak, że przyjmuje mieszaninę (42, 48) gazu generatorowego i smoły i absorbuje smołę w rozpuszczalniku organicznym (58) dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego (66) i bogatej mieszaniny (62) rozpuszczalników zawierającej co najmniej część smoły, i linię recyrkulacyjną (64, 120, 168, 182) skonfigurowaną tak, że kieruje bogatą mieszaninę (62) rozpuszczalników do reaktora (26).

2. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że rozpuszczalnik organiczny (58) zawiera cząsteczki węglowodorów mające 9 atomów węgla lub mniej.

3. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że rozpuszczalnik organiczny (58) zawiera mieszaninę organicznych materiałów odpadowych zawierającą ksylen i inne lekkie cząsteczki węglowodorów mające 9 atomów węgla lub mniej.

4. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor (26) ma otwarty szczyt skonfigurowany tak, że kieruje powietrze (24) do reaktora (26) i dysze (30) skonfigurowane tak, że kieruje dodatkowe powietrze (24) do strefy spalania reaktora (26).

5. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że układ gazyfikacji (10, 12) biomasy zawiera cyklon (38) skonfigurowany tak, że oddziela stałe cząstki (40) od gazu generatorowego (34) dla wytworzenia gazu generatorowego (42) o zmniejszonej ilości cząstek stałych

PL 224 067 B1 i jednostkę płuczącą (44) skonfigurowaną tak, że przemywał gaz generatorowy (42) o zmniejszonej ilości cząstek stałych dla wytworzenia mieszaniny gazu generatorowego i smoły (48).

6. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera jednostkę płuczącą (70) skonfigurowaną tak, że przemywa i chłodzi oczyszczony gaz generatorowy (66).

7. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera silnik skonfigurowany tak, że spala oczyszczony gaz generatorowy (66) dla generowania elektryczności.

8. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 1, znamienny tym, że absorber (52, 132) zawiera jedną lub więcej kolumn absorpcyjnych.

9. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy, znamienny tym, że zawiera reaktor (26) skonfigurowany tak, że zgazowuje paliwo (22) będące biomasą w obecności powietrza (24) dla generowania gazu generatorowego (34);

absorber (52, 132) skonfigurowany tak, że przyjmuje mieszaninę (42, 48) gazu generatorowego i smoły i absorbuje smołę w rozpuszczalniku organicznym (58) dla wytworzenia oczyszczonego gazu generatorowego (66) i bogatej mieszaniny (62) rozpuszczalników zawierającej co najmniej część smoły, jednostkę krakingu (104, 152) skonfigurowaną tak, że rozrywa wiązania węgiel-węgiel w bogatej mieszaninie (62) rozpuszczalników dla generowania skrakowanej mieszaniny (154) rozpuszczalników, jednostkę rozdzielającą (106, 138, 160) skonfigurowaną tak, że rozdziela skrakowaną mieszaninę (154) rozpuszczalników na pierwszy strumień (110, 156) zawierający pierwszą dużą ilość węglowodorów i rozpuszczalnik i drugi strumień (112, 158) zawierający drugą dużą ilość węglowodorów, gdzie pierwszy strumień (110, 156) ma niższą średnią masę cząsteczkową niż drugi strumień (112, 158); i linię recyrkulacyjną (64, 120, 168, 182) skonfigurowaną tak, że kieruje pierwszy strumień (110, 156) do absorbera (52, 132).

10. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 9, znamienny tym, że absorber (52, 132) jest skonfigurowany tak, że absorbuje smołę w pierwszą dużą ilość węglowodorów.

11. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że pierwsza duża ilość węglowodorów ma niższą masę cząsteczkową niż druga duża ilość węglowodorów.

12. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 9, znamienny tym, że pierwsza duża ilość węglowodorów obejmuje cząsteczki węglowodorów mające 9 atomów węgla lub mniej.

13. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 9, znamienny tym, że jednostka rozdzielająca (106, 138, 160) zawiera jedną lub więcej kolumn destylacyjnych.

14. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 9, znamienny tym, że rozpuszczalnik organiczny (58) obejmuje ksylen, toluen lub benzen, lub ich kombinację.

15. Układ gazyfikacji (10, 12) biomasy według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera linię przenoszącą (168, 120) skonfigurowaną tak, że kieruje drugi strumień (112, 158) do reaktora.