SE1150362A1 - Förgasning av alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningar från massabruk - Google Patents

Abstract

Process för förgasning av en alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning (120) från ett rnassabruk i en suspensionsfórgasningsreaktor (2), vari processen innefattar stegen: 5 a) Tillförsel av alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning (120) och enbioolja (110) till nämnda förgasningsreaktor (2), b) Förgasning av nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning(120) och nämnda bioolja (110) i reaktorn (2) genom användande av ett10 oxideringsmedel vid understökiometriska förhållanden och vid en temperatur under 1400°C vid ett utlopp i nämnda reaktor (2); och, c) Bildande av en fas av vätskefonnigt material och en fas av gasformigtmaterial i nämnda reaktor (2).

Description

15 20 25 30 35 finnas ett antal användningsmöjligheter medan det för andra kanske bara finns en enda lämplig teknologi.

En av de tillgängliga teknologiska alternativen är termisk omvandling vilket inkluderar processer i vilka processer värme är den dominerande mekanismen för att överföra biomassan till en annan kemisk fonn. Basaltemativen förbränning, torrefiering, pyrolys och förgasning åtskiljs huvudsakligen i princip genom i vilken utsträckning de involverade kemiska reaktionema är tillåtna att fortskrida (huvudsakligen kontrollerade genom tillgången på syre och på konverteringstemperaturen).

Förgasníng är en process som omvandlar kolhaltigt material, såsom kol, petroleum, biobränsle eller biomassa till kolmonoxid och väte genom att låta råmaterialet reagera vid höga temperaturer med en kontrollerad mängd syre och ånga och/eller vatten. Den erhållna gasblandningen kallas syntesgas eller syngas och är ett bränsle i sig.

Förgasníng är en metod för att utvinna energi ut många olika typer av organiska eller fossila material.

Fördelen med förgasning är att användning av syngasen är potentiellt mer effektivt än direkt förbränning av ursprungsbränslet eftersom den kan förbrännas/användas på ett mer flexibelt sätt. Syngas kan brännas direkt i interna förbränningsmotorer eller gasturbiner för att generera elektricitet, som används för att producera metanol, ammoniak, väte eller syntetisk diesel. Den senare produkten produceras normalt via F ischer-Tropschprocessen.

Förgasníng av biomassa förväntas spela en signifikant roll i en ekonomi med förnyelsebar energi eftersom produktion av biomassa är neutral beträffande C02 i atmosfären och nettoeffekten vid användning av biomassa för t.ex. bränsleproduktion sänker COz-koncentrationen i atmosfären jämfört med om bränslen av fossilt ursprung används även fortsättningsvis. Även om andra biobränsleteknologier, såsom produktion av biogas och biodiesel också är fördelaktiga bränslekällor för att reducera kolutsläppen, kan förgasning utföras av en större mångfald av ingångsbränslen, användas för att framställa en större mångfald av olika producerade bränslen och är en mycket effektiv metod för att utvinna energi ur biomassa. Förgasníng av biomassa är därför en av de mest tekniskt och ekonomiskt genomförbara vägama för energikonvertering i en kolutsläppsbegränsad ekonomi. 10 15 20 25 30 35 För närvarande finns tre huvudtyper av förgasare tillgängliga för kommersiell användning: fixerad bädd, fluidiserad bädd och suspensionsförgasare. Vid suspensionsförgasning törgasas ett torrt, pulveriserat fast bränsle eller ett flytande bränsle eller bränsleslurry med syre eller luft i ett medströms flöde och förgasningsreaktionerna sker i ett tätt moln av mycket fina partiklar/droppar. De flesta kolsorter är lämpliga för denna typ av förgasare på grund av de höga driftstemperaturema och på grund av den goda kontakten som erhålls mellan kolpartiklama och det förgasande mediet. Suspensionsförgasare har uppvisats som högeffektiva enheter för förgasning av kol och andra kolhaltiga bränslen såsom restolja och petroleumkoks.

Svartlut, vilken erhålls vid kemisk kokning av vedflis i en massakokningsprocess, innehåller typiskt mer än hälften av energiinnehållet i den vedflis som matas till kokaren. Nämnda svartlut behöver koncentreras, konventionellt genom indunstning, till en högre halt av fast material, normalt till 65-80 % genom flerstegsindunstare innan den matas till antingen en sodapanna eller en förgasningsanläggning för att producera energi och återvinna kokkemikaliema.

Andra avlopp som innehåller biomaterialrester från massabruken är t.ex. blekeriavlopp från blekning av pappersmassa. Dessa avlopp har vanligtvis låga halter av fast material och ett lägre energiinnehåll än avlutar från massakokning, såsom svartlut. För att kunna bränna eller förgasa nämnda avlopp behöver avloppen indunstas i en sådan utsträckning att mängden producerad nettoenergi skulle bli väldigt låg.

En stor utmaning för förgasningsteknologier är att nå en acceptabel energieffektivitet för bränslen med lågt energiinnehåll, låg reaktivitet eller andra oönskade egenskaper.

Den höga effektiviteten vid konvertering av syngas till bränslen eller elektricitet kan motverkas av signifikant kraftkonsumtion vid förprocessandet av råmaterialet, konsumtionen av stora mängder rent syre (som ofta används som förgasningsmedium) och gasrening. En annan utmaning som blir framträdande vid implementerandet av processer i verkligheten är att erhålla långa serviceintervaller av anläggningama, så att inte anläggningen måste stängas ned med få månaders intervall för rengöring eller underhåll.

För många förgasningsprocesser återfinns de flesta av de oorganiska komponenterna i ingångsmaterialet, såsom metaller och mineraler, i askan. För några 10 15 20 25 30 35 förgasningsprocesser i vilka det oorganiska materialet smälter när det passerar den heta delen av förgasaren (slaggande förgasning) kan askan ha fonnen av ett glasartat fast material med låga filtreringsegenskaper, men energieffektiviteten vid slaggande förgasning kan vara lägre på grund av den högre temperaturen.

Vidare flnns flera problem i anslutning till användningen av biomassa som energikälla, där några av problemen är en hög bulkvolym och ett lågt kalorivärde orsakad av t.ex. hög fukthalt, högt syreinnehåll eller högt oorganiskt innehåll. Biomassa är dessutom känslig för fukt, svår att mata till en trycksatt förgasare, kostsam att mala, inhomogen och innefattar metaller som kan leda till en problematisk hantering av askan under förgasningen. Andra problem associerade med förgasning av biomassa är askans låga smältpunkt och en kemisk sammansättning med potentiellt högt kloridinnehåll.

Flera av nämnda nackdelar och/eller problem resulterar i en sänkning av totala effektiviteten, bildning av avlagringar (slagg och föroreningar), agglomerering, korrosion och problematisk askhantering och även komplicerade och kostnadskrävande processlösningar för att hantera de olika problemen nämnda ovan.

Biomassan kan förbehandlas på olika sätt innan förgasningen utförs för att reducera nämnda problem. Ett sätt är att pyrolysera biomassan för att tillhandahålla en pyrolysolja av biomassa, vilken är en mörk, oljig vätska. Pyrolysering utförs vanligtvis vid temperaturer mellan 400-600°C och genererar såväl en gas som en vätska och en fast fraktion. De två senare kan, beroende på pyrolysprocess, kombineras till att bilda en pyrolysolja innehållande 80-85 % av energin i den biomassa som matats till pyrolysprocessen.

Förgasning av pyrolysolja i en suspensionsförgasare har utförts i en pilotskalaanläggning vid 25 bars tryck och med syre och ånga som förgasningsmedium.

För att uppnå acceptabel förgasningsprestanda behöver ett minimum av 99 % av det kol som ingår i råmaterialet av bioolja konverteras till gas (CO och C02) i förgasaren.

Tester från pilotanläggningar har visat att en kolkonvertering på 99 % eller mer kräver en förgasningstemperatur på 1200-1600°C beroende på pyrolysoljans sammansättning.

Denna höga temperatur leder till en hög konsumtion av syre och sänker förgasarens kallgaseffektivitet (kallgaseffektivitet definierad som energin i producerad syngas dividerad med energin i bränslet in till förgasaren) vilket betyder lägre andel av kemisk valuta (CO + H2) i den producerade syngasen. En vanlig kallgaseffektivitet för suspension av pyrolysolja i pilotskala är 50-55 %. Dessutom är det känt att hanteringen 10 15 20 25 30 35 av halten pyrolysaska leder till svårigheter i vid förgasningsdesignen. Det nonnala innehållet av aska i pyrolysoljan är 0-5 %.

Andra förnybara energirika vätskor är vedextraktiver, t.ex. tallolj a, vilka är biprodukter från massakokning, och glycerol som till exempel erhålls som biprodukt vid biodieselproduktion. Värmevärdena är vanligtvis högre än för svartlut.

Glycerolfcírgasning är möjlig, såsom beskrivs till exempel i dokumentet US 7,662,196.

Den i patentet beskrivna processen använder íörgasning i en suspensionsreaktor vid 900-1000°C men på grund av ofullständig konvertering av råmaterialet till syngas krävs ett andra reaktionssteg. Det andra steget är en reformator vari, även vid temperaturer över 900°C, de olika partiella oxidations- vännesönderdelningsreaktionema fullbordas i närvaro av metalloxider. Fullständig konvertering i ett enda steg skulle kräva avsevärt högre temperaturer och leda därmed leda till lägre effektiviteter på liknande vis såsom beskrivet ovan om förgasning av pyrolysolj a.

Ett annat förbehandlingsalternativ kan vara torreflera biomassan. Torrefiering av biomassa kan resultera i en torr biomassa som är malbar och av såväl högre densitet som högre energidensitet. Den torrefierade biomassan kan vara matningsbar, t.ex. som pellets eller pulver, vilka även är mer homogena i sammansättning men matning av torrefierad fast biomassa till en trycksatt förgasare kan ofta vara svårt, och därför är det föredraget att nämnda torrefierade fasta biomassa görs pumpbar genom att tillföra den som en slurry. Dock sänks förgasningens energieffektivitet avsevärt om det torrefierade fasta biomassamaterialet blandas med vatten.

För suspensionsförgasare som körs med bränsleblandningar av kol-biomassa är leveransen av råmaterialet bestående av blandningen av fast kolhaltigt material och biomassa till förgasaren ett problem. För olika typer av suspensionsförgasare som matar fast kol eller kol-vattenslam har rapporterats att tillförsel av råmaterialet är en av hindren för kontinuerlig drift. Besvär med slampumpar och igensättning av cisterner har observerats. Det är därför önskvärt att utveckla ett sätt att mata biomassa till suspensionsförgasare som inte har någon av ovanstående nackdelar.

Dokument WO 2010/046538 visar att svartlutalkalits katalytiska effekt kan användas för att öka reaktionshastighetema vid nedbrytningen av organiskt material. Processen beskriven i detta dokument är en hydrotermisk behandlingsprocess vid superkritiska eller nära superkritiska förhållanden med vatten som oxiderande medel och är därför 10 15 20 25 30 35 inte relevant för förgasningsprocesser som använder syre eller luft som oxiderande medel i gasfas.

Dokument US 2010/0083575 hänför till en process för samförgasning av kolhaltigt fast material, såsom kol eller koks, med biomassa i vilken biomassamaterialet pyrolyseras för att tillhandahålla pyrolysolja av biomassa och kol eller koks, vilka sedan mixas med det kolhaltiga fasta materialet till ett slam. Dock använder processen fortfarande kolhaltigt fast material som del av råmaterialet, dvs. råmaterialet utgörs inte uteslutande av ett biomassaråmaterial. Dessutom ger inte denna process några fördelar i form av lägre förgasningstemperaturer och/eller högre effektiviteter. Detta betyder att nämnda dokument inte hanterar problemen förknippade med förgasning av bara biomassa.

Vid beaktandet av ovanstående framgår att det finns ett behov av att förbättra processen för förgasning av biomassa och att öka effektiviteten för energikonverteringen.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att eliminera eller åtminstone minimera åtminstone en av olägenhetema och nackdelama med ovan beskrivna teknologier att konvertera förnybara energikällor till användbar energi. Detta kan åstadkommas genom en process som innefattar stegen tillförsel av alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning och en bioolja till nämnda törgasningsreaktor, förgasning av nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning och nämnda bioolja i reaktorn genom användande av ett oxideringsmedel vid understökiometriska förhållanden och vid en temperatur under 1400°C vid ett utlopp i nämnda reaktor, varvid en fas av vätskeforrnigt material och en fas av gasfonnigt material produceras i nämnda reaktor.

Tack vare uppfinningen där förgasning av en råmaterialblandning innehållande alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning från massabruk och bioolja sker är det möjligt att optimera råmaterialet som ska förgasas så att nämnda råmaterial har lämpliga egenskaper för att bli effektivt förgasat vid lägre temperatur än vad som skulle krävas vid förgasning av endast bioolj an och företrädesvis med mindre energikonsumerande förbehandling av den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen såsom indunstning. Detta leder till en högre total energieffektivitet hos processen.

Dessutom begränsar konventionellt mängden tillgänglig alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning som innefattar material från massabruken storleken på förgasningsanläggningarna. Tack vare en lösning enligt uppfinningen kan 10 15 20 25 30 35 förgasningsanläggningar med storskaliga förgasare med avsevärt högre kapacitet än konventionells byggas vid massabruken eftersom bioolja kan tillsättas nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningar, vilket leder till avsevärt sänkta specifika investeringskostnader.

Enligt en aspekt av uppfinningen tillförs nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning och nämnda bioolja som en råmaterialblandning till reaktom. Tack vare denna aspekt kan inloppen för råmaterialet göras enklare.

Enligt en arman aspekt tillförs nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning (120) och nämnda bioolja (110) genom separata inlopp (3, 3 ') på nämnda reaktor (2), under säkerställande av god blandning i reaktorn nära inloppen. Tack vare denna aspekt kan även material som inte är blandbara eller som inte bildar en homogen lösning förgasas tillsammans.

Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen är viktsförhållandet mellan alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning (120) och bioolja (110) mellan 95:5 och 20:80, mer föredraget mellan 90: 10 och 40:60, och mest föredraget mellan 80:20 och 40:60. Tack vare denna aspekt erhålls optimerat vatteninnehåll, alkaliinnehåll och viskositet hos vätskan som ska förgasas vid maximal kallgaseffektivitet.

Enligt en annan aspekt innefattar nämnda bioolja (110) pyrolysolja av biomassa, glycerol och/eller vätskeforrniga biprodukter, t.ex. tallolja från massabruket och nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning (120) innefattar avlut från ett koksteg inom massabruket och/eller ett blekeriavlopp från ett eller flera bleksteg inom massabruket. Tack vare denna aspekt erhålls en flexibel process med möjlighet att förgasa en mångfald vätskor och blandningar utifrån förgasningsanläggningens specifika lokalisering och situation på plats.

Enligt ärmu en aspekt av uppfinningen utförs förgasningsprocessen vid ett absolut tryck för förgasningsprocessen från ungefär 1,5 till ungefär 150 bar, företrädesvis från ungefär 10 till ungefär 80 bar, och mer föredraget från ungefär 24 till ungefär 40 bar i reaktionszonen och vid en temperatur som är minst 900°C, företrädesvis minst 950°C men under 1400°C, företrädesvis under l200°C i reaktionszonen under förgasningen.

Tack vare dessa aspekter uppnås optimala förhållanden under förgasningen och efterföljande värmeåtervinning och maximal energieffektivitet erhålls. 10 15 20 25 30 35 KORT F IGURBESKRIVNING De föregående aspekterna och flera av de åtföljande fördelarna med uppfinningen kommer att enkelt att kunna uppskattas när desamma blir bättre förstådda genom referens till den följ ande detaljerade beskrivningen i kombination med de tillhörande ritningama.

Uppfinningen kommer att beskrivas i mer detalj med hänvisning till de bifogade figurema, i vilka: F ig. 1 visar ett flödesschema för ett arrangemang av processer för utförande av uppfinningen, Fig. 2 visar ett flödesschema för ett alternativt arrangemang av processer för utförande av uppfinningen, F ig. 3 visar ett generellt processchema för en förgasningsanläggning med en högtemperaturreaktor av suspensionstyp, och Fig. 4 visar en modifierad version av den förgasningsanläggning såsom visad i Fig. 3.

DETALJERAD FIGURBESKRIVNING Den följande detaljerade beskrivningen och exemplen i den finns med endast i syfte att beskriva och illustrera visa utföringsforrner av uppfinningen och är inte avsedda att på något sätt begränsa uppfinningens omfattning.

I Fig. 1 visas ett flödesschema för ett arrangemang av processer för utförande av uppfinningen. Bioolja 110 matas till en råmaterialblandningstank 100, där bioolja 110 mixas med alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning 120 från ett massabruk.

Den erhållna råmaterialblandningen 130 innefattande alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning 120 och bioolj an 110 förs till en förgasningsreaktor 2 (visas i F ig. 3) i en suspensionsförgasningsprocess 200, i vilken reaktor 2 nämnda råmaterialblandning 130 förgasas och konverteras till en rå syntesgas 210 och en så kallad grönlut 220 innefattande återvunna kokkemikalier. Efter att den råa syntesgasen 210 har renats och konditionerats i en eller flera behandlingsenheter 300 kan den rena syntesgasen 310 användas för ändamålsenlig produktion av elkraft och/eller produktion av bränslen eller kemikalier.

Nämnda bioolja 110 kan vara vilka vätskor som helst som härstammar från material av biomassa, företrädesvis pyrolysolja från ved, glycerol från biodieselframställning eller 10 15 20 25 30 35 tallolja från ved, vegetabiliska oljor etc medan nämnda alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning 120 företrädesvis kan vara en avlut från en kokningsprocess i ett massabruk eller ett avlopp från massabruket.

Termen bioolja förstås som att den innefattar alla förnybara energirika vätskor med ursprung i biomassa, t.ex. pyrolysolj a, glycerol, tallolja etc. Olika vätskor producerade som avfalls- eller biprodukter inom massabruken vid tillverkning av pappersmassa, t.ex. avlutar och avlopp, är inte inkluderade i termen bioolja genomgående i texten.

Beroende på den kemiska massakokningsprocess som används, har den erhållna avluten olika kemisk sammansättning och benämns även olika. För sulfatkokningsprocesser är avluten en så kallad svartlut. Typiskt innehåller svartluten mer än hälften av energiinnehållet i vedflisen som matas in till kokaren. Andra kemiska massakokningsprocesser kan vara olika sorter av sulfitkokningsprocesser, t.ex. natrium- eller kaliumbaserade sulfitprocesser, vilket resulterar i en natrium- eller kaliumbaserad sulfitavlut.

Alternativt kan nämnda alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning 120 innefattande energirikt material företrädesvis vara ett avlopp från massabruket, t.ex. ett avlopp från ett bleksteg inom bruket. I några utföringsfonner kan det vara en blandning av lämpliga avlutar och avlopp för att nå ett lämpligt innehåll av fast material, alkaliinnehåll och/eller viskositet. Alkalimetallinnehållet i den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen katalyserar förgasnings- och sönderfallsreaktionerna och möjliggör väldigt hög kolkonvertering vid jämförelsevis låg förgasningstemperatur.

Således behöver blandningens alkalimetallinnehåll vara tillräckligt hög för att ge tillräcklig katalytisk effekt. Altemativt kan alkali tillsättas, t.ex. som NaOH till blandningen för att uppnå den katalytiska effekten. Denna tillsats är företrädesvis en del alkalikompenseringen till massabrukets kemikaliecykel.

Bioolja har normalt ett högre värrnevärde än nämnda avlutar, vilka i sin tur har högre värrnevärden än nämnda blekeriavlopp. Tillsats av bioolja till avlutar kan öka kallgaseffektiviteten vid förgasning av alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning.

Tillsats av bioolja till blekeriavlopp kan verkligen motivera förgasning av blekeriavlopp ur ekonomisk synpunkt. 10 15 20 25 30 35 10 Nämnda bioolja kan tillverkas av ett biomassamaterial innefattande växtdelar men nämnda biomassamaterial kan även inkludera avfall av växt- och dj urdelar som primärt har använts för andra syften såsom livsmedelstillverkning, tillverkning av fibrer, kemikalietillverkning eller värmeproduktion. Dessutom kan biomassamaterialet vara biologiskt nedbrytbara avfall som kan brännas som bränsle inkluderande kommunalt avfall, grönt avfall (biologiskt nedbrytbart avfall som innefattar trädgårds- eller parkavfall såsom gräs- eller blomklippningar eller häcktrimningar), biprodukter från jordbruk inkluderande dj urgödsel, avfall från livsmedelshantering, avloppsslam eller - alger.

I Fig. 2 visas en annan foredragen utfóringsfonn, i vilken alkaliinnehållande vattenhaltiga lösningen 120 och bioolj an 110 blandas inuti fórgasningsreaktom 2 (visas i Fig, 4) i förgasningsprocessen 200 efter att ha introducerats/tillfórts via separata ledningar genom separata inlopp på förgasningsreaktom 2.

Introduktion av vatten och/eller ånga kan ofta behövas for att motverka sotbildning vid forgasning av bioolja. Dock sänker generellt introduktion av vatten till reaktorn kallgaseffektiviteten. Genom att blanda bioolja 110 och den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen 120 nyttiggörs vattnet i nämnda vattenhaltiga lösning 120, vilket betyder att inget extra vatten och/eller ånga kan komma att behöva tillsättas, något som annars skulle sänka kallgaseffektiviteten for forgasning av biooljan 110.

Hantering av oorganiska komponenter (aska) är en huvudfunktion vid fórgasning av kokavlutar eftersom svartlutens oorganiska kemikalier måste återvinnas och återanvändas vid bruket. När aska från bioolj an 110 blandas med askan från kokavlut 120 i förgasningsreaktorn bildas en blandning med liknande smälttemperaturer och egenskaper som kokavlutaskan. Därför kan de askhanteringsproblem som är närvarande vid förgasning av bioolja lösas om ett råmaterial innefattande en bioolj a/kokavlutblandning förgasas i en förgasare av samma typ som normalt används for kokavlutar.

Fig. 3 visar ett generellt processchema för en fórgasningsprocess med en reaktor av suspensionstyp for forgasning vid slaggande förhållanden (hög temperatur) i enlighet med uppfinningen. Nämnda process är en del av kemikalieåtervinningscykeln for ett sulfat- eller sulfitmassabruk. 10 15 20 25 30 35 11 Den följande beskrivningen skall ses som en generell beskrivning av en förgasningsprocess och skall tolkas som illustrativ och inte på ett begränsande sätt. Det förstås att ett antal ändringar och modifikationer kan göras i den nedan beskrivna processen utan att avvika från uppfinningens omfång, såsom definierad i de efterföljande patentkraven.

Processchemat illustrerar utföringsforrnen såsom beskriven i relation till Fig. 1 med en förblandning av den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen 120 och bioolja 110 som råmaterialblandningen 130.

Detalj nummer 1 i Fig. 3 avser ett tryckkärl vilket innefattar en keramiskt lindad förgasningsreaktor 2 följd av en quenchutrymme 38 i vilken det heta mediet, dvs. en fas av vätskeformigt material och en fas av gasformigt material från reaktorn kyls medelst en kylvätska. Reaktom är försedd med ett inlopp 3 för råmaterialblandningen 130 och ett inlopp 4 för ett oxiderande medel, t.ex. syre eller syreinnehållande gas och en brännare (ej visad). Det kan även finnas ett inlopp för atomiseringsmedium (visas ej). Öppningen i botten av reaktorkammaren är begränsad i storlek för att åstadkomma ett recirkulerande rörelsemönster i reaktorn, vilket krävs för att erhålla hög kolkonvertering- och svavelreduktionseffektivitet. Öppningen är i form av ett strypt reaktorutlopp 5 vilket öppnar direkt in i quenchutrymmet 38 ovanför ytan 35 av vätskan i en grönlutskammare 6 vilken är belägen nedanför. Ett syfte med quenchutrymmet 38 är att kyla gasen som lämnar reaktorn till en temperatur vid vilken gasfasens kemiska reaktioner inte sker vid en signifikant hastighet.

Ett antal sprutmunstycken 7 för kylvätska mynnar ut i det strypta reaktorutloppet 5 och quenchutrymmet 38. Producerad grönlut 220 transporteras från kammaren 6 genom en ledning 8, via en pump 9 och en värrneväxlare 10 till efterföljande processteg för att generera koklut, t.ex. vitlut, eller till andra processteg där grönlut används. Ett delflöde av grönluten som transporteras i ledning 8 kan retumeras till grönlutskammaren 6 genom en ledning 81 via en pump 91. Kylvätska som inte har förångats samlas upp i en behållare 36 för återanvändning.

Rå syntesgas från det första kärlet 1 förs genom en ledning 11 till ett andra tryckkärl 12 för gasbehandling och återvinning av sensibelt värme. Denna ledning ll mynnar ut i tryckkärlet 12 ovanför en vätskeyta i en tvättkammare 13 i botten av kärlet. Vätskan i tvättkammaren i det andra kärlet kan föras genom en ledning 14 via en pump 15 till det första kärlet 1 för att utgöra spädvätska eller kylvätska, som tillhandahålls via 10 15 20 25 30 35 12 sprutmunstyckena 7. Tryckkärlet 12 kan innefatta en indirekt kondensor av typen motströms fallfilmskondensor 16 placerad ovanför kammaren 13. Andra typer av kondensorer kan användas utan att avvika från uppfinningens omfång och eftersom metoder för gastvätt och gaskylning är välkända tekniker kommer de inte att beskrivas i detalj här.

En utloppsledning 17 för kyld rå syntesgas 210 är placerad på toppen av det andra tryckkärlet 12. Utloppsledningen 17 transporterar den kylda råa gasen från förgasningsanläggningen 200 till ett inlopp 31 i en eller flera efterbehandlingsenheter 300, vilka kan innefatta en anläggning 30 för ytterligare avlägsnande av svavelkomponenter och det mesta av C02 (sur gasavlägsnande, AGR). Anläggningen 30 innefattar vilken som helst känd gasseparationsteknologi för avlägsnande av sur gas så väl som gaskonditioneringsteknologi som kan behövas för att producera syntesgas av hög kvalitet. I en föredragen utföringsform utförs selektivt avlägsnande av icke önskvärda gaskomponenter i rå syntesgas 210 så att svavelinnehållande komponenter, C02 och spår av tjärkomponenter som kan finnas närvarande i rå syngas 210 avlägsnas separat i respektive ledningar 33, 34, 37. En ledning 32 från anläggningen 30 kan transportera den renade och kylda syntesgasen 310, nu kallad renad syntesgas, till alla möjliga användningsområden för syntesgas, t.ex. kemikalieproduktion, bränsleproduktion, elframställning och/eller ång-/värmeframställning Fig. 4 visar ett generellt processchema av en modifierad version för en förgasningsprocess med en reaktor av suspensionstyp för förgasning vid slaggande förhållanden (hög temperatur) såsom visas i Fig. 3 och i enlighet med en annan föredragen utföringsforrn av uppfinningen. Nämnda process är en del av kemikalieåtervinningscykeln för ett sulfat- eller sulfitmassabruk.

Processchemat illustrerar utföringsformen såsom beskriven i relation till Fig. 2 i vilken bioolj an 110 och den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen 120 förs separat via separata ledningar till separata inlopp 3, 3 ' på förgasningsreaktom 2 för tillförsel av den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen 120 och biooljan 110. lnloppen 3, 3 ' är placerade så att en bra sammanblandning av nämnda tillflöden sker när de har kommit in i reaktom. Genom processer enligt denna utföringsform är det möjligt att förgasa kombinationer av den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen 120 och biooljan 110 vilka är ofördelaktiga att blanda eller som inte bildar homogena lösningar. 10 15 20 25 30 35 13 En första föredragen utföringsform enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas.

Svartlut 120 med en torrhalt på ungefär 70-85% leds till blandningszonen 100 där nämnda lut 120 blandas noggrant med pyrolysolja 110 och bildar en råmaterialblandning 130. Svartlutens torrhalt kan vara lägre än vad som normalt används vid för förgasning av svartlut på egen hand för att uppnå lämpliga förgasningsegenskaper hos råmaterialblandningen, t.ex. vattenhalt, alkalihalt och viskositet, som är optimala för förgasningsprocessen för råmaterialblandningen.

Svartluten 120 och pyrolysoljan 110 blandas så att de bildar ett blandat förgasningsråmaterial 130 med ett viktsförhållande mellan svartlut 120 och pyrolysolja 110 mellan 95:5 och 20:80, mer föredraget mellan 90: 10 och 40:60 och mest föredraget mellan 80:20 och 40:60.

Nämnda blandade förgasningsråmaterial 130 kan, om nödvändigt, värmas till en temperatur på 100-200°C innan materialet leds till förgasningsreaktorn 2, för att uppnå en viskositet som enklare kan processas utan olägenheter i förgasaren 2. Nämnda blandade förgasningsrårnaterial 130 leds till förgasningsenheten 200 innefattande förgasarreaktorn 2 av suspensionstyp. Förgasare av suspensionstyp är känga per se.

Dock, i de föredragna utföringsformerna enligt uppfinningen utförs förgasningen företrädesvis i en förgasare av suspensionstyp som företrädesvis är: - Utrustad med medel för att atomisera förgasningsråmaterialet till små droppar, företrädesvis mindre än ungefär 200 um - Anpassad för förgasning av ett starkt alkaliskt råmaterial med högt innehåll av aska ut ett materialkompatibilitetsperspektiv.

- Utrustad att åstadkomma hantering och återvinning av halten aska i förgasningsråmaterialet.

- Kopplad till en enhet för avlägsnande av sur gas vilken enhet kan avlägsna/ återvinna icke önskvärda gaskomponenter såsom spår av tj ära, svavelinnehållande föreningar och C02 från den i förgasaren producerade råa syntesgasen.

F örgasningsreaktorn 2 tillförs råmaterialblandningen 130 och en ström av syre eller en syreinnehållande gas. Nämnda ström kan ha blivit förvärmd till 50-400°C.

Råmaterialblandningen 130 processas medelst förgasning i närvaro av ett oxiderande medel, t.ex. syre eller luft, varigenom värme frigörs vid de kemiska reaktioner som sker och ger en temperatur över 800°C, företrädesvis över 900°C, mer föredraget över 95 0°C 10 15 20 25 30 35 14 men under l400°C, företrädesvis under l200°C, och vid ett absolut tryck från ungefär 1,5 till ungefär 150 bar, företrädesvis från ungefär 10 till ungefär 80 bar, och mer föredraget från ungefär 24 till ungefär 40 bar i reaktionszonen (en så kallad högtrycksförgasning). Ett atomiserande stödmedium kan användas. Nämnda förgasning sker vid reducerande förhållanden, dvs. sub-stökoimetriska syreförhållanden, varvid en blandning av delvis åtminstone en fas av ett vätskeforrnigt material och delvis åtminstone en fas av gasformigt material produceras. Det är viktigt att reaktoms bottenutlopp är designad att ge ett recirkulerande flödesmönster i reaktorn så att den önskade processprestandan uppnås.

Det skall tolkas som så att temperaturen i reaktoms 2 utlopp betyder temperaturen på det vätskefonniga materialet och det gasformiga materialet när nämnda material är på väg att lämna reaktorn 2, i området angränsande till det strypta reaktorutloppet 5.

Reaktionstemperaturen inuti reaktom 2 är vanligtvis avsevärt högre än temperaturen vid reaktorutloppet.

Fasen av gasformigt material innefattande den råa syntesgasen, t.ex. kolmonoxid, väte, koldioxid, metan, vätesulfid och vattenånga, och fasen av det vätskefonniga materialet innefattande Oorganisk smälta och aska, t.ex. natriumsulfid, karbonat och hydroxid, kyls i quenchutrymmet 38 genom att spraya kylvätska genom ett antal munstycken 7 för att uppnå maximal kontakt med gas/smältablandningen. Kylvätskan kan principiellt bestå av vatten, en del av vattnet kommer att förångas när det kommer i kontakt med den heta gasen och smältan vid reaktortemperaturen. Gastemperaturen sjunker till ungefär 100- 230 °C i quenchutrymmet 38. Smältadroppama löses i den återstående delen av kylvätskan och faller ned i grönlutskammaren 6 där den löses och bildar grönlut.

Altemativt faller smältadropparna ned direkt i lutkammaren och löser sig först då i den grönlut som redan finns närvarande i detta utrymme. Smältadroppama kyls sedan möjligen genom indunstning av vatten i grönlutsbadet.

Grönluten lämnar quenchutrymmet 38 genom en ledning 8 i botten av det första tryckkärlet och kan pumpas genom en värrneväxlare, i vilken värmeenergi återvinns från grönluten genom att kyla den sistnämnda. Altemativt kan värrneenergin i grönluten återvinnas på armat sätt. Ett filter kan placeras före pumpen för infångande av småpartiklar. Det är fördelaktigt om mängden oförbränt kol i smältan och i nämnda grönlut är lägre än 5 %, företrädesvis lägre än 1 % och mer föredraget lägre än 0,2 % av kolet i sulfittjockluten, dvs. kolkonversionen i reaktom är åtminstone 95 %, företrädesvis åtminstone 99 % och mer föredraget åtminstone 99,8 %. 10 15 20 25 15 Grönlutssulfiden kan återvinnas på samma vis som sulfiden i grönluten från en sodapanna. En hög svavelreduktionseffektivitet sänker den totala mängden svavel som behöver cirkuleras genom att den så kallade dödlasten minskas (d v s inaktiva svavelföreningar såsom sulfat). Det är fördelaktigt om grönluten är till en omfattning av åtminstone 90 %, företrädesvis åtminstone 98 % och mer föredraget åtminstone 99 % fri från icke-reducerat svavel, dvs. att svavelreduktionseffektiviteten är åtminstone 90 %, företrädesvis åtminstone 98 % och mer föredraget åtminstone 99 %.

Den råa syntesgasen 11 som lämnar den primära quenchlösaren i reaktorkärlet 1, nu huvudsakligen fri från smältadroppar, kyls ytterligare till mättnad i det andra kärlet 12, gaskylaren för partikelavlägsnande och gaskylning. Vattenånga i den råa syntesgasen 11 kondenseras och den värme som frigörs kan användas för att generera ånga.

Spår av tj ära, vätesulfid och koldioxid kan avlägsnas från den kylda råa syntesgasen i en anläggning 300 för borttagande av sur gas - AGR. Flera kända kommersiella gasreningssystem innefattande enheter för absorption av sur gas och återvinning av svavel kan användas. Nämnda borttagna vätesulfid kan sedan ledas till kokkemikalieberedningen.

Tabellen nedan visar typiska egenskaper för förgasning av pyrolysolj a, svartlut och samförgasning av pyrolysolja och svartlut i en 50/5 0-blandning.

Förgasning av Förgasning av 50/50 SL/PO- pyrolysolja (PO) svartlut (SL) blandning Värmevärde (våt basis) MJ/kg] Typisk 15-20 9-10 12-15 Hög 25 12 Askhalt [%] 0-5 15-40 7-22 Närvaro av katalyserande Na och Låg 10-20 5-10 K [%] Vatten [%] 5-30 20-35 10-30 Förgasningstemp 1200- 1600 1000- 1050 1000-1050 Kolkonvertering Ungefär 99% >>99% >>99% Pyrolysolj an 110 kan tillverkas genom pyrolys av biomassamaterial på vilket konventionellt vis som helst resulterande i en pyrolysolja 110 som innefattar 10 15 20 25 30 35 16 huvudsakligen en blandning av organiska kemikalier och som har en varierande vattenkvantitet som sträcker sig från ungefär 5 vikts-% till ungefär 50 vikts-%.

I en andra föredragen utföringsform blandas sulfitavlut med pyrolysolj a. Sulfitavlut 120 med en torrhalt på ungefär 60-80 % leds till blandningszonen 100 där nämnda lut 120 noggrant blandas med pyrolysolja 110 och bildar ett blandat förgasningsråmaterial 130.

Sulfitavluten och pyrolysoljan blandas så att en råmaterialblandning med ett viktsförhållande mellan sulfitavlut 120 och pyrolysolja på mellan 95:5 och 20:80, företrädesvis mellan 90:10 och 40:60 och mer föredraget mellan 80:20 till ungefär 40:60 bildas.

Det generellt lägre alkaliinnehållet i sulfitavlut jämfört med svartlut kan tillåta att en lägre andel pyrolysolja blandas in utan att ett fór lågt alkaliinnehåll erhålls i det blandade förgasningsråmaterialet 130.

Nämnda blandade förgasningsråmaterial 130 kan, om nödvändigt, värmas till en temperatur på 100-200 °C innan den leds in i reaktorn 2, för att uppnå en viskositet som lättare kan processas utan olägenheter i förgasaren och som sedan leds till förgasningsenheten 200 och förgasas i enlighet med vad som tidigare beskrivits.

Förgasningsprocessen kan företrädesvis liknande den som redan beskrivits för den första föredragna utföringsformen ovan. Återvinning av grönlut och svavel i syngas skiljer sig för en sulfitkokningsprocess ledande till sulfitavlut, jämfört med en sulfatkokningsprocess som resulterar i en svartlut, som beskrivet ovan.

I en tredje föredragen utföringsforrn blandas ett blekeriavlopp 120 med glycerol 110.

Blekeriavlopp 120 från ett eller flera bleksteg leds till blandningszonen 100 och blandas med glycerol 110. Beroende på blekeriavloppets egenskaper kan nämnda avlopp indunstas till viss utsträckning före att den blandas med glycerolen 110 och bildar råmaterialblandningen 130. Avlopp från blekerianläggningar har typiskt en torrhalt på ungefär 40-70 % efter koncentrering genom indunstning.

Avlopp från blekerianläggningar är kända för att ofta vara svåra att indunsta till hög torrhalt. Dessutom har ofta blekeriavlopp lägre värrnevärde än vad avlutar från 10 15 20 25 30 17 kokprocessema har. Både lägre torrhalt och lägre värrnevärde sänker förgasningsprocessen effektivitet. Därför kan det vara svårt att förgasa blekeriavlopp separat med acceptabel driftsprestanda. I enlighet med vad som beskrivits ovan kan alkaliinnehållet i blekeriavloppet användas för att öka effektiviteten på bioolj ans förgasningsreaktioner och biooljans högre värmevärde leder till högre effektivitet vid förgasning av ett blandat förgasningsråmaterial. Blekeriavloppet 120 och glycerol 110 blandas så att en råmaterialblandning 130 med ett viktsförhållande mellan blekeriavlopp 120 och glycerol 110 på mellan 95:5 och 20:80, företrädesvis mellan 90:10 och 40:60 och mer föredraget mellan 80:20 till ungefär 40:60 erhålls.

Nämnda råmaterialblandning 130 leds till förgasningsenheten 200 och förgasas i enlighet med vad som beskrivits tidigare. Förgasningsprocessen är liknande den som beskrivits för de andra föredragna utföringsfonnerna ovan.

Det inses att syftena med föreliggande uppfinning såsom presenterad ovan, bland de som tydliggörs av den detaljerade beskrivningen, skall tolkas som illustrativa och inte på ett begränsande vis. Inom omfånget för de efterföljande kraven kan arrangemang med ett antal ändringar av den föreliggande uppfinningen vara möjliga, t.ex. att använda en kombination/blandning av avlutar och blekeriavlopp som nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga material. En kombination/blandning kan ge en möjlighet att mer exakt justera viskositeten och vatteninnehâllet på den slurry som ska förgasas.

Förgasaren i de olika utföringsformerna enligt uppfinningen är av nedåtgående suspensionstypen, men det inses att även andra typer av suspensionsförgasare kan användas enligt uppfinningen, t.ex. uppåtgående förgasare.

Vidare inses att andra material av biomassamaterialurspnmg än bioolja kan förgasas tillsammans med den alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösningen, t.ex. torrefierat biomassamaterial i pulverform eller granulär förrn.

Claims (13)

1. 0 15 20 25 30 35 18 PATENTKRAV .

2. Process för förgasning av en alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning (120) från ett massabruk i en suspensionsförgasningsreaktor (2), kännetecknad av att processen innefattar stegen: a) Tillförsel av alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning (120) och en bioolja (1 10) till nämnda förgasningsreaktor (2), b) Förgasning av nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning (120) och nämnda bioolja (110) i reaktorn (2) genom användande av ett oxideringsmedel vid understökiometriska förhållanden och vid en temperatur under 1400°C vid ett utlopp i nänmda reaktor (2); och, c) Bildande av en fas av vätskeformigt material och en fas av gasformigt material i nämnda reaktor (2). .

3. Process enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning (120) och nämnda bioolja (110) tillförs som en råmaterialblandning (130) till reaktorn (2). .

4. Process enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning (120) och nämnda bioolja (1 10) tillförs genom separata inlopp (3, 3 ') på nämnda reaktor (2). .

5. Process enligt något av krav l-3, kännetecknad av att nämnda bioolja (110) innefattar pyrolysolja av biomassa, glycerol och/eller vätskefonniga biprodukter från massabruket. .

6. Process enligt krav 4, kännetecknad av att nämnda vätskeformiga biprodukter innefattar tallolj a. .

7. Process enligt krav 2 eller 3, kännetecknad av att viktsförhållandet mellan alkaliinnehållande energirik vattenhaltig lösning (120) och bioolja (110) är mellan 95:5 och 20:80, mer föredraget mellan 90:10 och 40:60, mest föredraget mellan 80:20 och 40:60. 10 20 25 30 7. 19 Process enligt något av föregående krav, kännetecknad av att förgasningen utförs vid ett absolut tryck för förgasningsprocessen från ungefär 1,5 till ungefär 150 bar, företrädesvis från ungefär 10 till ungefär 80 bar, och mer föredraget från ungefär 24 till ungefär 40 bar i reaktionszonen.

8. Process enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda temperatur är minst 900°C, företrädesvis minst 950°C i reaktoms (2) utlopp under förgasningen.

9. Process enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda

10.

11.

12.

13. temperatur företrädesvis är under l200°C i reaktorns (2) utlopp under förgasningen. Process enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda vätskeformiga material är i form av en saltsmälta, nämnda saltsmälta löses i en vätska i ett grönlutsbad (6) varigenom grönlut bildas, nämnda grönlut dras av och nämnda grönlut återförs till massabruket. Process enligt krav l, kännetecknad av att nämnda gasformiga material är en rå syntesgas (11), nämnda råa syntesgas dras av och transporteras till ytterligare processande varigenom en syntesgas (32, 310) bildas. Process enligt krav l, kännetecknad av att nämnda alkaliinnehållande energirika vattenhaltiga lösning (120) innefattar avlut från ett koksteg inom massabruket och/eller ett blekeriavlopp från ett eller flera bleksteg inom massabruket. Process enligt krav 12, kännetecknad av att nämnda avlut innefattar svartlut och/eller sulfitavlut, vari nämnda sulfitavlut är en natrium- eller kaliumbaserad sulfitavlut eller en blandning därav.