SE540112C2 - Metod och anordning för att producera energi genom att återvinna material under en bränsleförbränningsprocess - Google Patents

Abstract

SAMMANFATTNINGFöreliggande uppfinning avser en metod för att producera energi genom att återvinna material under en bränsleförbränningsprocess (1) som äger rum i en bränsleförbränningsenhet, varvid bränsleförbränningsprocessen innefattar förbränning av bränsle som införs i bränsleförbränningsprocessen, varvid metoden innefattar momenten att införa bränsle utvalt från en grupp bestående av fossilt bränsle innefattande kol, biobränsle, industriavfall, kommunalt avfall och varje kombination därav in i bränsleförbränningsprocessen (1), införa en ström av rökgas (4), införa åtminstone en del av den biomassa som produceras i processen (2) för odling av biomassa i en biogasproduktionsprocess (3), i bränsleförbränningsprocessen (1) införa åtminstone en del av det syre som produceras i processen (2) för odling av biomassa, införa åtminstone en del av den biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen (3) i bränsleförbränningsprocessen (1), och införa förbränningsluft (9) i bränsleförbränningsprocessen.Vidare avser uppfinningen en anordning för att producera energi genom att återvinna material under en bränsleförbränningsprocess.

Description

Föreliggande uppfinning avser en metod för att producera energi genom att återvinnamaterial under en bränsleförbränningsprocess. Vidare avser uppfinningen en anordningför att producera energi genom att återvinna material under en bränsleförbränning sprocess.

TEKNIKENS STÄNDPUNKT Bränsleförbränning är en process varvid ett bränsle förbrukas i en exoterrn kemiskreaktion som frigör värme och ljus. Vanligen är det bränsle som förbränns ett kolvätesom reagerar med syret i luften. Det huvudsakliga användningson1rådet förbränsleförbränning är energi. De vanligaste bränslena som används för produktion avenergi är fossila bränslen, som består av uråldrigt, nedbrutet organiskt material. Olja,kol, och naturgas är tre av de vanligaste fossila bränslen som används i bränsleförbränning sreaktioner.

Nackdelen med bränsleförbränningsprocessen är att kraftverkskällorna, exempelviskolbaserade kraftverk, producerar rökgasutsläpp under bränsleförbränningsprocessen.

Den rökgas som släpps ut i luften påverkar miljön.

Genom känd teknik har konstaterats att användningen av rökgas, innehållandeexempelvis koldioxid och kvävedioxid, är ett näringsämne för alger. US 2007/0048848Al redogör för en process innefattande att leda koldioxid i rökavgaser från ett koleldatkraftverk till en algbioreaktor och leda det syre som produceras genom foto syntes avalgerna i algbioreaktom till kraftverksprocessen för att understödja effektiv förbränning.Emellertid har uppfinnarna insett behovet av att effektivare återvinna material underbränsleförbränningsprocessen för att reducera mängden i synnerhet fossila bränslen som behövs för användning i bränsleförbränningsprocessen.

UPPFINNINGENS SYFTE Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en ny typ av metod för att produceraenergi genom att återvinna material under en bränsleförbränningsprocess. Vidare är ettsyfte med uppfinningen att tillhandahålla en anordning för att producera energi genom att återvinna material under en bränsleförbränningsprocess.

UPPFINNINGEN I SAMMANFATTNINGMetoden enligt föreliggande uppfinning kännetecknas av vad som presenteras i patentkrav l .

Anordningen enligt föreliggande uppfinning kännetecknas av vad som presenteras ipatentkrav l4.

Metoden enligt föreliggande uppfinning för att producera energi genom att återvinnamaterial under en bränsleförbränningsprocess som äger rum i enbränsleförbränningsenhet, vilken är en panna eller ugn, varvidbränsleförbränningsprocessen innefattar förbränning av bränsle som förs in i bränsleförbränningsprocessen, innefattar momenten att: - införa en ström av rökgas, som innefattar koldioxid och produceras ibränsleförbränningsprocessen, i en process för odling av biomassa, där rökgasendeltar i produktionen av biomassa och syre, - införa åtminstone en del av den biomassa som produceras i processen för odling avbiomassa i en biogasproduktionsprocess, där biomassan deltar i produktionen avbiogas, varvid en fastämneshalt av den sammansättning som innefattar biomassainförd i biogasproduktionsprocessen är under 3 %, företrädesvis under 2,5 %, ochmer föredraget mellan 1,5 och 2 %, i bränsleförbränningsprocessen införaåtminstone en del av det syre som produceras i processen för odling av biomassa, - i bränsleförbränningsprocessen, där biogasen förbränns som bränsle, införaåtminstone en del av den biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen,och - införa förbränningsluft i bränsleförbränningsprocessen, så att behovet reduceras avatt införa bränsle valt från en grupp som består av fossilt bränsle, innefattande kol,biobränsle, industriavfall, kommunalt avfall och varje kombination därav, ibränsleförbränningsprocessen under bränsleförbränningsprocessen, utöver denbiogas som produceras i biogasproduktionsprocessen och införs i bränsleförbränning sprocessen.

Föreliggande uppfinning avser en anordning för att producera energi genom attåtervinna material under en bränsleförbränningsprocess, varvid anordningen innefattaren bränsleförbränningsenhet, vilken är en panna eller ugn, för att förbränna bränsle som införs i bränsleförbränningsenheten, och varvid anordningen vidare innefattar: - don för att i en enhet för odling av biomassa införa en ström av rökgas sominnefattar koldioxid och som produceras i bränsleförbränningsenheten, - en enhet för odling av biomassa för att producera biomassa och syre, - don för att i en biogasreaktor införa åtminstone en del av den biomassa somproduceras i enheten för odling av biomassa, - en biogasreaktor för att producera biogas, vilken biogasreaktor (3) är konstruerad föratt behandla vätskor med en valdigt låg fastämneshalt för att producera biogas frånkomposition innefattande biomassa i vilken fastämneshalten i kompositionen ärunder 3%, - don för att i bränsleförbränningsenheten införa åtminstone en del av det syre somproduceras i enheten för odling av biomassa, don för att ibränsleförbränningsenheten för förbränning av biogas som bränsle införa åtminstoneen del av den biogas som produceras i biogasreaktorn, och don för att införaförbränningsluft i bränsleförbränningsenheten, och att anordningen är konfigureradså att behovet reduceras av att införa bränsle valt från en grupp som består av fossiltbränsle, innefattande kol, biobränsle, industriavfall, kommunalt avfall och varjekombination därav, i bränsleförbränningsenheten underbränsleförbränningsprocessen, utöver den biogas som produceras i biogasreaktorn och införs i bränsleförbränningsenheten.

Föreliggande uppfinning, där material återvinns under bränsleförbränningsprocessen,resulterar i den fördelen att en mindre mängd bränsle, t.eX. fossilt bränsle, behöver förasin i bränsleförbränningsprocessen utöver den biogas som produceras ibiogasproduktionsprocessen och som införs i bränsleförbränningsprocessen, ijämförelse med en bränsleförbränningsprocess där sådan materialåtervinning inte utförs för att producera samma mängd energi.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar metoden att produceraprimärenergi. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar metoden attproducera elenergi. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är anordningenkonfigurerad för att producera primärenergi. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är anordningen konfigurerad för att producera elenergi.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar metoden att återvinnaenergi som produceras i bränsleförbränningsprocessen. Enligt en utföringsform avföreliggande uppfinning innefattar apparaten don för att återvinna energi som produceras i bränsleförbränningsenheten. Nämnda don för att återvinna energi som produceras i bränsleförbränningsenheten kan innefatta varje lämpligt don som kan användas för återvinning av energin.

I denna framställning används, om inte annat anges,terrnen ”'bränsleförbränningsprocess” för att beteckna varje process under vilken bränsle förbränns för att producera energi.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning är bränslet valt från en grupp sombestår av fossilt bränsle, biobränsle, industriell biprodukt, industriavfall, kommunaltavfall och varje kombination därav. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinningär det fossila bränslet valt från en grupp som består av kol, olja, naturgas och varjekombination därav. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar detfossila bränslet kol. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattarbiobränslet biogas och/eller fast biobränsle. Algbiomassa, trä, sågspån, gräsklipp ochgrönt avfall kan nämnas som exempel på fasta biobränslen. Enligt en utföringsform avföreliggande uppfinning innefattar bränslet biogas. Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar bränslet metan (CH4). Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar bränslet en kombination av fossilt bränsle och biogas.

Bränsleförbränningsprocessen äger rum i en bränsleförbränningsenhet, vilken är enpanna eller ugn. Pannan eller ugnen ska förstås som en bränsleförbränningsenhet, vari fast, flytande och/eller gasforrnigt bränsle kan förbrännas.

Enligt föreliggande uppfinning införs en ström av rökgas innefattande koldioxid iprocessen för odling av biomassa. Enligt föreliggande uppfinning innefattaranordningen don för att införa en ström av rökgas, innefattande koldioxid, i en enhet förodling av biomassa. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning sprids rökgaseni bubblor i biomassans odlingsmedier. Nämnda don för att införa en ström av rökgas ien anordning för odling av biomassa kan innefatta varje lämplig anordning som kan användas för att införa en ström av rökgas i en enhet för odling av biomassa.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar strömmen av rökgasvidare NO, N02 och/eller Nz. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinningproduceras rökgaserna som resultat av bränsleförbränningsprocessen. Enligt enutföringsforrn av föreliggande uppfinning behandlas rökgasema på lämpligt sätt innan de införs i processen för odling av biomassa.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar anordningen för odling av biomassa en fotobioreaktor (PBR) eller en täckt odlingsdamm.

I denna framställning används, om inte annat anges, terrnen ”process för odling avbiomassa” för att beteckna varje process under vilken biomassa och syre bildas som resultat av fotosyntes av biomassan. Formeln för fotosyntes är följande: 6 COz + 6 HzO i) C6H12O6 + 6 OzKoldioxid Vatten När biomassa odlas använder den koldioxid som näring för sin fotosyntes. Som resultat Socker Syreav fotosyntesen tas kolet in i biomassan och syre frigörs. Från varje koldioxidmolekyl tas en kolatom in i biomassan och två syreatomer frigörs.

Den odlade biomassan kan samlas in med hjälp av lämplig utrustning. Som exempelkan nämnas att fastämneshalten av biomassa, t.ex. alger, som produceras i processen förodling av biomassa är mellan 0,05 och 0,5 %, vanligtvis mellan 0,l och 0,2 %. Förytterligare användning kan biomassan förtjockas till en fastämneshalt på mellan l,5 och 3 %, till exempel mellan 2 och 2,5 %, med hjälp av ett filter eller en centrifug.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning är biomassan vald från en gruppbestående av alger, sjögräs och en kombination därav. Enligt en utföringsform avföreliggande uppfinning innefattar biomassan alger. Algartema Chlorella, Closteriumoch Spirulina, samt varje kombination därav, kan nämnas som exempel på vad som kananvändas i föreliggande uppfinning. Även andra algarter eller kombinationer av olika arter kan användas i föreliggande uppfinning. Åtminstone en del av det syre som frigörs vid fotosyntesen vid processen för odling avbiomassa kan användas i bränsleförbränningsprocessen. Det konstaterades överraskandeatt det syre som produceras i processen för odling av biomassa och som leds in ibränsleförbränningsprocessen kunde ersätta åtminstone en del av den förbränningsluftsom behövdes i bränsleförbränningsprocessen. Fördelen med att ersätta åtminstone endel av förbränningsluften med syret från processen för odling av biomassa ibränsleförbränningsprocessen är att problemen med kväve i luften, såsom beskrivs nedan, minskas.

Nämnda don för att i bränsleförbränningsenheten införa åtminstone en del av det syre som produceras i enheten för odling av biomassa kan innefatta varje lämpligt don som kan användas för att införa syre i bränsleförbränningsenheten. Åtminstone en del av den producerade biomassan införs i biogasproduktionsprocessen. Idenna framställning används, om inte annat anges, termen "biogasproduktionsprocess'°för att beteckna en process under vilken biogas produceras. Biogas ska förstås som engas som produceras vid den biologiska nedbrytningen av organiskt material i frånvaro av syre.

Nämnda don för att i biogasreaktorn införa åtminstone en del av den biomassa somproduceras i enheten för odling av biomassa kan innefatta varje lämpligt don som kan användas för att införa biomassa i biogasreaktom.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning är uppehållstiden ibiogasproduktionsprocessen högst 5 dagar, företrädesvis högst 4 dagar, och mer föredraget från l till 2 dagar.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar biogasen metan,koldioxid eller en kombination innefattande metan och koldioxid. Enligt enutföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar biogasen som sina huvudsakligakomponenter metan (50-75 %) och koldioxid (49-24 %). Biogasen kan vidare innefattaen liten mängd, oftast högst l %, andra gaser som exempel på vilka väte och vätesulfater kan nämnas. Åtminstone en del av den biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen införs ibränsleförbränningsprocessen. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinninginförs i bränsleförbränningsprocessen åtminstone en del av den biogas som produceras ibiogasproduktionsprocessen genom att biogasen leds in i ett gasdistributionsnät.Gasdistributionsnätet, exempelvis en rörledning, möjliggör även införandet av annatgasforn1igt bränsle i bränsleförbränningsprocessen samtidigt med biogasbränslet.Naturgas kan nämnas som ett exempel på sådant gasforn1igt bränsle. Enligt enutföringsforrn av föreliggande uppfinning omvandlas åtminstone en del av den biogassom produceras i biogasproduktionsprocessen till flytande biogas (LBG) före momentetatt införa biogasen i bränsleförbränningsprocessen. Termen ”flytande biogas” användsför att beteckna den biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen, dvs. ibiogasreaktorn, och som temporärt har omvandlats till flytande form. Biogasens flytande form gör transport och lagring av biogasen enklare. Den flytande biogasen återförgasas emellertid innan den leds eller förs in i bränsleförbränningsprocessen.

Den biogas som införs i bränsleförbränningsprocessen används som bränsle. Enbartsåsom exempel kan nämnas att när metan används som bränsle i en koleldad panna, kanupp till 50 %, företrädesvis upp till 80 %, av det kol som krävs ersättas med metan.Fördelen med att återföra metan från biogasproduktionsprocessen ibränsleförbränningsprocessen är alltså att användningen av speciellt fossilt bränsle minskas märkbart.

Nämnda don för att i bränsleförbränningsenheten införa åtminstone en del av den biogassom produceras i biogasreaktorn kan innefatta varje lämpligt don som kan användas föratt införa biogasen i bränsleförbränningsenheten. Nämnda don för att ibränsleförbränningsenheten införa åtminstone en del av den biogas som produceras ibiogasreaktorn kan innefatta ett gasdistributionsnät via vilket biogasen leds in i bränsleförbränning senheten.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning insamlas och förtjockas biomassan innan den införs i biogasproduktionsprocessen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning införs ibränsleförbränningsprocessen 300-l 500 kg, företrädesvis 650-850 kg, och merföredraget 740-800 kg, syre som produceras i processen för odling av biomassa per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränningsprocessen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning införs ibränsleförbränningsprocessen 100-800 kg, företrädesvis 300-400 kg, och merföredraget 330-370 kg, biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränningsprocessen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning produceras 200-900 kg,företrädesvis 400-600 kg, och mer föredraget 450-550 kg, biomassa i processen förodling av biomassa per l 000 kg koldioxid som införs i processen för odling av biomassa.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning införs 0-500 kg, företrädesvis 0-100 kg, och mer föredraget 40-80 kg, bränsle i bränsleförbränningsprocessen utöver den biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen och som införs i bränsleförbränningsprocessen per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränning sprocessen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning införs ibränsleförbränningsprocessen l 000-2 000 kg, företrädesvis l 200-1 800 kg, och merföredraget l 550-l 600 kg, förbränningsluft per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränning sprocessen.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning återvinns urbränsleförbränningsprocessen l00-500 kg, företrädesvis 250-450 kg, och merföredraget 340-400 kg vatten per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränning sprocessen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning produceras ibränsleförbränningsprocessen 800-l 600 kg, företrädesvis 950-l 450 kg, och merföredraget l l50-l 350 kg, kvävgas per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränning sprocessen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar metoden att i processenför odling av biomassa införa åtminstone en del av det rötslam som bildas ibiogasproduktionsprocessen. Rötslammet kan fungera som näringsämne för exempelvisalgema. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar anordningen donför att i enheten för odling av biomassa införa åtminstone en del av det rötslam sombildas i biogasreaktorn. Nämnda don för att i enheten för odling av biomassa införaåtminstone en del av det rötslam som bildas i biogasreaktorn kan innefatta varjelämpligt don som kan användas för att införa rötslammet i enheten för odling avbiomassa. Åtminstone en del av det rötslam som bildas i biogasreaktorn kan införas i enheten för odling av biomassa med hjälp av en pump.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar metoden att i processenför odling av biomassa införa odlingsmedier innefattande avloppsvatten. Enligt enutföringsform av föreliggande uppfinning innefattar anordningen don för att i enhetenför odling av biomassa införa odlingsmedier innefattande avloppsvatten. För attproducera biomassa utöver koldioxid kan även andra näringsämnen innefattandeexempelvis kväve, fosfor och rr1ikronäringsämnen införas i processen för odling avbiomassa. Åtminstone en del av kvävet kan införas med rökgasen och enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning används avloppsvatten som odlingsmedier.

Fördelen med att använda avloppsvatten i metoden enligt föreliggande uppfinning är attnär biomassa samlar in de näringsämnen som krävs för sin odling, renas avloppsvattnetsamtidigt. Metans förbränningsprodukter är koldioxid och vatten. Eftersom det vattensom produceras kräver nästan hälften av det syre som införs från processen för odlingav biomassa, införs ytterligare syre i bränsleförbränningsprocessen i enlighet med enutföringsforrn av föreliggande uppfinning. Det ytterligare syret behövs för att ersätta det syre som går förlorat i form av vatten.

Enligt föreliggande uppfinning innefattar metoden sålunda att införa förbränningsluft ibränsleförbränningsprocessen. Enligt föreliggande uppfinning innefattar anordningendon för att införa förbränningsluft i bränsleförbränningsenheten. Nämnda don kaninnefatta varje lämpligt don för att införa förbränningsluft i bränsleförbränningsenheten.Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar förbränningsluften syre, kväve eller en kombination innefattande syre och kväve.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar det bränsle som införs ibränsleförbränningsprocessen fossilt bränsle. Enligt en utföringsform av föreliggandeuppfinning innefattar det bränsle som införs i bränsleförbränningsprocessen kol. Enligten utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar anordningen don för att införabränsle i bränsleförbränningsenheten. Nämnda don för att införa bränsle ibränsleförbränningsenheten kan innefatta varje lämpligt don som kan användas för att införa bränslet i bränsleförbränningsenheten.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar metoden att återvinnavatten från bränsleförbränningsprocessen. Enligt en utföringsform av föreliggandeuppfinning innefattar anordningen don för att återvinna vatten frånbränsleförbränningsenheten. Nämnda don för att återvinna vatten frånbränsleförbränningsenheten kan innefatta varje lämpligt don som kan användas för att återvinna vatten från bränsleförbränningsenheten.

Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar metoden att införakoldioxid i processen för odling av biomassa utöver den koldioxid som ingår iströmmen av rökgas. Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattaranordningen don för att införa koldioxid i enheten för odling av biomassa utöver denkoldioxid som införs av nämnda don för att i en enhet för odling av biomassa införa enström av rökgas som innefattar koldioxid och som produceras i bränsleförbränningsenheten. Nämnda don kan innefatta varje lämpligt don för att införa nämnda ytterligare koldioxid i enheten för odling av biomassa.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar metoden att ibränsleförbränningsprocessen införa åtminstone en del av den biomassa som producerasi processen för odling av biomassa, där biomassan förbränns som bränsle. Enligt enutföringsform av föreliggande uppfinning innefattar anordningen don för att ibränsleförbränningsenheten införa åtminstone en del av den biomassa som produceras ienheten för odling av biomassa. Nämnda don för att i bränsleförbränningsenheten införaåtminstone en del av den biomassa som produceras i enheten för odling av biomassa kan innefatta varje lämpligt don för att införa biomassan i bränsleförbränningsenheten.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar metoden att hindra kvävefrån att ackumuleras under metoden. Enligt en utföringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar anordningen don för att avlägsna kväve.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning kan metoden realiseras som enkontinuerlig cirkulation av de material som ska återvinnas. Som resultat av kontinuerligcirkulation av de material som ska återvinnas i enlighet med föreliggande uppfinning produceras kontinuerligt energi i bränsleförbränningsenheten tills processen stoppas.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar metoden ett eller fleraytterligare bearbetningsmoment. Enbart som exempel kan nämnda ett eller fleraytterligare bearbetningsmoment innefatta att behandla rökgasen på lämpligt sätt innanden införs i processen för odling av biomassa, att behandla biomassan på lämpligt sättinnan den införs i biogasproduktionsprocessen, att behandla biogasen på lämpligt sättinnan den införs i bränsleförbränningsprocessen, att behandla syret på lämpligt sättinnan det införs i bränsleförbränningsprocessen osv. På liknande sätt innefattaranordningen enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning även en eller flera ytterligare enheter och/eller don.

De utföringsformer av uppfinningen som beskrivits ovan kan användas i varjekombination med varandra. Flera av utföringsformema kan kombineras så att det bildasen ytterligare utföringsforrn av uppfinningen. En metod eller anordning somuppfinningen avser kan innefatta minst en av de utföringsforrner av uppfinningen som beskrivits ovan. 11 En fördel med föreliggande uppfinning är att mängden icke-förnybara resurser avfossila bränslen, exempelvis kol, som ska användas i bränsleförbränningsprocessen kanminskas märkbart vid återvinning av materialen i enlighet med föreliggande uppfinning.Återvinning av den biogas som innefattar metan producerad ibiogasproduktionsprocessen för att användas som bränsle ibränsleförbränningsprocessen minskar den mängd bränsle som behöver införas från enextem källa i bränsleförbränningsprocessen. Enbart som exempel kan nämnas att itraditionella bränslepannor där bränsleförbränningsprocessen äger rum behöver cirka350 kg kol införas i pannan per l 000 kg producerad koldioxid. När slingan är sluten,dvs. biogasen leds in i bränslepannan, kan den utgöra cirka 80 % av den mängd bränslesom behövs. Således behövs endast cirka 60 kg kol från en extern källa per l 000 kgproducerad koldioxid.

En fördel med metoden enligt föreliggande uppfinning är att behovet av ytterligareförbränningsluft som ska användas i förbränningsprocessen minskas avsevärt genom attdet syre som produceras i processen för odling av biomassa fångas upp, och genom attdet infångade syret leds in i pannan för en förbränningsprocess. Upp till cirka 60 % avden förbränningsluft som behövs i bränsleförbränningsprocessen kan ersättas med syresom införs från processen för odling av biomassa. De huvudsakliga komponenterna iatmosfären är syre (cirka 21 %) och kväve (cirka 78 %). Eftersom kväve är en inert gasmåste den mängd kväve som införs i pannan i förbränningsluften beaktas viddimensionering av enheten. Användning av luft som införs i pannan leder vanligtvis tillen situation där t.ex. rör och kan1rar är överdimensionerade. Eftersom föreliggandeuppfinning leder till att en mindre mängd förbränningsluft införs i pannan, minskas ävenkostnadema för enheten markant. För att avlägsna kvävet från luft krävs vidare storainvesteringar, som således inte behövs vid användning av metoden och anordningen i enlighet med föreliggande uppfinning.

En fördel med föreliggande uppfinning är möjligheten för en mindre syrefabrik i anslutning till den panna som vanligen används vid syreförbränningsteknik.

KORT FIGURBESKRIVNING De bifogade ritningarna, vilka ingår för att tillhandahålla ytterligare förståelse avuppfinningen och utgör en del av denna beskrivning, illustrerar utföringsformer avuppfinningen och bidrar tillsammans med beskrivningen till att förklara uppfinningens principer. I ritningama visas följande: 12 Fig. l är ett flödesschema som illustrerar en utföringsform av en metod enligt föreliggande uppfinning, och Fig. 2 är en schematisk illustration av en utföringsform av anordningen enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGENHänvisning kommer nu att göras i detalj till utföringsformerna av föreliggande uppfinning, exempel på vilken illustreras i medföljande ritningar.

Beskrivningen nedan redogör för några utföringsformer av uppfinningen i sådan detaljatt en fackman kan utnyttja uppfinningen baserat på redogörelsen. Alla moment iutföringsformerna diskuteras inte i detalj, eftersom många av momenten blir uppenbara för fackmannen baserat på denna specifikation.

För enkelhets skull bibehålls detaljnun1ren i de följ ande exemplifierande utföringsformerna, i de fall komponenter återkommer.

I moment Sl av en utföringsform av metoden enligt Fig. l produceras energi enligt vadsom presenteras i moment f i en bränsleförbränningsprocess som äger rum i enbränsleförbränningsenhet, vilken är en panna eller ugn, i moment Sl genom förbränningav bränsle, exempelvis fossilt bränsle såsom kol. Som resultat av förbränningsprocessenproduceras rökgas innefattande koldioxid. I moment a införs strömmen av rökgas i enprocess för odling av biomassa, där rökgasen deltar i fotosyntesen av biomassa,exempelvis alger. Som resultat av processen för odling av biomassa i moment S2produceras biomassa, varav åtminstone en del, i moment b i Fig. l, införs i moment S3innefattande en biogasproduktionsprocess. Som resultat av processen för odling avbiomassa produceras vidare, i moment S2, syre, varav åtminstone en del införs i bränsleförbränningsprocessen såsom presenteras i moment c i Fig. l.

Den biomassa som införs i biogasproduktionsprocessen används för att producerabiogas i moment S3. Atrninstone en del av den biogas som produceras i moment S3införs i moment Sl innefattande bränsleförbränningsprocessen såsom presenteras i moment d i Fig. l.

Som resultat av den materialåtervinning som presenteras i Fig. l minskas den mängd fossilt bränsle som i moment e behöver införas i bränsleförbränningsprocessen för att 13 producera energi på ett effektivt sätt. Även mängden förbränningsluft som i moment g ska införas i bränsleförbränningsprocessen minskas.

Det är uppenbart att metoden enligt föreliggande uppfinning kan innefatta ytterligaremoment, vilket blir uppenbart för fackmannen baserat på vad som presenteras i denna patentansökan.

Metoden enligt föreliggande uppfinning kan realiseras med hjälp av en anordning somillustreras schematiskt med blockschemat i Fig. 2. Anordningen l5 i Fig. 2 innefattar enbränsleförbränningsenhet l, exempelvis en panna, medelst vilken bränsle, exempelvisfossilt bränsle såsom kol, förbränns för att producera energi i ett kraftverk. Anordningenl5 i Fig. 2 innefattar vidare don 4 för att införa eller leda en ström av rökgas somproduceras av en bränsleförbränningsprocess vid bränsleförbränningsenheten l i enenhet 2 för odling av biomassa, där produktionen av biomassa och syre äger rum.Åtminstone en del av den biomassa som produceras i enheten för odling av biomassaleds in i en biogasreaktor 3 av don 5 för att införa biomassa i en biogasreaktor 3. Den biomassa som införs i biogasreaktom 3 deltar i produktionen av biogas. Åtminstone en del av den biogas som produceras i biogasreaktom införs ibränsleförbränningsenheten l av don 7 för att införa biogas i bränsleförbränning senheten.

Den anordning l5 som presenteras i Fig. 2 innefattar vidare don l3 för att i enheten 2för odling av biomassa införa åtminstone en del av det rötslam som produceras i biogasreaktorn 3.

Enheten 2 för odling av biomassa är vidare ansluten till don l4 för att införa koldioxidutöver den koldioxid som leds från bränsleförbränningsenheten till enheten för odlingav biomassa, samt don 8 för att införa exempelvis avloppsvatten i enheten 2 för odling av biomassa.

I Fig. 2 illustreras även don 6 för att i bränsleförbränningsenheten l införa åtminstone en del av det syre som produceras i enheten 2 för odling av biomassa.

Anordningen i Fig. 2 innefattar vidare don 9 för att införa förbränningsluft ibränsleförbränningsenheten, don ll för att införa bränsle i bränsleförbränningsenheten, don l0 för att återvinna vatten från bränsleförbränningsenheten och don l2 för att 14 återvinna den energi som produceras i bränsleförbränningsenheten.

EXEMPEL 1 Genom tillämpning av metoden i enlighet med föreliggande uppfinning har det, med enanordning i enlighet med föreliggande uppfinning, framställts energi, dvs. primär energi,i en bränsleförbränningsprocess genom förbränning av kol som fossilt bränsle i enpanna. De rökgaser som producerades under förbränningsprocessen återvanns ochinfördes i en fotobioreaktor, där de deltog i odling av alger och produktion av syrebaserat på algemas fotosyntes. Den fotobioreaktor som användes i detta exempel var englasrörsreaktor med en rördiameter på cirka 100 mm, en rörlängd på cirka 900 m och en reaktorvolym på cirka 30 m3.

De alger som användes i detta exempel var av Closterium-arter. Vidare erhöllsnäringsämnen som behövdes för algtillväxt exempelvis från kommunalt avloppsvatten,vilket användes som växtmedier för algema. Allteftersom algerna växte samlade de innäringsämnena från avloppsvattnet, och därmed rengj ordes samtidigt avloppsvattnet.Vidare absorberade algema koldioxid och kväve medan de växte, och produceradesamtidigt syre. Av varje koldioxidmolekyl togs en kolatom till biomassan, dvs. de växande algema, och två syreatomer frigjordes.

Det syre som producerades av algerna i processen för odling av biomassa infördes ipannan medan åtminstone en del av de alger som producerades infördes i enbiogasreaktor. De alger som producerades i fotobioreaktom centrifugerades innan deinfördes i biogasreaktorn, så att fastämneshalten ökade från cirka 0,2 % till cirka 1,5-2 %.

Den biogasreaktortyp som användes i detta exempel var UpfloW Anaerobic SludgeBlanker (UASB), vilket är en enhet konstruerad för att behandla vätskor med mycketlåg fastämneshalt. Uppehållstiden var l-2 dagar, vilket möjliggjorde behandling avstora mängder vätska eller slam med en reaktor av rimlig storlek. Reaktorvolymen vari detta exempel cirka 5 m3.

En del av det rötslam som bildades i biogasreaktorn återfördes genom att pumpas in ifotobioreaktom, och den biogas, inklusive metan och koldioxid, som bildades infördes ipannan. Den biogas som infördes i pannan användes som bränsle för den koleldade pannan, och ersatte därmed minst 50 % av det kol som hade behövts om materialåtervinningen i enlighet med föreliggande uppfinning inte skulle ha utförts.

Eftersom förbränningsproduktema av metan var koldioxid och vatten, och eftersom detvatten som producerades krävde nästan hälften av det syre som producerades ifotobioreaktorn och därifrån infördes i pannan, behövdes en ytterligare mängd syre föratt ersätta det syre som förlorades i form av vatten. Därför infördes en ytterligare mängd syre i pannan för att säkerställa en effektiv förbränningsprocess.

Kväveackumulering förhindrades under processen genom användning av en lämplig kväverening senhet.

I ett konventionellt koleldat kraftverk behövs cirka 350 kg kol för att producera cirka2,8 MWh (l,l MWhe) energi och samtidigt cirka l 000 kg koldioxid. I detta exempel ienlighet med föreliggande uppfinning, där material återvanns under energiproduktionen,behövde endast cirka 60 kg kol införas i pannan utöver det återvunna materialet för attproducera samma mängd energi. På liknande sätt producerades l 000 kg koldioxid.Införandet av l 000 kg koldioxid och l 250 kg Nz i fotobioreaktom producerade cirka770 kg Oz, som återfördes till pannan, och cirka 500 kg alger, som infördes ibiogasreaktorn. Av dessa 500 kg alger bildades cirka 230 kg metan och cirka l20 kgkoldioxid i biogasproduktionsprocessen och infördes i pannan. Cirka 330 kg ytterligaresyre och cirka l 250 kg kvävgas, per l 000 kg koldioxid som producerades ibränsleförbränningsenheten, infördes också i pannan. Bränsleförbränningsprocessen iexempel l resulterade i återvinning av cirka 370 kg vatten från pannan per l 000 kg koldioxid som producerades i bränsleförbränningsenheten.

EXEMPEL 2 Genom tillämpning av metoden i enlighet med föreliggande uppfinning har det, med enanordning i enlighet med föreliggande uppfinning, framställts energi, dvs. primär energi,i en bränsleförbränningsprocess genom förbränning av bränsle i en panna. De rökgaserinnefattande koldioxid och kväve som producerades under förbränningsprocessenåtervanns och infördes i en fotobioreaktor, där de deltog i odling av alger och produktion av syre baserat på algemas fotosyntes. Den fotobioreaktor som användes idetta exempel var en glasrörsreaktor med en rördiameter på cirka l00 mm, en rörlängdpå cirka 900 m och en reaktorvolym på cirka 30 m3. Vidare, utöver den koldioxid sominfördes i fotobioreaktorn med strömmen av rökgas, infördes ytterligare koldioxid i fotobioreaktorn. 16 De alger som användes i detta exempel var av Spirulina-arter. Vidare erhöllsnäringsämnen som behövdes för algtillväxt exempelvis från kommunalt avloppsvatten,vilket användes som växtmedier för algerna. Vidare absorberade algerna koldioxid och kväve medan de växte, och producerade samtidigt syre.

Det syre som producerades av algema i fotobioreaktorn infördes i pannan medanåtminstone en del av de alger som producerades infördes i en biogasreaktor. De algersom producerades i fotobioreaktorn centrifugerades emellertid innan de infördes ibiogasreaktorn, så att fastämneshalten ökade från cirka 0,2 % till cirka l,5-2 %. Denbiogasreaktortyp som användes i detta exempel var UpfloW Anaerobic Sludge Blanker(UASB). Uppehållstiden var 1-2 dagar och reaktorvolymen var i detta exempel cirka 5 m3.

En del av det rötslam som bildades i biogasreaktorn återfördes genom att pumpas in ifotobioreaktom, och den biogas, inklusive metan och koldioxid, som bildades infördes ipannan. Den biogas som infördes i pannan användes som bränsle till bränsleförbränning sprocessen.

I ett konventionellt koleldat kraftverk behövs cirka 350 kg kol för att producera cirka2,8 MWh (l,l MWhe) energi. Samtidigt bildas cirka l 000 kg koldioxid. I detta exempelproducerade införandet av l 000 kg koldioxid och l 250 kg Nz med rökgasen och avytterligare 430 kg koldioxid i fotobioreaktom cirka l l00 kg Oz, vilket återfördes tillpannan, och cirka 770 kg alger, som infördes i biogasreaktorn. Av dessa 770 kg algerbildades cirka 354 kg metan och cirka 185 kg koldioxid i biogasproduktionsprocessen och infördes i pannan, där biogasen användes som bränsle för förbränningsprocessen.

Det är uppenbart för en fackman att uppfinningens grundläggande ide medteknikutvecklingen kan implementeras på olika sätt. Uppfinningen och dessutföringsforrner är således inte begränsade till de ovan beskrivna exemplen, utan de kan variera inom ramen för patentkraven.

Claims (19)

1. l. Metod för att producera energi genom att återvinna material under enbränsleförbränningsprocess (l) som äger rum i en bränsleförbränningsenhet, vilken ären panna eller ugn, varvid bränsleförbränningsprocessen innefattar förbränning avbränsle som införs i bränsleförbränningsprocessen, kännetecknad av att metodeninnefattar momenten att: - införa bränsle utvalt från en grupp bestående av fossilt bränsle innefattande kol,biobränsle, industriavfall, kommunalt avfall och varje kombination därav in ibränsleförbränning sprocessen (l), - införa en ström av rökgas (4) som innefattar koldioxid och som producerasi bränsleförbränningsprocessen (l), i en process (2) för odling av biomassa, därrökgasen deltar i produktionen av biomassa och syre, - införa åtminstone en del av den biomassa som produceras i processen (2)för odling av biomassa i en biogasproduktionsprocess (3), där biomassan deltar iproduktionen av biogas och vilken biogasproduktionsprocess (3) är konstruerad attbehandla vätskor med mycket låg fastämneshalt för produktion av biogas frånkomposition innefattande biomassa i vilken fastämneshalten i kompositionen är under3%, - i bränsleförbränningsprocessen (l) införa åtminstone en del av det syresom produceras i processen (2) för odling av biomassa, - införa åtminstone en del av den biogas som produceras ibiogasproduktionsprocessen (3) i bränsleförbränningsprocessen (l), där biogasenförbränns som bränsle, och - införa förbränningsluft (9) i bränsleförbränningsprocessen, så att behovetreduceras av att införa bränsle (ll) valt från en grupp som består av fossila bränsleninnefattande kol, biobränsle, industriavfall, kommunalt avfall och varje kombinationdärav, i bränsleförbränningsprocessen (l) under bränsleförbränningsprocessen, utöverden biogas som produceras i biogasproduktionsprocessen (3) och införs i bränsleförbränning sprocessen.

2. Metod enligt patentkrav l, kännetecknad av att 300-l 500 kg, företrädesvis 650-850kg, och mer föredraget 740-800 kg, syre (6) som produceras i processen (2) för odlingav biomassa införs i bränsleförbränningsprocessen (l) per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränningsprocessen.

3. Metod enligt något av patentkrav l-2, kännetecknad av att 100-800 kg, företrädesvis300-400 kg, och mer föredraget 330-370 kg, biogas (7) som produceras i 18 biogasproduktionsprocessen (3) införs i bränsleförbränningsprocessen (l) per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränningsprocessen.

4. Metod enligt något av patentkrav l-3, kännetecknad av att 200-900 kg, företrädesvis400-600 kg, och mer föredraget 450-550 kg, biomassa produceras i processen (2) förodling av biomassa per l 000 kg koldioxid (4) som införs i processen för odling av biomassa.

5. Metod enligt något av patentkrav l-4, kännetecknad av att 0-500 kg, företrädesvis 0-100 kg, och mer föredraget 40-80 kg, bränsle (ll) införs ibränsleförbränningsprocessen (l) utöver den biogas som produceras ibiogasproduktionsprocessen (3) och som införs i bränsleförbränningsprocessen per l 000 kg koldioxid som produceras i bränsleförbränningsprocessen.

6. Metod enligt något av patentkrav l-5, kännetecknad av att strömmen av rökgas (4)vidare innefattar NO, N02 och/eller Nz.

7. Metod enligt något av patentkrav l-6, kännetecknad av att biogasen (7) innefattar metan, koldioxid eller en kombination innefattande metan och koldioxid.

8. Metod enligt något av patentkrav l-7, kännetecknad av att biomassan (5) är vald från en grupp bestående av alger, sjögräs och en kombination därav.

9. Metod enligt något av patentkrav 1-8, kännetecknad av att metoden innefattar att iprocessen (2) för odling av biomassa införa åtminstone en del av det rötslam (13) som bildas i biogasproduktionsprocessen (3).

10. l0. Metod enligt något av patentkrav l-9, kännetecknad av att metoden innefattar att i processen (2) för odling av biomassa införa växtmedier (8) innefattande avloppsvatten.

11. ll. Metod enligt något av patentkrav l-l0, kännetecknad av att det bränsle som införs i bränsleförbränningsprocessen innefattar kol.

12. l2. Metod enligt något av patentkrav l-l l, kännetecknad av att metoden innefattar återvinning av vatten (l0) från bränsleförbränningsprocessen (l). 19

13. l3. Metod enligt något av patentkrav 1-12, kännetecknad av att metoden innefattar attinföra koldioxid (14) i processen (2) för odling av biomassa utöver den koldioxid som ingår i strömmen av rökgas (4).

14. l4. Anordning (15) för att producera energi genom att återvinna material under enbränsleförbränningsprocess, varvid anordningen innefattar en bränsleförbränningsenhet(l), vilken är en panna eller ugn, för att förbränna bränsle som införs ibränsleförbränningsenheten, kännetecknad av att anordningen vidare innefattar: - don (ll) för att introducera bränsle utvalt från en grupp bestående av fossilt bränsleinnefattande kol, biobränsle, industriavfall, kommunalt avfall och varje kombinationdärav in i bränsleförbränningsprocessen (l), - don (4) för att i en enhet (2) för odling av biomassa införa en ström avrökgas som innefattar koldioxid och som produceras i bränsleförbränningsenheten (l),- en enhet (2) för odling av biomassa för att producera biomassa och syre, - don (5) för att i en biogasreaktor (3) införa åtminstone en del av denbiomassa som produceras i enheten (2) för odling av biomassa, - en biogasreaktor (3) vilken är konstruerad för att behandla vätskor med enväldigt låg fastämneshalt för att producera biogas från komposition innefattandebiomassa i vilken fastämneshalten i kompositionen är under 3%, - don (6) för att i bränsleförbränningsenheten (l) införa åtminstone en delav det syre som produceras i enheten (2) för odling av biomassa, - don (7) för att införa åtminstone en del av den biogas som produceras ibiogasreaktorn (3) i bränsleförbränningsenheten (l) för förbränning av biogas sombränsle, och - don för att införa förbränningsluft (9) i bränsleförbränningsenheten, och avatt anordningen är konfigurerad så att behovet reduceras av att införa bränsle (ll) valtfrån en grupp som består av fossila bränslen innefattande kol, biobränsle, industriavfall,kommunalt avfall och varje kombination därav, i bränsleförbränningsenheten (l) underbränsleförbränningsprocessen, utöver den biogas som produceras i biogasreaktom (3) och införs i bränsleförbränningsenheten.

15. Anordning enligt patentkrav l4, kännetecknad av att anordningen (15) innefattardon (l3) för att i enheten (2) för odling av biomassa införa åtminstone en del av det rötslam som bildas i biogasreaktom (3).

16. Anordning enligt något av patentkrav 14-15, kannetecknad av att anordningen (15)innefattar don (8) för att i enheten (2) för odling av biomassa införa odlingsmedier innefattande avloppsvatten.

17. Anordning enligt något av patentkrav 14-16, kannetecknad av att anordningen (15) innefattar don (11) för att införa bränsle i bransleförbranningsenheten (1).

18. Anordning enligt något av patentkrav 14-17, kannetecknad av att anordningen (15) innefattar don (10) för att återvinna vatten från bransleförbranningsenheten (1).

19. Anordning enligt något av patentkrav 14-18, kannetecknad av att anordningen (15)innefattar don (14) för att införa koldioxid i enheten (2) för odling av biomassa utöverden koldioxid som införs av nämnda don (4) för att i en enhet (2) för odling av biomassainföra en ström av rökgas som innefattar koldioxid och som produceras i bransleförbranning senheten ( 1).