NO851982L - Fremgangsmaate for utnyttelse av pyrolysegass, og forbedret pyrolyseinstallasjon for utfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for utnyttelse av pyrolysegass sorn er trukket ut fra en installasjon som produserer kull ved biomassepyrolyse.

I den hensikt å forbedre verdien av visse kategorier

av tre, spesielt kvister, kan der benyttes pyrolyse for frem-skaffelse av kull for forskjellige anvendelser. Til dette formål blir der benyttet et pyrolyse apparat som f.eks. kan omfatte en langstrakt tørkeovn som er ladet med et lag av biomasse og forbundet med en krets for sirkulasjon av varrne gasser gjennom dette lag. F.eks. er en brenner plassert over biomasselaget for derved å fremskaffe de varme gasser, og bunnen av tørkeovnen er forsynt med en gjennomtrengelig del, f.eks. tildannet av et gitter som dekker en boks som er forbundet med en utsugningskrets. Således blir gassene fort gjennom biomasselaget og omformer sistnevnte til kull som tommes ut ved hjelp av et utforingsorgan plassert ved nedstrømsenden av tørkeovnen. Pyrolysegassene som er ført gjennom ladningen, blir ført ut gjennom en utsugningskrets som er forsynt med en sugevifte og forbundet med boksen plassert under gitteret.

De pyrolysegasser som blir sugd ut på denne måte, blir brent i brenneren plassert over ladningen for derved å fremskaffe de varme gasser som er nødvendig for pyrolysen. De kan også benyttes for tørking av trevirket før det blir ført inn i pyrolyseapparatet.

For en viss mengde kull som leveres av pyrolyseapparatet, vil der imidlertid bli sugd ut en strøm av pyrolysegass som er mye større enn den som blir forbrukt.

For eksempel er det funnet at i den hensikt å behandle gassene, så er fuktighetsinnholdet bragt til 15% ved inngangen til pyrolyseapparatet, og idet man skal være oppmerksom på strømningshastigheten eller -mengden av den gass som resirku-leres i brenneren av pyrolyseapparatet, blir der sugd inn i utleveringskretsen for gassene litt mer enn 1 Nm 3 pr. KJ av tre, idet denne gass har en gjennomsnittlig LCP på 5 x 10 KJ/Nm .

Ved behandling av en metrisk tonn pr. time av tre med 15% fuktighetsinnhold blir der således gjenvunnet etter resiku-lering av den gasstrøm som er nødvendig for brenneren, ca.

1060 Nm^/h av pyrolysegass. Tørkingen av den tilsvarende mon-gde av tre vil nå absorbere bare 2,3 x 10 KJ svarende til litt mer enn 400 Nra^ av gass. Således er der tilgjengelig for et metrisk tonn av tre pr. time ca. 600 Hrri<J>av pyrolysegass svarende til en brennverdi på 3 x 10^ KJ. Opptil nå ble pyrolysegassene tilført tørkeovnene, idet kokerne eller tør-kerne var plassert i nærheten av pyrolyseapparatet, idet mengden av fremstilt gass og denne brennverdi ikke rettferdig-gjorde en til førselskrets . Imidlertid er der i nærheten av pyrolyseapparatet ikke alltid tilgjengelig utstyr som mulig-gjør bruk av de gasser som blir fremstilt, spesielt når det er spesielt foretrukket i den hensikt å unngå transport av tre å omforme den umiddelbart til kull i nærheten av det om-rådet hvor det blir skåret, dvs. vanligvis i et isolert om-råde. Videre kan det kull som trekkes ut fra pyrolyseapparatet, ikke fullt ut nyttiggjøres kommersielt, og når det blir pakket i sekker blir der gjenvunnet en betydelig mengde av partikler av liten størrelse, betegnet finpulver, som ble tapt opptil nå.

En hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en femgangsmåte som tillater bruken av både de finere bestanddeler som blir gjenvunnet fra kullet og pyrolysegassene, og således å skaffe en autonom installasjon hva angår energi for fremskaffeisen av kull ved utnyttelse av brennverdien i det opphuggede trevirke på en optimal måte.

I henhold til oppfinnelsen blir den tilgjengelige del

av pyrolysegassen ført gjennom et lag av karbonholdig materiale tildannet på innsiden av en gjenformende tørkeovn og bestående av fine partikler uten kommersiell verdi trukket ut fra det kull som er produsert i pyrolyseovnen, idet dette lag med fine partikler blir gitt en høy temperatur ved injeksjon av en komburent gass, og der blir trukket ut fra omfor-mingsovnen en rengjort dårlig gass basert på CO og H ? som kan benyttes, etter eliminering av vann, til produksjon av den energi som kreves for den autonome drift av installasjonen eller anlegget.

Installasjonen til å utføre prosessen omfatter derfor organer for fornyelse av det kull som er trukket ut fra pyro lyseovn-f i npartikler med en størrelse som er mindre enn grense-st ør re Isen for kommersiell verdi, for således i omformings-ovnen å danne et lag av fornyet fine partikler, organer til å injisere kornburent gass i par t ikke 11 aget for oppvarming av sistnevnte til høy temperatur, en krets for utsugning av pyrolysegasser gjennom ladningen gjennom hvilken krets der blir ført ut en rengjort dårlig gass, og energifremskaffelses-organer for den autonome drift av installasjonen ved bruk av denne dårlige gass.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj under henvisning til en utførelsesform som er gitt som et eksempel og skjematisk representert på figuren på den vedføyde tegning.

Installasjonen omfatter en pyrolyseovn 1 som ved det viste eksempel er tildannet ved hjelp av et langstrakt deksel, som er forsynt ved en horisontal eller svakt skrå bunn 11,

som i det minste på oppstrømssiden er tildannet av et gitter 12, som dekker en boks 13 forbundet med en utsugningskrets 3. Et brennbart materiale, f.eks. tildannet ved trevirke som er oppskåret i stykker, blir tilført ved hjelp av en elevator 31 til en tørkeovn 32 som omformer fuktighetsgr~aden fra det normale innhold på ca. 50% til et innhold på ca. 15% vann. Materialet 30 blir således tørket og ført ut fra tørkeren 32 og blir deretter ved hjelp av en elevator 33 tilført inn-før ingstrakten til kalsineringsovnen. Inne i denne kalsine-ringsovn vil et organ som er tildannet f.eks. som et trøst-stempel drevet av en motor 15, gradvis føre materialet langs den skrå bunnen 11. På denne måte danner materialet inne i dekselet et lag, og over dette blir der tilført varme gasser som fremskaffes av en brenner 16 som får tilført kornburent gass og brennstoff. Boksen 13 er forbudet via kretsen 2 med en utsugningsvifte 21 og bevirker således at de varme gas-

ser som blir fremskaffet av brenneren 16, føres gjennom laget av materiale 3. Denne gjennomføring av gass gjennom trevirket bevirker omforming ved pyrolyse av ladningen 3 til kull som føres ut ved nedstrømsenden av kalsineringsovnen ved hjelp av et utføringsorgan 17. De varme gasser som blir ført gjennom

mater ia 11 aget, blir ladet med et desti 11 asjonsprodukt av trevirket og pyrolysegassen som blir sugd ut gjennom boksen 13, inneholder vanndamp, nitrogen, karbonholdige gasser, hydrogen og forskjellige hydrokarboner i dampfase. Denne gass har den fordel at den har en betydelig brennverdi og blir derfor benyttet direkte i brenneren 16, hvori den injiseres gjennom en krets 22 som er grenforbundet med utsugningskretsen 2. Utsugningskretsen 2 er også forbundet med en annen grenforbundet krets 23 som fører en annen del av pyrolysegassen til brenneren i tørkeren 32.

Den tilgjengelige del av pyrolysegassene blir ført ut gjennom en annen gren 25 av utsugningskretsen 2 som kommuniserer rned den øvre del av en skaftreaktor 4 for omforming av pyrolysegassene.

Skaftreaktoren 4 blir ladet med et lag av karbonholdig materiale 35 tildannet av fine partikler som er gjenvunnet i det kull 34 som er produsert ved pyrolysekalsineringsovnen. I virkeligheten vier uttrekningsorganet 17 seg ut i et skjerm-organ 5 som påvirkes av motoren 51 som skiller kull med di-mensjoner som har kommersiell verdi fra de fine partikler som er mindre enn en gitt grenseverdi. Kullet blir ført til et apparat 52 for pakking i sekker og de fine partikler blir fort til en uttrekningskrets 53 til en lagringstrakt 54 som i reaktoren 4 tillater innføring av en avmålt strøm av fine partikler for dannelse av laget 35.

Ved bunnen er omformerreaktoren 4 forbundet med en utsugningskrets 6 forbundet med en utsugning svi fte 61, hvori der er plassert en kondensator 62. Pyrolysegassene som blir ført inn via kretsen 25 til den øvre del av reaktoren 4 og sugd ut gjennom kretsen 6, vil derfor passere gjennom laget av fine karbonpartikler 41 som bringes til en høy temperatur i størrelsesorden 1000-1200°C på grunn av den luft som føres inn gjennom injektorene 42 og som blir levert av en vifte 43 .

På denne måte blir hydrokarbonene i dainpfasen omformet til CO og H ? i reaktoren 4 og der blir gjennom kretsen 6 sugd ut en ren gass som etter fjerning av vann kan inneholde ca. 10% hydrogen og 20% karbonmonoksid. Denne gass kan brukes direkte i et elektrisk generator sett omfattende en varmemofor 7 0 som kan være en stempolrnol or el ler en gassturbin, og som driver en generator 8. Generatoren leverer strøm til en elektrisk linje 30 som kan overføre denne strøm ikke bare til alle motorer for de forskjellige organer og vifter i installasjonen, men også til hele boligkvarteret som er vist skjematisk ved henvisningstall 81.

Som et eksempel kan den pyrolysegass som er sugd ut gjennom kretsen 2 ha følgende sammensetning: 5,6% H2; 3,4% CH4; 0,6% Ar; 28,4% N2; 14,9% C02; 7,8% CO;

37.6% H_0; 0,37,6% H-,0: 0,37% C^K. ; 0,12% C„K..;

2 2 24 ' 2b

=,06% C„Kn; 1,15% av gjennomsnittlig ekvivalens C,H_0„

ilJ 6/2

Den gjennomsnittlige strømningshastighet for de gasser som suges ut gjennom kretsen 2 er 1,06 Nm^ pr. KJ av tre ved 15% fuktighet med gjennomsnittlig LCP på 5x10^ KJ/Nm"^

Tørkingen av den tilsvarende mengde av friskt tre konsu-6 3

rnerer ca. 2,3x10 KJ, nemlig 4 60 Nm pr. time av gass.

Følgelig blir der gjennom grenen 25 for utsugningskret - sen 2 sugd ut en tilgjengelig gass-strøm på ca. 600 Nm 3pr. metrisk tonn av tre med en brennverdi på 3x10^ KJ. I omformingsreaktoren 4 blir der fremskaffet dekomposisjonen av gassene C<n>K<m>med produksjon av hydrogen, karbonmonoksid og karbon-diaoksid og damp og på en sekundær måte metan. De termiske behov for oppnåelse av denne omforming er ca. 5,6x10^ KJ/Nm^ av gass. Fordi et pyrolyseapparat som konsumerer 1 tonn pr. time av tre fremskaffer ca. 300 KJ pr. time av kull, vil man nå derfra gjenvinne 15 kg pr. time av fine partikler uten kommersiell verdi. Brennverdien for disse fine partikler som er 4,8xlO^KJ pr. time, er i høy grad tilstrekkelig for de termiske bhov for nedbrytningen av hydrokarbonene. Følgelig får man ved utgangen fra reaktoren før "koking" og filtrering en gassholdig blanding med gjennomsnittlig sammensetning: 7,77% H2; 35% N2; 12,5% C02; 14,5% CO; 2,5% CH4;

27,8% H20.

En slik blanding har en lav brennverdi (LCP) av størrel-sesorden 3,6x10^ K J/Nm"^ .

Etter avkjøling og fjerning av vann oppnås der en gass med følgende gjennomsnittlige sammensetning: 10,6% H2; 48,5% N2 ; 17,45 C0220% CO; 3,5% CH, .ned en lavere brennverdi på mer enn 1100 kca l/KmJ hvilket svarer til noe mer enn 2,7x10^ KJ/h for en gass-strøm på ca. 650 Nm^/h.

For a kunne levere en elektrisk kV? vil et elektrisk generatorsett behøve ca. 11,7 til 12,1 KJ. Den gass som man oppnår ved utgangen fra viften 61, tillater derfor et elektrisk gener atorsett å fremskaffe en kraft på ca. 2 00 kV,<1>.

Det kan nå antas at hele pyrolyseapparatet og hjelpeut-styret, tretørkere, skjermer etc. absorberer ca. 7 0 kW..Man vil derfor ha igjen 130 kw som tillater- f.eks. levering av kraft til sagbruk og boligkvarterer for de ansatte.

De foregående beregninger som er utført for en gjennomsnittlig produksjon, viser derfor at man ved hjelp av oppfinnelsen muliggjør forbruk av praktisk talt hele brennverdien i trevirket for autonom drift av en trevirkeutnytteise som leverer kull på et sted som kunne være fullstendig isolert og/eller utnytte avløpsgassene fra det elektriske generatorsett for å tilfredsstille behovene for tørking av trevirket.

Det skal forståes at installsjonen er omtalt bare som et eksempel og kan underkastes modifikasjoner innenfor r omme n av de vedføyde krav. Spesielt kan der benyttes en annen type pyrolyseapparat for produksjon av kullet.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for utnyttelse av pyrolysegasser som er utvunnet fra en installasjon som produserer karbon ved pyrolyse av biomasse, omfattende en pyrolyseka1sineringsovn som tilføres et lag av biomasse og er forsynt med organer til å sirkulere varme gasser gjennom biomasselaget for derved å omforme det ved pyrolyse til karbon som føres ut ved nedstrøms-enden av kalsineringsovnen, idet pyrolysegassene er blitt ført gjennorn ladningen som trekkes ut fra kalsienringsovnen gjennom en utføringskrets som gjenvinner en del av pyrolysegassene for produksjon av varme gasser og gasser for tørking av biomassen og transporterer en tilgjengelig del av disse pyrolysegasser til en omformingsreaktor, idet prosessen i oraformingsreaktoren omfatter å fore den tilgjengelige del av pyrolysegassene gjennom et lag av karbonholdig materiale som utgjøres av fine partikler av ingen kommersiell verdi trukket ut fra det kull som er produsert i pyrolysekalsinerings-ovenen, idet laget av fine partikler blir skaffet en høy temperatur ved injeksjon av en kornburent gass, og å trekke ut fra omformingsreaktoren en renset dårlig gass basert på CO og H2 som etter fjerningt av vann kan brukes for produksjon av i det minste den energi som kreves for autonom drift av instal-lasj onen.

2. Forbedret installsjon for produksjon av kull ved pyrolyse av biomasse, omfattende en pyrolysekalsineringsovn anord-net med en bunn som innbefatter en gjennomtrengelig del, organer til å føre inn biomassen ved oppstrømsenden av kalsine-ringsovn for dannelse av et lag på bunnen, organer til å fremskaffe varme gasser over biomasselaget, en krets til å suge ut varme gasser gjennom biomasselaget for omforming av biomassen til kull ved pyrolyse, og organer til å føre ut kullet ved nedstrømsenden av kalsineringsovnen, en utsugningskrets for gasser som kommer ut fra pyrolysetilførselsgrenkretsen for tilføreselsorganer for tørking av biomasse, og organer for produksjon av varme gasser over biomasselaget, og en omformingsreaktor som kommuniserer med en krets for utføring av de tilgjengelige pyrolysegasser, samtidig som installasjonen ytterligere omfatter organer til å gjenvinne fx_a det kull som ei- trukket ut fra kalsineringsovnen, fine partikler rned dimen-sjoner som er mindre enn grensen for kommersiell verdi, for således på innsiden av omformingsreaktoren å danne et lag av fornyede, f] ne partikler, organer til å injisere en kornburent gass i laget av partikler for oppvarming av nevnte lag til en høy temperatur, en krets for utsugnmg av pyrolysegassene gjennom ladningen, idet der gjennorn kretsen føres ut en renset gass basert på CO og H^ i samt organer for produksjon av energi for den autonome drift av installasjonen med den rene gass strømmende ut fra omformingsreaktoren.