BE1015904A3

BE1015904A3 - Werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal en inrichting daarbij toegepast.

Info

Publication number: BE1015904A3
Application number: BE2004/0081A
Authority: BE
Inventors: Stijn Marinus Gerardus Eugene Van
Original assignee: Bio Olie Belgie Bv Met Beperkt
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2005-11-08
Also published as: US20050172558A1; EP1566429A1

Abstract

Werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal in een reactor (2) waarin partikels (26), vervaardigd uit materiaal met een grote warmtecapaciteit, zijn voorzien, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze bestaat uit het vergassen van het organisch materiaal door verhitting in een vergassingskamer (17) in de reactor (2); het laten stromen van een gas doorheen de reactor (2), van een inlaat (7) naar een uitlaat (8); het laten circuleren van de partikels (26) doorheen de reactor (2), in tegenstroom met het voornoemde gas; en het opvangen van het vergaste organisch materiaal aan de voornoemde uitlaat (8).

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal en inrichting daarbij toegepast. 



  Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal, meer speciaal voor het vergassen van organisch materiaal in een vloeibare of vaste toestand, zoals bijvoorbeeld, zware stookolie, plantaardige oliën, glycerol, bitumen, maar ook hout, stro, kunststof en dergelijke. 



  Men kent reeds werkwijzen voor het zogenaamd thermisch vergassen van organisch materiaal, waarbij het organisch materiaal in een inrichting wordt aangevoerd en onder invloed van warmte wordt omgezet in gas. 



  Een nadeel van zulke bekende werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal is dat het verkregen gas aan een hoge gastemperatuur de inrichting verlaat en zodoende een groot deel van de warmte-energie uit de inrichting verloren gaat, waardoor steeds relatief veel nieuwe energie moet worden aangevoerd in de inrichting voor het aanhouden van een voldoende hoge temperatuur. 



  Werken bij een lage temperatuur is evenmin mogelijk, vermits in dat geval teerverbindingen kunnen ontstaan door polymerisatie van verschillende producten in het vergaste organisch materiaal. 



  De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



  Hiertoe betreft de uitvinding een werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal in een reactor waarin partikels, vervaardigd uit materiaal met een grote warmtecapaciteit, zijn voorzien, waarbij deze werkwijze bestaat uit het vergassen van het organisch materiaal door   verhitting in een vergassingskamer in de reactor ; laten   stromen van een gas doorheen de reactor, van een inlaat naar   een uitlaat ; laten circuleren van de partikels doorheen de reactor, in tegenstroom met het voornoemde gas ; het   opvangen van het vergaste organisch materiaal aan de voornoemde uitlaat. 



  Een voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat, door het circuleren van een warmtehoudend materiaal doorheen de reactor, een groot deel van de warmte in het vergaste organisch materiaal kan worden afgestaan aan het warmtedragend materiaal, alvorens het vergaste organische materiaal de reactor verlaat, waardoor deze warmte in de reactor aanwezig blijft en waardoor, bijgevolg, minder energie moet worden verbruikt om de temperatuur in de reactor op peil te houden. 



  Deze uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting die kan worden toegepast voor het vergassen van organisch materiaal en die hoofdzakelijk bestaat uit een reactor met een inlaat voor gas en een uitlaat voor het vergaste organisch materiaal, welke reactor is gevuld met partikels vervaardigd uit een materiaal met een grote warmtecapaciteit, waarbij de reactor is uitgerust met een circulatiecircuit voor de voornoemde partikels, in tegenstroom ten opzichte van het voornoemde gas, meer bepaald in de richting van de voornoemde uitlaat naar de inlaat en waarbij, tussen de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 inlaat en de uitlaat, een vergassingskamer is voorzien in de reactor. 



  Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een uitvoeringsvorm beschreven van een werkwijze en van een inrichting volgens de uitvinding voor het vergassen van organisch materiaal, met verwijzing naar de bijgaande figuren, waarin: figuur 1 schematisch en in doorsnede een inrichting weergeeft volgens de uitvinding; figuur 2 een doorsnede weergeeft volgens lijn II-II in figuur l; figuur 3 een grafiek weergeeft die het temperatuursprofiel voorstelt in de reactor. 



  In de figuren 1 en 2 is een inrichting 1 volgens de uitvinding weergegeven die hoofdzakelijk bestaat uit een reactor 2. 



  Deze reactor 2 bestaat in dit geval uit een verticale behuizing 3 die wordt gevormd door een cilindervormige mantel 4 die aan beide uiteinden wordt afgesloten, bij voorkeur op een luchtdichte manier, door, enerzijds, een bodem 5 en, anderzijds, een afdekplaat 6. 



  De reactor is voorzien van een inlaat 7 en een uitlaat 8, die elk worden gevormd door een leiding, respectievelijk 9 en 10 die elk aan een tegenovergesteld uiteinde van de inrichting 1 op de reactor 2 aansluiten doorheen openingen 11-12 in de behuizing 3 van de reactor 2. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



  Op het niveau van de inlaat 7 is in de reactor 2 een compartiment 13 voorzien dat wordt begrensd door een zijwand 14 die gedeeltelijk samenvalt met de mantel 4 van de reactor 2, meer bepaald op de plaats van de inlaat 7 zelf en door een plaat 15 met perforaties 16, welke plaat 15 op de voornoemde zijwand 14 is rust. 



  In de reactor 2 is verder een vergassingskamer 17 voorzien die wordt begrensd door een verticale zijwand 18 die gedeeltelijk samenvalt met de voornoemde behuizing 3, waarbij in de behuizing 3 een doorgang 19 is voorzien waar doorheen een injectiepijp 20 uitmondt in de vergassingskamer 17. De vergassingskamer 17 wordt langs de bovenzijde begrensd door een tweede plaat 21 met perforaties 22. 



  Tegen de reactor 2 is een buis 23 geplaatst, die via twee openingen 24-25 aan haar beide uiteinden in verbinding staat, respectievelijk met de onderzijde en de bovenzijde van de reactor 2. 



  De reactor 2 is volgens de uitvinding gevuld met partikels 26 van een materiaal dat, bij voorkeur, hittebestendig is en een hoge warmtecapaciteit bezit, zoals keramiek, grind, aluminium oxide of dergelijke, waarbij de dimensies van de partikels 26 minstens enigszins groter zijn dan de dwarse doorsnede van de voornoemde perforaties 16 en 22, en waarbij de vorm van de partikels 26 van allerlei aard kan zijn. 



  In de buis 23 is een transportmiddel 27 voorzien dat schematisch door een streeplijn is weergegeven in figuur 1, dat toelaat de voornoemde partikels 26 doorheen de voornoemde buis 23 te verplaatsen van de onderste opening 24 naar de bovenste opening 25, ter vorming van een circulatiecircuit, 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 waarbij de partikels 26 continue doorheen de reactor 2 worden gecirculeerd. 



  Als transportmiddel 27 kunnen bekende middelen, zoals bijvoorbeeld een jakobsladder, een transportband of dergelijke, worden aangewend, waarbij het transportmiddel 27 voor de aandrijving is voorzien van een motor 28. 



  Een werkwijze volgens de uitvinding voor het vergassen van organisch materiaal 29 is eenvoudig en als volgt. 



  Het te vergassen organisch materiaal 29 wordt in de vergassingskamer 17 gebracht via de injectiepijp 20. Op deze positie in de reactor 2 heerst een temperatuur van bijvoorbeeld 1570  Kelvin (K), waarbij het te vergassen organisch materiaal wordt gekraakt ter vorming van gassen. 



  De gevormde gassen stijgen op doorheen de perforaties 22 in de voornoemde tweede plaat 21 en vervolgens tussen de deeltjes 26 in de reactor 2 naar de uitlaat 8 toe. 



  Het is duidelijk dat, bij het opstijgen van de gassen, de temperatuur van deze gassen zal dalen naarmate de gassen dichter bij de uitlaat 8 van de reactor 2 komen, aangezien de gassen nabij de uitlaat 8 in contact treden met relatief koude partikels 26 die vanuit de buis 23 bovenaan aan de reactor 2 worden gevoed en die in tegenstroom aan de gassen doorheen de reactor 2 circuleren. 



  Teneinde de temperatuur in de reactor 2 op peil te houden, wordt het te vergassen organisch materiaal 29 partieel verbrand, hiertoe wordt zuurstof in de reactor 2 gebracht onder de vorm van lucht, stoom of dergelijke. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



  De lucht of dergelijke wordt in dit geval bij omgevingstemperatuur, onderaan de reactor 2 via de inlaat 7 gevoed, en stijgt op in de reactor 2 naar de vergassingskamer 17, waar de zuurstof wordt verbruikt voor het partieel verbranden van het organisch materiaal 29. 



  Tijdens het opstijgen van de lucht of dergelijke, wordt deze verwarmd door de relatief warme partikels 26, die langs de vergassingskamer 17 doorheen de reactor 2 zakken, waardoor de lucht of dergelijke is opgewarmd tot een relatief hoge temperatuur alvorens de vergassingskamer 17 te bereiken. 



  Bij het opwarmen van de lucht of dergelijke, zullen de partikels 26 de thermische energie, die werd opgeslagen boven de vergassingskamer 17, bij voorkeur volledig afstaan aan de lucht, waarna de partikels 26 kunnen worden opgevoerd naar bovenaan de reactor 2, waar ze opnieuw worden opgewarmd door het vergaste organisch materiaal. 



  Door regeling van het circulatiedebiet van de partikels 26, het debiet van het te vergassen organisch materiaal, de hoeveelheid zuurstof en het debiet en/of de temperatuur van de lucht of dergelijke, kan in regime van de reactor 2 een stationair warmteprofiel, zoals weergegeven in figuur 3, worden verkregen, waarbij het vergassen van organisch materiaal 29 op een efficiënte wijze kan plaatsvinden. Het gebruik van grote partikels 26 geeft aanleiding tot kleinere ladingsverliezen over de reactor 2, waardoor een groter debiet aan lucht en gassen kan worden gebruikt dan bij het gebruik van kleinere partikels 26. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



  In figuur 3 is een curve I weergegeven die het voornoemd stationair temperatuurprofiel in de reactor 2 voorstelt, waarbij het punt A de temperatuur weergeeft ter hoogte van de    inlaat 7 ; B de temperatuur weergeeft ter hoogte van de vergassingskamer 17 ; punt C de temperatuur weergeeft ter   hoogte van de uitlaat 8 van de reactor 2. 



  Het onderste deel van de curve I geeft weer hoe de temperatuur in de reactor 2 stijgt van de inlaat 7 naar de vergassingskamer 17, wat overeenstemt met het opwarmen van de lucht of dergelijke. 



  Het bovenste deel van de curve I geeft weer hoe de temperatuur in de reactor 2 daalt van de vergassingskamer 17 naar de uitlaat 8 toe, hetgeen overeenstemt met het absorberen van de thermische energie uit het gevormde gas door de partikels 26. 



  Het verschil tussen de temperatuur in positie A en de temperatuur in positie C, aangeduid met AX, is een maat voor het verlies aan thermische energie in de reactor 2, met uitzondering van warmteverliezen doorheen de behuizing 3 van de reactor 2 of doorheen de buis 23, welk verlies AX bij het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding kleiner is dan bij het toepassen van een bekende werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal. 



  Uiteraard is het mogelijk om aan de partikels 26 een katalysator toe te voegen die toelaat bepaalde organische bindingen, zoals teer, ammonia of dergelijke, katalytisch te kraken. Voorbeelden van zulke katalysatoren zijn dolomiet of kalksteen in een zogenaamde gecalcineerde vorm, nikkelhoudende of ijzerhoudende katalysatoren en houtskool. 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 Een voordeel van zulke katalysatoren is dat in het vergaste organisch materiaal aan de uitlaat 8 van de reactor 2 de hoeveelheid aan bijvoorbeeld ammonia kan worden beperkt, waardoor het vergaste organisch materiaal kan worden toegepast in een verbrandingsmotor zonder aanleiding te geven tot de vorming van bijvoorbeeld grote hoeveelheden stikstofoxiden die worden gevormd bij de verbranding van ammonia en die schadelijk zijn voor mens en milieu. 



  Bij het gebruik van bijvoorbeeld nikkelhoudende katalysatoren is het bekend eveneens een vangstmateriaal tussen de partikels 26 te mengen, welk vangstmateriaal toelaat eventuele chloor of zwaveldampen te absorberen, hetgeen de levensduur van de gebruikte nikkelhoudende katalysator gevoelig kan verlengen, vermits chloor en zwavel giftig zijn voor zulke katalysatoren. 



  Het gebruikte vangstmateriaal dient in dat geval regelmatig uit de partikels 26 te worden verwijderd en te worden vervangen door nieuw of geregenereerd vangstmateriaal, vermits het na verloop van tijd verzadigd raakt met zwavel of chloor en aldus zijn werkfunctie verliest. 



  Opgemerkt wordt dat de hierboven beschreven inrichting volgens de uitvinding ook kan worden uitgevoerd met verschillende vergassingskamers 17, die al dan niet alle zijn voorzien van een afzonderlijke inlaat 7 voor zuurstof en/of van een afzonderlijk recirculatiecircuit. 



  Ook de oriëntatie van de reactor 2 kan worden gewijzigd, deze hoeft namelijk niet noodzakelijk verticaal te zijn gepositioneerd, maar kan ook schuin of zelfs horizontaal 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 worden geplaatst, waarbij in het laatste geval wel extra voorzieningen moeten worden getroffen om een goede stroming van lucht, gas en partikels te kunnen verkrijgen. 



  Ook wordt opgemerkt dat het onderhouden van de temperatuur in de reactor 2 niet per se moet gebeuren door een partiële verbranding van het te vergassen organisch materiaal. Het is uiteraard ook mogelijk hiertoe andere warmtebronnen te voorzien voor het verhitten van het organisch materiaal in de vergassingskamer. Zo kan bijvoorbeeld warmte worden gegenereerd op elektrische wijze door bijvoorbeeld inductie of op fysische wijze, door bijvoorbeeld wrijving. 



  In de laatste twee gevallen wordt bij voorkeur geen zuurstof gevoed aan de reactor, doch een inert gas, zoals stikstofgas of dergelijke, teneinde een partiële verbranding van het te vergassen organisch materiaal te vermijden. 



  De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvorm, doch een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding voor het vergassen van organisch materiaal kunnen in allerlei varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Conclusies 1.- Werkwijze voor het vergassen van organisch materiaal in een reactor (2) waarin partikels (26), vervaardigd uit materiaal met een grote warmtecapaciteit, zijn voorzien, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze bestaat uit het vergassen van het organisch materiaal door verhitting in een vergassingskamer (17) in de reactor (2) ; het laten stromen van een gas doorheen de reactor (2), van een inlaat (7) naar een uitlaat (8) ; het laten circuleren van de partikels (26) doorheen de reactor (2), in tegenstroom met het voornoemde gas ; en het opvangen van het vergaste organisch materiaal aan de voornoemde uitlaat (8).
2.- Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat een gas aan één uiteinde van de reactor (2) aan de inrichting (1) wordt gevoed, terwijl het vergaste organisch materiaal aan het tegenoverstaand uiteinde wordt opgevangen en dat het te vergassen organisch materiaal tussen beide uiteinden aan de reactor (2) wordt gevoed.
3.- Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat partikels (26) aan één uiteinde van de reactor (2) worden afgevoerd en dat deze partikels (26) vervolgens aan het ander uiteinde van de reactor (2) terug in de reactor (2) worden gebracht.
4.- Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde gas zuurstof bevat voor het realiseren van een partiële verbranding van het te vergassen organisch materieel (29) voor het onderhouden van een gewenste temperatuur in de reactor (2). <Desc/Clms Page number 11>
5. - Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het temperatuurprofiel in de reactor (2) nagenoeg constant wordt gehouden.
6. - Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur in de reactor (2) wordt geregeld door het gasdebiet doorheen de reactor (2).
7. - Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur in de reactor (2) wordt geregeld door de circulatiesnelheid van de voornoemde partikels (26).
8. - Werkwijze volgens conclusies 4 en 5, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur in de reactor (2) wordt geregeld op basis van een hoeveelheid gas die aan de reactor (2) wordt gevoed.
9.- Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat aan de partikels (26) een katalysator wordt toegevoegd die toelaat organisch materiaal katalytisch te kraken.
10. - Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat aan de partikels (26) een vangstmateriaal wordt toegevoegd die de gebruikte katalysator beschermt tegen katalysatorgiffen.
11. - Inrichting die kan worden toegepast voor het vergassen van organisch materiaal met behulp van een werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, welke inrichting (1) hoofdzakelijk bestaat uit een reactor (2) met een inlaat (7) voor gas en een uitlaat (8) voor het vergaste organisch materiaal, welke reactor (2) is gevuld met partikels (26) vervaardigd uit een materiaal met een grote warmtecapaciteit, <Desc/Clms Page number 12> daardoor gekenmerkt dat de reactor (2) is uitgerust met een circulatiecircuit voor de voornoemde partikels (26) in tegenstroom ten opzichte van het voornoemde gas, meer bepaald in de richting van de voornoemde uitlaat (8) naar de inlaat (7), en dat, tussen de inlaat (7) en de uitlaat (8), een vergassingskamer (17) is voorzien in de reactor (2).
12. - Inrichting volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de inlaat (7) en de uitlaat (8) zich aan een tegenovergesteld uiteinde van de reactor (2) bevinden.
13. - Inrichting volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat het circulatiecircuit hoofdzakelijk wordt gevormd door een reactor (2) en een buis (23) die via twee openingen (24-25) aan haar beide uiteinden, in verbinding staat met beide uiteinden van de reactor (2), en dat in de buis (23) een transportmiddel (27) is voorzien dat toelaat de voornoemde partikels (26) doorheen de buis (23) te verplaatsen.
14. - Inrichting volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat het transportmiddel (27) is uitgevoerd onder de vorm van een zogenaamde jakobsladder.