NL1016019C2 - Werkwijze en inrichting voor het verwerken van dierlijke mest. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het verwerken van dierlijke mest

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van dierlijke mest, in het bijzonder pluimveemest, meer in het bijzonder kippenmest.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de praktijk.

5 De laatste jaren is een toegenomen belangstelling ontstaan voor het bewerken en verwerken van dierlijke mest, onder meer vanwege de steeds strenger wordende milieurichtlijnen die door de overheid aan (pluimveehouders worden opgelegd en vanwege een stijging in de afzetkosten van de mest. In de praktijk is het echter nog niet mogelijk gebleken om de dierlijke mest op een kostengunstige wijze te verwerken, hetgeen tot gevolg heeft 10 dat (pluim)veehouderijbedrijven met aanzienlijke kosten worden opgezadeld.

Het is daarom een doel volgens de onderhavige uitvinding een werkwijze te verschaffen voor het verwerken van dierlijke mest, in het bijzonder kippenmest, die tegen relatief lage kosten kan worden uitgevoerd.

Het is een verder doel volgens de onderhavige uitvinding een dergelijke werkwijze 15 te verschaffen, waarbij de dierlijke mest kan worden gebruikt voor het opwekken van energie (warmte en / of elektriciteit).

Deze doelen worden bereikt door een werkwijze volgens de aanhef, gekenmerkt door de stappen: a) het drogen van de mest; 20 b) het onderwerpen van de in stap a) verkregen gedroogde mest aan een vergassing onder oplevering van een brandbaar gasmengsel; c) het reinigen van het in stap b) verkregen gasmengsel; d) het kraken van het in stap c) verkregen gereinigde gasmengsel, onder oplevering van een mengsel van ten minste één brandbaar gas, waterstofgas en stikstofgas; 25 en e) het koelen van het in stap d) verkregen gasmengsel.

Het met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen gasmengsel kan worden gebruikt voor de opwekking van energie en / of warmte, bijvoorbeeld door toevoer aan een verbrandingsmotor, zoals een WKK-(warmtekracht)eenheid, die een generator aandrijft. De 3 0 generator van een dergelijke WKK-eenheid kan worden aangesloten op het elektriciteitsnet. Ook kan het verkregen gasmengsel als zodanig worden benut (via een transportleiding) in 1016019 2 bijvoorbeeld een WKK-eenheid, brander, boiler, enz., die elders is geplaatst. Gebleken is dat het met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen gasmengsel een hoge kwaliteit en zuiverheid heeft.

Een verder voordeel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is dat, 5 doordat gebruik gemaakt wordt van vergassing, een, vergeleken met verbranding, relatief hoog elektrisch rendement kan worden verkregen, in het bijzonder op kleine schaal.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk om de vergassing van mest op kleine schaal uit te voeren, bijvoorbeeld bij het (pluim)veebedrijf zelf, waardoor transportkosten voor de mest worden vermeden. Een veebedrijf kan door toepassing van de *10 werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zelfvoorzienend zijn in de elektriciteitsbehoefte ervan. Een eventueel overschot aan energie kan aan een elektriciteitsbedrijf worden geleverd.

De onderhavige uitvinding maakt het bovendien mogelijk om kippenmest, dat hogere concentraties aan Cl, S, P en N bevat dan reguliere biomassastromen, op milieuvriende- 15 lijke wijze te verwerken, doordat HC1, H2S eij. NH3 (ammoniak) op effectieve wijze kunnen worden verwijderd, waardoor hoge NOx- en SOx-emissies kunnen worden voorkomen.

Het verdient de voorkeur volgens de onderhavige uitvinding dat de mest in stap a) wordt gedroogd tot een drogestofgehalte van ten minste 70 %, bij voorkeur ten minste 80 %, met nog meer voorkeur 85 %.

2 0 Hierdoor levert de navolgende vergassing betere resultaten. De vergassing wordt in de regel uitgevoerd onder toevoeging van een ondermaat lucht.

Indien gewenst kan bij de mest enige ‘strooiselmest’ worden bijgemengd ter verhoging van het drogestofgehalte. Strooiselmest is een mengsel van strooisel (houtkrullen) en leghennenmest. Strooiselmest is in het algemeen droger dan de (bijvoorbeeld leghen- 2 5 nen)mest alleen, en in de regel ook makkelijker te vergassen doordat het een hogere energie- inhoud heeft.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is de vergassing een wervelbedvergassing, in het bijzonder van het type ‘bubbling bed’. De vergassing kan subatmosferisch, atmosferisch of superatmosferisch zijn.

3 0 Door gebruik te maken van een wervelbedvergassing worden hoge gasopbrengsten verkregen. Verder levert wervelbedvergassing van het type ‘bubbling bed’ een betere mengen warmteoverdrachtkarakteristiek, in het bijzonder voor kippenmest, in vergelijking met andere typen vergassers, zoals meestroom- of tegenstroomvastbedvergassers en crossdraft- 1016019 3 vergassers. Een ‘bubbling bed’ wervelbedvergasser kan op een uniforme temperatuur, op een paar graden Celsius nauwkeurig, ingesteld worden.

Het verdient de voorkeur dat de vergassing wordt uitgevoerd bij een zodanige temperatuur dat slakvorming wordt voorkomen. Door slakvorming ontstaat agglomeratie van 5 deeltjes, hetgeen kan leiden tot klontering en verstopping en uiteindelijk zelfs tot stagnatie van het vergassingsproces.

De in de praktijk te gebruiken vergassingstemperaturen zullen afhangen van onder meer de samenstelling van de mest (leghennenmest heeft bijvoorbeeld een hoger assmeltpunt dan vleeskuikenmest en kan derhalve bij een hogere temperatuur worden vergast), de 10 gebruikte vergassingsinrichting en het in de vergassingsinrichting gebruikte bedmateriaal.

De wand van de vergasser kan eventueel worden gekoeld, bij voorbeeld met lucht via een kleppensysteem. Verder is de optimale vergassingstemperatuur nog afhankelijk van de capaciteit van de gebruikte vergasser. Bij voorkeur wordt de vergassing uitgevoerd bij een temperatuur in het bereik van 600 - 950°C, bij voorkeur 700 - 800°C, met nog meer voor- 15 keur 720 - 770 °C. Boven 800°C kan voor mestsoorten, in het bijzonder met een laag CaO-gehalte, een probleem ontstaan door verslakking en agglomeratie. Onder de 700°C kan er verhoudingsgewijs meer pyrolyse plaatsvinden, hetgeen resulteert in een toename van teer-en methaanconcentraties in het gas. Gebleken is dat voor mest met een hoog CaO-gehalte, zoals leghennenmest, de bovengenoemde problemen in mindere mate aanwezig zijn.

2 0 Bij voorkeur wordt het gasmengsel in stap c) gereinigd in een roterende deeltjes- scheider.

Een roterende deeltjesscheider is compact en kan met gunstige resultaten worden toegepast bij temperaturen van zelfs boven 600°C. In het algemeen wordt de roterende deeltjesscheider bedreven in een temperatuurgebied van 400 - 650°C, bij voorkeur 600 - 2 5 650°C, onder verder normale procesomstandigheden. Met de roterende deeltjesscheider kunnen onder andere vliegas en chloor- en zwavelbevattende componenten (zoals HC1 en H2S) uit het gas worden verwijderd. De vliegas kan bijvoorbeeld worden verwerkt tot grondstof voor kunstmest of worden gebruikt in de wegenbouw of bouwindustrie.

Indien gewenst, kunnen ook andere reinigingsbewerkingen worden uitgevoerd ten- 3 0 einde de uitstoot van schadelijks stoffen zoals NO*, SOx, PAKs en roet zo veel mogelijk te beperken.

Volgens een gunstige voorkeursuitvoeringsvorm kan aan de roterende deeltjesscheider dolomiet, natriumcarbonaat en / of kalksteen wordt toegevoegd.

10 1^01$ 4

Hierdoor worden HC1 en H2S op doelmatige wijze uit het gas verwijderd.

Het is gunstig gebleken wanneer het kraken in stap d) wordt uitgevoerd in een thermisch katalytische teerkraker.

In een thermisch katalytische teerkraker worden aan het oppervlak van een (bijvoor-5 beeld) Ni-katalysator bij een temperatuur van bijvoorbeeld 900°C de resterende teren katalytisch gekraakt en omgezet tot kleinere brandbare gascomponenten. Het voordeel van een thermisch katalytische teerkraker is dat het een compact apparaat kan zijn en bovendien in staat is om naast teer ook ammoniak (NH3) om te zetten. Dit is bijzonder gunstig in het geval van kippenmest, aangezien bij vergassing hiervan een aanzienlijke hoeveelheid NH3 10 vrijkomt.

In plaats van een thermisch katalytische teerkraker kan voor teerverwijdering indien gewenst ook gebruik worden gemakt van natte scrubbersystemen. Het is in ieder geval verstandig om teer te verwijderen aangezien eventuele nageschakelde inrichtingen zoals verbrandingsmotoren niet bestand kunnen zijn tegen grote hoeveelheden teer in het gas.

15 Na het kraken van het gas wordt het gas gekoeld, bij voorkeur tot een temperatuur in het bereik van 30 - 80 °C, bij voorkeur juist boven het dauwpunt van het gas.

Boven 80°C wordt de capaciteit van een eventueel nageschakelde verbrandingsmotor steeds verder beperkt. Onder het dauwpunt (ca. 45 °C) treed echter druppelvorming op, waardoor het gas minder droog is.

2 0 Het verdient hierbij de voorkeur dat het in stap d) verkregen gasmengsel in een warmtewisselaar wordt gekoeld, eerst met lucht en vervolgens met lucht of water (voor precieze afstelling van de temperatuur van het gas). De voor het koelen gebruikte, en daarbij opgewarmde lucht kan hierbij met voordeel worden gebruikt voor het drogen van de mest in stap a).

2 5 Hierdoor wordt een aanzienlijke besparing verkregen van fossiele brandstof ten be hoeve van het drogen van de mest.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het verwerken van dierlijke mest, in het bijzonder pluimveemest, meer in het bijzonder kippenmest, waarbij de inrichting is voorzien van een voorraadreservoir voor mest dat via een lei- 3 0 ding is aangesloten op een vergasser, die is aangesloten op een gasreiniger met ten minste een eerste uitlaat voor vaste bestanddelen en een tweede uitlaat voor gereinigd gas, welke tweede uitlaat is aangesloten op een kraker, die in verbinding staat met een koeler, welke koeler is aangesloten op een gasreservoir.

10 16 0 19 5

Het gasreservoir volgens de onderhavige uitvinding kan deel uitmaken van een nageschakelde inrichting zoals een WKK-eenheid, kan een gasleiding zijn die is aangesloten op een dergelijke nageschakelde inrichting, maar kan ook een opslagtank zijn die na ten minste gedeeltelijke vulling kan worden vervoerd naar een andere plek, waar het gas kan 5 worden benut.

Het verdient bij de inrichting volgens de onderhavige uitvinding de voorkeur dat de vergasser een wervelbedvergasser is, in het bijzonder van het ‘bubbling bed’ type.

Door gebruik te maken van een wervelbedvergassing worden hoge gasopbrengsten verkregen.

10 Bij voorkeur is de gasreiniger een roterende deeltj esscheider.

Hierdoor kunnen onder andere vliegas en chloor- en zwavelbevattende componenten uit de gasfase worden verwijderd.

Het is gunstig gebleken wanneer het kraken wordt uitgevoerd in een thermisch katalytische teerkraker.

15 Hierdoor worden de resterende teren en resterend ammoniak katalytisch gekraakt en omgezet tot brandbaar gas, waterstof en stikstof.

Na het kraken van het gas wordt het gas gekoeld, bij voorkeur in een een tweetraps gaskoeler, eerst met lucht en vervolgens met lucht of water. De voor het koelen gebruikte, en daarbij opgewarmde lucht kan hierbij met voordeel worden gebruikt voor het drogen van 20 de mest. Uiteraard kan in plaats van lucht of water elk ander geschikt fluïdum worden gebruikt.

De inrichting volgens de onderhavige uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een tekening. Hierbij toont:

Figuur 1 een schematische weergave van een inrichting voor het verwerken van 2 5 kippenmest volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 1 toont een inrichting 1 voor het verwerken van kippenmest 2. De kippenmest 2 wordt verzameld in een voorraadreservoir 3 dat aan de onderzijde is voorzien van een afvoer 4. De afVoer 4 is via een leiding 5 aangesloten op een wervelbedvergasser 6 die is voorzien van een luchtinlaat 7.

30 De leiding 5 is in de getoonde uitvoeringsvorm voorzien van een transport- en do- seersysteem, dat gebruik maakt van voedingsschroeven. Indien gewenst kan bijvoorbeeld bij een van de voedingsschroeven in de leiding S of bij de vergasser 6 een additief zoals dolomiet, natriumcarbonaat en / of kalksteen worden toegevoegd.

1016019 6

De vergasser 6 is via een leiding 8 aangesloten op een gasreiniger, die in de getoonde uitvoeringsvorm is aangeduid met roterende deeltjesscheider 9. Volgens de uitvinding kan de gasreiniger uit één installatie bestaan, maar indien gewenst ook verscheidene installaties omvatten al naar gelang de gewenste reinigingsbewerkingen.

5 De roterende deeltjesscheider 9 is voorzien van een uitlaat 10 voor de afscheiding van vaste bestanddelen. De uitlaat 11 van roterende deeltjesscheider 9 voor gereinigd gas is aangesloten op een thermisch katalytische teerkraker 12, die in verbinding staat met een koeler 13. De koeler 13 is bij voorkeur een tweetraps koeler De koeler 13 is aangesloten op een gasreservoir 14. Dit gasreservoir 14 kan bijvoorbeeld een gasleiding zijn die aansluit op 10 bijvoorbeeld een (niet-getoonde) WKK-eenheid, boiler, brander, etc.

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld.

Voorbeeld 15 Onder gebruikmaking van de inrichting van het type getoond in de bovengenoemde tekening werd kippenmest verwerkt.

Kippenmest werd in charges van 3 m3 in het voorraadreservoir 3 (van een ronde air-tec mestnadroger; verkrijgbaar bij Farmtec B.V., Heerde, Nederland) in een tijdsbestek van acht uur gedroogd tot een drogestofgehalte van 85 %. De gedroogde kippenmest werd via de 2 0 voedingsschroeven in de leiding 5 gasdicht overgebracht naar de wervelbedvergasser 6, van het type ‘bubbling bed’ (bedmateriaal: SiC met dolomiet), verkrijgbaar bij BTG, Enschede, Nederland. De kippenmest werd gedurende drie dagen vergast bij een temperatuur van 720 °C. Het hierbij geproduceerde brandbare gas bevatte o.a. vliegas, CO, CH4, H2, N2, C02, C2-en C3-componenten, waterdamp, teer en H2S, HC1 en NH3. Dit mengsel van brandbaar gas 25 en andere bestanddelen werd toegevoerd aan de roterende deeltjesscheider 9, van het type E (verkrijgbaar bij Aarding, Nunspeet, Nederland) en (via uitlaat 10) ontdaan van vliegas, chloorbevattende componenten en zwavelbevattende componenten. De vliegas was van een dusdanige kwaliteit dat het als kunstmest of in de cementindustrie, fosforindustrie, wegenbouw- of bouwindustrie zou kunnen worden toegepast.

3 0 Het resterende gas werd vervolgens via de leiding 11 naar de teerkraker 12, van het type katalytisch ‘reverse flow’ (verkrijgbaar bij BTG, Enschede, Nederland) overgebracht, alwaar de resterende teren en resterend ammoniak katalytisch (bij atmosferische druk en 900°C) werden gekraakt en omgezet tot o.a. brandbaar gas, waterstof en stikstof.

18 16 0 11 7

Het na het kraken verkregen gas met een temperatuur van 800°C werd met behulp van een tweetraps gaskoeler eerst met lucht en vervolgens met water afgekoeld tot 40°C. De voor het koelen gebruikte, en daarbij opgewarmde lucht (6000 m3/uur) werd hergebruikt voor het drogen van de mest. Het warme water werd gebufferd in een boiler.

5 Het afgekoelde gas werd toegevoerd aan een verbrandingsmotor die een generator aandrijft. De geproduceerde warmte werd toegevoerd aan de boiler.

Per ingebrachte m3 kippenmest (d.s. 80%) werd bij een reactortemperatuur van 720°C ca. 2 - 2,2 Nm3 gas verkregen met een calorische waarde (LHV, C2- en C3-componenten uitgezonderd) van ca. 3,9 - 4,5 MJ/Nm3. Bij een grotere capaciteit van de in-10 richting worden betere resultaten verwacht.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de in de tekening en in het uitvoerings-voorbeeld beschreven niet-beperkende uitvoeringsvormen. Binnen het door de conclusies bepaalde beschermingsomvang kunnen deze op velerlei wijze worden gevarieerd.

15 * 10 16 0 19

Claims (16)

1. Werkwijze voor het verwerken van dierlijke mest, in het bijzonder pluimveemest, meer in het bijzonder kippenmest, gekenmerkt door de stappen: a) het drogen van de mest; b) het onderwerpen van de in stap a) verkregen gedroogde mest aan een vergassing 5 onder oplevering van een brandbaar gasmengsel; c) het reinigen van het in stap b) verkregen gasmengsel; d) het kraken van het in stap c) verkregen gereinigde gasmengsel, onder oplevering van een mengsel van ten minste één brandbaar gas, waterstofgas en stikstofgas; en e) het koelen van het in stap d) verkregen gasmengsel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de mest in stap a) wordt ge droogd tot een drogestofgehalte van ten minste 70 %, bij voorkeur ten minste 80 %, met nog meer voorkeur 85 %.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vergassing een wervel-bedvergassing is.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vergassing wordt uitgevoerd bij een zodanige temperatuur dat slakvorming wordt voorkomen.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de vergassing wordt uitgevoerd bij een temperatuur in het bereik van 600 - 950°C, bij voorkeur 700 - 800°C, met nog meer voorkeur 720 - 770°C.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het gasmeng sel in stap c) wordt gereinigd in een roterende deeltjesscheider.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat aan de roterende deeltjesscheider dolomiet, natriumcarbonaat en / of kalksteen wordt toegevoegd.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het kraken in 2 5 stap d) wordt uitgevoerd in een thermisch katalytische teerkraker.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in stap e) wordt gekoeld tot een temperatuur in het bereik van 30 - 80 °C.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het in stap d) verkregen gasmengsel in een warmtewisselaar wordt gekoeld, eerst met lucht en vervolgens met lucht 30 of water. } 0 1 6 015

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de voor het koelen gebruikte, en daarbij opgewarmde lucht wordt gebruikt voor het drogen van de mest in stap a).

12. Inrichting voor het verwerken van dierlijke mest, in het bijzonder pluimveemest, meer in het bijzonder kippenmest, met het kenmerk, dat de inrichting (1) is voorzien van een 5 voorraadreservoir (3) voor mest (2) dat via een leiding (5) is aangesloten op een vergasser (6), die is aangesloten op een gasreiniger (9) met ten minste een eerste uitlaat (10) voor vaste bestanddelen en een tweede uitlaat (11) voor gereinigd gas, welke tweede uitlaat (11) is aangesloten op een kraker (12), die in verbinding staat met een koeler (13), welke koeler (13) is aangesloten op een gasreservoir (14).

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de vergasser (6) een wervelbed- vergasser is.

14. Inrichting volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat de gasreiniger (9) een roterende deeltjesscheider is.

15. Inrichting volgens een der conclusies 12 - 14, met het kenmerk, dat de kraker (12) een 15 thermisch katalytische teerkraker is.

16. Inrichting volgens een der conclusies 12 -15, met het kenmerk, dat de koeler (13) een tweetraps gaskoeler is. 1016019