NL2010676C2 - Werkwijze en installatie voor het thermisch ontsluiten van biomassa. - Google Patents

Description

Werkwijze en installatie voor het thermisch ontsluiten van biomassa

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het thermisch ontsluiten van biomassa, omvattende de stappen van het aanvoeren van verse biomassa, het voorverhitten van de aangevoerde verse biomassa, het hydrolyseren van de voorverhitte biomassa, het koelen van de gehydrolyseerde biomassa, en het afvoeren van de gekoelde biomassa, de aangevoerde biomassa wordt voorverhit door althans een deel van de aangevoerde biomassa te mengen met althans een deel van de gehydrolyseerde biomassa. Een dergelijke werkwijze is bekend uit WO 03/043939 A2.

Onder "biomassa" wordt in deze aanvrage ondermeer zuiveringsslib, mest of enigerlei ander biologisch afbreekbaar, verpompbaar materiaal verstaan.

Aanvraagster brengt onder de naam TurboTec® reeds een installatie op de markt waarin biomassa, in het bijzonder slib dat afkomstig is uit de zuivering van afvalwater, kan worden gehydrolyseerd in een continu proces. De installatie bestaat uit een reactor, een stoomgenerator en een aantal warmtewisselaars. Verse biomassa, die bijvoorbeeld afkomstig kan zijn van een mechanische voorindikking, wordt aangevoerd en door een warmtewisselaar gepompt. In deze warmtewisselaar wordt de aangevoerde biomassa voorverhit tot een temperatuur in de orde van 100° Celsius, dit is de temperatuur waarmee de voorverhitte biomassa binnentreedt in de reactor. In de reactor wordt door middel van stoomtoevoer de temperatuur verhoogd tot meer dan 100° Celsius, terwijl door pompen en restricties een zodanig hoge druk tot stand gebracht wordt, dat de biomassa in de reactor niet gaat koken. Bij de hoge temperatuur en druk worden moeilijk afbreekbare celstructuren in de biomassa "gekraakt", en komen er meer eenvoudig afbreekbare componenten vrij. In het TurboTec®-proces vindt dit "kraken" plaats bij een druk in de orde van 2-8 bar en een temperatuur in de orde van 110-170° Celsius. Wanneer de gehydrolyseerde biomassa de reactor verlaat met deze hoge temperatuur, wordt deze door een warmtewisselaar geleid om te worden afgekoeld, alvorens de afgekoelde biomassa naar een vergistingsinstallatie wordt geleid. Daarbij kan de warmte die tijdens het koelen onttrokken wordt aan de gehydrolyseerde biomassa gebruikt worden voor het voorverhitten van de verse biomassa.

De bekende werkwijze heeft een aantal nadelen. Zo is het moeilijk om in het proces een juiste warmtebalans te vinden en in stand te houden. Met name blijkt het in de praktijk niet eenvoudig om de verse biomassa met behulp van de warmte die aan de gehydrolyseerde biomassa wordt onttrokken voldoende ver voor te verhitten met gebruikmaking van slechts een beperkt aantal warmtewisselaars. Hierdoor treedt de biomassa met een relatief lage aanvangstemperatuur binnen in de reactor, waardoor relatief veel stoom toegevoerd moet worden om de juiste procesomstandigheden voor de hydrolyse in te stellen. Dit gaat ten koste van het rendement van de werkwijze. En doordat de warmteoverdracht tussen de gehydrolyseerde biomassa en de aangevoerde verse biomassa niet optimaal is, wordt de gehydrolyseerde biomassa ook onvoldoende gekoeld tijdens het voorverhitten van de verse biomassa. Daardoor is er extra koeling nodig om de gehydrolyseerde biomassa op een temperatuur te brengen waarop deze verder verwerkt kan worden in een vergistingsinstallatie. En tenslotte is de viscositeit van de aangevoerde verse biomassa vrij hoog, zodat deze slechts met grote moeite door de warmtewisselaar(s) te pompen is, waarbij in de warmtewisselaar (s) hoge drukken optreden. Ook het hoge benodigde pompvermogen drukt het rendement.

De bovengenoemde oudere octrooipublicatie WO 03/043939 A2 beschrijft een werkwijze en een inrichting voor het thermisch ontsluiten van biomassa, met name huishoudelijk afval. Daarbij wordt het afval eerst vermalen tot delen met een grootte van 0,6 tot 5 cm. De zo verkleinde biomassa wordt in een toevoertank gebracht, waar deze wordt voorverwarmd door de vloeibare fractie uit een hydrolyse reactor. Dit voorverwarmen kan gebeuren door menging of door contactloze warmteuitwisseling. In geval van menging wordt het mengsel van voorverwarmde biomassa en de vloeibare fractie daarna gescheiden in een separator, en wordt de zo verkregen vaste fractie naar een stoomkamer geleid, waar deze vaste biomassa door stoom wordt voorverwarmd. Van daaruit gaat de biomassa naar de hydrolyse reactor. Vanuit de hydrolyse reactor wordt de biomassa naar een flash tank geleid waar het stoom wordt afgescheiden voor hergebruik, en van daar gaat de gehydrolyseerde biomassa naar een separator om te worden gescheiden in een vaste fractie die gecomposteerd kan worden en een vloeibare fractie die wordt teruggeleid naar de toevoertank. De vloeibare fractie die uiteindelijk overblijft gaat naar een anaerobe reactor waar methaangas, gezuiverd effluent en vaste stof gevormd wordt.

De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze van de hiervoor beschreven soort zodanig te verbeteren, dat de genoemde nadelen zich niet of althans in mindere mate voordoen. Volgens de uitvinding wordt dit bereikt, doordat de door menging voorverhitte biomassa voorafgaand aan de hydrolyse verder wordt verhit door deze in warmtewisselend contact te brengen met een verhittingsmedium, de gehydrolyseerde biomassa voorafgaand aan de menging wordt voorgekoeld door deze in warmtewisselend contact te brengen met een voorkoelmedium, en een enkel medium gebruikt wordt als voorkoelmedium voor de gehydrolyseerde biomassa en als verhittingsmedium voor de voorverhitte biomassa.

Door de aangevoerde biomassa te mengen met (een deel van) de gehydrolyseerde biomassa wordt een zeer directe warmteoverdracht verkregen, die in een warmtewisselaar niet kan worden bereikt. Hierdoor wordt de aangevoerde verse biomassa uiteindelijk in voldoende mate voorverhit om de noodzakelijke stoomtoevoer in het reactorvat zoveel mogelijk te beperken. Een ander voordeel is dat de viscositeit van de aangevoerde verse biomassa na het mengen zodanig verlaagd is, dat deze eenvoudig door een warmtewisselaar gepompt kan worden. Hierdoor wordt de druk in de warmtewisselaar verlaagd, en ook het benodigd pompvermogen gereduceerd.

Verder kan op deze wijze de biomassa met een zodanig hoge temperatuur worden toegevoerd aan de reactor, dat voor de hydrolyse relatief weinig stoom nodig is.

Doordat de biomassa door de menging is voorverhit, kan voor de verdere verhitting volstaan worden met (een) relatief kleine warmtewisselaar(s). Bovendien wordt zo de menger niet blootgesteld aan excessieve temperaturen. Tenslotte kan via dit gedeelde medium de warmte uit de gehydrolyseerde biomassa worden teruggewonnen.

Om de aangevoerde verse biomassa zo snel en volledig mogelijk voor te verhitten kan ten minste 25 procent, meer bij voorkeur ten minste 75 procent en meest bij voorkeur nagenoeg 100 procent van de gehydrolyseerde biomassa bij de aangevoerde verse biomassa gemengd worden.

Bij voorkeur wordt het tijdens het voorverhitten gevormde mengsel weer gescheiden/ingedikt in voorverhitte, verse biomassa en ten dele gekoelde gehydrolyseerde biomassa. Zo kan de gehydrolyseerde biomassa, die door het mengen voldoende afgekoeld is, verder goed verwerkt worden.

Bij voorkeur wordt bij het scheiden een deel van de gehydrolyseerde biomassa meegevoerd met de voorverhitte verse biomassa. Zo kunnen relatief grote delen van de al gehydrolyseerde biomassa, die onvoldoende gekraakt zijn, nogmaals aan een hydrolysebewerking worden onderworpen. Hierdoor wordt hoofdzakelijk volledig gehydrolyseerde biomassa afgevoerd naar de vergistingsinstallatie, waardoor het rendement van de vergisting toeneemt in vergelijking met conventionele werkwijzen.

Bij voorkeur worden de verse biomassa en de gehydrolyseerde biomassa zodanig gemengd, dat de verse biomassa enkele tientallen graden wordt verhit. Zo wordt reeds een aanzienlijke temperatuursprong bereikt, waardoor met relatief geringe inspanning de gewenste intreetemperatuur in de hydrolysereactor kan worden gehaald.

Bij voorkeur wordt het biomassamengsel gescheiden door dit te zeven. Omdat de verse biomassa grotere delen zal bevatten dan de gehydrolyseerde biomassa kan door zeven, bijvoorbeeld met een trilzeef of een roterende zeef, eenvoudig een zeer effectieve scheiding worden bereikt. Maar ook andere scheidingstechnieken, zoals filteren, centrifugeren of cycloonscheiding zijn denkbaar.

Bij voorkeur wordt ten minste een deel van de gehydrolyseerde biomassa na het mengen en eventueel scheiden teruggevoerd en voorafgaand aan het voorverhitten bij de aangevoerde verse biomassa gemengd. Zo wordt de temperatuur van de aangevoerde verse biomassa reeds bij aanvang van het proces verhoogd, waardoor de biomassa eenvoudiger verpompbaar wordt en bovendien voor verdere temperatuurverhogingen met kleinere warmtewisselaars gewerkt kan worden.

De gehydrolyseerde biomassa kan na het mengen en eventueel scheiden verder gekoeld worden, om deze op een geschikte temperatuur voor verdere verwerking te brengen.

De gehydrolyseerde biomassa kan verder gekoeld worden door deze in warmtewisselend contact te brengen met een koelmedium. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren in een warmtewisselaar.

De verse biomassa kan voorafgaand aan het mengen worden voorverwarmd. Ook dit voorverwarmen kan worden bereikt door de verse biomassa in warmtewisselend contact te brengen met een medium, hier een voorverwarmingsmedium. Als voorverwarmend alternatief kan ook gedacht worden aan een situatie, waarbij de biomassa bij aanvang verder wordt ingedikt en doormiddel van het toevoegen van warm water op gewenste dikte (DS percentage)wordt gebracht.

Bij voorkeur wordt een enkel medium gebruikt als koelmedium voor de gehydrolyseerde biomassa en als voorverwarmingsmedium voor de verse biomassa. Zo kan via dit gedeelde medium warmte worden teruggewonnen uit de gehydrolyseerde biomassa.

De uitvinding betreft verder een installatie voor het thermisch ontsluiten van biomassa.

Een thermische ontsluitingsinstallatie voor biomassa als beschreven in WO 03/043939 A2 omvat middelen voor het aanvoeren van verse biomassa, met de aanvoermiddelen verbonden middelen voor het voorverhitten van de verse biomassa, een met de voorverhittingsmiddelen verbonden reactor voor het hydrolyseren van de voorverhitte biomassa, met een afvoerzijde van de reactor verbonden middelen voor het koelen van de gehydrolyseerde biomassa, met de koelmiddelen verbonden middelen voor het afvoeren van de gekoelde biomassa, en een met de aanvoermiddelen en met de afvoerzijde van de reactor verbonden, een onderdeel van de voorverhittingsmiddelen en de koelmiddelen vormende menginrichting voor het mengen van de aangevoerde verse biomassa en de gehydrolyseerde biomassa.

De installatie volgens de onderhavige uitvinding onderscheidt zich nu van deze conventionele installatie door de aanwezigheid van ten minste één tussen de menginrichting en de reactor geplaatste warmtewisselaar voor het verder verhitten van de voorverhitte biomassa, en ten minste één tussen de afvoerzijde van de reactor en de menginrichting geplaatste warmtewisselaar voor het voorkoelen van de gehydrolyseerde biomassa, waarbij ten minste ene warmtewisselaar voor de verdere verhitting en de ten minste ene voorkoel-warmtewisselaar een kringloop vormen voor een gezamenlijk warmtewisselend medium.

Voorkeursuitvoeringen van de thermische ontsluitingsinstallatie volgens de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies 14 tot 23.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekening, waarin overeenkomstige onderdelen zijn aangeduid met verwijzingscijfers die telkens met 100 verhoogd zijn, en waarin:

Figuur 1 een schematische weergave is van een installatie volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij zowel voor als na het mengen warmteuitwisseling tussen de verse biomassa en de gehydrolyseerde biomassa plaats heeft,

Figuur 2 een met figuur 1 overeenkomend aanzicht is van een alternatieve uitvoeringsvorm, waarbij de verse aangevoerde biomassa direct gemengd wordt met de gehydrolyseerde biomassa, en

Figuur 3 een met figuur 1 en 2 overeenkomend aanzicht is van een uitvoeringsvorm waarbij tussen het mengen en de hydrolyse geen verdere warmteuitwisseling tussen de verschillende processtromen plaats heeft.

Een installatie 1 voor het thermisch ontsluiten van biomassa omvat middelen 2 voor het aanvoeren van verse biomassa FB, met de aanvoermiddelen 2 verbonden middelen 3 voor het voorverhitten van de verse biomassa FB, en een met de voorverhittingsmiddelen 3 verbonden reactor 4 voor het hydrolyseren van de voorverhitte biomassa PHB. Met de reactor 4 is een stoomtoevoer 5 verbonden. De installatie omvat verder middelen 6 voor het koelen van de gehydrolyseerde biomassa HYB, die verbonden zijn met een afvoerzijde 7 van de reactor 4, en middelen 8 voor het afvoeren van de gekoelde biomassa CB die verbonden zijn met de koelmiddelen 6.

Volgens de uitvinding is de installatie 1 verder voorzien van een menginrichting 9 voor het mengen van de aangevoerde verse biomassa FB en de gehydrolyseerde biomassa HYB, die enerzijds verbonden is met de aanvoermiddelen 2 en anderzijds verbonden is met de afvoerzijde 7 van de reactor 4. Ook vertoont de installatie 1 volgens de uitvinding een inrichting 10 voor het scheiden van het biomassamengsel M dat gevormd is in de menginrichting 9. Deze scheidingsinrichting 10 kan één of meer zeven, bijvoorbeeld trilzeven of roterende zeven omvatten.

Tussen de aanvoermiddelen 2 voor de verse biomassa FB en de menginrichting 9 zijn in het getoonde voorbeeld voorverwarmingsmiddelen 11 geplaatst, in de vorm van één of meer warmtewisselaars. Verder zijn tussen de scheidingsinrichting 10 en de reactor 4 middelen 12 aangebracht voor het verder verhitten van de voorverhitte biomassa PHB, eveneens in de vorm van één of meer warmtewisselaars. Tussen de scheidingsmiddelen 10 en de verdere verhittingsmiddelen 12 is overigens in het getoonde voorbeeld nog een buffer 22 geplaatst.

De koelmiddelen 6 omvatten bij de getoonde uitvoeringsvorm eveneens twee trappen. Tussen de afvoerzijde van de reactor 4 en de menginrichting 9 zijn voorkoelmiddelen 13 geplaatst, wederom in de vorm van één of meer warmtewisselaars. Een ander deel van de koelmiddelen 6 bevindt zich tussen de scheidingsinrichting 10 en de afvoermiddelen 8 voor de gekoelde biomassa CB en omvat één of meer warmtewisselaars 14, die een nakoeltrap vormt/vormen. Ook hier is tussen de scheidingsmiddelen 10 en de warmtewisselaar(s) 14 van de nakoeltrap nog een buffer 21 geplaatst. Verder is er in het getoonde voorbeeld nog een terugvoerleiding 23 die de buffer 21 verbindt met de aanvoermiddelen 2.

In het getoonde voorbeeld zijn de warmtewisselaar(s) van de verdere verhittingsmiddelen 12 en de warmtewisselaar(s) van de voorkoelmiddelen 13 opgenomen in een kringloop, waarin hun gezamenlijk warmtewisselend medium stroomt. Daartoe zijn de warmtewisselaars 12, 13 verbonden door circulatieleidingen 15, 16.

De warmtewisselaar(s) van de verwarmingsmiddelen 11 vormt/vormen onderdeel van een externe kringloop, met een leiding 17 waardoor een warmtewisselend medium met relatief hoge temperatuur wordt aangevoerd, en een leiding 18 waardoor dit medium wordt afgevoerd nadat het zijn warmte heeft afgegeven aan de aangevoerde verse biomassa FB.

Op soortgelijke wijze is/zijn de warmtewisselaar(s) 14 van de nakoelmiddelen onderdeel van een externe kringloop, met een toevoerleiding 19 die een relatief koel warmtewisselend medium aanvoert, en afvoerleiding 20 waardoor het medium wordt afgevoerd nadat het warmte heeft onttrokken aan de af te voeren biomassa CB.

Zoals met stippellijnen getoond is het echter ook denkbaar dat de warmtewisselaar(s) van de voorverwarmingsmiddelen 11 en de warmtewisselaar(s) 14 van de nakoeltrap opgenomen zijn in een kringloop, waarin wederom een gezamenlijk warmtewisselend medium stroomt. Daartoe kunnen dan de warmtewisselaars 11, 14 verbonden zijn door circulatieleidingen 24, 25.

De werking van de hiervoor beschreven thermische ontsluitingsinstallatie 1 wordt nu beschreven aan de hand van een getallenvoorbeeld.

Daarbij wordt er vanuit gegaan dat de aanvoermiddelen 2 een hoeveelheid Qin aan verse biomassa FB aanvoeren, die een uitgangstemperatuur T0 heeft van 10-30° Celsius. Deze verse biomassa FB zal normaliter een gehalte aan droge stof (DS) hebben van 5-15 procent. Via de terugvoerleiding 23 wordt bij de verse biomassastroom Qin een massastroom Qr aan gehydrolyseerde biomassa uit de buffer 21 bijgemengd. In de warmtewisselaar(s) 11 wordt de resulterende massastroom Qo (= Qin + Qr) voorverwarmd tot een temperatuur Ti van 30-50° Celsius. Daartoe wordt gebruik gemaakt van een warmtewisselend medium dat door de leiding 17 wordt aangevoerd met een temperatuur in de orde van 70-90° Celsius, en dat de warmtewisselaar(s) door de leiding 18 verlaat met een temperatuur van 10-30° Celsius. Overigens kan het warmtewisselend medium dat gebruikt wordt voor de voorverwarming afkomstig zijn van een warmtekrachtkoppeling (WKK).

De voorverwarmde verse biomassa wordt in de menginrichting 9 gemengd met voorgekoelde biomassa PCB die na hydrolyse in de reactor 4 reeds gedeeltelijk is gekoeld in de warmtewisselaar(s) van de voorkoelmiddelen 13. In het getoonde voorbeeld wordt de volledige massastroom Q3 aan voorgekoelde biomassa PCB vanuit de voorkoelmiddelen 13 aan de menginrichting 9 toegevoerd. Het is echter ook mogelijk om slechts een deel van de gehydrolyseerde biomassa HYB met de verse biomassa te mengen, waarbij de positieve effecten van de uitvinding zich vooral doen gelden wanneer 25 procent of meer van de gehydrolyseerde biomassa HYB wordt bijgemengd. De massastroom Q3 is groter dan de aangevoerde hoeveelheid biomassa Qo, omdat een deel van de gehydrolyseerde biomassa HYB wordt gerecirculeerd in de reactor 4, en daarnaast continu een bepaalde hoeveelheid stoom Qst wordt toegevoerd. In het rekenvoorbeeld wordt er vanuit gegaan dat de voorgekoelde biomassa PCB nog een temperatuur T4 heeft van 90-110° Celsius, waardoor het mengsel M dat in de menginrichting 9 wordt gevormd uiteindelijk een temperatuur TM zal bereiken van 60-80° Celsius. Zo wordt dus een aanzienlijke temperatuursprong van de aangevoerde verse biomassa FB bereikt.

Het mengsel M wordt in een hoeveelheid QM toegevoerd aan de scheidingsinrichting 10, waar door zeven de aangevoerde verse biomassa wordt gescheiden van de gehydrolyseerde biomassa. Daarbij is de scheidingsinrichting 10 zodanig ingericht dat met de verse biomassa ook een deel van de biomassa die uit de reactor 4 afkomstig is, maar die nog niet volledig is gehydrolyseerd, wordt afgescheiden van de volledig gehydrolyseerde biomassa. De niet volledig gehydrolyseerde biomassa zal grotere delen bevatten dan de volledig gehydrolyseerde biomassa, terwijl de delen van de verse biomassa FB nog groter zullen zijn. Op deze wijze wordt in het getoonde voorbeeld een hoeveelheid Qi van het mengsel M in de vorm van voorverhitte verse biomassa - met daarbij een kleine fractie onvolledig gehydrolyseerde biomassa - afgescheiden van een massastroom Q2, die in hoofdzaak bestaat uit volledig gehydrolyseerde biomassa.

Deze laatste stroom Q2 wordt via de buffer 21 naar de warmtewisselaar (s) 14 van de nakoelmiddelen geleid en daar afgekoeld tot een temperatuur T5 in de orde van 40-60° Celsius. Daarbij word gebruik gemaakt van koelwater dat door de leiding 19 wordt aangevoerd met een temperatuur van bijvoorbeeld 20° Celsius.

De stroom voorverhitte biomassa PHB en de daarin meegevoerde fractie onvolledig gehydrolyseerde biomassa wordt via de buffer 22 doorgeleid naar de warmtewisselaar(s) 12 om daar verder verhit te worden. Omdat deze warmtewisselaar(s) 12 in een kringloop zijn opgenomen met de warmtewisselaar(s) van de voorkoelmiddelen 13 hangt de temperatuurstijging van de voorverhitte biomassa PHB samen met de temperatuurdaling van de gehydrolyseerde biomassa HYB in de warmtewisselaar(s) 13. In het getoonde voorbeeld verlaat de gehydrolyseerde biomassa HYB de afvoerzijde 7 van de reactor 4 met een temperatuur T3 in de orde van 140° Celsius, en wordt deze in de warmtewisselaar(s) 13 afgekoeld tot T4 in de orde van 90-110° Celsius. Omdat het debiet Q3 door de warmtewisselaar(s) 13 iets hoger is dan het debiet Qi door de warmtewisselaar(s) 12 - het verschil wordt gevormd door de continu toegevoerde hoeveelheid stoom Qst (Q3 = Qi + Qst) -is de temperatuurverhoging van de voorverhitte biomassa PHB dus iets groter dan de temperatuurverlaging van de gehydrolyseerde biomassa HYB.

De volledige verhitte biomassa treedt uiteindelijk in dit voorbeeld met een temperatuur T2 van 90-120° Celsius binnen in de reactor 4, waar een hoeveelheid Qst aan stoom wordt bijgemengd. Door deze bijmenging van het stoom wordt in de reactor 4 de biomassa verhit tot een temperatuur Treactor van 110-170° Celsius, in dit voorbeeld ongeveer 140° Celsius. Bij die temperatuur wordt in de reactor 4 een druk gehandhaafd in de orde van 4 bar. Als gevolg van de verhoogde temperatuur en druk worden de celwanden van de bacteriën in de biomassa opengebroken, zodat de daarin opgesloten afbreekbare component van de biomassa vrijkomen. Hierdoor kan in een latere vergistingsstap meer biogas worden geproduceerd, terwijl ook de afbraak van de droge stof verbetert.

Bij een alternatieve uitvoeringsvorm van de thermische ontsluitingsinstallatie 101 (fig. 2) zijn er geen voorzieningen om de aangevoerde verse biomassa FB voor te verwarmen voordat deze de menginrichting 109 bereikt.

Doordat de verse biomassa FB met omgevingstemperatuur wordt gemengd met de gehydrolyseerde biomassa die al aan een voorkoelingsstap is onderworpen in de warmtewisselaar 113, is de resulterende temperatuur van het mengsel M dat aan de scheidingsinrichting 110 wordt aangeboden ook lager dan bij de uitvoering van figuur 1. Bij een soortgelijke aanvoer van verse biomassa als bij de uitvoering van figuur 1 zal de temperatuur van het mengsel M bijvoorbeeld 10° C lager uitkomen, waardoor de voorverhitte biomassa PHB ook na het verblijf in de warmtewisselaar(s) 112 van de verdere verhittingsmiddelen met een ongeveer 10° lagere temperatuur zal binnentreden in de reactor 104. Daardoor is een grotere hoeveelheid stoom nodig om toch de gewenste drukken en temperaturen in de reactor 104 te bereiken. De grotere stoomconsumptie is de prijs die in deze uitvoering betaald wordt voor de vereenvoudiging van installatie door het weglaten van de warmtewisselaar(s) voor de voorverwarming van de verse biomassa FB.

Bij weer een andere uitvoeringsvorm van de installatie 201 (fig. 3) wordt de aangevoerde verse biomassa FB wel voorverwarmd, voordat deze wordt toegevoerd aan de menginrichting 209, maar vindt er na de scheidingsinrichting 210 geen verdere verhitting in een warmtewisselaar meer plaats, maar met behulp van externe warmteinvoer 205, bv stoom, wordt de temperatuur op de gewenste waarde gebracht, voordat de biomassa aan de reactor 204 wordt toegevoerd. In de warmtewisselaar(s) 211 van de voorverwarmingsmiddelen moet dan een grotere temperatuurverhoging tot stand gebracht worden dan in de warmtewisselaar(s) 11 van de eerste uitvoering, bijvoorbeeld in de orde van 50° Celsius. In dit voorbeeld zijn de warmtewisselaar(s) 211 van de voorverwarmingsmiddelen en de warmtewisselaar(s) 214 van de nakoelmiddelen opgenomen in een kringloop voor een gezamenlijk warmtewisselend medium. Hierdoor wordt een deel van de warmte die in de gehydrolyseerde biomassa aanwezig is na het mengen en scheiden gebruikt voor het voorverwarmen van de aangevoerde verse biomassa FB. Omdat de gehydrolyseerde biomassa na het verlaten van de warmtewisselaar(s) 214 nog een relatief hoge temperatuur heeft, in de orde van meer dan 60° Celsius, is de installatie 201 in dit voorbeeld nog voorzien van een extra koeltrap 226, waarin de biomassa verder gekoeld wordt door middel van koelwater in een externe kringloop 227, 228.

Zo maakt de uitvinding het dus mogelijk om zonder gebruik te maken van grootschalige warmtewisselaars een stroom aangevoerde verse biomassa toch een relatief grote temperatuurverhoging te doen ondergaan.

Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, zal het duidelijk zijn dat deze daartoe niet is beperkt, maar op velerlei wijze kan worden gevarieerd. Zo kan ook in de uitvoeringen van figuren 2 en 3 een terugvoerleiding voorzien zijn om een dele van de biomassa na het mengen en/of scheiden bij de stroom verse biomassa te voegen. Verder zijn er situaties denkbaar waarin kan worden afgezien van een scheiding na het mengen. Bijvoorbeeld zou in plaats van een continue scheiding in deelstromen de gehele mengstroom afwisselend naar de reactor of naar de afvoermiddelen geleid kunnen worden. Voor het verhitten van de reactor zijn ook andere mogelijkheden denkbaar dan de toevoer van stoom, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een verwarmingsspiraal waarin thermische olie circuleert. Tenslotte zou de aangevoerde verse biomassa kunnen worden voorverwarmd zonder gebruik te maken van een warmtewisselaar. Daartoe zou de biomassa extra ingedikt kunnen worden, bijvoorbeeld tot een droge-stofgehalte in de orde van 20 procent, en dan weer verdund kunnen worden door het bijmengen van water. Wanneer daarvoor warm water gebruikt wordt, vindt ook direct voorverwarming van de biomassa plaats. De omvang van de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de nu volgende conclusies.

Claims (23)

1. Werkwijze voor het thermisch ontsluiten van biomassa, omvattende de stappen van: - het aanvoeren van verse biomassa, - het voorverhitten van de aangevoerde verse biomassa, - het hydrolyseren van de voorverhitte biomassa, - het koelen van de gehydrolyseerde biomassa, en - het afvoeren van de gekoelde biomassa, waarbij de aangevoerde biomassa wordt voorverhit door althans een deel van de aangevoerde biomassa te mengen met althans een deel van de gehydrolyseerde biomassa, met het kenmerk, dat - de door menging voorverhitte biomassa voorafgaand aan de hydrolyse verder wordt verhit door deze in warmtewisselend contact te brengen met een verhittingsmedium, - de gehydrolyseerde biomassa voorafgaand aan de menging wordt voorgekoeld door deze in warmtewisselend contact te brengen met een voorkoelmedium, en - een enkel medium gebruikt wordt als voorkoelmedium voor de gehydrolyseerde biomassa en als verhittingsmedium voor de voorverhitte biomassa.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten minste 25 procent, meer bij voorkeur ten minste 75 procent en meest bij voorkeur nagenoeg 100 procent van de gehydrolyseerde biomassa bij de aangevoerde verse biomassa gemengd wordt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het tijdens het voorverhitten gevormde mengsel weer gescheiden wordt in voorverhitte, verse biomassa en ten dele gekoelde gehydrolyseerde biomassa.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat bij het scheiden een deel van de gehydrolyseerde biomassa meegevoerd wordt met de voorverhitte verse biomassa.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verse biomassa en de gehydrolyseerde biomassa zodanig gemengd worden, dat de verse biomassa enkele tientallen graden verhit wordt.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 2-5, met het kenmerk, dat het biomassamengsel gescheiden wordt door dit te zeven.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ten minste een deel van de gehydrolyseerde biomassa na het mengen en eventueel scheiden wordt teruggevoerd en voorafgaand aan het voorverhitten bij de aangevoerde verse biomassa wordt gemengd.

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gehydrolyseerde biomassa na het mengen en eventueel scheiden verder gekoeld wordt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de gehydrolyseerde biomassa verder gekoeld wordt door deze in warmtewisselend contact te brengen met een koelmedium.

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verse biomassa voorafgaand aan het mengen wordt voorverwarmd.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de verse biomassa wordt voorverwarmd door deze in warmtewisselend contact te brengen met een voorverwarmingsmedium.

12. Werkwijze volgens conclusie 9 en 11, met het kenmerk, dat een enkel medium gebruikt wordt als koelmedium voor de gehydrolyseerde biomassa en als voorverwarmingsmedium voor de verse biomassa.

13. Installatie voor het thermisch ontsluiten van biomassa, omvattende: - middelen voor het aanvoeren van verse biomassa, - met de aanvoermiddelen verbonden middelen voor het voorverhitten van de verse biomassa, - een met de voorverhittingsmiddelen verbonden reactor voor het hydrolyseren van de voorverhitte biomassa, - met een afvoerzijde van de reactor verbonden middelen voor het koelen van de gehydrolyseerde biomassa, - met de koelmiddelen verbonden middelen voor het afvoeren van de gekoelde biomassa, en - een met de aanvoermiddelen en met de afvoerzijde van de reactor verbonden, een onderdeel van de voorverhittingsmiddelen en de koelmiddelen vormende menginrichting voor het mengen van de aangevoerde verse biomassa en de gehydrolyseerde biomassa, gekenmerkt door: - ten minste één tussen de menginrichting en de reactor geplaatste warmtewisselaar voor het verder verhitten van de voorverhitte biomassa, en - ten minste één tussen de afvoerzijde van de reactor en de menginrichting geplaatste warmtewisselaar voor het voorkoelen van de gehydrolyseerde biomassa, waarbij ten minste ene warmtewisselaar voor de verdere verhitting en de ten minste ene voorkoel-warmtewisselaar een kringloop vormen voor een gezamenlijk warmtewisselend medium.

14. Installatie volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de menginrichting ingericht is om ten minste 25 procent, meer bij voorkeur ten minste 75 procent en meest bij voorkeur nagenoeg 100 procent van de gehydrolyseerde biomassa bij de aangevoerde verse biomassa te mengen.

15. Installatie volgens conclusie 13 of 14, gekenmerkt door een met de menginrichting verbonden scheidingsinrichting voor het scheiden van het daar gevormde biomassamengsel.

16. Installatie volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de scheidingsinrichting ingericht is om een deel van de gehydrolyseerde biomassa met de aangevoerde verse biomassa af te scheiden van de rest van de gehydrolyseerde biomassa.

17. Installatie volgens één der conclusie 13-16, met het kenmerk, dat de scheidingsinrichting ten minste één zeef omvat.

18. Installatie volgens één der conclusie 13-17, gekenmerkt door tussen de mengmiddelen en de aanvoermiddelen geplaatste terugvoermiddelen voor het terugvoeren en voorafgaand aan het voorverhitten bij de aangevoerde verse biomassa mengen van ten minste een deel van de gehydrolyseerde biomassa.

19. Installatie volgens één der conclusies 13-18, met het kenmerk, dat althans een deel van de koelmiddelen zich tussen de menginrichting en de afvoermiddelen bevindt.

20. Installatie volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat het tussen de menginrichting en de afvoermiddelen geplaatste deel van de koelmiddelen ten minste één warmtewisselaar omvat.

21. Installatie volgens één der conclusies 13-20, gekenmerkt door tussen de aanvoermiddelen en de menginrichting geplaatste middelen voor het voorverwarmen van de verse biomassa.

22. Installatie volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de voorverwarmingsmiddelen ten minste één warmtewisselaar omvatten.

23. Installatie volgens conclusie 20 en 22, met het kenmerk, dat de ten minste ene warmtewisselaar van de koelmiddelen en de ten minste ene warmtewisselaar van de voorverwarmingsmiddelen een kringloop vormen voor een gezamenlijk warmtewisselend medium.