RS64117B1 - Konvertovanje čvrstog otpada u sintetički gas i vodonik - Google Patents

Description

Opis

[0001] Predmet ovog pronalaska jeste konvertovanje čvrstog otpada, kao što je komunalni čvrsti otpad i/ili biomasa u obliku peleta čvrstog obnovljivog goriva (Solid Recovered Fuel – SRF) u struju proizvoda bogatu vodonikom, poželjno u čist vodonik.

[0002] Komunalni čvrsti otpad (Municipal Solid Waste – MSW) proizvodi se širom sveta i sa njim se mora izlaziti na kraj. Na zapadnoj hemisferi komunalni čvrsti otpad se ili odlaže na deponije ili spaljuje. Spaljivanje se fokusira na što veću upotrebu energetskog sadržaja komunalnog čvrstog otpada nasuprot recikliranju ili ponovnoj upotrebi sadržaja komunalnog čvrstog otpada u molekularnim razmerama kao npr. u hemijskom recikliranju. Spaljivanje izaziva probleme koji se tiču emisije zagađivača u atmosferu što dovodi – zavisno od nacionalnog ili čak lokalnog zakonodavstva – do znatnih tehnoloških napora neophodnih da se zadovolje ograničenja koja postavlja nacionalno/lokalno zakonodavstvo. Dalje, proizvodi dobijeni spaljivanjem, npr. leteći pepeo, šljaka, gips i teški metal i/ili aktivni ugalj pun dioksina, stvaraju dalje izazove u pogledu njihove dalje upotrebe i/ili prerade. Osim toga, gubitak u energetskoj efikasnosti, tj. količina kalorijske vrednosti koja se pretvara u toplotnu energiju, jeste niska i tipično je u opsegu od 20 do 25%. Postupak za proizvodnju vodonika iz otpada poznat je iz publikacije Shahabuddin M et al.: "Advances in the thermochemical production of hydrogen from biomass and residual wastes: Summary of the recent techno-economic analyses", BIORESOURCE TECHNOLOGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol.299 (2020).

[0003] Na osnovu navedenog, cilj predmetnog pronalaska jeste prevazilaženje nedostataka poznatih u prethodnom stanju tehnike.

[0004] Rešenja za navedeni cilj obezbeđena su karakteristikama prema nezavisnim patentnim zahtevima. Odgovarajući zavisni patentni zahtevi usmereni su na dalja izvođenja pronalaska. Dalja izvođenja se mogu izvesti iz specifikacije koja uključuje slike i odgovarajuće opise slika.

[0005] Postupak za preradu peleta čvrstog obnovljivog goriva prema predmetnom pronalasku obuhvata sledeće korake:

a) torefakcija peleta na temperaturi torefakcije od 250°C do 300°C čime se proizvode ugljenisani peleti i torefakcijski gas, pri čemu se korak a) poželjno izvodi u jedinici za torefakciju kao što je opisano dole;

b) mlevenje ugljenisanih peleta u prvom koraku mlevenja do grubo mlevenih ugljenisanih peleta, pri čemu se korak b) poželjno izvodi u drugom mlinu kao što je opisano dole;

c) uklanjanje ostataka metala iz grubo mlevenih ugljenisanih peleta, pri čemu se korak c) poželjno izvodi pomoću treće jedinice za uklanjanje metala kao što je opisano dole;

d) mlevenje grubo mlevenih ugljenisanih peleta do fino mlevenih ugljenisanih peleta, pri čemu se korak d) poželjno izvodi u trećem mlinu kao što je opisano dole;

e) gasifikovanje fino mlevenih ugljenisanih peleta do sirovog sintetičkog gasa u procesu gasifikacije uvučenog protoka, pri čemu se korak e) poželjno izvodi u jedinici za gasifikaciju kao što je opisano dole;

f) izvođenje reakcija konverzije CO do sirovog sintetičkog gasa čime se stvara konvertovani sintetički gas, pri čemu se korak f) poželjno izvodi u jedinici za konverziju CO kao što je opisano dole; g) uklanjanje ugljen dioksida i vodonik-sulfida iz konvertovanog sintetičkog gasa čime se stvara sintetički gas; i

h) generisanje struje proizvodnog gasa bogate vodonikom pročišćavanjem sintetičkog gasa, pri čemu se koraci g) i h) poželjno izvode u jedinici za prečišćavanje gasa kao što je opisano dole.

[0006] Koraci a) do h) izvode se prema pronalasku po navedenom redosledu, tj. prvi korak a), zatim korak b), zatim korak c), zatim korak d), i tako dalje. Termin torefakcija se u koraku a) razume kao termohemijsko tretiranje peleta čvrstog obnovljivog goriva na temperaturama od 250°C do 320°C. To se izvodi pod atmosferskim pritiskom i bez daljeg dodavanja kiseonika, npr. bez dopremanja vazduha. Tokom procesa torefakcije voda sadržana u peletima čvrstog obnovljivog goriva isparava, kao i isparljive supstance u sastavu peleta čvrstog obnovljivog goriva. Biopolimeri u sastavu peleta čvrstog obnovljivog goriva delom se razlažu usled otpuštanja isparljivih supstanci. Proizvod procesa torefakcije su ugljenisani peleti i torefakcijski gas.

[0007] Termin vodonikom bogata struja gasa ili struja gasa bogata vodonikom razume se kao gas koji sadrži najmanje 90 vol. % vodonika, poželjno najmanje 95 vol. % vodonika, posebno najmanje 99,5 vol. % vodonika. Preostala količina sadrži argon (Ar), azot (N2), ugljen-monoksid (CO) i ugljen-dioksid (CO2). Poželjno, u koraku g) i h), kao prvo, putem adsorpcije, uklanjaju se ugljen-dioksid i vodonik-sulfid, nakon čega, kao drugo, putem procesa adsorpcija promenom pritiska (Pressure Swing Adsorption – PSA), vodonik se izdvaja iz ostatka kako bi obrazovao struju proizvodnog gasa bogatu vodonikom sa sadržajem vodonika od, poželjno, najmanje 99,5% vol. % .

[0008] Poželjno, peleti čvrstog obnovljivog goriva proizvode se od komunalnog čvrstog otpada, moguće sa dodatom biomasom, poželjno kao što je prikazano dole u vezi sa postrojenjem za peletizaciju, posebno pozivajući se na sl.1 i 3. U tom procesu, kao što je opisano, većina ostataka metala uklanja se iz otpada pre proizvodnje peleta čvrstog obnovljivog goriva. Međutim, moguće da se time ostaci metala ne uklanjaju u potpunosti. Stoga, nakon koraka b), u koraku c) dalje se smanjuje količina ostataka metala u ugljenisanim peletima. Budući da se primenjuje tehnologija vrtložnih struja, i ostaci gvožđa i negvozdenih metala mogu se ukloniti iz grubo mlevenih ugljenisanih peleta.

[0009] U koraku b), proces mlevenja se izvodi da bi se generisala prva raspodela čestica u kojoj je prva maksimalna veličina čestica poželjno 10 mm [milimetara] i manje. U koraku d), proces mlevenja se izvodi da bi se generisala druga raspodela čestica u kojoj je druga maksimalna veličina čestica znatno manja od prve maksimalne veličine čestica. Poželjno, druga maksimalna veličina čestica iznosi 350 µm [mikrometara]. Druga maksimalna veličina čestica poželjno se bira tako da omogućava efikasnu gasifikaciju uvučenog protoka u koraku e). To omogućava kako efikasno uklanjanje ostataka metala u koraku c) tako i efikasnu gasifikaciju uvučenog protoka u koraku e).

[0010] Gasifikacija uvučenog protoka u koraku e) se, poželjno, izvodi na sintetičkom gasu pomoću potpunog gašenja vodom tokom gasifikacije uvučenog protoka. Gašenje dovodi do toga da bilo koje čvrste materije, čak i u istopljenom stanju koje je u sastavu sintetičkog gasa, prelaze u čvrsto stanje i sakupljaju se kao šljaka u procesu. Voda za gašenje se koristi ciklično, tj. poželjno je da se nikakva voda ne ispušta iz sistema. Otpadna voda iz procesa tretira se i isparava proizvodeći na kraju natrijum hlorid (NaCl) kao nusproizvod. Kondenzat se ponovo upotrebljava u procesu kao procesna dodatna voda.

[0011] Postupak prema predmetnom pronalasku omogućava hemijsko recikliranje komunalnog čvrstog otpada pri čemu je proizvodi vodonik koji se može upotrebljavati kao sirovina u hemijskim procesima i/ili za skladištenje energije.

[0012] Prema jednom izvođenju, torefakcijski gas generisan u koraku a) termički se krekuje radi generisanja torefakcijskog sintetičkog gasa, pri čemu se navedeni torefakcijski sintetički gas meša sa sirovim sintetičkim gasom generisanim u koraku e) pre koraka f).

[0013] Termičko krekovanje torefakcijskog gasa izvodi se u jedinici za preradu torefakcijskog gasa koja je detaljno opisana dole, posebno pozivajući se na sl. 4. Termičko krekovanje se poželjno izvodi pomoću substehiometrijskog procesa oksidacije za krekovanje dugih ugljovodonika moguće prisutnih u torefakcijskom gasu i/ili gorivom gasu, koje se upotrebljava za termičko krekovanje. Poželjno, struja gasa bogata kiseonikom sa 95 vol. % kiseonika, poželjno čistog kiseonika, upotrebljava se u procesu termičkog krekovanja. Zajedno sa termičkim krekovanjem torefakcijskog gasa, za hemijsko recikliranje može se upotrebiti i torefakcijski sintetički gas, umesto da se isti sagoreva.

[0014] Prema jednom izvođenju, u koraku b) ugljenisani peleti se melju do veličine čestica od 10 mm i manje. To omogućava efikasno uklanjanje ostataka metala u koraku c). Korak b) se poželjno izvodi u drugom mlinu kao što je opisano dole.

[0015] Prema jednom izvođenju, u koraku c) ostaci metala uklanjaju se pomoću tehnologije vrtložnih struja. Vrtložna struja se primenjuje na takav način da se uklanjaju i ostaci gvožđa i negvozdenih metala. Korak c) se poželjno izvodi pomoću treće jedinice za uklanjanje metala kao što je opisano dole.

[0016] Prema jednom izvođenju, u koraku d) grubo mleveni ugljenisani peleti melju se do veličine čestica od 500 µm [mikrometara] i manje. To omogućava efikasnu gasifikaciju uvučenog protoka fino mlevenih ugljenisanih peleta. Moguće je dodati mlevenu biomasu fino mlevenim ugljenisanim peletima pre izvođenja gasifikacije uvučenog protoka kao što je opisano dole. Korak d) se poželjno izvodi u trećem mlinu kao što je opisano dole.

[0017] Prema jednom izvođenju, u koraku g) ugljen dioksid (CO2) i vodonik-sulfid (H2S) se iz sintetičkog gasa uklanjaju adsorpcijom. Odgovarajući ugljen-dioksid pročišćava se iz odgovarajućeg najmanje jednog adsorbensa i upotrebljava kao sirovina za hemijske procese ili se pročišćava do prihvatljivog za okolinu. Vodonik-sulfid se konvertuje u elementarni sumpor pomoću Klausovog procesa. Odgovarajući izlazni gasovi iz Klausove jedinice se hidrotretiraju i recikliraju do odgovarajućeg adsorbensa.

[0018] Prema jednom izvođenju, u koraku g) vodonik se izdvaja iz sintetičkog gasa pomoću adsorpcije promenom pritiska (PSA) čime se stvara struja proizvodnog gasa bogata vodonikom i gas za čišćenje.

[0019] Prema jednom izvođenju, najmanje deo gasa za čišćenje obezbeđuje se za reakciju konverzije CO u koraku e). To omogućava povećanje efikasnosti konverzije u jedinici za konverziju CO i povećava ukupan prinos vodonika.

[0020] Prema jednom izvođenju, deo gasa za čišćenje upotrebljava se kao gorivi gas (fuel gas).

[0021] Gas za čišćenje sadrži najmanje jedan od ugljen-monoksida (CO), ugljen-dioksida (CO2), azota (N2), vodonika (H2) i argona (Ar).

[0022] Prema drugom aspektu pronalaska, predlaže se fabrika za preradu peleta čvrstog obnovljivog goriva u struju proizvodnog gasa bogatu vodonikom, pri čemu ta fabrika sadrži

- jedinicu za torefakciju peleta čvrstog obnovljivog goriva do ugljenisanih peleta;

- drugi mlin za mlevenje ugljenisanih peleta do grubo mlevenih ugljenisanih peleta;

- treću jedinicu za uklanjanje metala koja sadrži vrtložnu struju za uklanjanje ostataka metala iz grubo mlevenih ugljenisanih peleta;

- treći mlin za mlevenje grubo mlevenih ugljenisanih peleta do fino mlevenih ugljenisanih peleta;

- jedinicu za gasifikaciju koja sadrži gasifikator uvučenog protoka za gasifikovanje fino mlevenih ugljenisanih peleta do sirovog sintetičkog gasa;

- jedinicu za konverziju CO za izvođenje reakcija konverzije CO do sirovog sintetičkog gasa čime se stvara konvertovani sintetički gas;

- jedinicu za prečišćavanje gasa koja sadrži sredstva za adsorpciju za uklanjanje ugljen dioksida i vodonik-sulfida iz konvertovanog sintetičkog gasa i separator vodonika za izdvajanje vodonika iz gasa za čišćenje čime se generiše struja proizvodnog gasa bogata vodonikom.

[0023] Prema jednom izvođenju, fabrika dalje sadrži jedinicu za preradu torefakcijskog gasa za termičko krekovanje torefakcijskog gasa koji se može generisati u jedinici za torefakciju.

[0024] Prema jednom izvođenju, separator vodonika sadrži sistem adsorpcije promenom pritiska.

[0025] Treba uočiti da se pojedinačne karakteristike specifikovane u patentnim zahtevima mogu kombinovati jedna sa drugom na bilo koji željeni tehnološki opravdan način i obrazovati dalja izvođenja pronalaska. Specifikacija, posebno uzeta zajedno sa slikama, objašnjava pronalazak dalje i specifikuje posebno poželjna izvođenja pronalaska. Posebno poželjne varijante pronalaska i oblast tehnike sada će biti objašnjeni detaljnije uz pozivanje na priložene slike. Treba uočiti da nije predviđeno da primeri izvođenja prikazani na slikama ograničavaju pronalazak. Slike su šematske i ne moraju biti u razmeri. Na slikama su prikazani:

Sl.1 primer fabrike za konvertovanje čvrstog otpada u struju proizvodnog gasa koja sadrži vodonik;

Sl.2 vizuelizacija postrojenja za peletizaciju;

Sl.3 primer sušilice koja se upotrebljava u postrojenju za peletizaciju;

Sl.4 jedinica za torefakciju i jedinica za gasifikaciju;

Sl.5 jedinica za preradu torefakcijskog gasa;

Sl.6 jedinica za konverziju ugljen-monoksida (CO); i

Sl.7 jedinica za prečišćavanje gasa.

[0026] Sl.1 daje šematski prikaz postrojenja 100 za peletizaciju na kome se peleti 117 čvrstog obnovljivog goriva proizvedeni u postrojenju 100 za peletizaciju dopremaju u fabriku 1 za konvertovanje čvrstog otpada u gas koji sadrži vodonik, posebno u sintetički gas koji sadrži vodonik. Nakon pripreme peleta iz čvrstog otpada kao što je komunalni čvrsti otpad 103 i/ili biomase u postrojenju 100 za peletizaciju, odgovarajući peleti 117 transportuju se do fabrike 1 i dopremaju se do jedinice 200 za torefakciju u kojoj se peleti oksiduju substehiometrijski na temperaturama od 250°C do 300°C. Rezultat torefakcije peleta su ugljenisani peleti 201, koji se gasifikuju u jedinici 300 za gasifikaciju. Drugi proizvod torefakcije je torefakcijski gas 202 koji se doprema do jedinice 400 za preradu torefakcijskog gasa, što je detaljno razmotreno uz pozivanje na Sl.5 dole. Proizvod jedinice 400 za preradu torefakcijskog gasa je torefakcijski sintetički gas 401, proizvod jedinice 300 za gasifikaciju je sirovi sintetčki gas 301. Torefakcijski sintetički gas 401 i sirovi sintetički gas 301 sadrže vodenu paru, ugljen-monoksid i vodonik. Sirovi sintetički gas 301, kao i torefakcijski sintetički gas 401 uvode se u jedinicu 500 za konverziju CO u kojoj ugljen-monoksid (CO) reaguje sa vodenom parom (H2O) do ugljen-dioksida (CO2) i vodonika (H2):

[0027] Konvertovani sintetički gas 501 koji ima povećan sadržaj vodonika u poređenju sa sintetičkim gasovima 301, 401 generiše se u jedinici 500 za konverziju CO i prebacuje u jedinicu 600 za prečišćavanje gasa koja odvaja vodonik iz gasa 602 za čišćenje stvarajući struju proizvodnog gasa bogatu vodonikom 601. Sadržaj vodonika struje proizvodnog gasa bogate vodonikom 601 iznosi najmanje 99,5 vol. %. U jedinici 600 za prečišćavanje gasa, ugljen-dioksid i vodonik-sulfid izdvajaju se iz struje preostalog gasa, stvarajući struju sirovog vodonika koji se uvodi u sistem adsorpcije promenom pritiska, koji omogućava vodoniku da prođe i adsorbuje sve druge molekule. Cikličnim smanjivanjem pritiska uz korišćenje više apsorbenasa i pročišćavanjem vodonikom. Generiše se gas za čišćenje. Istovremeno, struja proizvodnog gasa bogata vodonikom proizvodi se sa sadržajem vodonika od 99,5 vol. % i više. Postrojenje 100 za peletizaciju poželjno je izmešteno, tj. nije smešteno na istoj lokaciji kao fabrika 1 za konvertovanje čvrstog otpada u gas koji sadrži vodonik. Izmeštanje postrojenja 100 za peletizaciju ima prednosti budući da smanjuje masu komunalnog čvrstog otpada, jer obično oko 30 do 35 masenih % sadržaja vode komunalnog otpada isparava. To znatno smanjuje masu koju treba transportovati. Nadalje, ekološki otisak hemijskih fabrika kao što je fabrika 1 može se smanjiti budući da postrojenje 100 za peletizaciju omogućava centralnu proizvodnju peleta čvrstog obnovljivog goriva i potonji transport tih peleta do hemijske fabrike u kojoj su potrebni.

[0028] Prema Sl.2, postrojenje 100 za peletizaciju uključuje drobilicu 102. Čvrsti otpad 103, npr. komunalni čvrsti otpad (Municipal Solid Waste – MSW) sa mogućim dodatkom biomase, doprema se do drobilice 102, čime se generiše usitnjeni čvrsti otpad 104 koji se prenosi do prve jedinice 105 za uklanjanje metala, koja uključuje magnet za uklanjanje ostataka 106 gvožđa iz usitnjenog čvrstog otpada 104. Nakon toga se usitljeni čvrsti otpad 104 doprema do sušilice 107 u kojoj se voda 108 uklanja iz usitnjenog čvrstog otpada 104. Usitnjeni čvrsti otpad 104 se tada prenosi do druge jedinice 109 za uklanjanje metala radi uklanjanjanja ostataka 110 metala iz usitnjenog čvrstog otpada 104, pri čemu druga jedinica 109 za uklanjanje metala sadrži drugi magnet 139 za dalje uklanjanje gvozdenih metala i vrtložnu struju za uklanjanje negvozdenih metala.

[0029] Nakon toga, minerali kao i nerđajući čelik uklanjaju se kao dalji ostaci 111 u klasifikatoru 112 gustine. U klasifikatoru 112 gustine, ostaci velike gustine kao što su čestice nerđajućeg čelika, koje se niti mogu ukloniti magnetom niti vrtložnom strujom, uklanjaju se na osnovu razlika u gustini između daljih ostataka 111 i preostalog ustinjenog čvrstog otpada 104. Isto važi za minerale kao što su staklo ili kamen koji se uklanjaju iz preostalog usitnjenog čvrstog otpada 104 na osnovu razlike u njegovoj gustini. Poželjni primeri za klasifikatore 112 gustine su npr. vazdušni klasifikatori.

[0030] Nakon uklanjanja daljih ostataka 111, usitnjeni čvrsti otpad 104 je odstranjen od gvozdenih metala (kao što su ostaci 106 gvožđa i ostaci 110 metala), negvozdenih metala, nerđajućeg čelika i minerala kao daljih ostataka 111, kao i od vlage u obliku vode 108. Preostali usitnjeni čvrsti otpad 104 u osnovi je istovetan sa čvrstim otpadom 103 koji je unet u postrojenje 100 za peletizaciju. Posebno, u predmetnom postrojenju 100 za peletizaciju nije neophodno izdvajati npr. fine frakcije čvrstog otpada 103 ili materijale koji sadrže hlor npr. polivinil hlorid (PVC) ili tome slično. To znači da je odnos mase struje 113 prethodno prečišćenog materijala koja je prisutna nishodno od prve jedinice 105 za uklanjanje metala, druge jedinice 109 za uklanjanje metala i klasifikatora 112 gustine prema masi čvrstog optada 103 koji se unosi u postrojenje 1 za peletizaciju veći nego u poznatim pristupima.

[0031] Struja 113 prethodno prečišćenog materijala potom se melje u prvom mlinu 114, posebno do srednje veličine čestica koja je manja od 25 mm da bi se proizvela struja 115 samlevenog materijala. Nakon toga, struja 115 samlevenog materijala uvodi se u presu 116 za pelete da bi se proizveli peleti 117 čvrstog obnovljivog goriva.

[0032] Slika 3 prikazuje primer sušilice 107 koja se upotrebljava u postrojenju 100 za peletizaciju kao na slici 1. Sušilica 107 za sušenje usitnjenog čvrstog otpada 104 sadrži peć 118 za sagorevanje za smeštanje usitnjenog čvrstog otpada 104, kolonu 119 za ispiranje koja se takođe može nazvati i prečišćivač gasova, toplotnu pumpu 120 i radijator 121. Vazduh se usisava u sušlicu 107 kroz ulaz 122 za vazduh sušilice, pri čemu je obično fluidno povezan sa atmosferom. Usisani vazduh može se preneti u radijator 121 preko ventila koji nije prikazan na slici 3. Ulaz 122 za vazduh sušilice fluidno je povezan sa ulazom 123 za vazduh radijatora 121 preko cevi. Vazduh prenesen u radijator 121 zagreva se u radijatoru 121 i izlazi iz radijatora 121 preko izlaza 124 za vazduh radijatora. Zagrejani vazduh se prenosi prema peći 118 za sagorevanje, pri čemu je ulaz 125 za vazduh peći za sagorevanje fluidno povezan sa izlazom 124 za vazduh radijatora preko cevi. Usitnjeni čvrsti otpad 104 raspoređuje se unutar peći 118 za sagorevanje i vazduh prenesen u peć 118 za sagorevanje protiče kroz usitnjeni čvrsti otpad 104 i izlazi iz peći 118 za sagorevanje preko izlaza 126 za vazduh peći za sagorevanje. Temperatura vazduha koji ulazi u peć 118 za sagorevanje u procesu sušenja približno je 80°C, pri čemu vazduh koji izlazi iz peći 118 za sagorevanje ima temperaturu od oko 45°C. Relativna vlažnost vazduha koji izlazi iz peći 118 za sagorevanje približno je 100%.

[0033] Peć 118 za sagorevanje je u fluidnoj komunikaciji sa kolonom 119 za ispiranje, pri čemu je izlaz 126 za vazduh peći za sagorevanje fluidno povezan sa ulazom 127 za vazduh kolone za ispiranje. Unutar kolone 119 za ispiranje, vazduh se dovodi u blizak kontakt sa hladnom vodom. Time se vlaga i topao vazduh hlade tako da se vlažnost vazduha uklanja kondenzovanjem i latentna toplota prelazi u osetnu toplotu vode. To dovodi do zagrevanja vode od približno 18°C do približno 25°C do 28°C i do hlađenja vazduha od oko 28°C do 32°C do približno 22°C do 24°C. Ohlađeni vazduh izlazi iz kolone 119 za ispiranje preko izlaza 128 za vazduh kolone za ispiranje koji je u fluidnoj komunikaciji sa izlazom 129 za vazduh sušilice.

[0034] Vazduh koji izlazi iz kolone 119 za ispiranje takođe se može preneti do ulaza 122 za vazduh sušilice preko voda 130 za recirkulaciju; tako da se izlaz 128 za vazduh kolone za ispiranje fluidno povezuje sa ulazom 122 za vazduh sušilice. Odgovarajući raspored dovodi do nižeg utroška energije uređaja 100. Vod 130 za recirkulaciju nije nužno u sastavu uređaja 100 i može se izostaviti.

[0035] S obzirom na protok vazduha, radijator 121 postavlja se nishodno od ulaza 122 za vazduh sušilice, peć 118 za sagorevanje postavlja se nishodno od radijatora 121, kolona 119 za ispiranje postavlja se nishodno od peći 118 za sagorevanje i izlaz 129 za vazduh sušilice postavlja se nishodno od kolone 119 za ispiranje.

[0036] Kolona 119 za ispiranje takođe sadrži izlaz 131 za vodu kolone za ispiranje koji je fluidno povezan sa prvim ulazom 132 za vodu toplotne pumpe. Prvi izlaz 133 za vodu toplotne pumpe fluidno je povezan sa ulazom 134 za vodu kolone za ispiranje. Prema tome, voda cirkuliše između kolone 119 za ispiranje i toplotne pumpe 120. Voda se može preneti pomoću pumpe koja nije prikazana na slici 3.

[0037] Voda se zagreva u koloni 119 za ispiranje preko vazduha koji ulazi u kolonu 119 za ispiranje preko ulaza 127 za vazduh kolone za ispiranje, a zagrejana voda izlazi iz kolone 119 za ispiranje preko izlaza 131 za vodu kolone za ispiranje i ulazi u toplotnu pumpu 120 preko prvog ulaza 132 toplotne pumpe. Toplotna energija vode koja ulazi u toplotnu pumpu 120 tada se prenosi u drugi toplotni ciklus koji se ostvaruje između toplotne pumpe 120 i radijatora 121. Voda koja ulazi u toplotnu pumpu 120 ima temperaturu od oko 26°C do 28°C i voda koja izlazi iz toplotne pumpe 120 preko prvog izlaza 133 toplotne pumpe ima temperaturu od približno 18°C.

[0038] Prvi izlaz 133 toplotne pumpe fluidno je povezan sa ulazom 134 za vodu kolone za ispiranje. Prema tome, voda ohlađena u toplotnoj pumpi 120 ulazi u kolonu 119 za ispiranje preko ulaza 134 za vodu kolone za ispiranje. Prema tome, realizuje se toplotni ciklus između kolone 119 za ispiranje i toplotne pumpe 120, pri čemu toplotna energija vode koja izlazi iz kolone 119 za ispiranje se prenosi preko toplotne pumpe 120 u drugi toplotni ciklus između toplotne pumpe 120 i radijatora 121.

[0039] Drugi izlaz 135 toplotne pumpe fluidno je i prema tome termički povezan sa ulazom 136 za vodu radijatora i izlaz 137 za vodu radijatora je fluidno i prema tome termički povezan sa drugim ulazom 138 toplotne pumpe. Voda se na taj način prenosi preko pumpi koje nisu prikazane na slici 3 između toplotne pumpe 120 i radijatora 121. Posledično, drugi toplotni ciklus realizuje se između toplotne pumpe 120 i radijatora 121.

[0040] Toplotna energija od vode koja izlazi iz kolone 119 za ispiranje se prenosi preko toplotne pumpe 120 do radijatora 121 i do vazduha koji protiče kroz radijator 121 od ulaza 123 za vazduh radijatora do izlaza 124 za vazduh radijatora.

[0041] Postrojenje 100 za proizvodnju peleta prema predmetnom pronalasku omogućava industrijsku proizvodnju peleta čvrstog obnovljivog goriva od komunalnog čvrstog otpada bez odvajanja delova komunalnog čvrstog otpada pre započinjanja procesa peletizacije. Tako se, zapravo, veća količina komunalnog čvrstog otpada može upotrebiti za industrijsku proizvodnju peleta čvrstog obnovljivog goriva. Postrojenje 100 za peletizaciju kao i postupak prema pronalasku mogu se upotrebiti posebno za industrijsku proizvodnju peleta čvrstog obnovljivog goriva koje se mogu upotrebiti u proizvodnji sintetičkih gasova obogaćenih vodonikom i/ili ugljen-dioksidom torefakcijom peleta čvrstog obnovljivog goriva sa potonjim tretiranjem gasa.

[0042] Sl. 4 prikazuje primer jedinice 200 za torefakciju i jedinice 300 za gasifikaciju. U jedinici 200 za torefakciju, peleti 117 čvrstog obnovljivog goriva dopremaju se do peći 203 koja je u ovom izvođenju višeetažna peć (multiple hearth furnace). U toj peći 203 odigrava se torefakcija peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva. Termin torefakcija se razume kao termohemijsko tretiranje peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva na temperaturama od 250°C do 320°C. To se izvodi pod atmosferskim pritiskom i bez daljeg dodavanja kiseonika, npr. bez dopremanja vazduha. Tokom procesa torefakcije, voda sadržana u peletima čvrstog obnovljivog goriva isparava, kao i isparljive supstance u sastavu peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva. Biopolimeri u sastavu peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva delimično se razgrađuju usled otpuštanja isparljivih supstanci. Proizvod procesa torefakcije su ugljenisani peleti 201 i torefakcijski gas 202.

[0043] Torefakcijski gas 202 doprema se do jedinice 400 za preradu torefakcijskog gasa koja je opisana dole uz pozivanje na Sl.5. Ugljenisani peleti 201 sadrže ugljenisane plastične ili organske delove i, moguće, prisutne metale budući da metalni delovi peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva nisu ugljenisani u procesu torefakcije. Ugljenisani peleti 201 dopremaju se do drugog mlina 204 za grubo mlevenje sa veličinom čestica od 10 mm i manje. Nakon toga, u trećoj jedinici 205 za uklanjanje metala, koja se zasniva na procesu uklanjanja vrtložnom strujom, uklanjaju se ostaci 206 metala koji nisu uklonjeni tokom proizvodnje peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva. I gvozdeni i negvozdeni ostaci uklanjaju se pomoću treće jedinice 205 za uklanjanje metala. Preostali grubo mleveni ugljenisani peleti 207 premeštaju se u treći mlin 208, u kome se odigrava proces finog mlevenja grubo mlevenih ugljenisanih peleta 207 u fino mlevene ugljenisane pelete 209 sa veličinom čestica od 500 µm [mikrometara] i manje.

[0044] Fino mleveni ugljenisani peleti 209 dopremaju se kao sirovina 303 do jedinice 300 za gasifikaciju koja sadrži gasifikator 302 uvučenog protoka. Biomasa 304, kao što je osušeni mulj, može se dodati fino mlevenim ugljenisanim peletima 209 nakon što je fino samleven do veličine čestica istog reda veličine kao što je veličina čestica fino mlevenih ugljenisanih peleta 209. Biomasa 304 melje se u odgovarajućem četvrtom mlinu 305. Fino mlevena biomasa 306 potom se dodaje sirovini 303 ushodno od gasifikatora 302 uvučenog protoka. Alternativno, ali to nije prikazano na Sl.4, biomasa 304 melje se zajedno sa ugljenisanim peletima 201 i uvodi se, prema tome, zajedno sa ugljenisanim peletima 201 u drugi mlin 204.

[0045] Sirovina 303 se doprema do gasifikatora 302 uvučenog protoka zajedno sa gasom 307 bogatim kiseonikom koji ima sadržaj kiseonika od najmanje 95 vol. %, poželjno najmanje 98 vol. %, posebno 99,5 vol. % i više. Reakcije gasifikacije se odvijaju u gustom oblaku vrlo finih čestica u istostrujnom toku. Gasifikacija se odvija na temperaturama od 2000°C i pod pritiskom od 40 bara.

[0046] Dobijeni intermedijarni proizvodni gas 308 doprema se u zonu 309 za gašenje u kojoj se dobijeni intermedijarni proizvodni gas 308 gasi vodom 310 za gašenje koja je na temperaturi od poželjno 180°C do 220° C. Čvrste materije ili istopljene čvrste materije prelaze u čvrsto stanje usled procesa gašenja i obrazuju šljaku 311 koja se može ukloniti da bi se upotrebljavala za niskogradnju. Generisana struja 312 sirovog sintetičkog gasa doprema se do rashladne kolone 313 za pranje vodom u kojoj se vlaga u sastavu sirovog sintetičkog gasa 312 kondenzuje usled kontakta sa vodom 314 koja ima nižu temperaturu od 180°C do 200°C od sirovog gasa 312 koji ima temperaturu od oko 214°C. Ohlađen i opran sirovi sintetički gas 301 doprema se do jedinice 500 za konverziju CO. Suvišna odvodna voda 315 doprema se do kolone za odstranjivanje lakih frakcija iz suspenzije (nije prikazan) radi uklanjanja gasova iz suvišne odvodne vode 315. Dodatna voda 316 doprema se iz jedinice 524 za obnavljanje toplote niske temperature jedinice 500 za konverziju CO opisane dole.

[0047] Sl. 5 prikazuje jedinicu 400 za preradu torefakcijskog gasa. Torefakcijski gas 202 proizveden u jedinici 200 za torefakciju uvodi se u komoru 402 za sagorevanje. Nadalje, gorivi gas 403 i struja 404 gasa bogatog kiseonikom uvode se u komoru 402 za sagorevanje. Kao gorivi gas 403 upotrebljava se prirodni gas i/ili gorivi gas sa lica mesta. Gorivi gas sadrži najmanje jedan od metana, etana, azota i vodonika. Takozvani gorivi gas iz postrojenja generiše se npr. u postrojenju za parno krekovanje. Struja 404 gasa bogata kiseonikom sadrži najmanje 95 vol. % [zapreminskih %] kiseonika, poželjno najmanje 98 vol.- %, posebno 99,5 vol. % i više. Posebno, ako jedinica 300 za gasifikaciju upotrebljava paralelnu gasifikaciju uvučenog protoka, čist kiseonik je brzo dostupan, tj. struja 307 gasa bogata kiseonikom koja se upotrebljava u jedinici 300 za gasifikaciju može se obezbediti iz istog izvora kao struja 404 gasa bogata kiseonikom. Komora 402 za sagorevanje ima prvi ulaz 436 za uvođenje struje 404 gasa bogate kiseonikom, drugi ulaz 437 za uvođenje gorivog gasa, i treći ulaz 438 za uvođenje torefakcijskog gasa 202. Dobijeni sirovi sintetički gas 301 doprema se do jedinice 500 za konverziju CO.

[0048] U komori 402 za sagorevanje odvija se substehiometrijska oksidacija pomoću koje se veći ugljovodonični molekuli koji potiču iz torefakcijskih gasova 202 i/ili gorivi gas 403 termički krekuju i transformišu u sintetički gas 407 koji sadrži ugljen monoksid (CO), ugljen dioksid (CO2), vodonik (H2) i vodu (H2O). Usled visokog sadržaja vlage od tipično najmanje 50 vol. % torefakcijskih gasova 202, suzbija se stvaranje elementarnog ugljenika i, prema tome, čađi.

[0049] Temperatura u komori 402 za sagorevanje je u opsegu od 1000°C do 1200°C. Nakon prolaska kroz izlaz 405 komore za sagorevanje, sintetički gas 407 se gasi recikliranim sintetčkim gasom 406 koji deluje kao gas za gašenje do temperature od 730°C do 770°C, poželjno do temperature od 740°C do 760°C, posebno od oko 750°C. Sintetički gas 407 uvodi se u komoru 408 za mešanje, u kojoj se odvija proces gašenja i prateće mešanje sa recikliranim sintetičkim gasom 406, čime se dobija gašeni sintetički gas 409 koji se hladi u komori 408 za mešanje. Gašenje se izvodi u zoni 439 za gašenje koja ima ulaze 440 za reciklirani sintetički gas 406. Efekat procesa gašenja, tj. naglog snižavanja temperature usled uvođenja recikliranog sintetičkog gasa 406 iz hladnjaka, sastoji se tome da bilo koje čvrste materije ili istopljenje čvrste materije prisutne u sintetičkom gasu 407 prelaze u čvrsto stanje. Te čvrste materije mogu se uvesti zajedno sa torefakcijskim gasom 202. I komora 202 za sagorevanje i komora 408 za mešanje iznutra su izolovane i nehlađene.

[0050] Nishodno od komore 408 za mešanje, gašeni sintetički gas 409 uvodi se u sistem 410 za obnavljanje toplote u kome se termička energija ili toplotna energija gašenog sintetičkog gasa 409 prenosi na termički nosač 411, poželjno termičko ulje, u prvom izmenjivaču 441 toplote. Nishodno od prenosa energije na termički nosač 411, dalja termička energija prenosi se na napojnu vodu 412 kotla u drugom izmenjivaču 442 toplote koji proizvodi paru 413 visokog pritiska od koje se najmanje deo prenosi preko četvrtog izmenjivača 414 toplote da zagreva reciklirani sintetički gas 406, poželjno do temperature od više od 200°C, posebno do oko 225°C. U sistemu 410 za obnavljanje toplote, u pregrejaču 443 nishodno od drugog izmenjivača 441 toplote sa napojnom vodom 412 kotla, dalja termička energija iz gašenog sintetičkog gasa 409 prenosi se na paru 415 niskog pritiska tako da pregrejava istu stvarajući pregrejanu paru 416 niskog pritiska. Termički nosač se zagreva npr. od temperature od 300°C do temperature od 400°C i može se upotrebljavati, npr. za indirektno zagrevanje jedinice 200 za torefakciju. Para 413 visokog pritiska ima npr. pritisak od 140 bara i temperaturu od 350°C kada napušta sistem 410 za obnavljanje toplote. Pregrejana para niskog pritiska ima temperaturu od oko 275°C kada napušta sistem 410 za obnavljanje toplote i poželjno se upotrebljava u procesu torefakcije u jedinici 200 za torefakciju. Gašeni sintetički gas 409 napušta sistem 410 za obnavljanje toplote sa temperaturom od oko 170°C i više kako bi se izbeglo stvaranje amonijum hlorida (NH4Cl) koji prouzrokuje koroziju i/ili stvaranje naslaga. Kako bi se osiguralo da temperatura od oko 170°C nije niska, napojna voda 412 kotla uvodi se u sistem 410 za obnavljanje toplote, od 140°C i više.

[0051] Nishodno od sistema 410 za obnavljanje toplote, gašeni sintetički gas 409 uvodi se u sistem 417 za mokro prečišćavanje kako bi se uklonile čvrste i halogene materije (uglavnom hloridi). Sistem 417 za vlažno čišćenje je obična kolona za mokro prečišćavanje. Upotrebljena voda 418 za pranje odvodi se iz sabirnika 419 sistema 417 za mokro prečišćavanje. Upotrebljena voda 418 za pranje prelazi u postrojenje za tretiranje otpadne vode (nije prikazano) kako bi bila reciklirana. Prečišćeni sintetički gas 420 izlazi iz sistema 417 za mokro prečišćavanje gornji deo 421 sistema 417 za mokro prečišćavanje. Prvi deo prečišćenog sintetičkog gasa 420 upotrebljava se kao reciklirani sintetički gas 406 i, kao što je opisano iznad, ponovo se zagreva i upotrebljava u gašenju sintetičkog gasa 407. Upotreba prečišćenog sintetičkog gasa 420 kao recikliranog sintetičkog gasa 406 redukuje koncentracije zagađivača (kao, npr. črvstih materija, halogena, posebno hlorida) u gašenom sintetičkom gasu 409 i na taj način se izbegavaju oštećenja, posebno korozija, površina za izmenjivanje toplote u sistemu za obnavljanje toplote, a posebno se izbegava korozija površina koje se upotrebljavaju za pregrejavanje pare 415 niskog pritiska do pregrejane pare 416 niskog pritiska. Istovremeno, visok sadržaj vlage od 60 vol. % i više povećava toplotni kapacitet recikliranog sintetičkog gasa 406 i, posledično, rashladnu efikasnost tokom procesa gašenja. Reciklirani sintetički gas 406 komprimuje se pomoću kompresora 423.

[0052] Drugi – tj. preostali – deo 424 prečišćenog sintetičkog gasa 420 uvodi se u rashladnu kolonu 422 sa dvostepenim pranjem vodom. Usled bliskog kontakta sa hladnijom vodom u koloni 422, vlaga u sintetičkom gasu 424 se kondenzuje. Odgovarajuća kondenzujuća toplota zagreva vodu za pranje u koloni 422. Voda 426 za pranje iz sabirnika 425 doprema se do toplotne pumpe 427 radi hlađenja npr. sa temperature od oko 85°C do temperature od 75°C. U toplotnoj pumpi 427 proizvodi se para niskog pritiska koja se poželjno upotrebljava za kontrolu procesa u jedinici 200 za torefakciju. Veći deo vode 426 za pranje uvodi se centralno u kolonu 422 gde se raspoređuje i u prvom stepenu 428 i u drugom stepenu 429 kolone 422. Manji deo vode 426 za pranje dalje se hladi pomoću vazdušnog hladnjaka 430, poželjno do temperatura od oko 25°C što dovodi do toga da je temperatura sintetičkog gasa 424 do temperature od oko 30°C kada napušta kolonu 422. Hlađenje sintetičkog gasa 422 uklanja oko 60% mase kao vodu. Višak vode 431 za pranje delimično se upotrebljava kao dodatna voda 432 za sistem 417 mokrog prečišćavanja. Višak vode 431 za pranje može se sprovesti kao odvodna voda 433 do sistema kolone za odstranjivanje lakih frakcija (nije prikazan) u kome se gasovi odstranjuju iz odvodne vode 433, posebno se amonijak (NH3), ugljen-dioksid (CO2) i vodonik-sulfid (H2S) odstranjuju iz odvodne vode 433.

[0053] Sredstvo 434 za prenos sintetičkog gasa, poželjno ventilator ili duvaljka, upotrebljava se za prenos torefakcijskog sintetičkog gasa 401 koji izlazi iz kolone 422 do jedinice 500 za konverziju CO (videti Sl.1) i/ili do gorionika 435. Sredstvo 434 za prenos sintetičkog gasa stvara potpritisak koji vuče gašeni sintetički gas 406 kroz sistem 410 za obnavljanje toplote.

[0054] Jedinica 400 za preradu torefakcijskog gasa omogućava hemijsko recikliranje torefakcijskog gasa 202 koji je proizveden torefakcijom npr. iz peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva (čvrstog obnovljivog goriva) bez potrebe za sagorevanjem torefakcijskog gasa 202.

[0055] Sl.6 šematki prikazuje jedinicu 500 za konverziju ugljen-monoksida (CO) koja je u sastavu fabrike 1. U jedinici 500 za konverziju CO, odvija se reakcija konverzije ugljen-monoksida (CO) u kojoj ugljenmonoksid (CO) reaguje sa vodom (H2O) tako da nastaju ugljen-dioksid (CO2) i vodonik (H2):

[0056] Reakcija je u hemijskoj ravnoteži na koju se može uticati bilo u pravcu izdvojenih proizvoda ili proizvoda na uobičajen način, npr. pomoću odgovarajuće temperature i upotrebe i koncentracije specifičnog katalizatora. Kako je reakcija endotermna, voda se obično doprema kao vodena para. Da bi se hemijska ravnoteža pomerila na stranu proizvoda, kako bi se povećala proizvodnja vodonika, ustanovljeno je da je povoljan odnos molarne pare prema ugljen-monoksidu oko 2,3 do 2,7, posebno oko 2,5. Para se doprema poželjno pod pritiskom koji je iznad pritiska na kome se odvija reakcija konverzije, koji je poželjno oko 40 bara. Ako se upotrebljava odnos molarne pare prema ugljen-monoksidu od 2,5, u reaktoru ostaje višak od 1,5 mola pare za svaki mol ugljen-dioksida. Rezultat toga su velike količine vode u proizvodnom gasu iz reakcije konverzije CO. Kada se taj proizvodni gas ohladi, to dovodi do znatnih količina kondenzacije i, prema tome, toliko velikih količina toplote niskog nivoa u rashladnom lancu, dok se proizvodni gas hladi do temperature okoline. Najveći deo te energije obično se odbacuje, što dovodi do niske energetske efikasnosti.

[0057] Sirovi sintetički gas 301 generisan pomoću jedinice 300 za gasifikaciju uvodi se u jedinicu 502 za pranje pod visokim pritiskom. Jedinica 502 za pranje pod visokim pritiskom jeste konvencionalna jedinica za mokro prečišćavanje u kojoj se, npr. viši ugljovodonici uklanjaju iz sirovog sintetičkog gasa 301. Jedinica 502 za pranje pod visokim pritiskom napaja se napojnom vodom 503 koja je kondenzovana voda 508 iz toplotnog obnavljanja niske temperature koje će biti opisano kasnije. Voda 505 koja se sakuplja u sabirniku 504 jedinice 502 za pranje pod visokim pritiskom prenosi se pomoću sredstva 506 za prenos do cevi 507 za odvodnu vodu. Višak kondenzovane vode 508 koja nije potrebna kao napojna voda 503 takođe se prenosi do cevi 507 za odvodnu vodu. Prečišćeni sintetički gas 509 generisan u jedinici 502 za pranje pod visokim pritiskom doprema se nishodno od jedinice 502 za pranje pod visokim pritiskom do prvog izmenjivača 518 toplote. Termin sredstvo za prenos se u ovom dokumentu razume kao pumpa i/ili kompresor. Istovremeno sa prečišćavanjem sirovog sintetičkog gasa 301 u jedinici 502 za pranje pod visokim pritiskom, može se kontrolisati vlažnost prečišćenog sintetičkog gasa 509.

[0058] Torefakcijski sintetički gas 401 koji se generiše u jedinici 400 za preradu torefakcijskog gasa prenosi se do kolone 510 za zasićenje preko sredstva 511 za prenos. Pomoću sredstva 511 za prenos torefakcijski sintetički gas 401 se komprimuje, poželjno do pritiska od 40 bara. Sredstvo 511 za prenos može sadržati nekoliko kompresora sa međuhladnjacima koji obezbeđuju višestepenu kompresiju sa međuhlađenjem (multistage intercooled compression) torefakcijskog sintetičkog gasa 401. Slično tome, gas 602 za čišćenje iz jedinice 600 za prečišćavanje gasa takođe se prenosi preko sredstva 512 za prenos do kolone 510 za zasićenje. Pomoću sredstva 512 za prenos gas 602 za čišćenje se komprimuje, poželjno do pritiska od 40 bara. Sredstvo 512 za prenos može sadržati nekoliko kompresora sa međuhladnjacima koji obezbeđuju višestepenu kompresiju sa međuhlađenjem gasa 602 za čišćenje. Kolona 510 za zasićenje je konvencionalno mokri prečišćivač gasova koji se snabdeva procesnom vodom 513 iz jedinice 524 za obnavljanje toplote niske temperature koja će biti opisana kasnije preko konvencionalnog sredstva 514. Voda 515 sakupljena u sabirniku 516 kolone 510 za zasićenje upotrebljava se kao procesna voda u jedinici 524 za obnavljanje toplote niske temperature koja je opisana dole. Pomoću kolone 510 za zasićenje, mešaju se torefakcijski sintetički gas i gas 602 za čišćenje i, istovremeno, dodaje se vlažnost dobijenom proizvodnom gasu 517 iz kolone za zasićenje. Zavisno od parametara rada kolone za zasićenje, tj. posebno protoka vode i temperature vode, može se kontrolisati vlažnost proizvodnog gasa 517 iz kolone za zasićenje.

[0059] Proizvodni gas 517 iz kolone za zasićenje doprema se zajedno sa prečišćenim sintetičkim gasom 509 do prvog izmenjivača 518 toplote. U prvom izmenjivaču 518 toplote energija se prenosi sa izlaznog gasa 519 iz reaktora za konverziju CO na visokoj temperaturi na prečišćeni sintetički gas 509 i proizvodni gas 517 iz kolone za zasićenje koji se kombinuju nishodno od prvog izmenjivača 519 toplote u kombinovanu struju 520 sintetičkog gasa. Pomoću izmenjivanja toplote u prvom izmenjivaču 518 toplote, odgovarajući izlazni gas 519 iz reaktora za konverziju gasa na visokoj temperaturi hladi se dok se prečišćeni sintetički gas 509 i struja 517 pročišćenog gasa zagrevaju. Poželjno, kolona 510 za zasićenje vodi se na takav način da kombinovana struja 520 sintetičkog gasa ima molarni odnos vodene pare prema ugljen-monoksidu od između 2,0 i 3,0, poželjno između 2,4 i 2,6, posebno od oko 2,5.

[0060] Kombinovana struja 520 sintetičkog gasa doprema se nishodno od prvog izmenjivača 518 toplote do reaktora 521 za konverziju CO na visokoj temperaturi u kome se odvija ranije opisana reakcija konverzije. Izlazni gas 519 iz reaktora za konverziju CO na visokoj temperaturi ima smanjen sadržaj vode/pare i ugljen monoksida i povećan sadržaj vodonika (H2) u poređenju sa kombinovanom strujom 520 sintetičkog gasa. Izlazni gas 519 iz reaktora za konverziju CO na visokoj temperaturi provodi se – kao što će biti opisano dole – kroz nekoliko izmenjivača toplote da bi se snizila njegova temperatura uključujući prvi izmenjivač 518 toplote, do reaktora 522 za konverziju CO na niskoj temperaturi u kome se odvija reakcija konverzije CO kao što je opisano iznad. Izlazni gas 523 iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi ima povećan sadržaj vodonika (H2) u poređenju sa izlaznim gasom 519 iz reaktora za konverziju CO na visokoj temperaturi koji ulazi u reaktor 522 za konverziju CO na niskoj temperaturi.

[0061] Izlazni gas 523 iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi provodi se nishodno od reaktora 522 za konverziju CO na niskoj temperaturi kroz jedinicu 524 za obnavljanje toplote niske temperature. U toj jedinici 524 za obnavljanje toplote niske temperature sadržaj toplote izlaznog gasa 523 iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi upotrebljava se za podizanje temperature nekoliko struja vode. Nakon ulaska u jedinicu 524 za obnavljanje toplote niske temperature, izlazni gas 523 iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi potom se provodi kroz drugi izmenjivač 525 toplote, treći izmenjivač 526 toplote, četvrti izmenjivač 527 toplote, peti izmenjivač 528 toplote i šesti izmenjivač 529 toplote. Dok prolazi kroz te izmenjivače 524, 525, 526, 527, 528, 529 toplote temperatura izlaznog gasa 523 iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi snižava se postojano pre nego što on napusti jedinicu 524 za obnavljanje toplote niske temperature kao struja 530 sintetičkog gasa i prolazi, opciono i ako je neophodno, kroz vazdušni hladnjak 531. Nakon toga, struja 530 sintetičkog gasa doprema se do jedinice 600 za prečišćavanje gasa kao što je razmotreno iznad.

[0062] Prvo, u drugom izmenjivaču 525 toplote toplotni sadržaj struje 530 sintetičkog gasa upotrebljava se za zagrevanje napojne vode 508 koja treba da se upotrebi u jedinici 300 za gasifikaciju. Npr. moguće je, prema tome, zagrevati tu vodu 508 sa 158°C do 205°C. Drugo, u trećem izmenjivaču 526 toplote zagreva se voda koja se npr. može upotrebiti za generisanje pare visokog pritiska. Voda se npr. zagreva od tipično 155 do 200°C. Treće, u četvrtom izmenjivaču 527 toplote zagreva se procesna voda 513, tipično od 135 do 158°C, koja se upotrebljava u koloni 510 za zasićenje. Moguća je dalja upotreba te vode kao napojne vode 508, posebno nakon prolaska kroz drugi izmenjivač 525 toplote. U četvrtom izmenjivaču 527 toplote, izlazni gas 523 iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi hladi se ispod svoje tačke rošenja, prema tome, velike količine toplote iz kondenzacije otpuštaju se i upotrebljavaju za odgovarajući prenos toplote. Četvrto, u petom izmenjivaču 528 toplote zagreva se napojna voda 536 kotla, tipično od 35°C do 155°C, koja se poželjno upotrebljava za pripremu pare pod visokim pritiskom. Peto, u šestom izmenjivaču 529 toplote zagreva se voda od tipično 25°C do 135°C za upotrebu u gasifikaciji ugljenisanih peleta 201 u jedinici 300 za gasifikaciju.

[0063] Napojna voda 508 za jedinicu 300 za gasifikaciju najmanje je deo vode 515 sakupljene u sabirniku 519 kolone 510 za zasićenje kao što je opisano iznad. Voda 515 sakupljena u sabirniku 516 kolone 510 za zasićenje ulazi u četvrti izmenjivač 527 toplote. Voda 521 iz jedinice za tretiranje otpadne vode (nije prikazana) može se mešati sa vodom 515 nakon što je prošla kroz šesti izmenjivač 529 toplote. Nishodno od drugog imenjivača 527 toplote, zagrejana izlazna struja 533 vode iz četvrtog izmenjivača toplote delimično se upotrebljava kao procesna voda iz obnavljanja 513 toplote niske temperature u koloni 510 za zasićenje, a delimično se provodi kroz drugi izmenjivač 525 toplote da bi se upotrebila nishodno od drugog izmenjivača 525 toplote delom kao kondenzovana voda 508 koja treba da se upotrebljava delimično kao napojna voda 503 u jedinici 502 za pranje pod visokim pritiskom, a delom kao procesna voda u jedinici 200 za torefakciju. Dalji deo vode nishodno od šestog izmenjivača 529 toplote upotrebljava se kao kondenzat 534 koji se doprema npr. do kolone za odstranjivanje vode. Druga voda kao npr. spoljašnja napojna voda 535 kotla pod visokim pritiskom generisana za primenu izvan fabrike 1 provodi se kroz peti izmenjivač 528 toplote da bi se delimično upotrebljavala kao napojna voda 536 kotla npr. u jedinici 300 za gasifikaciju i/ili za generisanje pare niskog pritiska i/ili u jedinici 200 za torefakciju. Drugi deo napojne vode 535 kotla provodi se nishodno od petog izmenjivača 528 toplote kroz drugi izmenjivač 526 toplote. Nakon toga, ona prolazi kroz sedmi izmenjivač 537 toplote.

[0064] Jedinica 500 za konverziju CO kao deo fabrike 1 za konvertovanje čvrstog otpada u struju proizvodnog gasa koja sadrži vodonik omogućava energetski efikasnu upotrebu energije niske temperature u jedinici 524 za obnavljanje toplote niske temperature za zagrevanje struja procesne vode koje se upotrebljavaju u fabrici 1.

[0065] Sl.7 detaljnije prikazuje jedinicu 600 za prečišćavanje gasa. Konvertovani sintetički gas 501, koji je izlazni proizvod jedinice 500 za konverziju CO, uvodi se u jedinicu 600 za prečišćavanje gasa i prolazi, potom, kroz sredstvo 603 za apsorpciju vodonik-sulfida i sredstvo 604 za apsorpciju ugljen dioksida. Nakon toga, on prolazi kroz sredstvo 605 za adsorpciju promenom pritiska, gde se pomoću adsorpcije promenom pritiska generiše struja 601 proizvodnog gasa bogata vodonikom, poželjno čistim vodonikom, sa sadržajem vodonika od najmanje 99,5 vol. %. Često se pojedinačni adsorbensi sredstva 605 za adsorpciju promenom pritiska pročišćavaju vodonikom, čime se generiše gas 602 za čišćenje.

[0066] Vodonik-sulfid sakupljen u sredstvu 603 za adsorpciju vodonik-sulfida upotrebljava se za generisanje sumpor 606 pomoću Klausovog procesa. Ugljen-dioksid 607 koji je apsorbovan u sredstvu 603 za apsorpciju ugljen-dioksida može se ekstrahovati iz njega i upotrebiti u drugim procesima.

[0067] Postupak i fabrika 1 za konvertovanje peleta 117 čvrstog obnovljivog goriva napravljenog od komunalnog čvrstog otpada 103 omogućavaju transformisanje komunalnog čvrstog otpada 103 u vodonik sa visokim prinosom umesto odlaganja na deponije ili spaljivanja komunalnog čvrstog otpada 103. Struja 601 proizvodnog gasa bogata vodonikom može se upotrebiti kao sirovina za hemijske reakcije ili za skladištenje energije tako da se može oslobađati.

Pozivni brojevi

[0068]

1 fabrika za konvertovanje čvrstog otpada u gas koji sadrži vodonik

100 postrojenje za peletizaciju

drobilica

čvrsti otpad

usitnjeni čvrsti otpad

prva jedinica za uklanjanje metala ostaci gvožđa

sušilica

voda

druga jedinica za uklanjanje metala ostaci metala

dalji ostaci

klasifikator gustine

struja prethodno prečišćenog materijala prvi mlin

struja samlevenog materijala

presa za pelete

pelet čvrstog obnovljivog goriva

peć za sagorevanje

kolona za pranje

toplotna pumpa

radijator

ulaz za vazduh sušilice

ulaz za vazduh radijatora

izlaz za vazduh radijatora

ulaz za vazduh peći za sagorevanje izlaz za vazduh peći za sagorevanje ulaz za vazduh kolone za pranje

izlaz za vazduh kolone za pranje

izlaz za vazduh sušilice

vod za recirkulaciju

izlaz za vodu kolone za pranje

prvi ulaz toplotne pumpe

prvi izlaz toplotne pumpe

ulaz za vodu kolone za pranje

drugi izlaz toplotne pumpe

ulaz za vodu radijatora

izlaz za vodu radijatora

drugi ulaz toplotne pumpe

drugi magnet

jedinica za torefakciju

ugljenisani peleti

torefakcijski gas

peć

drugi mlin

treća jedinica za uklanjanje metala ostaci metala

grubo mleveni ugljenisani peleti treći mlin

fino mleveni ugljenisani peleti jedinica za gasifikaciju

sirovi sintetički gas

gasifikator uvučenog protoka

sirovina

biomasa

četvrti mlin

fino mlevena biomasa

struja gasa bogata kiseonikom

intermedijarni proizvodni gas

zona za gašenje

voda za gašenje

šljaka

sirovi sintetički gas

rashladna kolona za pranje vodom

voda

višak odvodne vode

dodatna voda

jedinica za preradu torefakcijskog gasa sintetički gas

komora za sagorevanje

gorivi gas

struja gasa bogata kiseonikom

izlaz komore za sagorevanje

reciklirani sintetički gas

sintetički gas

komora za mešanje

gašeni sintetički gas

sistem za obnavljanje toplote

termički nosač

napojna voda kotla

para visokog pritiska

četvrti izmenjivač toplote

para niskog pritiska

pregrejana para niskog pritiska

sistem za mokro prečišćavanje

upotrebljena voda za pranje

sabirnik

prečišćeni sintetički gas

gornji deo/head

rashladna kolona sa dvostepenim pranjem vodom kompresor

preostali deo prečišćenog sintetičkog gasa sabirnik

voda za pranje

toplotna pumpa

prvi stepen

drugi stepen

vazdušni hladnjak

višak vode za pranje

dodatna voda

odvodna voda

sredstvo za prenos sintetičkog gasa

gorionik

prvi ulaz

drugi ulaz

treći ulaz

zona za gašenje

ulaz zone za gašenje

prvi izmenjivač toplote

drugi izmenjivač toplote

pregrejač

jedinica za konverziju CO

kovertovani sintetički gas

jedinica za prečišćavanje gasova pod visokim pritiskom napojna voda

sabirnik

voda

sredstvo za prenos

cev za odvodnu vodu

kondenzovana voda

prečišćeni sintetički gas

kolona za zasićenje

sredstvo za prenos

sredstvo za prenos

procesna voda iz obnavljanja toplote niske temperature sredstvo za prenos

voda

sabirnik

proizvodni gas iz kolone za zasićenje

prvi izmenjivač toplote

izlazni gas iz reaktora za konverziju CO na visokoj temperaturi kombinovana struja sintetičkog gasa visoke temperature reaktor za konverziju CO na visokoj temperaturi

reaktor za konverziju CO na niskoj temperaturi

izlazni gas iz reaktora za konverziju CO na niskoj temperaturi jedinica za obnavljanje toplote niske temperature

drugi izmenjivač toplote

treći izmenjivač toplote

četvrti izmenjivač toplote

peti izmenjivač toplote

šesti izmenjivač toplote

struja sintetičkog gasa

vazdušni hladnjak

jedinica za tretiranje otpadne vode

izlazna struja vode iz četvrtog izmenjivača toplote

kondenzat

napojna voda kotla pod visokim pritiskom napojna voda kotla

sedmi izmenjivač toplote

proizvodni gas iz kolone za zasićenje jedinica za prečišćavanje gasa proizvodni gas bogat vodonikom

gas za čišćenje

sredstvo za apsorpciju vodonik-sulfida sredstvo za apsorpciju ugljen-dioksida sredstvo za adsorpciju promenom pritiska sumpor

ugljen-dioksid

Claims (12)

Patentni zahtevi

1. Postupak za preradu peleta (117) čvrstog obnovljivog goriva, koji obuhvata sledeće korake:

a) torefakciju peleta (117) na temperaturi torefakcije od 250 do 300°C, čime se generišu ugljenisani peleti (201) i torefakcijski gas (202);

b) mlevenje ugljenisanih peleta (201) u prvom koraku mlevenja do grubo mlevenih ugljenisanih peleta (207);

c) uklanjanje ostataka (206) metala iz grubo mlevenih ugljenisanih peleta (207);

d) mlevenje grubo mlevenih ugljenisanih peleta (207) do fino mlevenih ugljenisanih peleta (209); e) gasifikovanje fino mlevenih ugljenisanih peleta (209) do sirovog sintetičkog gasa (301) u procesu gasifikacije uvučenog protoka;

f) izvođenje reakcija konverzije CO na sirovom sintetičkom gasu (301), čime se stvara konvertovani sintetički gas (501);

g) uklanjanje ugljen-dioksida i vodonik-sulfida iz konvertovanog sintetičkog gasa (501), čime se stvara sintetički gas; i

h) generisanje struje (601) proizvodnog gasa bogate vodonikom pročišćavanjem sintetičkog gasa.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu se torefakcijski gas (202) generisan u koraku a) termički krekuje radi generisanja torefakcijskog sintetičkog gasa (401), pri čemu se navedeni torefakcijski gas (401) meša sa sirovim sintetičkim gasom (301) generisanim u koraku e) pre koraka f).

3. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu se u koraku b) ugljenisani peleti (201) melju do veličine čestica od 10 mm i manje.

4. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu se u koraku c) ostaci (206) metala uklanjaju pomoću tehnologije vrtložne struje.

5. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu se u koraku d) grubo mleveni ugljenisani peleti (207) melju do veličine čestica od 500 µm [mikrometara] i manje.

6. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu se u koraku h) ugljen-dioksid (CO2) i vodonik-sulfid (H2S) uklanjaju iz sintetičkog gasa adsorpcijom.

7. Postupak prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, pri čemu se u koraku g) vodonik izdvaja iz sintetičkog gasa pomoću sistema adsorpcije promenom pritiska, čime se stvaraju struja proizvodnog gasa bogata vodonikom (601) i gas (602) za čišćenje.

8. Postupak prema patentnom zahtevu 7, pri čemu se najmanje deo gasa (602) za čišćenje doprema do reakcije konverzije CO u koraku e).

9. Postupak prema patentnom zahtevu 7 ili 8, pri čemu se deo gasa (602) za čišćenje upotrebljava kao gorivi gas.

10. Fabrika (1) za preradu peleta (117) čvrstog obnovljivog goriva u struju (601) proizvodnog gasa bogatu vodonikom, koja obuhvata

- jedinicu (200) za torefakciju za torefakciju peleta (117) čvrstog obnovljivog goriva do ugljenisanih peleta (201);

- drugi mlin (204) za mlevenje ugljenisanih peleta (201) do grubo mlevenih ugljenisanih peleta (207);

- treća jedinica (205) za uklanjanje metala koja sadrži vrtložnu struju za uklanjanje ostataka (206) metala iz grubo mlevenih ugljenisanih peleta (207);

- treći mlin (208) za mlevenje grubo mlevenih ugljenisanih peleta (207) do fino mlevenih ugljenisanih peleta (209);

- jedinica (300) za gasifikaciju koja sadrži gasifikator (302) uvučenog protoka za gasifikovanje fino mlevenih ugljenisanih peleta (209) do sirovog sintetičkog gasa (301);

- jedinica (500) za konverziju CO za izvođenje reakcija konverzije CO na sirovom sintetičkom gasu (301) čime se stvara konvertovani sintetički gas (501);

- jedinica (600) za prečišćavanje gasa koja sadrži adsorbujuće sredstvo (603, 604) za uklanjanje ugljen-dioksida i vodonik-sulfida iz konvertovanog sintetičkog gasa (501) i separator vodonika za izdvajanje vodonika iz gasa (602) za čišćenje čime se generiše struja (601) proizvodnog gasa bogata vodonikom.

11. Fabrika prema patentnom zahtevu 10, koja dalje obuhvata jedinicu (400) za preradu torefakcijskog gasa za termičko krekovanje torefakcijskog gasa (202) koji se može generisati u jedinici (200) za torefakciju.

12. Fabrika prema patentnom zahtevu 10 ili 11, pri čemu separator vodonika sadrži sredstvo (605) za adsorpciju promenom pritiska.