NL1010288C2 - Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas. - Google Patents
Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1010288C2 NL1010288C2 NL1010288A NL1010288A NL1010288C2 NL 1010288 C2 NL1010288 C2 NL 1010288C2 NL 1010288 A NL1010288 A NL 1010288A NL 1010288 A NL1010288 A NL 1010288A NL 1010288 C2 NL1010288 C2 NL 1010288C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- hydrogen
- reactor
- hydro
- gas
- gasification
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 97
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 50
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 50
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 50
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 45
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 29
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 29
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 6
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 claims description 5
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 6
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 6
- -1 for example Chemical class 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
- C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
- C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
- C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
- C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
- C10L3/08—Production of synthetic natural gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0966—Hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0969—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
- C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
- C10J2300/1662—Conversion of synthesis gas to chemicals to methane
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1671—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity
- C10J2300/1675—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity making use of a steam turbine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1687—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with steam generation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
- Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de productie van methaanrijk productgas (SNG, Synthetic Natural Gas) omvattende de toevoer van 5 biomassa en/of fossiele brandstoffen aan een er ste reactor voor de vorming van gasvormige reactieproducten en toevoer van de gasvormige reactieproducten uit de eerste reactor aan een methaneringsreactor waarin de daaraan toegevoerde producten worden omgezet in het methaanrijke productgas.
Waterstof zal in de toekomstige duurzame energievoorziening een belangrijke rol 10 gaan spelen. Het transport en de opslag van waterstof in vrije vorm (¾) is ingewikkelder en zal waarschijnlijk veel meer energie vergen dan het transport en de opslag van waterstof chemisch opgeslagen in de vorm van bijvoorbeeld methaan. Een bijkomend voordeel van de indirecte inzet van waterstof als energiedrager is dat in de toekomstige (duurzame) energievoorziening nog steeds gebruik gemaakt kan worden 15 van (delen van) de bestaande grootschalige energie-infrastructuur zoals bijvoorbeeld het aardgasnet. Een van de mogelijke processen voor de opslag van waterstof in chemisch gebonden vorm is de hydrovergassing van koostofhoudende verbindingen zoals bijvoorbeeld biomassa en afval. Door het pyrolyseren van deze verbindingen in een H2-atmosfeer kan groen aardgas worden geproduceerd.
20 Uit EP-A-0 699 651 is bekend dat biomassa, organisch afval of fossiele brandstoffen in een hydrovergassingsreactor onder toevoeging van waterstof omgezet kunnen worden in een gasmengsel met een hoog methaangehalte en geringe hoeveelheden kooldioxide. Het gasmengsel wordt in een tweede processtap in een stoomreformer omgezet in synthesegas, dat in een derde processtap wordt omgezet in 25 methanol in de aanwezigheid van een op zich bekende katalysator op basis van Cu/Zn. De waterstof die bij de laatste stap, na verwijdering van de methanol overblijft, wordt naar de hydrovergassingsreactor geleid. Dit proces is uitsluitend geschikt voor methanolproductie.
Verder is uit US-A-3,922,148 een werkwijze volgens de aanhef van conclusie 1 30 bekend, waarbij olie onder toevoeging van stoom en zuurstof wordt omgezet in synthesegas, dat in een drietraps methaneringsproces wordt omgezet in een productgas met 99 mol % methaan en 0,8 mol % waterstof. Door de hoge CO/CO2 concentraties van het synthesegas, zijn een aantal relatief grote methaneringsreactoren benodigd om 1010288 2 het synthesegas om te zetten in methaan. Verder vindt in de synthesegasreactor verbranding plaats van de olie om warmte te leveren voor de synthesegasvorming. Door het relatief grote warmteverlies in de methaneringsreactoren is het rendement van het bekende proces gering.
5 Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze waarmee waterstof op efficiënte en economisch rendabele wijze in chemisch gebonden vorm kan worden opgeslagen, waarbij relatief weinig koolmonoxide in het gevormde synthesegas aanwezig is en waarbij met een eenvoudige en relatief kleine methaneringsreactor kan worden volstaan. Hiertoe is de werkwijze volgens de 10 uitvinding gekenmerkt doordat de waterstof afkomstig is van een externe bron en dat het productgas een Wobbe-index heeft tussen 40 en 45 MJ/Nm3, bij voorkeur tussen 42 en 45 MJ/Nm3, en een molpercentage methaan van ten minste 75%, bij voorkeur van ten minste 80 %.
Met "externe" bron wordt hierin bedoeld een bron die niet wordt gevormd door 15 de methaneringsreactor, maar die onafhankelijk van het proces voor methaanproductie volgens de onderhavige uitvinding waterstof levert aan de hydrovergassingsreactor, zoals waterstof gevormd door de elektrolyse van water, stoomreforming van lichte koolwaterstoffen, waterstof gevormd door partiële oxidatie van zware koolwaterstoffen, zoals olie of kolen, met stoom, of afkomstig van industriële 20 processen zoals chloorproductie door middel van membraan- of diafragmacellen, methanolproductie, acteton-, isopropanol-, of methylethylketon-productie, of afkomstig van hoogovens.
Door de toevoeging van externe waterstof aan de hydrovergassingsreactor, is gebleken dat een productgas kan worden verkregen met een Wobbe-index, een mol 25 percentage CH4 en een calorische waarde die zeer dicht liggen bij de Wobbe-index, het CH4-percentage en de calorische waarde van natuurlijk aardgas (bijvoorbeeld Gronings aardgas), zodat het gevormde productgas zonder problemen door het bestaande gasnet naar de afnemers kan worden getransporteerd, en in bestaande inrichtingen kan worden toegepast. Tevens kan de werkwijze volgens de uitvinding met een zeer compacte 30 methaneringsreactor met een gering aantal onderdelen worden bedreven, terwijl reductie van teervorming (in vergelijking met andere vergassingsconcepten) tevens tot de mogelijkheden behoort.
f010288 3
Op de lange termijn waar waterstof uit elektrolyseprocessen door duurzame bronnen belangrijk wordt, is dit proces een geschikte wijze voor de opwaardering van biomassa en organisch afVal met waterstof naar SNG. Op korte termijn echter, kan waterstof uit fossiele bronnen betrokken worden. Een uitwerking hiervan wordt 5 gegeven door onderstaand voorbeeld.
Volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt de waterstof gevormd door middel van pyrolyse in een plasma-reactor, bijvoorbeeld via het CB&H-proces zoals beschreven in S. Lynum, R. Hildrum, K. Hox, J. Hugdahl: Kvaemer Based Technologies for Environmetntally 10 Friendly Energy and Hydrogen Production, Proceedings of the 12th World Hydrogen Energy Conference, vol I, pp.637-645, 1998. Door het plasmaproces worden waterstof en zuivere koolstof gevormd uit aardgas.
De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bij gevoegde tekening. In de tekening toont: 15 fig. 1 een schematische weergave van het proces voor de vorming van een methaanrijk productgas (SNG) volgens de onderhavige uitvinding, en fig. 2 een schematische weergave van het proces volgens de uitvinding, waarbij de waterstof voor de hydrovergassing afkomstig is van een plasmaproces.
Figuur 1 toont schematisch de processtroom voor het vormen van substituut 20 aardgas (SNG) volgens de uitvinding. Via een toevoer 1 wordt biomassa naar een droger 2 geleid. Deze biomassa kan houtschilfers, groenafval, of andere organische koolwaterstofbronnen bevatten. In plaats van biomassa is het tevens mogelijk om fossiele brandstoffen aan de hydrovergassingsinrichting 3 toe te voeren zonder dat in dat geval een droogstap noodzakelijk is. Aan de toevoerleiding 4 van de biomassa 25 wordt via een injectieleiding 4' CO2 toegevoerd om de biomassa bij de heersende werkdruk (bijvoorbeeld 30 bar) in de hydrovergassingsinrichting 3 te injecteren. Via een toevoerleiding 5 wordt aan de hydrovergassingsinrichting waterstof toegevoerd die afkomstig is van een externe waterstofbron. De waterstofbron kan een elektrolyseproces van water omvatten of kan afkomstig zijn van industriële processen 30 waarbij waterstof als bijproduct wordt gevormd.
Aan de afvoer 6 van de hydrovergassingsinrichting 3 worden gasvormige reactieproducten aan de hydrovergassingsinrichting onttrokken met als hoofdbestanddeel CR», en met CO, H2, CO2 en H2O. Het gasmengsel wordt via een 1010288 4 warmtewisselaar 9 toegevoerd aan een hoge temperatuur gasreinigingsinrichting 7 voor de verwijdering van vast residu en gasvormige verontreinigingen uit het synthesegas zoals H2S, HC1, HF, NH3. Het vaste residu uit de hydrovergassingsinrichting 3 wordt via een afvoerleiding 8 verwijderd. Via leiding 10 en warmtewisselaar 11 wordt het 5 gereinigde methaanrijke gasmengsel toegevoerd aan een methaneringsreactor 12 waarin het methaanrijke gasmengsel wordt omgezet in substituut aardgas (SNG), dat via een warmtewisselaar 14 en een waterafscheider 15 naar een afvoerleiding 16 wordt geleid. Substituut aardgas kan van daaruit in het bestaande gasnet worden geïnjecteerd voor transport naar de eindverbruiker.
10 De aan het methaanrijke gasmengsel bij afvoer 6 en in leiding 10 onttrokken warmte alsmede de bij afVoer 13 aan het productgas onttrokken warmte wordt via de warmtewisselaars 9, 11 en 14 toegevoerd aan een stoomgenerator 19, waarvan de opgewekte stoom aan een stoomturbine 20 wordt toegevoerd die generator 17 aandrijft voor elektriciteitsproductie. De gecondenseerde stoom wordt uit de stoomturbine 20 via 15 een retourleiding 22 teruggeleid naar de ingang van de stoomgenerator 19. Een deel van de lagedrukstoom uit de stoomburbine 20 verhit via een warmtewisselaar 18 de droger 2. De gecondenseerde lagedrukstoom wordt na het passeren van de warmtewisselaar 18 toegevoerd aan de stoomgenerator 19.
In de hydrovergassingsinrichting 3 vinden onder andere de volgende reacties 20 plaats: C + 2 H2 <-» CH4 (1) CO + 3 H2 o CH4 + H20 (2) 2 CO <-> C + C02 (3) C0 + H20oC02 + H2 (4)
Bij een constante temperatuur (T=800°C), in de afwezigheid van de toevoer van 25 waterstof bij een thermodynamisch evenwicht zou een drukverhoging in de reactor leiden tot: een afname in de CO- en H2-concentratie en een toename van de concentraties van CH4, C02 en H20 in het via de afvoerleiding 6 afgevoerde synthesegas; een afname in de omzetting van koolstof uit de biomassa, en 30 - een afname van de in de reactor 3 benodigde warmte.
De hierboven genoemde reactie nummer (4), het watergas shiftevenwicht, is onafhankelijk van de druk terwijl de andere reacties bij toenemende druk naar rechts verschuiven en in deze richting alle exothermisch zijn.
101 0288 5
Bij hogere bedrijfstemperaturen, bij een druk P=30 bar, in afwezigheid van waterstoftoevoer en bij thermodynamisch evenwicht, verschuiven de bovengenoemde vier evenwichtsreacties naar links, hetgeen resulteert in: een toename in de CO- en H2-concentraties, en een afname van de CFL»-, CO2- en 5 F^O-concentratie in het via de afvoerleiding 6 afgevoerde synthesegas, een toename in de koolstofomzetting van de biomassa en een toename van de warmtevraag van de reactor.
Slechts bij temperaturen onder de 550°C wordt het proces autotherm.
De toevoer van waterstof bij T=800°C, P=30bar en bij thermodynamisch 10 evenwicht veroorzaakt de volgende effecten in het hydrovergassingsproces in de hydrovergassingsinrichting 3: een toename van de methaanconcentratie en een afname van de warmtevraag volgens reacties (1) en (2), een afname van de CO-concentratie volgens reactie (2) en 15 - een toename van de koolstofomzetting volgens reactie (1).
Bij een toevoer van waterstof via de toevoerleiding 5 van 75 mol/kg biomassa (vochtvrij) omvat het in de hydrovergassingsinrichting 3 gevormde synthesegas 29 vol.% methaan en 7 vol.% CO en met een koolstofomzetting van de biomassa van 78% bij een warmtevraag van 1,2 MWth/kg biomassa (vochtvrij). Wanneer hierna verder 20 over biomassa wordt gesproken, wordt hiermee vochtvrije biomassa bedoeld. Een toename van de werkdruk bij T=800°C, bij een waterstoftoevoer van 75 mol/kg biomassa resulteert in een toename van de koolstofomzetting aangezien reactie (1) in dit geval dominerend wordt.
Hieronder zullen de procesparameters in de hydrovergassingsinrichting 3, de 25 hoge temperatuur gasreinigingsinrichting 7, en de methaneringsreactor 12 nader worden uiteengezet, welke parameters de basis hebben gevormd voor berekening van de samenstelling van het via de afvoerleiding 16 afgevoerde substituut aardgas (SNG). Voor de berekening is uitgegaan van biomassa in de vorm van populierenzaagsel met de samenstelling zoals gegeven in tabel 1: 1010288 6
Tabel 1 Specificatie van de biomassa (Populierenzaagsel)
Eenheid Waarde
Samenstelling C gew% 51.32 H gew% 6.16 N gew% 1.18 S gew% 0.13 O gew% 34.57
As gew% 6.64
Totaal gew% 100.00
Onderste verbrandingswaarde (LHV)vochtvrij MJ/kg 21.57
Onderste verbrandingswaarde (LHV), 30 gew. % vocht MJ/kg 14.53
De hydrovergassingsinrichting 3 werd in het rekenmodel bedreven bij een temperatuur van 800°C en een druk van 30 bar. Bij deze instelling kan, onder een 5 bepaalde afwijking van het thermodynamisch evenwicht, een koolstofomzetting van de biomassa van 89% worden verkregen, bij een waterstofloevoer van 75 mol/kg biomassa, en is het proces autotherm. Omdat echter de toegevoerde biomassa niet vrij is van vocht en additioneel CO2 aan de hydrovergassingsinrichting 3 wordt toegevoerd, werd, om het proces autotherm te maken, de waterstofloevoer in het model verhoogd 10 van 75 tot 100 mol/kg biomassa. Bij deze instelling wordt een omzetting van koolstof uit de biomassa van 83% voorspeld.
De gasvormige producten uit de hydrovergassingsreactor 3 worden via warmtewisselaars 9 en 11 in twee stappen afgekoeld van 850°C tot de inlaattemperatuur van de eerste methaneringsreactor bij 400°C. In dit 15 temperatuurbereik kan een hoge-temperatuur gasreinigingsinrichting 7 worden toegepast om vast residu en gasvormige verontreinigingen zoals H2S, HC1, HF, NH3 uit het synthesegas te verwijderen.
De methaneringsreactor 12 is gebaseerd op het ICI hoge-temperatuur enkelvoudig doorloopproces zoals beschreven in het Catalyst Handbook, second 20 Edition, Edited by M.V. Twigg, ISBN 1874545359, 1996. Hierin wordt een reeks reactoren toegepast die bij opeenvolgend lagere uitgangstemperaturen werken.
In de stoomgenerator 19 wordt oververhitte stoom bij een druk van 40 bar opgewekt. De warmte afkomstig uit de methaneringsreactor 12 alsmede van het 1010288 7 afkoelen van het methaanrijke synthesegas via warmtewisselaars 9 en 11 werd in het model toegepast om stoom te vormen terwijl de rest van de warmte die vrijkomt bij het afkoelen van het methaanrijke gasmengsel in leidingen 6 en 10 werd toegepast voor stoomoververhitting. De gevormde stoom werd in twee stappen geëxpandeerd tot 0,038 5 bar. (De eerste stap van 40 naar 10 bar en de tweede stap van 10 naar 0,038 bar.)
Gebaseerd op de bovengenoemde procesinstellingen zijn de massa- en energiebalans van het systeem volgens figuur 1 berekend met het ASPEN PLUS processimulatieprogramma. In tabel 2 zijn de eigenschappen van Gronings aardgas (NG) en van in het hydrovergassingsproces volgens figuur 1 gevormde synthetische 10 aardgas (SNG) gegeven. Van groot belang is te zien dat de verbrandingswaarde in MJ/kg en de Wobbe-index van het synthetische aardgas nagenoeg gelijk zijn aan die van natuurlijk aardgas. Hierdoor is het mogelijk om het in het hydrovergassingsproces volgens figuur 1 gevormde productgas direct in het aardgasnet te injecteren en met bestaande inrichtingen te verbranden.
15
Tabel 2 Eigenschappen van hei productgas (SNG) en Gronings aardgas (NG)
Samenstelling NG SNG
CH4 mol% 81.30 81.55 H2 mol% 0.00 8.70 C02 mol% 0.89 8.54 C2+ mol% 3.49 <1 N2 mol% 14.31 0.77 02 mol% 0.01 0.00 molecuulgewicht kg/kmol 18.64 17.33 onderste verbrandigswaarde (LHV) MJ/kg 38.00 39.00
Onderste verbrandingswaarde (LHV) MJ/kmol 708.32 676.08
Wobbe-index MJ/Nm2 44.20 43.87
De Wobbe-index, gebaseerd op normaal kubieke meters (Nm3) bij 0°C en 1 atmosfeer (MJ/Nm3), is de verhouding van de calorische bovenwaarde en de vierkantswortel van de relatieve dichtheid van het gas. De Wobbe-index wordt 20 gedefinieerd volgens de volgende formule: 1010288 8
w- HHV
yj(Pg tPlucht )
Hierin is HHV de bovenste verbrandingswaarde in MJ/Nm3 en zijn pg en piUCht de dichtheden van respectievelijk gas en lucht in kg/Nm3. De Wobbe-index is een maat 5 voor de hoeveelheid energie die via een inspuiting wordt afgegeven aan een brander. Twee gassen met een verschillende samenstelling, maar met dezelfde Wobbe-index leveren dezelfde hoeveelheid energie voor een vooraf bepaalde inspuitinrichting bij dezelfde inspuitdruk.
Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens onderhavige 10 inrichting waarbij de waterstof wordt gevormd via een CB&H-proces zoals beschreven in R.A. Wijbrans, J.M. van Zutphen, D.H. Recter: "Adding New Hydrogen to the Existing Gas Infrastructure in the Netherlands, Using the Carbon Black & Hydrogen Process, Proceedings of the 12th World Hydrogen Energy Conference", vol. Π, pp 963 - 968, 1998. Hierin wordt aardgas via een toevoerleiding 23 toegevoerd aan een 15 plasmareactor 24, waarin door toevoer van elektrische energie een plasma wordt opgewekt en waarin waterstof en koolstof worden gevormd. Na passeren van een warmtewisselaar 25 en een afscheider 26 wordt in het bekende CB&H-proces de koolstof voor pelettering en verpakking afgevoerd en wordt de waterstof naar een compressie- en injectie-inrichting 27 geleid om vervolgens in het aardgasnet te worden 20 geïnjecteerd. Volgens de uitvinding wordt de waterstof in plaats van naar compressie-en injectie-inrichting 27 toegevoerd aan het hydrovergassingsproces via de toevoerleiding 5. Toepassing van het hoge temperatuur plasma proces voor productie van waterstof uit aardgas in combinatie met het hydrovergassingsproces heeft als voordeel dat uit het CB&H-proces zuiver koolstof komt waarbij de reductie in 25 calorische waarde door omzetting van aardgas in waterstof voor meer dan 100% wordt gecompenseerd door terugreactie van het waterstof naar SNG. Daarmee is dus bereikt dat de fossiele koolstof uit de keten verdwijnt terwijl uit de biomassa duurzame koolstof wordt toegevoerd met een netto winst aan energie door introductie van biomassa van ruwweg 60%.
1010288
Claims (9)
1. Werkwijze voor de productie van methaanrijk productgas (SNG, Synthetic Natural Gas) omvattende de toevoer van biomassa en/of fossiele brandstoffen aan een 5 eerste reactor voor de vorming van gasvormige reactieproducten en toevoer van de reactieproducten uit de eerste reactor aan een methaneringsreactor waarin de daaraan toegevoerde gasvormige reactieproducten worden omgezet in het methaanrijke productgas, met het kenmerk, dat de eerste reactor een hydrovergassingsreactor omvat, waaraan waterstof wordt toegevoerd, welke waterstof afkomstig is van een externe 10 bron en dat het productgas (SNG) een Wobbe-index heeft tussen 40 en 45 MJ/Nm3, bij voorkeur tussen 42 en 45 MJ/Nm3, en met een molpercentage methaan van ten minste 75%, bij voorkeur van ten minste 80 %.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het productgas (SNG) 15 een calorische waarde heeft die overeenstemt met de calorische waarde van natuurlijk aardgas.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het productgas in een aardgasleidingstelsel wordt geïnjecteerd en naar verbruikers wordt getransporteerd. 20
4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk, dat de hydrovergassingsreactor wordt bedreven bij een temperatuur tussen 500 °C en 1500 °C, bij voorkeur tussen 750 °C en 850 °C, bij een druk tussen 15 bar en 200 bar, bij voorkeur tussen 20 bar en 40 bar. 25
5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat CO2 als transportgas aan de biomassa of de fossiele brandstoffen wordt toegevoerd voor injectie daarvan in de hydrovergassingsreactor.
6. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat de aan de hydrovergassingsreactor toegevoerde hoeveelheid waterstof zodanig wordt geregeld dat de hydrovergassing in de hydrovergassingsreactor althans nagenoeg autotherm verloopt. 1010288
7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat tussen 50 en 125 mol waterstof per kg vochtvrije biomassa aan de hydrovergassingsreactor wordt toegevoerd.
8. Werkwijze volgens een der verdere conclusies, met het kenmerk, dat de in de methaneringsreactor geproduceerde warmte wordt toegevoerd aan een stoomgenerator.
9. Werkwijze volgens een der verdere conclusies, met het kenmerk, dat de waterstof uit aardgas wordt gevormd door middel van pyrolyse in een plasma-reactor. iOlül65
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1010288A NL1010288C2 (nl) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas. |
| CA002346970A CA2346970A1 (en) | 1998-10-12 | 1999-10-12 | Process for converting hydrogen into substitute natural gas |
| EP99949470A EP1127038A1 (en) | 1998-10-12 | 1999-10-12 | Process for converting hydrogen into substitute natural gas |
| PCT/NL1999/000630 WO2000021911A1 (en) | 1998-10-12 | 1999-10-12 | Process for converting hydrogen into substitute natural gas |
| JP2000575821A JP2002527539A (ja) | 1998-10-12 | 1999-10-12 | 水素を代替天然ガスに変換するための方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1010288A NL1010288C2 (nl) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas. |
| NL1010288 | 1998-10-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1010288C2 true NL1010288C2 (nl) | 2000-04-13 |
Family
ID=19767951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1010288A NL1010288C2 (nl) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1127038A1 (nl) |
| JP (1) | JP2002527539A (nl) |
| CA (1) | CA2346970A1 (nl) |
| NL (1) | NL1010288C2 (nl) |
| WO (1) | WO2000021911A1 (nl) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004035997A1 (de) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Rühl, Bernhard | Biogasanlage zur Bereitstellung von methanhaltigen Gasen |
| US7955403B2 (en) * | 2008-07-16 | 2011-06-07 | Kellogg Brown & Root Llc | Systems and methods for producing substitute natural gas |
| EP2169035B1 (de) * | 2008-09-22 | 2013-07-24 | BEGA.tec GmbH | Verfahren zur Einstellung des Brennwertes in methanhaltigen Brenngasen |
| WO2010099626A1 (en) | 2009-03-05 | 2010-09-10 | G4 Insights Inc. | Process and system for thermochemical conversion of biomass |
| US9447328B2 (en) | 2009-04-07 | 2016-09-20 | Gas Technology Institute | Hydropyrolysis of biomass for producing high quality liquid fuels |
| US8915981B2 (en) * | 2009-04-07 | 2014-12-23 | Gas Technology Institute | Method for producing methane from biomass |
| CN101875863B (zh) * | 2009-04-29 | 2013-08-07 | 四川大学 | 余热推动循环载热的煤气甲烷化技术与装置 |
| WO2011060539A1 (en) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | G4 Insights Inc. | Method and system for biomass hydrogasification |
| WO2011060556A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-26 | G4 Insights Inc. | Sorption enhanced methanation of biomass |
| DK2855736T3 (da) * | 2012-05-28 | 2019-05-06 | Hydrogenics Corp | Elektrolysator og energisystem |
| CN103484183B (zh) * | 2013-09-26 | 2014-08-27 | 程礼华 | 生活垃圾制天然气工艺与装置 |
| DE102013219681B4 (de) | 2013-09-30 | 2017-01-05 | Marek Fulde | Verfahren und System zur Speicherung von elektrischer Energie |
| US10392566B2 (en) | 2015-04-27 | 2019-08-27 | Gas Technology Institute | Co-processing for control of hydropyrolysis processes and products thereof |
| GB2539021A (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-07 | Advanced Plasma Power Ltd | Process for producing a substitute natural gas |
| PL231090B1 (pl) * | 2015-07-02 | 2019-01-31 | Jjra Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia | Sposób i układ wytwarzania biometanu i ekometanu |
| PL231889B1 (pl) * | 2015-08-14 | 2019-04-30 | Bak Tadeusz | Skojarzony system wytwarzania paliwa i energii cieplnej oraz sposób wytwarzania paliwa i energii cieplnej |
| US10647933B2 (en) | 2015-11-12 | 2020-05-12 | Gas Technology Institute | Activated carbon as a high value product of hydropyrolysis |
| IT201700086210A1 (it) * | 2017-07-27 | 2019-01-27 | Enea Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile | Processo e relativo impianto per la produzione di metano da combustibile derivato da rifiuti |
| CN116148125B (zh) * | 2022-11-24 | 2024-03-08 | 常州大学 | 一种基于华白指数复配生物质焦油模型物的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1408694A (en) * | 1973-05-10 | 1975-10-01 | Syngas Recycling Corp | Process of converting solid waste into a combustible product gas |
| US3967936A (en) * | 1975-01-02 | 1976-07-06 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Methanation process utilizing split cold gas recycle |
| US3993457A (en) * | 1973-07-30 | 1976-11-23 | Exxon Research And Engineering Company | Concurrent production of methanol and synthetic natural gas |
| US4205961A (en) * | 1977-07-02 | 1980-06-03 | Metallgesellschaft | Process of producing a natural gas substitute |
| FR2593493A1 (fr) * | 1986-01-28 | 1987-07-31 | British Petroleum Co | Procede de production de gaz reactifs riches en hydrogene et en oxyde de carbone dans un post-arc electrique |
| EP0316234A1 (fr) * | 1987-11-10 | 1989-05-17 | Electricite De France | Procédé et installation d'hydropyrolyse d'hydrocarbures lourds par jet de plasma, notamment de plasma D'H2/CH4 |
-
1998
- 1998-10-12 NL NL1010288A patent/NL1010288C2/nl not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-10-12 WO PCT/NL1999/000630 patent/WO2000021911A1/en not_active Application Discontinuation
- 1999-10-12 EP EP99949470A patent/EP1127038A1/en not_active Withdrawn
- 1999-10-12 JP JP2000575821A patent/JP2002527539A/ja active Pending
- 1999-10-12 CA CA002346970A patent/CA2346970A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1408694A (en) * | 1973-05-10 | 1975-10-01 | Syngas Recycling Corp | Process of converting solid waste into a combustible product gas |
| US3993457A (en) * | 1973-07-30 | 1976-11-23 | Exxon Research And Engineering Company | Concurrent production of methanol and synthetic natural gas |
| US3967936A (en) * | 1975-01-02 | 1976-07-06 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Methanation process utilizing split cold gas recycle |
| US4205961A (en) * | 1977-07-02 | 1980-06-03 | Metallgesellschaft | Process of producing a natural gas substitute |
| FR2593493A1 (fr) * | 1986-01-28 | 1987-07-31 | British Petroleum Co | Procede de production de gaz reactifs riches en hydrogene et en oxyde de carbone dans un post-arc electrique |
| EP0316234A1 (fr) * | 1987-11-10 | 1989-05-17 | Electricite De France | Procédé et installation d'hydropyrolyse d'hydrocarbures lourds par jet de plasma, notamment de plasma D'H2/CH4 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002527539A (ja) | 2002-08-27 |
| EP1127038A1 (en) | 2001-08-29 |
| CA2346970A1 (en) | 2000-04-20 |
| WO2000021911A1 (en) | 2000-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL1010288C2 (nl) | Werkwijze voor de conversie van waterstof in substituut aardgas. | |
| Wang et al. | Techno-economic analysis of biomass-to-hydrogen process in comparison with coal-to-hydrogen process | |
| Sun et al. | Comparative thermodynamic and techno-economic assessment of green methanol production from biomass through direct chemical looping processes | |
| Detchusananard et al. | Biomass gasification integrated with CO2 capture processes for high-purity hydrogen production: process performance and energy analysis | |
| Giglio et al. | Integration between biomass gasification and high-temperature electrolysis for synthetic methane production | |
| US6976362B2 (en) | Integrated Fischer-Tropsch and power production plant with low CO2 emissions | |
| US8603430B2 (en) | Controlling the synthesis gas composition of a steam methane reformer | |
| US20100018217A1 (en) | Co-production of power and hydrocarbons | |
| US20080132588A1 (en) | Apparatus and methods for the production of ammonia and fischer-tropsch liquids | |
| JP2008519936A (ja) | 変動する電力需要を満足させる方法 | |
| Arteaga-Pérez et al. | A modelling approach to the techno-economics of Biomass-to-SNG/Methanol systems: Standalone vs Integrated topologies | |
| CA2678974A1 (en) | A chemical product providing system and method for providing a chemical product | |
| JPWO2008069251A1 (ja) | バイオマスからの液体燃料製造装置および製造方法 | |
| KR20120064030A (ko) | 이산화탄소의 배출이 저감된 가스화 방법 | |
| Poluzzi et al. | Flexible methanol and hydrogen production from biomass gasification with negative emissions | |
| CA3195461A1 (en) | Gasification process | |
| Ostadi et al. | Flexible methanol production process using biomass/municipal solid waste and hydrogen produced by electrolysis and natural gas pyrolysis | |
| Darmawan et al. | Integrated ammonia production from the empty fruit bunch | |
| US12098328B2 (en) | Processes and systems for producing hydrocarbon fuels having high carbon conversion efficiency | |
| Bassano et al. | Integration of SNG plants with carbon capture and storage technologies modeling | |
| Koytsoumpa et al. | Modelling of Substitute Natural Gas production via combined gasification and power to fuel | |
| Mishra et al. | Comparative evaluation of performance of high and low ash coal fuelled chemical looping combustion integrated combined cycle power generating systems | |
| Ahmed et al. | Production of hydrogen from low rank coal using process integration framework between syngas production processes: techno-economic analysis | |
| Shabani et al. | Investigation of biomass gasification hydrogen and electricity co-production with carbon dioxide capture and storage | |
| Van der Drift et al. | MILENA gasification technology for high efficient SNG production from biomass |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20040501 |