CZ304815B6 - Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same - Google Patents
Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304815B6 CZ304815B6 CZ2013-711A CZ2013711A CZ304815B6 CZ 304815 B6 CZ304815 B6 CZ 304815B6 CZ 2013711 A CZ2013711 A CZ 2013711A CZ 304815 B6 CZ304815 B6 CZ 304815B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- water
- aqueous suspension
- reactor
- products
- organic substances
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Description
Vynález se týká způsobu termochemické konverze organických látek na plynné produkty a minerály, zejména látek odpadních či biomasy, za pomoci vody uvedené do nadkritického stavu a zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a process for the thermochemical conversion of organic substances into gaseous products and minerals, in particular waste or biomass substances, by means of supercritical water and to an apparatus for carrying out the process.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Je znám takzvaný suchý způsob zplyňování organických materiálů, při kterém se materiály určené ke zplyňování zahřívají na vysoké teploty v přítomnosti zplyňovacího média (např. vzduch, kyslík, vodní pára). Při tomto procesu vzniká takzvaný generátorový plyn, který slouží jako zdroj energie. Podmínkou účinného provádění tohoto způsobuje, aby byl materiál vysušený. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že v případě zplyňování vlhkého materiálu dochází k energetickým ztrátám, neboť je značná část energie vynaložena na odpaření vody vázané v materiálu, a až následně dochází ke tvorbě generátorového plynu. Další nevýhoda spočívá v tom, že z nezplyňovaného materiálu a uvolněné vlhkosti vznikají dehty, které se usazují ve zplyňovacím zařízení a způsobují provozní problémy. Existují technologické prostředky, jak zařízení pro suchá zplyňování bránit před tvorbou dehtu, ale takové technologické prostředky zvyšují náklady k provádění tohoto způsobu.A so-called dry gasification method of organic materials is known in which the materials to be gasified are heated to high temperatures in the presence of a gasification medium (eg air, oxygen, water vapor). This process produces a so-called generator gas, which serves as an energy source. For this to be effective, the material must be dried. The disadvantage of the solution lies in the fact that in the case of gasification of wet material, energy losses occur, since a considerable part of the energy is spent on the evaporation of the water bound in the material, and only then the generation of generator gas. A further disadvantage is that tars are formed from the ungassed material and the released moisture which accumulate in the gasification plant and cause operational problems. There are technological means to prevent dry gasification devices from tar formation, but such technological means increase the cost of carrying out the process.
Další známý způsob zpracování organického materiálu na plynné produkty pracuje na principu anaerobní fermentace. Při anaerobní fermentaci se organický materiál uskladní ve fermentoru bez přítomnosti vzduchu, přičemž nezáleží na tom, zdaje materiál vysušený. Bakterie, které začnou rozkládat uložený materiál, produkují bioplyn, který je využíván jako zdroj energie. Zbylá nerozložená hmota je využita jako hnojivo. V průběhu fermentace dochází ke sterilizování zbylé hmoty, neboť bakterie při své činnosti produkují teplo, které překročí kritickou mez a zničí mikroorganismy ve zbylém materiálu. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že zplyňování tímto způsobem je časově náročné, že nedochází k rozkladu všech organických látek, ale pouze látek biologicky odbouratelných, substrát nesmí obsahovat například toxické látky a že zařízení k provádění tohoto způsobu jsou drahá a náročná na prostor.Another known method of processing organic material into gaseous products is based on the principle of anaerobic fermentation. In anaerobic fermentation, the organic material is stored in a fermenter in the absence of air, regardless of whether the material is dried. Bacteria that begin to decompose the stored material produce biogas, which is used as an energy source. The remaining non-decomposed material is used as fertilizer. During the fermentation, the remaining matter is sterilized because the bacteria produce heat that exceeds the critical limit and destroys microorganisms in the remaining material. The disadvantage of the solution is that the gasification in this way is time consuming, that all organic substances are not decomposed, but only biodegradable, the substrate must not contain, for example, toxic substances, and that the devices for carrying out the process are expensive and space-intensive.
Jiný známý způsob využívá rozkladu organických látek na plyn za pomoci vody uvedené do kritického stavu. Voda v kritickém stavu má teplotu alespoň 374 °C a tlak 22 MPa, přičemž při přechodu do nadkritického stavu se ztratí rozdíl mezi kapalnou a plynou fází vody. Z čínské patentové přihlášky CN 102765697 (A) je znám způsob výroby vodíku z vody obsahující vysokou koncentraci sinic. Voda s obsahem sinic je uvedena v reaktoru do kritického stavu, při kterém se rozpadají vazby organických sloučenin tvořících sinice za vzniku minerálů, vodíku a oxidu uhličitého. Následně je takto ošetřená voda ochlazena a je separován vodík, který slouží jako zdroj energie. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že uvedený způsob není vhodný ke zpracování heterogenní biomasy, že není vhodný pro rozklad toxických organických látek a že je způsob časově náročný, protože vypěstování sinic v dostatečném množství vody o dostatečné koncentraci potřebuje svůj čas.Another known method utilizes the decomposition of organic substances into gas by means of critical water. The water in the critical state has a temperature of at least 374 ° C and a pressure of 22 MPa, the difference between the liquid and the gas phase of the water being lost when passing to the supercritical state. Chinese patent application CN 102765697 (A) discloses a process for producing hydrogen from water containing a high concentration of cyanobacteria. Water containing cyanobacteria is brought to a critical state in the reactor, in which the bonds of organic compounds forming cyanobacteria decompose to form minerals, hydrogen and carbon dioxide. Subsequently, the water thus treated is cooled and hydrogen is separated, which serves as an energy source. The disadvantage of the solution is that the method is not suitable for processing heterogeneous biomass, that it is not suitable for the decomposition of toxic organic substances and that the method is time-consuming, since growing cyanobacteria in sufficient quantity of water of sufficient concentration takes time.
V jiném známém způsobu využívajícího vodu v kritickém nebo nadkritickém stavu pro výrobu plynu, který je uveden v korejském patentovém dokumentu KR 101135042 (Bl), se vyrábí syntézní plyn z odpadní vody, která je vedlejším produktem při dehydrataci potravin. Voda se odvádí do předehřívače, odkud je přečerpána do reaktoru, ve kterém je vyroben syntézní plyn. Následně se zbylá voda s produkty konverzní reakce odvede do separátoru, odkud je syntézní plyn odloučen a použit jako zdroj energie. Nevýhody řešení spočívají vtom, žeje zpracovávána odpadní voda, ve které je pouze jedna skupina organických odpadů, vznikajících při dehydrataci potravin.In another known process using water in critical or supercritical state for the production of gas, which is disclosed in Korean patent document KR 101135042 (B1), synthesis gas is produced from waste water, which is a by-product of food dehydration. The water is discharged to a preheater from where it is pumped to a reactor in which synthesis gas is produced. Subsequently, the remaining water with the products of the conversion reaction is sent to a separator from which the synthesis gas is separated and used as an energy source. The disadvantages of the solution are that waste water is treated, in which there is only one group of organic waste resulting from the dehydration of foodstuffs.
- 1 CZ 304815 B6- 1 GB 304815 B6
Způsob není určen k likvidaci všech organických odpadů od biomasy po toxické organické sloučeniny.The process is not intended to dispose of all organic waste from biomass to toxic organic compounds.
Podle evropského patentu EP 1 862 527 (Bl) je znám způsob, který využívá vodu uvedenou do kritického stavu při zpracování těžkých uhlovodíků obsažených v ropných olejích. Při provádění způsobu se vytvoří emulze vody a ropného oleje, která se uvede do kritického stavu vody, přičemž vznikají lehké uhlovodíky, které se separují. Nevýhoda řešení spočívá vtom, že způsob neřeší bezpečnou likvidaci odpadních organických látek, ale zabývá se pouze výrobou lehkých uhlovodíků z těžkých ropných frakcí.According to European patent EP 1 862 527 (B1), a process is known which utilizes critical water in the treatment of heavy hydrocarbons contained in petroleum oils. In carrying out the process, an emulsion of water and petroleum oil is formed, which is brought to a critical water state to form light hydrocarbons which are separated. The disadvantage of the solution lies in the fact that the method does not solve the safe disposal of waste organic substances, but only deals with the production of light hydrocarbons from heavy petroleum fractions.
Úkolem vynálezu je vytvoření takového způsobu termochemické konverze organických látek na plynné produkty a minerály, který by byl časově nenáročný, který by ekologicky likvidoval všechny druhy organických látek, který by transformoval na plynné hořlavé složky i hořlavé materiály s vázanou vlhkostí. Dalším úkolem vynálezu je vytvoření zařízení k provádění tohoto způsobu termochemické konverze, které by bylo prostorově a investičně méně náročné, a které by bylo schopné kontinuálního provozu s rychlejší likvidací organických látek.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a process of thermochemical conversion of organic materials to gaseous products and minerals that is time-saving and that ecologically destroys all kinds of organic materials, transforming both gaseous combustible components and combustible moisture-bound materials. It is a further object of the present invention to provide a device for performing this thermochemical conversion process which is less space and investment-intensive and capable of continuous operation with faster organic matter disposal.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Vytčený úkol je vyřešen vytvořením způsobu termochemické konverze organických látek na plynné produkty a minerály, při kterém se nejprve smísí organické látky s vodou a vytvoří se vodná suspenze. Následně se vodná suspenze uvede do nadkritického stavu vody o teplotě v rozmezí od 330 do 700 °C a tlaku v rozmezí od 20 do 40 MPa, přičemž probíhá termochemická konverze organických látek. Po provedení termochemické konverze se výstupní voda obsahující produkty termochemické konverze ochladí a separují se plynné a minerální produkty z ochlazené vody.The object of the present invention is to provide a method for thermochemically converting organic materials to gaseous products and minerals by first mixing the organic materials with water and forming an aqueous suspension. Subsequently, the aqueous suspension is brought to the supercritical state of water at a temperature of from 330 to 700 ° C and a pressure of from 20 to 40 MPa while thermochemical conversion of the organic substances takes place. After thermochemical conversion, the effluent containing the thermochemical conversion products is cooled and the gaseous and mineral products are separated from the cooled water.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že procentový obsah organických látek ve vodné suspenzi je v rozmezí od 0,1 do 35 % a proces termochemické konverze organických látek probíhá po dobu od 0,05 do 50 minut, přičemž je vodná suspenze v průběhu procesu konverze ohřívána nerovnoměrně. Výhoda vynálezu spočívá v tom, že dokonale rozkládá všechny organické látky, přičemž produkuje užitečné plyny, a díky vysokým teplotám a zvýšenému tlaku dochází k úplné detoxikaci meziproduktů a sterilizaci vodné suspenze v relativně krátkém čase oproti jiným známým řešením. Zejména při kontinuálním provádění termochemické konverze se s měnící teplotou mění skladba organických látek obsažených ve vodné směsi, které se díky tomu rozkládají postupně do úplné eliminace, čímž se zabrání vzniku nežádoucích meziproduktů.The principle of the invention is that the percentage of organic substances in the aqueous suspension is in the range of 0.1 to 35% and the process of thermochemical conversion of organic substances takes place from 0.05 to 50 minutes, while the aqueous suspension is heated during the conversion process. unevenly. The advantage of the invention is that it completely decomposes all organic substances, producing useful gases, and due to high temperatures and elevated pressure, complete detoxification of the intermediates and sterilization of the aqueous suspension in a relatively short time compared to other known solutions. Particularly in the continuous performance of thermochemical conversion, the composition of the organic substances contained in the aqueous mixture changes with varying temperatures, which, consequently, decomposes gradually to complete elimination, thereby avoiding the formation of undesired intermediates.
Také je výhodné provedení způsobu podle vynálezu, pokud se do vodné suspenze před termochemickou konverzí organických látek přidá alespoň jeden katalyzátor ze skupiny aktivní uhlí, katalyzátor na bázi Ni, Pt, Pd, Ru, NaOH, KOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2, KHCO3, NaHCO3. Přidání katalyzátoru s výhodou snižuje teplotu potřebnou k provedení kompletní termochemické konverze, zvyšuje rychlost procesu a zabraňuje vzniku nežádoucích látek.It is also advantageous to carry out the process according to the invention if at least one catalyst from the group of activated carbon, a catalyst based on Ni, Pt, Pd, Ru, NaOH, KOH, Na 2 CO 3 , K 2 CO is added to the aqueous suspension before thermochemical conversion of organic substances. 3 , Ca (OH) 2 , KHCO 3 , NaHCO 3 . Advantageously, the addition of the catalyst reduces the temperature required to effect complete thermochemical conversion, increases the speed of the process, and avoids the formation of undesirable substances.
V jiném výhodném provedení způsobu podle vynálezu je vodná suspenze v průběhu konverze obsažených organických látek uzavřena ve smyčce pro její cirkulaci v průběhu procesu konverze. Při cirkulaci je vodná suspenze promíchávána, organické látky se lépe rozkládají a celý proces je efektivnější.In another preferred embodiment of the process according to the invention, the aqueous suspension is closed in a loop during the conversion of the organic matter contained therein for circulation during the conversion process. During the circulation, the aqueous suspension is stirred, the organic substances are better decomposed and the whole process is more efficient.
Předmětem vynálezu je rovněž zařízení pro termochemickou konverzi organických látek na plynné produkty a minerály pomocí vody uvedené do nadkritického stavu sestávající ze zdroje vodné suspenze s obsahem organických látek, z alespoň jednoho reaktoru pro uvedení vodné suspenze do nadkritického stavu a pro aktivování procesu termochemické konverze organických látek a z alespoň jednoho zařízení pro separaci produktů termochemické konverze.The invention also relates to an apparatus for thermochemical conversion of organic substances to gaseous products and minerals using supercritical water comprising an organic suspension containing aqueous suspension, at least one reactor for supercritical aqueous suspension and for activating the thermochemical conversion process of organic substances and at least one thermochemical conversion product separation apparatus.
-2CZ 304815 B6-2GB 304815 B6
Podstata vynálezu spočívá v tom, že zdroj vodné suspenze je potrubím propojený s vysokotlakým čerpadlem, které je potrubím připojeno ke vstupu reaktoru a výstup reaktoru je propojen potrubím s alespoň jedním ochlazovacím výměníkem pro ochlazení vody obsahující produkty termochemické konverze, který je potrubím propojen se zařízením pro separaci plynných a minerál ních produktů, přičemž je reaktor tvořen potrubím procházejícím alespoň jednou pecí, zejména elektrickou pecí nebo plynovou pecí, která má nestejnoměrně rozložený topný výkon po délce potrubí uloženého v peci. Výhoda spočívá v tom, že termochemická konverze organických látek probíhá kontinuálně. Elektrická pec se déle rozehřívá, ale následně drží teplotu stabilněji a lépe se reguluje její výkon, než tomu tak je u plynové pece, na druhou stranu u plynové pece lze naleznout výhodu v tom, že vytápění plynem je levnější. Výhodné je, že procházející směs je ohřívána nestejnoměrně. Na začátku potrubí uloženého v peci, je podstatná část celkového výkonu pece soustředěna právě zde, aby na v podstatě krátkém úseku protékající směs překonala kritický bod vody. Tím je zajištěn kontrolovaný režim ohřevu vody do nadkritického stavu. Ve zbylé délce potrubí nacházejícího se v peci je protékající voda přihřívána na vyšší teplotu.SUMMARY OF THE INVENTION The source of the aqueous suspension is a pipeline connected to a high pressure pump connected to the reactor inlet by a pipeline, and the reactor outlet is interconnected by a pipeline with at least one cooling water exchanger containing thermochemical conversion products which is piped to a separation of gaseous and mineral products, the reactor being formed by a pipeline passing through at least one furnace, in particular an electric furnace or a gas furnace, which has an unevenly distributed heating power along the length of the furnace pipe. The advantage is that the thermochemical conversion of organic substances takes place continuously. The electric furnace heats up longer, but subsequently keeps the temperature more stable and better regulates its performance than is the case with a gas furnace; on the other hand, the gas furnace has the advantage that gas heating is cheaper. Advantageously, the passing mixture is heated unevenly. At the beginning of the furnace pipe, a substantial portion of the total furnace performance is concentrated here to overcome the critical point of the water over a substantially short section of the mixture flowing through it. This ensures a controlled supercritical heating mode. In the remaining length of the pipe in the furnace, the flowing water is heated to a higher temperature.
V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu jek potrubí v úseku mezi vysokotlakým čerpadlem a vstupem do reaktoru uspřádán rekuperační tepelný výměník pro předehřátí vodné suspenze, kterým potrubí vedoucí vodnou suspenzi do reaktoru prochází, přičemž je rekuperační tepelný výměník připojený k úseku potrubí mezi výstupem z reaktoru a ochlazovacím tepelným výměníkem pro přenos tepla z horké vody obsahující produkty termochemické konverze do vodné suspenze. Výhoda spočívá v tom, že voda obsahující produkty odevzdá své teplo přes rekuperační výměník nově přičerpané vodné suspenzi směřující do reaktoru. Tím se ušetří energie v samotném reaktoru, neboť topné pece pro ohřev nemusí překonávat velký teplotní rozdíl.In another preferred embodiment of the apparatus of the invention, a recuperative heat exchanger for preheating the aqueous suspension through which the conduit leading the aqueous slurry into the reactor passes is provided in the section between the high pressure pump and the reactor inlet. a cooling heat exchanger for transferring heat from hot water containing thermochemical conversion products to an aqueous slurry. The advantage is that the water-containing products transfer their heat through the recuperation exchanger of the newly pumped aqueous slurry directed to the reactor. This saves energy in the reactor itself, since heating furnaces for heating need not exceed a large temperature difference.
V jiném dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu je zdroj vodné suspenze tvořen alespoň jednou nádrží opatřenou alespoň jedním zdrojem vody, alespoň jedním dávkovačem organických látek, alespoň jedním míchadlem a alespoň jedním dávkovačem katalyzátoru. Výhoda spočívá v tom, že je možné v nádrži připravit specifickou vodnou suspenzi určenou k termochemické konverzi, přičemž je zařízení dostatečně zásobováno pro kontinuální odběr vodné suspenze.In another further preferred embodiment of the device according to the invention, the source of the aqueous suspension comprises at least one tank provided with at least one water source, at least one organic substance dispenser, at least one stirrer and at least one catalyst dispenser. The advantage is that it is possible in the tank to prepare a specific aqueous suspension for thermochemical conversion, while the device is sufficiently supplied for continuous withdrawal of the aqueous suspension.
V jiném dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu je výstup hořlavého plynného produktu ze separačního zařízení připojen k plynové peci reaktoru. Výhoda spočívá v tom, že se ušetří náklady na vytápění reaktoru.In another further preferred embodiment of the device according to the invention, the outlet of the combustible gaseous product from the separation device is connected to the reactor gas furnace. The advantage is that the heating costs of the reactor are saved.
Výhody způsobu termochemické konverze organických látek ve vodě uvedené do nadkritického stavu a výhody zařízení pro provádění tohoto způsobu spočívají v tom, že proces termochemické konverze je kontinuální, že výsledné produkty jsou čisté bez příměsí, že dochází k úplné detoxikaci a sterilizaci vodné suspenze, že je možné rozkládat všechny druhy organických látek, že stavba zařízení není náročná na prostor a finanční prostředky a že zařízení využívá vlastní plynné produkty.Advantages of the process of thermochemical conversion of organic matter in supercritical water and the advantages of the apparatus for carrying out this process are that the thermochemical conversion process is continuous, the resulting products are free of impurities, complete detoxification and sterilization of the aqueous suspension, it is possible to decompose all kinds of organic substances, that the construction of the plant is not space and financially demanding and that the plant uses its own gaseous products.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Vynález bude blíže osvětlen pomocí obr. 1, na němž je schematicky znázorněno zařízení pro termochemickou konverzi organických látek.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to FIG.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Rozumí se, že jednotlivá uskutečnění vynálezu jsou představována pro ilustraci, nikoli jako omezení vynálezu na výčet zde uvedených příkladů provedení. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování mnoho ekvivalentů ke specific-3 CZ 304815 B6 kým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.It is to be understood that particular embodiments of the invention are presented by way of illustration and not by way of limitation of the invention to the exemplification herein. Those skilled in the art will find, or will be able to ascertain, using routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention specifically described herein. These equivalents will also be included within the scope of the following claims.
Zařízení I pro termochemickou konverzi organických látek, kteréje schematicky vyobrazeno na obr. 1, zahrnuje zdroj 2 vodné suspenze obsahující organické látky. Jako zdroj 2 vodné suspenze pro zásobování zařízení 1 poslouží nádrž 9 z nerezové oceli, která je připojena k vodnímu zdroji 10, např. k vodovodnímu řádu.The apparatus I for thermochemical conversion of organic substances, which is schematically illustrated in FIG. 1, comprises a source 2 of an aqueous suspension containing organic substances. As a source 2 of the aqueous suspension for supplying the device 1, a stainless steel tank 9 is connected to a water source 10, for example a water supply system.
Do nádrže 9 je dále vyústěn dávkovač ϋ organických látek. Dávkovač 11 organických látek může být barel obsahující toxické látky určené k likvidaci, ze kterého je dávkování patřičné množství toxických organických látek do nádrže 9 s vodou. Dále je součástí nádrže 9 dávkovač 13 katalyzátoru, kterým se vodná suspenze obohacuje pro lepší průběh termochemické konverze. Nádrž 9 je vybavena míchadlem 12, které je vyrobeno jako mechanicky poháněná ponorná vrtule.The tank 9 is further terminated with an organic substance dispenser. The organic substance dispenser 11 may be a barrel containing toxic substances to be disposed of, from which the appropriate amount of toxic organic substances is dispensed into the water tank 9. In addition, the tank 9 comprises a catalyst dispenser 13, which enriches the aqueous suspension for a better thermochemical conversion. The tank 9 is equipped with a stirrer 12, which is manufactured as a mechanically driven submersible propeller.
K nádrži 9 je připojeno potrubí 5 vyrobené z nerezové oceli, nebo slitiny Inconel, Hastelloy, či Incoloy. Potrubí 5 je přišroubováno k vysokotlakému čerpadlu 6, které slouží k hnaní vodné suspenze zařízením i a tak umožňuje zvýšení tlaku vodní suspenze na nadkritickou hodnotu vody. Čerpadlo 6 je schopno vyvinout tlak až o maximální hodnotě 40 MPa.Connected to the tank 9 is a pipe 5 made of stainless steel or an Inconel, Hastelloy, or Incoloy alloy. The pipe 5 is screwed to a high pressure pump 6, which serves to drive the aqueous suspension through the device 1 and thus allows the pressure of the water suspension to be increased to a supercritical value of water. The pump 6 is capable of applying a pressure of up to 40 MPa.
Z čerpadla 6 je potrubí 5 vedeno skrz rekuperační tepelný výměník 8 na vstup reaktoru 3. Rekuperační tepelný výměník 8 je trubkový, přičemž vnitřní trubkou prochází nová vodná suspenze, která přijímá teplo vyzařované ze stěn vnitřní trubky rekuperačního tepelného výměníku 8. Vodná suspenze, která je dotlačena na vstup reaktoru 3, je již předehřátá na vyšší teplotu. Reaktor 3 opouští již voda s obsahem produktů termochemické konverze o vysoké teplotě v řádech stovek stupňů celsia. Tato voda je vedena členitým pláštěm rekuperačního tepelného výměníku 8 tak, aby předala své teplo skrz stěnu trubky do nové vodné suspenze.From the pump 6, the conduit 5 is routed through the recuperative heat exchanger 8 to the reactor inlet 3. The recuperative heat exchanger 8 is tubular, with a new aqueous slurry passing through the inner tube which receives heat radiated from the walls of the inner tube of the recuperative heat exchanger 8. Pressurized to the inlet of reactor 3, it is already preheated to a higher temperature. Reactor 3 is already leaving water containing high temperature thermochemical conversion products in the order of hundreds of degrees Celsius. This water is passed through the rugged casing of the recuperative heat exchanger 8 so as to transfer its heat through the tube wall to a new aqueous suspension.
Reaktor 3 zahrnuje potrubí 5, které prochází dvěma elektrickými pecemi 14. Každá elektrická pec 14 zvýší teplotu vodné suspenze, čímž uvede vodu do nadkritického stavu a ve vodě proběhne termochemická konverze obsažených organických látek na směs plynů. V příkladu provedení není teplota v reaktoru 3 konstantní. Za vstupem do reaktoru 3 je teplota v peci 14 o 35 % vyšší, než je teplota v peci 14 před výstupem potrubí 5 z reaktoru 3. Takže teplota vodní směsi v reaktoru 3 se mění s gradientem délky zbývajícího potrubí 5 nacházejícího se v peci 14.The reactor 3 comprises a conduit 5 which passes through two electric furnaces 14. Each electric furnace 14 raises the temperature of the aqueous suspension, thereby bringing the water to a supercritical state and thermochemically converting the organic substances contained therein into a gas mixture. In the exemplary embodiment, the temperature in reactor 3 is not constant. Downstream of the reactor 3, the temperature in the furnace 14 is 35% higher than the temperature in the furnace 14 prior to the exit of the line 5 from the reactor 3. Thus, the temperature of the water mixture in the reactor 3 varies with the length.
Voda obsahující finální produkty termochemické konverze, která opouští rekuperační tepelný výměník 8, je potrubím 5 odvedena do ochlazovacího výměníku 7, kde je její teplota snížena na přijatelnou bezpečnou hodnotu. Chlazení zajišťuje uzavřený vodní okruh s chladicí věží.The water containing the final products of the thermochemical conversion leaving the recuperative heat exchanger 8 is discharged via line 5 to the cooling exchanger 7, where its temperature is reduced to an acceptable safe value. Cooling is provided by a closed water circuit with a cooling tower.
Dochlazená voda obsahující produkty termochemické konverze je odvedena do separačního zařízení 4, kde jsou pomocí změny tlaku odděleny plynné produkty, vod a anorganické soli. Voda se vypustí do kanalizace, plynné produkty se zpracují a anorganické soli jsou použity jako hnojivo.The chilled water containing the products of thermochemical conversion is discharged to a separation device 4 where the gaseous products, water and inorganic salts are separated by pressure change. The water is drained, the gaseous products are processed and the inorganic salts are used as fertilizer.
V jiném nevyobrazeném příkladu provedení je součástí reaktoru 3 plynová pec 14, která je opatřena plynovými hořáky. Plyn spalovaný v plynové peci 14 je přiváděn ze separačního zařízení 4.In another non-illustrated embodiment, the reactor 3 comprises a gas furnace 14 which is provided with gas burners. The gas combusted in the gas furnace 14 is supplied from the separation device 4.
Příklad 1Example 1
Předem připravená vodní směs/emulze organických látek o celkovém objemu cca 1500 dm3 (složení emulze: voda + 5 až 20 % hmotn. organických sloučenin) byla kontinuálně dávkována o průtoku 1 až 3 dm3/min za pomoci vysokotlakého čerpadla 6 ze zásobní nádrže 9 do rekuperačního výměníku 8, kde byla v potrubí 5 předehřátá na teplotu okolo 360 až 390 °C (v závislosti na rychlosti průtoku a obsahu organických látek). Směs dále vstoupila do reaktoru 3, kde byla při průchodu reaktorem ohřátá na teplotu v rozmezí od 500 do 600 °C. Nejprve byla teplota vodníThe pre-prepared water mixture / emulsion of organic substances with a total volume of approx. 1500 dm 3 (emulsion composition: water + 5 to 20% by weight of organic compounds) was continuously dosed at a flow rate of 1 to 3 dm 3 / min using a high pressure pump 6. 9 to a recuperation exchanger 8 where it was preheated to a temperature of about 360 to 390 ° C in the conduit 5 (depending on the flow rate and the organic matter content). The mixture further entered reactor 3 where it was heated to a temperature ranging from 500 to 600 ° C as it passed through the reactor. At first the water temperature was
-4CZ 304815 B6 směsi u vstupu do pece 14 reaktoru 3 blízká kritickému stavu vody o teplotě cca 380 °C, po průchodu první částí pece 14 reaktoru 3 byl překonán kritický bod vody a voda měla naměřenou teplotu 405 °C, následně se voda v již nadkritickém stavu přihřála během protékání ve zbylé části pece 14 reaktoru 3 na výstupní teplotu 520 °C. Voda a produkty termochemické konverze dále vstoupily do rekuperačního výměníku 8, kde se ochladily na teplotu v rozmezí od 200 do 250 °C, potrubím 5 byly dále odvedeny do ochlazovacího výměníku 7, kde byla jejich teplota snížena na hodnotu pod 40 °C. V napojeném potrubí 5 separátoru 4 probíhalo v několika stupních snížení tlaku a oddělení plynu bohatého na směs hořlavých plynů (hlavně H2, CO, případně menší množství etanu a dalších uhlovodíků) od vody s přítomnými anorganickými solemi. Hořlavý plyn, převážně obsahující vodík, byl po jeho filtraci spalován v plynovém hořáku jako zdroj tepla. Složení a množství hořlavého plynu se pohybovalo v rozmezí 50 až 250 dm3/l vstupní emulze (v závislosti na jejím složení). Ochlazená voda po odstranění nerozpustných pevných částic byla vypouštěna do kanalizace anebo byla recyklována pro přípravu vstupní emulze.380 ° C, after passing through the first part of furnace 14 of reactor 3, the critical point of water was overcome and the water had a measured temperature of 405 ° C, supercritical state, during flow through in the remaining part of the furnace 14 of the reactor 3 to the outlet temperature 520 ° C. Water and thermochemical conversion products further entered recuperation exchanger 8 where they were cooled to a temperature in the range of from 200 to 250 ° C, and via line 5 were further discharged to a cooling exchanger 7 where their temperature was reduced to below 40 ° C. In the connected line 5 of the separator 4, the pressure reduction and the separation of the gas rich in the mixture of flammable gases (mainly H 2 , CO, possibly a smaller amount of ethane and other hydrocarbons) from the water with inorganic salts present took place in several stages. The combustible gas, mainly containing hydrogen, was after combustion filtered in a gas burner as a heat source. The composition and amount of flammable gas ranged from 50 to 250 dm 3 / l of the inlet emulsion (depending on its composition). The cooled water after removal of insoluble solids was discharged into the sewer or recycled to prepare the inlet emulsion.
Příklad 2Example 2
Postup uvedený v příkladu 1 byl s použitím dávkovacího zařízení H použit pro zplyňování suspenze obsahující anaerobní (sekundární) vodárenský kal a organické odpadní materiály biologického původu (potravinářské odpady). Celková koncentrace sušiny ve vodě byla okolo 15 % hmotn. Do suspenze bylo také přidáno určité množství látek (0,02 % hmotn.) zlepšujících tvorbu a stabilitu vodní suspenze. Teplota v reaktoru 3 se pohybovala v rozmezí 600 až 650 °C, složení hořlavého plynu bylo závislé na typu materiálu pro přípravu suspenze, jeho produkce se pohybovaly okolo 140 dm3/l pro vodárenský kal a 240 dm3/l pro potravinářské odpady. Pevné suspendované sloučeniny anorganického charakteru z vychlazené vody byly odstraněny na filtru. Největší množství 3,6 kg/h bylo zachyceno v případě zpracování suspenze s vodárenským kalem. Vychlazena voda po její filtraci byla vypouštěna do kanalizace nebo použita pro výrobu vstupní suspenze.The procedure described in Example 1 was used with a dosing device 11 to gasify a slurry containing anaerobic (secondary) water sludge and organic waste materials of biological origin (food waste). The total dry matter concentration in water was about 15 wt. A certain amount of substances (0.02 wt.%) To improve the formation and stability of the aqueous suspension was also added to the suspension. The temperature in the reactor 3 ranged from 600 to 650 ° C, the composition of the combustible gas was dependent on the type of slurry preparation material, its production was about 140 dm 3 / l for water sludge and 240 dm 3 / l for food waste. Solid suspended inorganic compounds from chilled water were removed on the filter. The highest amount of 3.6 kg / h was collected in the case of slurry treatment with water sludge. The cooled water after its filtration was discharged into the sewer or used to make the feed slurry.
Příklad 3Example 3
Postup uvedený v příkladu 1 byl použit pro výrobu hořlavého plynu bohatého na vodík. Experimenty se prováděly se stejnou vstupní emulzí jako v příkladu 1 (20 % hmotn.) a při stejných teplotách v reaktoru 3 (od 380 do 520 °). Pro zvýšení výtěžku vodíku v hořlavém plynu bylo do připravované emulze přidáno určité množství katalyzátoru z dávkovače 13, a to 0,1 až 1 % hmotn. v závislosti na typu použitého katalyzátoru. Jako katalyzátory byly použity hydroxidy a uhličitany (NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2CO3, K2CO3, KHCO3). Přítomnost katalyzátoru zvýšila o 10 až 50 % produkci hořlavého plynu, obsahující více než 90 % H2.The procedure of Example 1 was used to produce a combustible hydrogen rich gas. The experiments were carried out with the same inlet emulsion as in Example 1 (20 wt%) and at the same temperatures in reactor 3 (from 380 to 520 °). To increase the hydrogen yield in the flammable gas, some of the catalyst from the feeder 13 was added to the emulsion to be prepared, 0.1 to 1 wt. depending on the type of catalyst used. Hydroxides and carbonates (NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , KHCO 3 ) were used as catalysts. The presence of the catalyst increased by 10 to 50% the production of a combustible gas containing more than 90% H 2 .
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Způsob termochemické konverze organických látek na plynné produkty a minerály, zejména látek odpadních či biomasy, za pomoci vody uvedené do nadkritického stavu a zařízení k provádění tohoto způsobu jsou určeny k čištění nevyužitelných vodných suspenzí, k dezinfekci a sterilizaci odpadních vod a k výrobě ekologického a obnovitelného zdroje energie.The method of thermochemical conversion of organic substances into gaseous products and minerals, especially waste or biomass substances, with the help of supercritical water and apparatus for this method are intended for cleaning unusable aqueous suspensions, for disinfection and sterilization of waste water and for production of ecological and renewable resources energy.
-5CZ 304815 B6-5GB 304815 B6
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-711A CZ304815B6 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-711A CZ304815B6 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013711A3 CZ2013711A3 (en) | 2014-11-12 |
| CZ304815B6 true CZ304815B6 (en) | 2014-11-12 |
Family
ID=51867895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-711A CZ304815B6 (en) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304815B6 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2004221A (en) * | 1931-04-29 | 1935-06-11 | Koppel Ind Car & Equipment Co | Car coupler |
| US5837149A (en) * | 1996-03-22 | 1998-11-17 | Sri International | Method for hot and supercritical water oxidation of material with addition of specific reactants |
| JP2000254478A (en) * | 1999-03-08 | 2000-09-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Method of injecting oxidizer in high pressure high temperature hot water oxidation |
| US6180845B1 (en) * | 1999-10-07 | 2001-01-30 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Transforming biomass to hydrocarbon mixtures in near-critical or supercritical water |
| JP2006084237A (en) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Chubu Electric Power Co Inc | Disposal method of organic polymer-based low-level radioactive waste |
| US20100063271A1 (en) * | 2008-03-11 | 2010-03-11 | Xtrudx Technologies, Inc. | Supercritical fluid biomass conversion systems |
-
2013
- 2013-09-17 CZ CZ2013-711A patent/CZ304815B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2004221A (en) * | 1931-04-29 | 1935-06-11 | Koppel Ind Car & Equipment Co | Car coupler |
| US5837149A (en) * | 1996-03-22 | 1998-11-17 | Sri International | Method for hot and supercritical water oxidation of material with addition of specific reactants |
| JP2000254478A (en) * | 1999-03-08 | 2000-09-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Method of injecting oxidizer in high pressure high temperature hot water oxidation |
| US6180845B1 (en) * | 1999-10-07 | 2001-01-30 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Transforming biomass to hydrocarbon mixtures in near-critical or supercritical water |
| JP2006084237A (en) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Chubu Electric Power Co Inc | Disposal method of organic polymer-based low-level radioactive waste |
| US20100063271A1 (en) * | 2008-03-11 | 2010-03-11 | Xtrudx Technologies, Inc. | Supercritical fluid biomass conversion systems |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013711A3 (en) | 2014-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100943315B1 (en) | Apparatus and method for treating organic sludge using thermal hydrolysis and high-temperature anaerobic digestion | |
| JP4888911B2 (en) | Organic waste treatment facility and treatment method | |
| CN106630526B (en) | Sludge hydro-thermal oxidation reaction system and method with product backflow pretreatment | |
| CN102838264B (en) | Process and apparatus for treating biomass | |
| CN106795022B (en) | Hydrothermal carbonization method and apparatus for optimizing energy efficiency | |
| EP3475397B1 (en) | Method for oxidation of a liquid phase in a hydrothermal carbonization process | |
| CN202865076U (en) | Biomass sludge treatment system | |
| CN107500462B (en) | Supercritical water oxidation system and starting method thereof | |
| CN106687418B (en) | Hydrothermal carbonization method and device for optimal mixing of sludge and steam | |
| CA2816195C (en) | Hydrothermal decomposition method and apparatus for making pyrolysis liquid in the range of diesel fuel | |
| JP2019520206A5 (en) | ||
| BR112015017052A2 (en) | wet biomass oxidation | |
| KR101011973B1 (en) | The Producing Process of Bio Gas from WasteWater and Manufacturing Apparatus | |
| KR101565704B1 (en) | Solid fuel production apparatus using sludge | |
| JP6211356B2 (en) | Sludge treatment system and sludge treatment method | |
| CN105392572A (en) | Multi-injection steam type reactor and organic waste processing apparatus including same | |
| JP6066411B2 (en) | Operation method of supercritical water gasification system of biomass by activated carbon | |
| CZ304815B6 (en) | Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same | |
| CZ26037U1 (en) | Apparatus to carry out thermochemical conversion of organic substances to gaseous products | |
| Zhang et al. | Alkali-catalyzed supercritical water gasification of sewage sludge: effect of liquid residue reuse as homogenous catalyst | |
| CN111112284B (en) | Device and method capable of comprehensively treating perishable garbage | |
| Zhen | Supercritical water gasification (SCWG) of coking wastewater | |
| CA2882670C (en) | Improved method for preparing start up of process and equipment for producing liquid hydrocarbons | |
| WO2016139720A1 (en) | Biomass treatment system | |
| Biller et al. | Hydrothermal liquefaction of organic waste streams on a continuous pilot scale reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20170917 |