CZ16562U1 - Zarízení pro zpracování drevní stepky na cukry, lignin a fural - Google Patents

Description

Zařízení pro zpracování dřevní štěpky na cukry, lignin a fural

Oblast techniky

Řešení se týká zařízení pro kontinuální zpracování dřevní štěpky z těžby a zpracování dřeva, případně též z průklestu a údržby lesů a parků za účelem produkce cukrů zkvasitelných na bio5 etanol a získání vedlejších produktů ligninu a furalu.

Dosavadní stav techniky

Zařízení na kontinuální hydrolýzu dřevní štěpky jsou provozována zejména v zahraničí. Nevýhodou těchto zařízení je nízká výtěžnost hydrolýzních cukrů, která dosahuje cca 200 kg hydrolýzních cukrů při zpracování 11 suché dřevní štěpky z měkkého dřeva. O to větší je nežádoucí pro10 dukce pouze rozštěpené a nezhydrolyzované ligno - celulózové fáze, která je nepříjemným odpadem při nedokonalé hydrolýze dřevní štěpky. Zároveň při použití hrubě drcené štěpky musí být šnekovnice používané v plnicí jednotce a v hydrolyzérech konstruovány nejen dostatečně robustně, ale musí zamezovat protáčení hrubé suspenze a umožňovat dobrou průchodnost hydrolyzované štěpky celou hydrolyzační jednotkou. Při použití hrubě drcené štěpky je třeba uvažovat s 15 výkonnějšími motory a s větší spotřebou energie. Zvýšení výtěžnosti hydrolýzních cukrů při hydrolýze štěpky je dosahováno dodatečným mletím štěpky na jemnější zrnitost, využitím vícestupňové hydrolýzy nebo sériovým zapojením většího počtu hydrolyzérů při stejném tlaku a teplotě nebo následnou recyklací nezhydrolyzované ligno - celulózové fáze, případně její další enzymatickou hydrolýzou. Všechny tyto postupy zvýšení výtěžnosti hydrolýzních produktů jsou inves20 tičně nebo provozně nákladné a zvyšují energetickou náročnost zařízení.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky dosavadního stavu odstraňuje zařízení pro zpracování dřevní štěpky na cukry, lignin a fural, sestrojené ze šnekovnice, plnicí a hydrolýzní jednotky, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že zásobník pro surovou dřevní štěpku je připojen k 25 extrudéru s dvěma otáčivými rozvlákňovacími šneky, přičemž extrudér, opatřený dutým pláštěm s dvěma hrdly pro vstup a výstup teplonosného oleje, je přes zásobník pro extrudovanou dřevní štěpku připojen výstupem do kontinuální plnicí šnekové jednotky, která je opatřená vstupním hrdlem pro přívod vody a která má v první vstupní části jednochodnou šnekovnici, ve druhé střední části dvouchodou šnekovnici, přičemž jsou obě šnekovnice na společné otáčecí hřídeli. 30 Dvouchodá šnekovnice je ukončena trnem uzavírajícím parní zámek v třetí koncové přechodové části šnekové jednotky, která vede do vstupního hrdla hydrolyzérů, který je opatřen dvojitým vyhřívaným pláštěm a dalším vstupním hrdlem pro horkou vodu a vstupním a výstupním hrdlem pro vstup a výstup teplonosného oleje. Hydrolyzérem vede šnek jeho výstupním hrdlem a převáděcí tlakovou trubkou do vysokotlakého expanzního šoupátka, které je napojeno do středotla35 kého expandéru. Ten je opatřen středotlakým expanzním šoupátkem vedoucím do atmosférického expandéru, který je rotačním šoupátkem spojen se zásobníkem již hydrolyzované dřevní štěpky, z něhož vede čerpadlo na filtrační lis, který je propojen se zásobníkem na hydrolyzované cukry a zásobníkem na surový lignin, přičemž výstupem z obou expandérů je parní fáze vedena přes chladič-výměník do zásobníku s kondenzovanou furalovou směsí.

Zařízení podle technického řešení se dále vyznačuje tím, že dutý plášť extrudéru a dvojitý plášť hydrolyzérů je zahříván cirkulujícím teplonosným olejem ohřívaným v kotli nebo elektrickým ohřívačem.

Pro zařízení podle technického řešení je dále příznačné to, že nad extrudérem je uspořádán generátor pro zahřívání pláště extrudéru sálavým teplem.

Zařízení podle technického řešení sestává ze zásobníku dřevní štěpky, který je připojen na extrudér s dvěma rozvlákňovacími šneky. Tento extrudér je vyhříván na teplotu 240 až 260 °C teplonosným olejem cirkulujícím dutým pláštěm extrudéru neboje plášť extrudéru zahříván sálavým

-1 CZ 16562 UI teplem. Výstup extrudované dřevní štěpky je napojen přes zásobník extrudované dřevní štěpky do první části kontinuální plnicí šnekové jednotky. Do této vstupní části ústí i přívod vody a šnek v této vstupní části se vyznačuje jednochodnou šnekovnicí pro homogenizaci vstupující dřevní hmoty s vodou a pro posun ovlhčené hmoty do druhé části plnicí jednotky, kde je hmota stlačována dvouchodou šnekovnicí. Jednochodá i dvouchodá část šnekovnice jsou na společné otáčivé hřídeli. Dvouchodá část šneku je ukončena trnem uzavírajícím parní zámek a hmota je stlačována po obvodu parního zámku do hydrolyzéru. Do hydrolyzéru je k této hmotě dávkována tlaková horká voda a pára o teplotě 220 až 240 °C. Dvojitý plášť hydrolyzéru je vyhříván teplonosným olejem. Hydrolyzovaná suspenze je z hydrolyzéru dopravována šnekem přes převáděcí tlakovou trubku do vysokotlakého expanzního šoupátka napojeného na středotlakový expandér a suspenze z tohoto vysokotlakového expandéru je vedena přes středotlaké expanzní šoupátko do atmosférického expandéru a dále do zásobníku hydrolyzovaného produktu. Zásobník hydrolyzovaného produktu je napojen na čerpadlo a na filtrační lis pro oddělení roztoku hydrolýzních cukrů a surového ligninu. Výstup parní fáze z obou expandérů je veden do chladiče-výměníku s výstupem kondenzátu do zásobníku furalu.

Výhodou zařízení podle technického řešení je bezproblémová průchodnost hydrolyzovaného hrubého dřevního substrátu celým zařízením, použitelnost pro štěpku z měkkého i z tvrdého dřeva se zvýšenou výtěžností hydrolýzních produktů. Zároveň dochází i k úspoře energie provozu a materiálu při výrobě uvedeného jednoduššího zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení podle technického řešení je blíže osvětleno na schematických výkresech, kde obr. 1 zobrazuje průřez zásobníkem dřevní štěpky a extrudérem, obr. 2 zobrazuje průřez kontinuální plnicí jednotkou, obr. 3 zobrazuje průřez hydrolyzérem a expandéry a na obr. 4 je zobrazen průřez koncovou částí zařízení se zásobníky. Rovnými šipkami je na obrázcích označen směr látkového pohybu v průběhu provozu zařízení a kruhovými šipkami směr otáčení hřídelí a šneků v zařízení podle technického řešení.

Příklad provedení

Zařízení podle technického řešení sestává ze zásobníků 1 surové dřevní štěpky, který je připojen k extrudéru 2 s dvěma otáčivými rozvlákňovacími šneky 3, které kontinuálně rozmělňují dřevní štěpku. Extrudér 2 je vyhříván teplonosným olejem cirkulujícím dutým pláštěm 4 extrudéru 2 a je opatřen vstupním hrdlem 5 pro přítok teplonosného oleje a výstupním hrdlem 6 pro odtok oleje. Plášť 4 extrudéru 2 může být též zahříván sálavým teplem z generátoru 7. Výstup 8A pro extrudovanou dřevní štěpku je napojen do zásobníku 8 s extrudovanou dřevní štěpkou, kteiý je připojen ke kontinuální plnicí šnekové jednotce 9. Ta je opatřena vstupním hrdlem 11 a umožňuje kontinuální stlačování ovlhčené a rozvlákněné dřevní štěpky do hydrolyzéru 18. V první vstupní části šnekové jednotky 9 je jednochodná šnekovnice 10 pro homogenizaci již extrudované štěpky s vodou, vstupující do plnicí šnekové jednotky 9 vstupním hrdlem 11, a ovlhčená dřevní hmota je v druhé části plnicí šnekové jednotky 9 stlačována dvouchodou šnekovnicí 12, přičemž jsou šnekovnice 10, 12 na společné otáčecí hřídeli 13. Dvouchodá šnekovnice 12 je ukončena trnem 14 uzavírajícím parní zámek 15 a vlhká dřevní hmota je stlačována po obvodu parního zámku 15 přes koncovou přechodovou třetí část 16 plnicí jednotky 9 do vstupního hrdla 17 hydrolyzéru 18. V hydrolyzéru 18 je k této hmotě dávkována vstupním hrdlem 19 tlaková horká voda a pára. Dvojitý plášť 20 hydrolyzéru 18 je vyhříván teplonosným olejem o teplotě 220 až 240 °C, který vstupuje do pláště 20 vstupním hrdlem 21 a odchází výstupním hrdlem 22. Hydrolyzovaná dřevní suspenze je dopravována šnekem 23 hydrolyzéru 18 přes výstupní hrdlo 24 a převáděcí tlakovou trubku 25 do vysokotlakého expanzního šoupátka 26, napojeného na středotlaký expandér 27 a hydrolyzovaná dřevní suspenze je dále vedena přes středotlaké expanzní šoupátko 28 do atmosférického expandéru 29 a dále přes rotační šoupátko 30 do zásobníku 31 s hydrolýzním produktem. Z tohoto zásobníku 31 je hydrolýzní suspenze čerpána čerpad

-2CZ 16562 UI lem 32 na filtrační lis 33 pro oddělení roztoku hydrolýzních cukrů do zásobníku 34 a surového ligninu do zásobníku 35. Výstupem 36 z obou expandérů 27, 29 je vedena parní fáze přes chladič - výměník 37 do zásobníku 38, kde se uchovává kondenzovaná furalová směs.

Claims (3)

1. Zařízení pro zpracování dřevní štěpky na cukry, lignin a fural, sestrojené z plnicí, hydrolýzní a dekompresní jednotky, vyznačující se tím, že zásobník (1) pro dřevní štěpku je připojen k extrudéru (2) se dvěma otáčivými rozvlákňovacími šneky (3), přičemž extrudér (2), opatřený dutým pláštěm (4) s hrdly (5, 6) pro vstup a výstup teplonosného oleje, je přes zásobník (8) pro extrudovanou dřevní štěpku připojen výstupem (8A) do kontinuální plnicí šnekové jednotky (9), která je opatřená vstupním hrdlem pro přívod vody (11) a má v první vstupní části jednochodnou šnekovnici (10), ve druhé střední části dvouchodou šnekovnici (12), přičemž jsou šnekovnice (10, 12) na společné otáčecí hřídeli (13), a dvouchodá šnekovnice (12) je ukončena trnem (14) uzavírajícím parní zámek (15) v třetí koncové přechodové části (16) šnekové jednotky (9), která vede do vstupního hrdla (17) hydrolyzéru (18), který je opatřen dvojitým vyhřívaným pláštěm (20) a dalším vstupním hrdlem pro horkou vodu (19), vstupním hrdlem (21) a výstupním hrdlem (22) pro vstup a výstup teplonosného oleje, přičemž hydrolyzérem (18) vede šnek (23) výstupním hrdlem (24) a převáděcí tlakovou trubkou (25) do vysokotlakého expanzního šoupátka (26), které je napojeno do středotlakého expandérů (27), který je opatřen středotlakým expanzním šoupátkem (28) vedoucím do atmosférického expandérů (29), který je rotačním šoupátkem (30) spojen se zásobníkem (31), z něhož vede čerpadlo (32) na filtrační lis (33), který je propojen se zásobníkem (34) a zásobníkem (35), přičemž výstupem (36) z obou expandérů (27, 29) je parní fáze vedena přes chladič-výměník (37) do zásobníku (38).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutý plášť (4) extrudéru (2) a dvojitý plášť (20) hydrolyzéru (18) je opatřen teplonosným olejem ohřívaným v kotli nebo elektrickým ohřívačem.

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nad extrudérem (2) je uspořádán generátor (7) pro zahřívání jeho pláště (4) sálavým teplem.