CZ20004560A3 - Způsob zkapalňování tuhých organických hmot - Google Patents

Description

Fyzikální podstata zkapalňování tuhé organické hmoty jako je na příklad dřevo, sláma, pěstované rostliny a další rostlinný odpad byla postupně vyvinuta a experimentálně ověřena řadou světových laboratoří. Podstatou procesu je velmi rychlý rozklad organické hmoty působením tepla za nepřístupu okysličovadla. Vzniklý plyn pak obsahuje uhlovodíkové páry, které po vykondenzování tvoří kapalinu zvanou souhrnně bio-olej. Čím rychleji rozklad proběhne a čím rychleji se plyn ochladí, tím větší podíl průmyslově využitelných chemických sloučenin bio-olej obsahuje. Bio-olej je hlavním produktem zkapalňovacího procesu a má význam jako kapalné palivo nebo jako surovina pro zpracování v chemickém průmyslu. Vedlejšími produkty jsou pyrolyzní plyn a karbon.

Dosavadní stav techniky.

V současností existuje ve světě řada provozních jednotek produkujících bio-olej pro komerční využití. Jednotlivé jednotky se od sebe odlišují způsobem přenosu tepla na organickou hmotu, ziskem bio-oleje z váhové jednotky vsázky a konstrukčními úpravami podle charakteru zkapalňované organické hmoty.

Podle jednoho způsobu je teplo předáváno nepřímo sáláním přes stěnu komory, oddělující spalovací prostor od hermeticky uzavřeného prostoru s organickou hmotou. Ve spalovacím prostoru je obvykle spalováno cizí plynné nebo tuhé palivo a vlastní vedlejší produkty. Tento způsob je též modifikován tak, že v prostoru s organickou hmotou je udržován podtlak.

Jistou obdobou prvého způsobu avšak s dvojí nepřímou výměnou tepla je způsob druhý. Teplonosným mediem jsou tekuté soli ohřáté v odděleném ohřívači a cirkulující mezi tímto ohřívačem a odděleným prostorem reaktoru. Teplo je napřed předáváno tekuté soli, aby pak následně bylo předáno organické hmotě ve vlastním procesu zplyňování.

Podle třetího způsobu je teplo předáváno organické hmotě přímo při styku této hmoty s předehřátým křemičitým pískem. Jedná se o kombinovaný způsob předávání tepla při kterém písek koluje mezi zplyňovacím prostorem reaktoru a odděleným ohřívačem písku. V ohřívači je písek ohříván přímým spalováním karbonu, vzniklého jako vedlejší produkt při zplyňování organické hmoty. Karbon je z reaktoru odváděn spolu s ochlazeným pískem se kterým tvoří směs.

• 4 • 4

Hlavní nevýhodou prvního a druhého způsobu je dlouhá doba a malá účinnost ohřevu. Hlavní výhodou je možnost zpracování organické hmoty s vyšší granulovitostí a zaručená hermetičnost procesu. Hlavní nevýhodou třetího způsobu je abraze zařízení způsobená pískem a podíl mechanických částic ve vyrobeném bio-oleji. Hlavní výhodou třetího způsobu je naproti tomu extrémně rychlé, až explozivní zplynění organické hmoty a velmi krátká doba pro možnost vzájemné chemické reakce organických par v pyrolyzním plynu.

Podstata vynálezu.

Uvedené nevýhody se odstraní a naopak výhody se projeví u způsobu podle předloženého vynálezu.

Zařízení, kterým se provádí způsob podle vynálezu je uspořádáno tak, že reaktor 1 tvoří vertikální kruhový kanál, do něhož je zespodu přiváděno ohřáté teplonosné plynné medium a kolmo k němu se dávkuje organická hmota vhodné granulovitostí, určená ke zkapalnění. Vzhůru proudící horký plyn sebou unáší dávkovanou organickou hmotu a bezprostředně ji předává svoje teplo. Dojde k extremně rychému zplynění, při čemž tepla zbavené teplonosné medium je nyní obohaceno nově vyvinutým pyrolyzním plynem, uhlovodíkovými parami a zuhelnatělým zbytkem - karbonem. Plynná směs je dále vedena do odlučovače tuhých částic 2, kde se odloučí karbon a dále do kondenzátoru par 3, kde se plyn ochladí, aby byl získán bio-olej. Aby byla kondenzace par z plynu co nejúčinnější, nastříkává se nad horní patro kondenzátoru vlastní, v chladiči 8 ochlazený již dříve vyprodukovaný bio-olej, shromažďovaný v nádrži 7 pod kondenzátorem 3. Mechanicky vyčištěný a par zbavený plyn je odsáván dmychadlem a rozdělen na část cirkulační a část užitnou. Cirkulační část plynu vstupuje do ohřívače 4 jako teplonosné medium, užitná část plynu je vedena k hořáku spalovacího prostoru ohřívače 4 jako palivo. Vlastní vyprodukovaný pyrolyzní plyn tedy cirkuluje zařízením jednak jako teplonosné medium, jednak vytváří antioxydační atmosféru nutnou pro pyrolyzní proces a jednak jeho přebytek po spálení dodává teplo pro ohřev sama sebe.

Protože některé druhy organických hmot neprodukují dostatečně velký přebytek plynu, potřebný pro ohřev, je chybějící tepelná energie získána spalováním CO-plynu. Ten se získá zplyněním vyprodukovaného karbonu v samostatném zplyňovači 6. Aby bylo zplynění co nejúčinnější, a vyrobený CO-plyn obsahoval co nejvíce kysličníku uhelnatého, také vodík a co nejméně dusíku, je do zplyňovače 6 dodáváno spolu s okysličovadlem regulované množství vodní páry. Vodní pára je získána z okruhu vodního chlazení pláště zplyňovače.

• · · · ··

Průmyslová využitelnost.

Bio-olej, získaný jako produkt ze zařízení, kterým se provádí způsob podle vynálezu má vlastnosti využitelné v energetice a v chemickém průmyslu. Existující aplikace se nedají vyjmenovat pro jejich značný počet. Příkladmo je z bio-oleje dále vyráběn sacharin, je chemicky upravován a přidáván do benzínu jako aditivum, je po chemické úpravě používán jako palivo do vznětových motorů, je používán přímo jako tekuté palivo pro kapalinové hořáky, nebo jako palivo pro spalovací turbíny, je využíván jako surovina při výrobě některých plastických hmot.

Zařízení, kterým se provádí způsob podle vynálezu bylo vyvinuto především jako součást alternativního zdroje elektrické a tepelné energie. V zařízení se zpracovává nekontaminovaný dřevní odpad z lesních a dřevozpracujících závodů nebo rostlinné zbytky ze zemědělských závodů. K tomu účelu je před zásobník 9 předřazeno zařízení na třídění, drcení a předsušení dřeva. Vyrobený bio-olej, shromážděný v nádrži 7 je dále filtrován a využíván ve spalovací turbínové kogenerační jednotce za účelem výroby elektrické energie pro vlastní spotřebu závodu a výrobu tepla pro předsušení dřeva, nebo vytápění obytných prostor.

Konkrétní uspořádání závisí na druhu zpracovávané organické hmoty a na způsobu využití vyrobené elektrické energie a tepla. Protože dřevo a rostlinné zbytky jsou obnovitelným zdrojem energie, jedná se o alternativní zdroj s výrazně ekologickými prvky.

Claims (3)

1. Způsob zkapalňování tuhých organických hmot, zejména dřeva, pyrolyzním procesem vyznačující se tím, že antioxydační prostředí a předávání tepla v reaktoru (1) v němž dochází ke zplynění organické hmoty zajišťuje vlastní, v odlučovači (2) mechanicky vyčištěný, v kondenzátoru (3) par zbavený pyrolyzní plyn, oddělený jako teplonosné medium z proudu plynu před ohřívačem (4).

2. Způsob podle bodu 1. vyznačující se dále tím, že jako paliva pro ohřev teplonosného media je využito zbytku vyrobeného pyrolyzního plynu po oddělení teplonosného media.

3. Způsob podle bodu 1. vyznačující se také tím, že jako paliva pro ohřev teplonosného media je použito CO-plynu, získaného zplyněním v odlučovači (2) odděleného karbonu směsí okysličovadla a vodní páry v samostatném zplyňovači (6).