CZ2013711A3 - 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
- CZ2013711A3 CZ2013711A3 CZ2013-711A CZ2013711A CZ2013711A3 CZ 2013711 A3 CZ2013711 A3 CZ 2013711A3 CZ 2013711 A CZ2013711 A CZ 2013711A CZ 2013711 A3 CZ2013711 A3 CZ 2013711A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- aqueous suspension
- water
- organic substances
- reactor
- products
- 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
Způsob termochemické konverze organických látek na plynné produkty a minerály, při kterém se nejprve smísí organické látky s vodou a vytvoří se vodná suspenze, dále se vodná suspenze uvede do nadkritického stavu vody, přičemž probíhá termochemická konverze organických látek za měnící se teploty, a následně se ochladí výstupní voda obsahující produkty termochemické konverze a separují se plynné a minerální produkty z ochlazené vody. Zařízení (1) pro termochemickou konverzi organických látek na plynné produkty a minerály pomocí vody uvedené do nadkritického stavu, které zahrnuje zdroj (2) vodné suspenze, který je potrubím (5) propojený s vysokotlakým čerpadlem (6), které je potrubím (5) připojeno ke vstupu reaktoru (3) s nestejnoměrným tepelným výkonem po délce procházejícího potrubí (5) a výstup reaktoru (3) je propojen potrubím (5) s ochlazovacím tepelným výměníkem (7) pro ochlazení vody obsahující produkty termochemické konverze, který je potrubím (5) propojen se zařízením (4) pro separaci plynných a minerálních produktů.A method of thermochemically converting organic substances into gaseous products and minerals, first mixing organic matter with water to form an aqueous suspension, then bringing the aqueous suspension to a supercritical state of water, whereby thermochemical conversion of organic matter takes place at varying temperatures, followed by cooling the outlet water containing the thermochemical conversion products and separating the gaseous and mineral products from the cooled water. Apparatus (1) for the thermochemical conversion of organic substances into gaseous products and minerals by means of supercritical water comprising a source (2) of an aqueous suspension which is connected via pipeline (5) to a high pressure pump (6) which is a conduit (5) coupled to the inlet of the reactor (3) with non-uniform heat output along the length of the passing conduit (5), and the outlet of the reactor (3) is connected via a conduit (5) to a cooling heat exchanger (7) to cool the water containing the thermochemical conversion products being the conduit (5) ) connected to the device (4) for separating gaseous and mineral products.
Description
Způsob termochemické konverze organických látek na plynné produkty a minerály a zařízení k provádění tohoto způsobuMethod for thermochemical conversion of organic substances into gaseous products and minerals and equipment for carrying out this method
Oblast technikyField of technology
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, using supercritical water and to an apparatus for carrying out this process.
Dosavadní stav technikyState of the art
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 způsobu je, 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 method of gasifying 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). During this process, a so-called generator gas is produced, which serves as a source of energy. The condition for the efficient implementation of this method is that the material is dried. The disadvantage of the solution is that in the case of gasification of wet material there are energy losses, because a considerable part of the energy is spent on the evaporation of water bound in the material, and only then the formation of generator gas. Another disadvantage is that tars are formed from the non-gasified material and the released moisture, which settles in the gasifier and causes operational problems. There are technological means to prevent dry gasification equipment from tar formation, but such technological means increase the cost of carrying out this 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, zda je 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 pn 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 ' J i · » 9 . « * * J 9 · · S , ♦ ϊ 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 works on the principle of anaerobic fermentation. In anaerobic fermentation, the organic material is stored in a fermenter without the presence of air, regardless of whether the material is dried. Bacteria that begin to decompose stored material produce biogas, which is used as an energy source. The remaining undecomposed mass is used as fertilizer. During fermentation, the remaining mass is sterilized, because the bacteria in their activity produce heat, which exceeds the critical limit and destroys the microorganisms in the remaining material. The disadvantage of the solution is that gasification in this way is time consuming, that not all organic substances decompose, but only substances' J i · »9. «* * J 9 · · S, ♦ ϊ biodegradable, the substrate must not contain, for example, toxic substances and that the equipment for carrying out this method is expensive and space consuming.
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 přá přechodu do nadkritického stavu se ztratí rozdíl mezi kapalnou a plynnou 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 uses the decomposition of organic substances into gas by means of water brought to a critical state. The water in the critical state has a temperature of at least 374 ° C and a pressure of 22 MPa, and the difference between the liquid and gaseous phases of the water is lost at the transition to the supercritical state. Chinese patent application CN 102765697 (A) discloses a process for producing hydrogen from water containing a high concentration of cyanobacteria. The cyanobacterial-containing water is brought to a critical state in the reactor, in which the bonds of the organic compounds that form cyanobacteria break down to form minerals, hydrogen and carbon dioxide. Subsequently, the treated water 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 because growing cyanobacteria in a sufficient amount of water with 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 (B1), 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 v tom, že je zpracovávána odpadní voda, ve které je pouze jedna skupina organických odpadů, vznikajících při dehydrataci potravin. Způsob není určen k likvidaci všech organických odpadů od biomasy po toxické organické sloučeniny.In another known process using critical or supercritical water to produce gas, which is disclosed in Korean Patent Document KR 101135042 (B1), synthesis gas is produced from wastewater, 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 discharged to a separator, from where the synthesis gas is separated and used as an energy source. The disadvantages of the solution are that wastewater is treated, in which there is only one group of organic waste generated during food dehydration. The method is not intended for the disposal of all organic waste from biomass to toxic organic compounds.
Podle evropského patentu EP 1362(527 (B1) 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 1362 (527 (B1)), a process is known which uses critical water in the treatment of heavy hydrocarbons contained in petroleum oils. The disadvantage of the solution is that the process does not solve the safe disposal of organic waste, but only deals with the production of light hydrocarbons from heavy oil 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.The object of the invention is to provide a method for the thermochemical conversion of organic substances into gaseous products and minerals which is time-saving, which disposes of all kinds of organic substances in an environment which transforms gaseous combustible components and combustible materials with bound moisture. Another object of the invention is to provide an apparatus for carrying out this method of thermochemical conversion which is less space-intensive and investment-intensive and which is capable of continuous operation with faster disposal of organic substances.
Podstata vynálezuThe essence 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 20HP^do 40 MPa, přičemž probíhá termochemické 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 stated task is solved by creating a method of thermochemical conversion of organic substances into gaseous products and minerals, in which the organic substances are first mixed with water and an aqueous suspension is formed. Subsequently, the aqueous suspension is brought to a supercritical state of water with a temperature in the range from 330 to 700 ° C and a pressure in the range from 20 HPP to 40 MPa, while thermochemical conversion of organic substances takes place. After performing the thermochemical conversion, the effluent water 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 MňtH do 50 minut, přičemž je vodná suspenze v průběhu procesu konverze ohřívána nerovnoměrně. Výhoda vynálezu spočívá vtom, 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 essence of the invention is that the percentage of organic substances in the aqueous suspension is in the range from 0.1 to 35% and the process of thermochemical conversion of organic substances takes place for 0.05 MntH for 50 minutes, the aqueous suspension being during the conversion process heated unevenly. The advantage of the invention is that it decomposes all organic substances perfectly, producing useful gases, and due to the high temperatures and elevated pressure, the intermediates are completely detoxified and the aqueous suspension is sterilized in a relatively short time compared to other known solutions. Especially with continuous thermochemical conversion, the composition of the organic substances contained in the aqueous mixture changes with varying temperature, which, as a result, decomposes gradually to complete elimination, thus preventing 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 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, to the aqueous suspension before the thermochemical conversion of organic substances. 3) Ca (OH) 2 , KHCO 3 , NaHCO 3 . The addition of the catalyst preferably reduces the temperature required to complete the thermochemical conversion, increases the speed of the process and prevents 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 suspense 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 during the conversion of the contained organic substances is closed in a loop for its circulation during the conversion process. During the circulation, the aqueous suspension is stirred, the organic substances decompose better 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 a device for the thermochemical conversion of organic substances to gaseous products and minerals by means of supercritical water consisting of a source of aqueous suspension containing organic substances, at least one reactor for supercritical aqueous suspension and for activating the thermochemical organic conversion process. and at least one thermochemical conversion product separation device.
Podstata vynálezu spočívá vtom, 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 minerálních produktů, přičemž je reaktor tvořen potrubím procházejícím alespoň jednou pecí, zejména elektrickou pecí nebo plynovou pecí, která má nestejnoměrné rozložený topný výkon po délce potrubí uloženého v peci. Výhoda spočívá v tom, že termochemické 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 vtom, 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.The essence of the invention is that the source of aqueous suspension is piped to a high pressure pump which is connected to the reactor inlet and the reactor outlet is piped to at least one cooling exchanger for cooling water containing thermochemical conversion products which is piped to a separation device. gaseous and mineral products, the reactor being formed by a pipe passing through at least one furnace, in particular an electric furnace or a gas furnace, which has a non-uniformly distributed heating power along the length of the pipe stored in the furnace. The advantage is that the thermochemical conversion of organic substances takes place continuously. The electric furnace takes longer to heat up, but subsequently keeps the temperature more stable and its output is better regulated than in the case of a gas furnace; on the other hand, an advantage can be found in the gas furnace in that gas heating is cheaper. Advantageously, the passing mixture is heated unevenly. At the beginning of the pipe stored in the furnace, a substantial part of the total furnace output is concentrated here in order to overcome the critical point of water in a substantially short section of the flowing mixture. This ensures a controlled supercritical water heating regime. In the remaining length of the pipe in the furnace, the flowing water is reheated to a higher temperature.
V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu je k potrubí v úseku mezi vysokotlakým čerpadlem a vstupem do reaktoru uspořádán 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 vtom, 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 device according to the invention, a recuperative heat exchanger is arranged for the line in the section between the high pressure pump and the reactor inlet to preheat the aqueous suspension through which the line suspending the aqueous suspension passes into the reactor and a cooling heat exchanger for transferring heat from the hot water containing the products of thermochemical conversion to the aqueous suspension. The advantage is that the water containing the products transfers its heat through the recuperation exchanger to the newly pumped aqueous suspension leading to the reactor. This saves energy in the reactor itself, as heating furnaces do not have to overcome 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 preferred embodiment of the device according to the invention, the source of aqueous suspension consists of at least one tank provided with at least one source of water, at least one organic dispenser, at least one stirrer and at least one catalyst dispenser. The advantage is that it is possible to prepare a specific aqueous suspension for thermochemical conversion in the tank, while the equipment is sufficiently supplied for the continuous collection 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 preferred embodiment of the device according to the invention, the output of the combustible gaseous product from the separation device is connected to the gas furnace of the reactor. The advantage is that the cost of heating the reactor is 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.The advantages of the thermochemical conversion process of organic substances in water brought to a supercritical state and the advantages of the equipment for carrying out this process are that the thermochemical conversion process is continuous, that the resulting products are pure without impurities, that complete detoxification and sterilization of the aqueous suspension occurs. it is possible to decompose all types of organic substances, that the construction of the plant is not demanding in terms of space and money and that the plant uses its own gaseous products.
« ' i * ' f í * ř 1 4 í ' ? » t i ob rftJLklí«'I *' f í * ř 1 4 í '? »T i ob rftJLklí
Obtasněm-výkresůVObtasněm-drawingsV
Vynález bude blíže osvětlen pomocí obr. 1, na němž je schematicky znázorněno zařízení pro termochemickou konverzi organických látek.The invention will be further elucidated with the aid of FIG. 1, which schematically shows an apparatus for the thermochemical conversion of organic substances.
Příklady úsktiteěaění vynálezuExamples of embodiments 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 specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.It is to be understood that the various embodiments of the invention are presented by way of illustration and not by way of limitation. Those skilled in the art will find, or 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 1 pro termochemickou konverzi organických látek, které je 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 řadu.The device 1 for the thermochemical conversion of organic substances, which is schematically shown in FIG. 1, comprises a source 2 of an aqueous suspension containing organic substances. A stainless steel tank 9, which is connected to a water source 10, e.g. a water supply line, serves as a source 2 of aqueous suspension for supplying the device 1.
Do nádrže 9 je dále vyústěn dávkovač 11 organických látek. Dávkovač 11 organických látek může být barel obsahující toxické látky určené k likvidaci, ze kterého je dávkováno 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.An organic dispenser 11 is then discharged into the tank 9. The organic substance dispenser 11 can be a barrel containing toxic substances to be disposed of, from which an appropriate amount of toxic organic substances is dispensed into the water tank 9. Furthermore, the tank 9 includes a catalyst dispenser 13, by which the aqueous suspension is enriched for a better course of 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 1 a tak umožňuje zvýšení tlaku vodní suspenze na nadkritickou hodnotu vody. Čerpadlo 6 je schopno vyvinout tlak až o maximální hodnotě 4qMPa.A pipe 5 made of stainless steel or Inconel, Hastelloy or Incoloy alloy is connected to the tank 9. The pipe 5 is screwed to the high-pressure pump 6, which serves to drive the aqueous suspension by the device 1 and thus allows the pressure of the aqueous suspension to be increased to a supercritical value of water. Pump 6 is able to develop a pressure of up to 4qMPa.
' : -r ' f « í · í í í': -r' f «í · í í í
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 line 5 is led through the recuperative heat exchanger 8 to the inlet of the reactor 3. The recuperative heat exchanger 8 is tubular, with a new aqueous suspension passing through the inner tube, which receives heat radiated from the inner tube walls of the recuperative heat exchanger 8. pressed to the inlet of reactor 3, 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 guided through the articulated shell of the recuperative heat exchanger 8 so as to transfer its heat through the wall of the pipe into 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 line 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 contained organic substances into a gas mixture. In the exemplary embodiment, the temperature in reactor 3 is not constant. After entering the reactor 3, the temperature in the furnace 14 is 35% higher than the temperature in the furnace 14 before the line 5 leaves the reactor 3. Thus, the temperature of the water mixture in the reactor 3 changes with the length gradient of the remaining line 5 in the furnace 14.
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 zajištuje uzavřený vodní okruh s chladící věží.The water containing the final products of thermochemical conversion, which leaves the recuperative heat exchanger 8, is led through a pipe 5 to a 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, voda a anorganické soli. Voda se vypustí do kanalizace, plynné produkty se zpracují a anorganické soli jsou použity jako hnojivo.The after-water containing the products of thermochemical conversion is discharged to a separation device 4, where gaseous products, water and inorganic salts are separated by means of a pressure change. The water is discharged into the sewer, 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 burned in the gas furnace 14 is fed from a separation device 4.
Příklad 1Example 1
Předem připravená vodní směs/emulze organických látek o celkovém objemu cca 1500 dm (složení emulze: voda + 5 až 20% hmr 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 39(^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 vodní 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 častíc byla vypouštěna do kanalizace anebo byla recyklována pro přípravu vstupní emulze.A pre-prepared aqueous mixture / emulsion of organic substances with a total volume of about 1500 dm (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 from storage tank 9 to recuperation exchanger 8, where it was preheated in line 5 to a temperature of about 360 to 39 ° C (depending on the flow rate and organic matter content) .The mixture further entered reactor 3, where it was heated to a temperature in the range of 500 At first the temperature of the water mixture at the inlet to the furnace 14 of the reactor 3 was close to the critical water level of about 380 ° C, after passing through the first part of the furnace 14 of the reactor 3 the critical water point was exceeded and the water had a measured temperature of 405 ° C. subsequently, the water in the already supercritical state was superheated during the flow in the remaining part of the furnace 14 of the reactor 3 to the outlet temperature of 520 ° C. The water and thermochemical conversion products further entered the recuperation exchanger 8, where they cooled to a temperature in the range from 200 to 250 ° C, they were further led via line 5 to a cooling exchanger 7, where their temperature was reduced to a value below 40 ° C. In the connected line 5 of the separator 4, the pressure was reduced in several stages and the gas rich in the mixture of flammable gases (mainly H2, CO, possibly smaller amounts of ethane and other hydrocarbons) was separated from the water with the inorganic salts present. Combustible gas, mostly containing hydrogen, was burned in a gas burner as a heat source after it was filtered. The composition and amount of flammable gas ranged from 50 to 250 dm 3 / l of input emulsion (depending on its composition). After removing insoluble solids, the cooled water was discharged to the sewer or recycled to prepare the feed emulsion.
Příklad 2Example 2
Postup uvedený v příkladu 1 byl s použitím dávkovacího zařízení 11 použit pro zplyňovaní suspenze obsahující anaerobní (sekundární) vodárensky kal a organické odpadní materiály biologického původu (potravinářské odpady). Celková koncentrace „. -Isusmy ve vodě byla okolo 15 % hmíDo suspenze bylo také přidáno určité množství látek (0,02 % hmí) zlepšujících tvorbu a stabilitu vodní suspenze. Teplota v reaktoru 3 se pohybovala v rozmezí 600 až 650 °C, složení hořlavého plynu bylo závislé na &The procedure described in Example 1 was used using a dosing device 11 to gasify a suspension containing anaerobic (secondary) water sludge and organic waste materials of biological origin (food waste). Total concentration '. -Isusmy in water was about 15% by weight. A certain amount of substances (0.02% by weight) was also added to the suspension to improve the formation and stability of the aqueous suspension. The temperature in reactor 3 ranged from 600 to 650 ° C, the composition of the flammable gas depended on
' · * * ♦ * . « ’ f s , J 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 type of material for the preparation of the suspension, its production was around 140 dm 3 / l for water sludge and 240 dm 3 / l for food waste. Solid suspended inorganic compounds from the cooled water were removed on a filter. The largest amount of 3.6 kg / h was captured in the case of processing the slurry with water sludge. The cooled water after its filtration was discharged into the sewer or used for the production of the input suspension.
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 % hm/J a při stejných teplotách v reaktoru 3 (od 380 do 520 °C). Pro zvýšení výtěžku vodíku v hořlavém plynu bylo do připravované emulze přidáno určité množství katalyzátoru z dávkovače 13 }a to 0,1 až 1 % hm/ v závislosti na typu použitého katalyzátoru. Jako katalyzátory byly použity hydroxidy a uhličitany (NaOH, KOH, Ca(OH)2, Na2COs, 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 flammable hydrogen-rich gas. The experiments were carried out with the same feed emulsion as in Example 1 (20% w / v and at the same temperatures in reactor 3 (380 to 520 ° C)). Hydroxides and carbonates (NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Na 2 COs, K 2 CO 3 , KHCO3 ) were used as catalysts, depending on the type of catalyst used. increased by 10 to 50% the production of flammable 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 equipment for this method are designed for cleaning unusable aqueous suspensions, disinfection and sterilization of wastewater and production of ecological and renewable resources energy.
Přehled vztahových značek zařízení pro termochemickou konverzi zdroj vodné suspenze reaktor zařízení pro separaci produktů potrubí vysokotlaké čerpadlo ochlazovací tepelný výměník rekuperační tepelný výměník nádrž vodní zdroj dávkovač organických látek míchadlo dávkovač katalyzátoru pecOverview of reference marks thermochemical conversion equipment water suspension source reactor product separation equipment piping high pressure pump cooling heat exchanger recuperative heat exchanger tank water source organic dispenser stirrer catalyst dispenser furnace
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 true CZ2013711A3 (en) | 2014-11-12 |
| CZ304815B6 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) |
Family Cites Families (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 |
| JP3210962B2 (en) * | 1999-03-08 | 2001-09-25 | 経済産業省産業技術総合研究所長 | Decomposition method of halogenated organic matter by high pressure and high temperature thermal 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 |
| JP4436738B2 (en) * | 2004-09-14 | 2010-03-24 | 中部電力株式会社 | Organic polymer-based low-level radioactive waste treatment method and treatment plant |
| US7955508B2 (en) * | 2008-03-11 | 2011-06-07 | Xtrudx Technologies, Inc. | Supercritical fluid biomass conversion systems |
-
2013
- 2013-09-17 CZ CZ2013-711A patent/CZ304815B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304815B6 (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 | |
| US9868964B2 (en) | Solid waste treatment with conversion to gas and anaerobic digestion | |
| CN106630526B (en) | Sludge hydro-thermal oxidation reaction system and method with product backflow pretreatment | |
| EP3432993A1 (en) | Two stage pyrolysis of organic waste | |
| ES2894927T3 (en) | Method for oxidation of a liquid phase in a hydrothermal carbonization process | |
| RU2013126375A (en) | ORGANIC WASTE TREATMENT PLANT | |
| JPWO2006117934A1 (en) | Organic waste treatment facility and treatment method | |
| CN107500462B (en) | Supercritical water oxidation system and starting method thereof | |
| CN106687418B (en) | Hydrothermal carbonization method and device for optimal mixing of sludge and steam | |
| JP2019520206A5 (en) | ||
| BR112015017052A2 (en) | wet biomass oxidation | |
| KR101011973B1 (en) | The Producing Process of Bio Gas from WasteWater and Manufacturing Apparatus | |
| JP6211356B2 (en) | Sludge treatment system and sludge treatment method | |
| US8361175B2 (en) | Method and device for converting biomass into gaseous products | |
| CZ2013711A3 (en) | Thermochemical conversion method of organic substances to gaseous products and minerals as well as apparatus for making the same | |
| JP6066411B2 (en) | Operation method of supercritical water gasification system of biomass by activated carbon | |
| KR101845858B1 (en) | System for gasification of biomass, gasification process using thereof and power system using thereof | |
| US20090050561A1 (en) | System and method for processing wastewater | |
| Gong et al. | Catalytic gasification of textile wastewater treatment sludge for hydrogen production in supercritical water with K2CO3/H2O2: Reaction variables, mechanism and kinetics | |
| Zhen | Supercritical water gasification (SCWG) of coking wastewater | |
| Zhang et al. | Alkali-catalyzed supercritical water gasification of sewage sludge: effect of liquid residue reuse as homogenous catalyst | |
| WO2022117591A1 (en) | Method and system for producing biogas and for treating wastewater treatment plant sludge | |
| CZ26037U1 (en) | Apparatus to carry out thermochemical conversion of organic substances to gaseous products | |
| KR101135042B1 (en) | Method of combustible syngas production by supercritical water gasification treatment of food wastewater | |
| AU2021202520A1 (en) | Valuable materials from solid organic waste (vmw) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20170917 |