CZ303367B6 - Zpusob zplynování upravené biomasy a zarízení k jeho provádení - Google Patents
Zpusob zplynování upravené biomasy a zarízení k jeho provádení Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303367B6 CZ303367B6 CZ20110404A CZ2011404A CZ303367B6 CZ 303367 B6 CZ303367 B6 CZ 303367B6 CZ 20110404 A CZ20110404 A CZ 20110404A CZ 2011404 A CZ2011404 A CZ 2011404A CZ 303367 B6 CZ303367 B6 CZ 303367B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- reactor
- biomass
- gasification
- wood
- gas
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 22
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 18
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 17
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 5
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 claims 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 9
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- -1 steam Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/007—Screw type gasifiers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
- C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
- C10J2200/158—Screws
Abstract
Zpusob zplynování upravené biomasy ve vertikálním reaktoru sestávajícího ze dvou technologických cástí podle kterého se v první cásti reaktoru biomasa zbaví vlhkosti na úroven 2 až 3 hmotn. % a cástecne se pyrolyzuje ohrevem na teplotu 130 až 350 .degree.C a ve druhé cásti reaktoru se obsah ohreje pomocí zplynovacího média s obsahem kyslíku na teplotu nad 1000 .degree.C za vzniku surového plynu, který se z horní sekce druhé cásti reaktoru odvádí k následnému vycištení a odstranení pevných uhlíkatých cástic a popele. Zarízení používá vertikální reaktor (6) s dopravníkem (13) a prívodem biomasy ve spodní cásti reaktoru (6) a odvodem surového plynu v horní cásti reaktoru (6), pricemž reaktor (5) obsahuje ve spodní cásti trubku (6) s dopravníkem (13), která prechází do kónicky se rozširující horní cásti (7, 8) s prívodem zplynovacího média.
Description
Vynález se týká způsobu zplyňování upravené biomasy ve vertikálním reaktoru sestávajícího ze dvou technologických částí a zařízení k provádění způsobu používajícího vertikální reaktor s dopravníkem a přívodem biomasy ve spodní části reaktoru a odvodem surového plynu v horní části reaktoru.
io
Dosavadní stav techniky
V současné době charakterizované stoupající cenou fosilních paliv stoupá zájem o systémy vy15 užívající obnovitelné zdroje energie, např. biomasu. Využití biomasy (hlavně dřeva) pro kogeneraci elektrické energie a tepla může být dvojí: jednak pomocí spalovacích procesů využívajících parní Rankinův cyklus nebo Rankinův cyklus s organickým pracovním médiem (ORC) pro výrobu elektrické energie nebo pomocí převedení pevných bio-paliv na plynná paliva (topné plyny), která mohou být využita v plynových spalovacích motorech. Důležitou charakteristikou pevné
2o biomasy Jako paliva je rozptýlenost zdrojů, menší energetická hustota (v MJ/m3 paliva) ve srovnání s uhlím a vyšší nároky na dopravu u zařízení velkých výkonů (nad asi 10 MW(th)). Proto se u bio-paliv uvažuje spíše o menších jednotkách ve výkonové oblasti u kogenerace 50 kW(th) až asi 10 MW(th). Dalším specifikem tuhé biomasy (dřeva) je relativně větší množství různých odpadů (velikost pilin, třísek, hoblin, štěpky apod.) různých velikostí s různým obsahem ?s vlhkosti a nečistot. Menší částice dřeva s upravenou vlhkostí se dnes běžně zpracovávají na dřevěné peletky o průměru 6 až 8 mm, výjimečně větších průměrů, nebo na brikety větších rozměrů (řádově centimetry).
Kogenerace na bázi zplyňování biomasy má výhodu u menších jednotek (hlavně v oblasti tepel30 ných výkonů pod asi 1 MW(th)) ve vyšší dosažitelné účinnosti výroby elektrické energie oproti spalování. Určitou nevýhodou zplyňování v kombinaci se spalovacím motorem je ovšem nutnost vyrobit palivový plyn dostatečně čistý (omezení koncentrací prachu, dehtových sloučenin, amoniaku, někdy i simých sloučenin) a bez kondenzujících organických a anorganických sloučenin v přívodních cestách do spalovacího motoru. Celkové zařízení, hlavně u menších výkonů, nemů35 že být příliš technologicky složité (např. se zplyňovací a spalovací části a cirkulací inertního partikulárního materiálu mezi zplyňovacím reaktorem a spalovací komorou), mělo by používat pro zplyňování buď vzduch, nebo směs vodní páry se vzduchem, mělo by dobře využívat procesního tepla k předehřátí médií a nemělo by mít komplikované čištěním surového palivového plynu.
Ve sborníku přednášek z konference Aprochem 2010, Sborník přednášek str. 2382 až 2387, autoři Šulc a další, je zmíněna metoda zplyňování a zařízení vybudované ve firmě D.S.K. Metoda využitá vzestupného pohybu biomasy svislou, neohřívanou trubkou, pomoci vertikálního šneku. Horní část trubky nad horním koncem šneku je kuželovité rozšířená. Pro odstranění dehtů, zbytků malých prachových částic za cyklonem a pro odstranění amoniaku a dalších vodo-roz45 pustných plynů se zde obecně uvažuje dvoustupňová absorpční vypírka pomocí olejů a vody. Nevýhodou této uvedené metody zplyňování substechiometrickým množstvím vzduchu při maximální teplotě ve zplyňovacím reaktoru mezi 750 a 850 °C a při uvažovaném čištění plynu je relativní složitost, nutná bezpečná likvidace vypíracích olejů nasycených dehtovými (aromatickými) sloučeninami a vodní fáze s obsahem amoniaku, nižších alkoholů a jiných organických sloučenin. Další nevýhodou je nižší výhřevnost vyrobeného plynu typicky pod 4,7 MJ/Nm3.
Po stránce nižšího obsahu dehtových sloučenin v plynu způsobujících kondenzační problémy (sloučeniny PAH se dvěma a více benzenovými kruhy v molekule) je relativně nej vhodnější souproudý způsob zplyňování s maximální teplotou produkovaných plynů nad 1000 °C a po stránce zvýšení výhřevnosti vyrobeného plynu je vhodný předehřev či částečná pyrolýza biomasy. Tyto aspekty byly částečně uplatněny v řešení zplyňovače dřeva systému Viking, např. popsaného v literatuře: časopis Energy vol. 31, str. 1542 až 1553 (2006). Systém Viking, tepelný výkon asi 100 kW, je založen na dvoustupňovém systému kombinace pyrolýzy dřeva a zplyňování vzniklé5 ho uhlíkatého zbytku (koksíku) ve druhém stupni, pyrolýza v prvním stupni probíhá za teplot pod 600 °C v horizontální trubce (vyhřívané zvnějšku odpadním teplem) se šnekovým podavačem biomasy. Ve druhém stupni je pomocí přívodu předehřátého vzduchu, smíchání s pyrolyzním plynem a parciální oxidací dosaženo teploty v plynu nad asi 1200 °C, která tepelně rozloží velkou část aromatických a heterocyklických sloučenin přítomných v plynu a dále se horký plyn io kontaktuje s koksíkem, což vede k rychlému zplyňování a dalšímu omezení obsahu dehtových sloučenin v plynu. Po ochlazení plynu, odstranění prachu na tkaninovém filtru za teplot okolo 90 až 100 °C a kondenzaci vodních par za teplot 15 až 30 °C je tento palivový plyn vhodný ke vstupu do plynového motoru. Nevýhodou tohoto uspořádání a zařízení je dvoustupňové uspořádání s jedním horizontálním a jedním vertikálním reaktorem, nepříliš dobrý (částečný) kontakt biomasy s celým obvodem horizontální trubky v 1. stupni (pyrolýza), nutnost mít ve druhém stupni poměrně komplikovaný rošt s pohyblivými součástmi k přerušovanému odvodu uhlíkatých zbytků (koksíku), možnost ucpání části roštu, průtok plynu vrstvou koksíku se sypným kuželem (nejednotnou výškou vrstvy koksíku) a vznik vodního kondenzátu s obsahem amoniaku asi 1 g/1.
Jiným známým řešením zplyňování biomasy je systém a metoda popsaná v americkém patentu (US 2010/0 313 796 Al) využívající podávání biomasy zdola pomocí trubky nebo více trubek se šnekem, přičemž přívodní trubka (nebo trubky) se kónicky rozšiřují nad šnekem. Reaktor je uvažován mnohem většího průměru než přívodní trubka a ve zplyňovacím reaktoru jsou uvažovány různé typy v podstatě pohyblivých roštů k oddělování popela, nebo v bezroštovém uspořádání jsou uvažovány spodní distributory vzduchu blízko odvodů popela. Zařízení uvažuje regulaci výšky poměrně vyrovnané hladiny biomasy (částečně pyrolyzované a zplyňované) v reaktoru, která při ustáleném stavu by měla být konstantní. Odvod popela se uvažuje vespod, pod dnem (roštem) reaktoru nebo ve spodní upravené části reaktoru se šneky. Uspořádání uvažuje substechiometrické spalování biomasy v hlavním reaktoru pomocí bočních distribuovaných přívodů směsi vzduchu a spalin a přívodu směsi vzduchu a spalin také v konusovitém distributoru nad přívodem biomasy (paliva). Vyrobený plyn (vyrobený za relativně nižších teplot) není uvažován pro pohon spalovacího motoru, nýbrž je určen pro další spalování v horáku (hořácích). Řešení podle tohoto patentu může zaručovat relativně vyrovnanou horní hladinu biomasy v reaktoru, ale pro relativně nízkou uvažovanou teplotu ve zplyňovacím reaktoru a nízkou výstupní teplotu plynu (dokonce pod 350 °C) nezaručuje nízký obsah dehtů a amoniaku v plynu a tento plyn proto není vhodný bez použití dalších čisticích adsorpčních a absorpčních metod k použití pro spalovací motor. Dále větší uvažovaný průměr hlavního zplyňovacího reaktoru nutí k relativně složité distribuci zplyňovacího média a dosažení vyrovnané hladiny biomasy v reaktoru větších průměrů s vertikálními přívody o menších průměrech (pro biomasu) je problematické.
Úkolem (cílem) vynálezu je navržení a vytvoření jednostupňového systému kombinace sušení a částečné pyrolýzy a dále zplyňování upravené biomasy v souproudém uspořádání toku upravené biomasy (pelet či velikostně vytříděné dřevné štěpky) a zplyňovacího média, jednoduché, bezroštové uspořádání, horní vyrovnaná hladina koksíku z biomasy (pevných uhlíkatých částic) pro omezení, zkratových cest plynu, dosažení výhřevnosti suchého plynu nad 5 MJ/Nm3, dosažení kondenzační teploty dehtových sloučenin v plynu přiváděném ke spalovacímu motoru pod 20 °C a omezení také koncentrace amoniaku v kondenzované vodě.
Podstata vynálezu
Podstata způsobu zplyňování upravené biomasy ve vertikálním reaktoru sestávajícího ze dvou technologických částí odstraňující nebo zmírňující nedostatky uvedeného stavu techniky spočívá v tom, že v první části reaktoru se biomasa zbaví vlhkosti na úroveň 2 až 3 hmotn. % a částečně
-2CZ 303367 B6 se pyrolyzuje ohřevem na teplotu 130 až 350 °C a ve druhé části reaktoru se obsah ohřeje pomocí zplyňovacího média s obsahem kyslíku na teplotu nad 1000 °C za vzniku surového plynu, který se z horní sekce druhé části reaktoru odvádí k následnému vyčištění a odstranění pevných uhlíkatých částic a popele.
Podstata zařízení k provádění způsobu používajícího vertikální reaktor s dopravníkem a přívodem biomasy ve spodní Části reaktoru a odvodem surového plynu v horní části reaktoru spočívá v tom, že reaktor obsahuje ve spodní části trubku s dopravníkem, která přechází do kónicky se rozšiřující horní části s přívodem zplyňovacího média.
Dále jsou uvedena další možná provedení vynálezu, která jeho podstatné znaky výhodně rozvíjejí nebo konkretizují.
Zplyňovací médium obsahuje 0,35 až 0,65 násobek množství vzduchu pro stechiometrické spalování biomasy.
Surový plyn obsahující amoniak sepřed dalším čištěním vystav při vertikálním vzestupném proudění za teploty 900 až 1150 °C kontaktnímu působení katalyzátoru s obsahem kovů ze skupiny Fe, Ni, Co pro termicko-katalytický rozklad amoniaku.
Upravenou biomasou jsou dřevěné peletky nebo směsné peletky o průměru 6 až 16 mm, velikostně tříděná a předsušená dřevní štěpka o rozměrech 3 až 30 mm, peletky ze směsi dřevné a rostlinné biomasy, dřeva a odpadních uhlíkatých částic ze zplyňování nebo dřeva a odpadních materiálů z lepených dřevo-trískových desek, dřeva a kartónového papíru a z kombinací uvedených materiálů.
Reaktor obsahuje ve spodní části trubku s dopravníkem, která přechází do kónicky se rozšiřující horní části s přívodem zplyňovacího média.
Spodní část trubky reaktoru je opatřena pláštěm s přívodem ohřívacího média pro sušení a částečnou pyrolýzu biomasy na horním konci a výstupem na dolním konci.
Přívod zplyňovacího média je rozčleněn do více, po obvodu umístěných vstupů, které jsou situovány do nejméně dvou rozdílných úrovní.
Maximální vnitřní průměr rozšířené horní části reaktoru je 1,4 až 2,5 násobek vnitřního průměru spodní části reaktoru.
V odvodu surového plynuje umístěna průchozí vložka obsahující katalyzátor pro termicko-katalytický rozklad amoniaku obsaženého v surovém plynu, přičemž vložka s katalyzátorem je tvořena soustavou souběžných kanálů.
Katalyzátor obsahuje kov vybraný ze skupiny Fe, Ni, Co nebo jejich libovolnou kombinaci.
Podle uvedeného způsobu a zařízení, zaměřeného zejména na kogeneraci elektřiny a tepla, lze používat nejen dřevné peletky, ale také peletky s nízkým obsahem (do asi 10 až 20 hmotn.%) rostlinné biomasy, pilin z lepených desek například dřevo-pilinových, dřevovláknitých, dřevotřískových aj. s vyšším obsahem dusíku, přičemž celkový obsah dusíku ve směsných peletkách by neměl přesahovat 1,5 až 2 hmotn. %. Koksík $ vyšším obsahem cenných alkalických složek se dá používat k zúrodnění půd jako tzv. bio-char (bio-koksík). Celkové výstupní množství koksíku s popelem z přepadu, z cyklonu a z filtru je pod 2 hmotn. % vstupní biomasy. Kondenzační voda obsahuje oproti případu zmíněnému ve stavu techniky jen asi třetinový obsah amoniaku, tj. asi 0,3 g/litr kondenzátu. Kondenzát má podobně jako v případu zmíněném ve stavu techniky velmi
-3 CZ 303367 B6 nízký obsah vyšších aromatických sloučenin a může být použit jako mírné kapalné hnojivo buď po neutralizaci, nebo i bez neutralizace.
Přehled obrázku na výkrese
Vynález je blíže osvětlen pomocí výkresu, v němž obrázek představuje schéma jednoho z možných provedení vynálezu.
io
Příklady provedení vynálezu
Příklad I
Schéma zařízení podle technického řešení pro zplyňování upravené biomasy a využití topného plynu pro výrobu elektrické energie a teplaje znázorněno na obr. 1. Upravená biomasa-peletky I se dávkují ze zásobníku 2 pomocí šnekového podavače 3 v horizontální trubce 4 dávkovače do vlastního pyrolyzního a zplyňovacího reaktoru 5. Reaktor 5 je v podstatě svislá, vertikální trubka
2o 6 v horní části 7 aspoň jednou konusovitě rozšířená na větší průměr 8. Ve spodní části je vertikální trubka 6 opatřena pláštěm 9 a ve vzniklém meziprostoru spirálovou přepážkou 10 pro spirálové proudění vyhřívacího plynu přiváděného přívodem H a odváděného výstupem 12 plynu. Uvnitř vertikální trubky 6 je v její spodní části instalován šnekový dopravník J_3 pro dopravu upravené biomasy směrem vertikálním, šroubovicovým pohybem směrem nahoru. Nad horním koncem šnekového dopravníku 13 je přívod 14 primárního zplyňovacího vzduchu tvořený otvory nebo tryskami ve stěně trubky 6. Nad konusovitou částí je přiváděn předehřátý sekundární zplyňovací vzduch jednak přívodem 5 stěnou jednak trubky s větším průměrem 8 a jednak distributorem (tryskami) 6 ve střední části většího průměru horní trubky 8.
Vyrobený surový plyn vystupuje z reaktoru 5 konusovitou přechodovou částí 17 do části odvodní trubky s katalyzátorem J_8 pro katalyticko-termický rozklad amoniaku v surovém plynu. Tento katalyzátor je umístěn v průchozí vložce navazující na přechodovou část 17. Dále plyn vstupuje do cyklonu 19, kde se separují prachové částice koksíku s popelem asi nad 7 μπι (asi 5 až 70 μπι). Tento prach je hromaděn v zásobníku 20 pod cyklonem J9. Větší nezreagované (nezply35 něné) částice koksíku 21 přepadávají přes horní okraje trubky 6 většího průměru 8 na šikmé dno 22 a jsou hromaděny ve výsypce 23, odkud jsou podle potřeby odstraňovány pomocí např. šneku nebo zařízení se dvěma ventily. Vyrobený plyn je za cyklonem veden do dvou výměníků tepla 24, 25, kde se předehřívá postupně např. sekundární zplyňovací vzduch 26 a primární zplyftovací vzduch 27, dále je ochlazen ve výměníku tepla 28 pro využitelné ohřevy a je veden do přívodu
H jako vyhřívací plyn pro sušení a mírnou pyrolýzu (torefikaci) upravené biomasy (peletek). Z výstupu 12 vyhřívacího plynu z vyhřívací části reaktoru 5 je tento plyn eventuálně dále ochlazen a vstupuje do látkového filtru 29, kde se odloučí jemný koksíkový prach s popelem (0,1 až 10 μιη) (30) za teploty 90 až 150 °C. Odprášený plyn je potom veden do kondenzátoru 31 vodních par, kde je plyn za teploty 15 až 35 °C zbaven velké částí vodních par a zbytku amoniaku a eventuálně malé části organických sloučenin. Z kondenzátoru 31 je odebírán vodní kondenzát 32 s nízkým obsahem amoniaku, plyn je potom mírně ohřát nad teplotu rosného bodu a je veden jako plynné palivo do plynového motoru 33, který pohání elektrický generátor 34 pro výrobu elektrické energie. Tepelná energie výfukových plynů a chlazení plynového motoru může být dále využita k různým ohřevům 35 nebo může být použita k sušení a torefikaci biomasy v reakto50 ru 5 s vertikálním šnekem přívodem TL
-4CZ 303367 B6
Příklad 2
V zařízení o tepelném výkonu 100 kW (vstup 21 kg/h dřevěných peletek, průměr 6 mm, výhřev5 nost asi 17,2 MJ/kg). Peletky mají, 8,5 hmotn. % vlhkosti, obsah popela asi 0,6 hmotn. %. Kvůli zabránění průniku vyrobeného plynu do spodní části zplyňovaěe a do zásobníku je použit promývací (těsnicí) plyn, dusík a CO2 1:1, celkem asi 1 m3/h. Prim. vzduch je přiváděn v takovém množství, že stechiometrický poměr ER = 0,3, sekundární vzduch je přiváděn v množství odpovídající ER = 0,20. Nejvyšší teplota vyrobeného plynu je 1150 °C, odstranění amoniaku probíhá ío katalyticky při teplotě 1050 °C. V cyklonu je teplota asi 950 °C. Na výstupu z 1. výměníku tepla má vyrobený plyn teplotu asi 800 °C, na výstupu z 2. výměníku je teplota plynu okolo 600 °C. Na vstupu do meziplášťového prostoru je teplota vyhřívacího plynu (spaliny z plynového motoru) asi 450 °C, na výstupu je teplota asi 250 °C. Po ochlazení (např. vzduchem a částečným využitím tepla pro výrobu páry) je produkovaný plyn s drobnými prachovými částicemi prachem veden do látkového filtru, kde je teplota přibližně okolo 110 až 120 °C. V kondenzátoru s průtokem studené chladicí vody asi 1 až 2 litry/s kondenzuje pára z plynu v množství asi 4 litry/h (koncová teplota kondenzátoru je asi 24 °C). Obsah amoniaku v kondenzační vodě je okolo 0,28 g/l a obsah organických (hlavně aromatických) látek je pod 0,6 mg/1. Obsah dusíku ve vyrobeném suchém plynuje pod 44 obj. %, koncentrace dehtu a prachu ve vstupném plynu do motoru je < 5 mg/Nm3 a výhřevnost plynuje okolo 5,2 MJ/Nm3. Účinnost výroby elektřiny pomocí zplyňování, spalování vyrobeného plynu v plynovém spalovacím motoru a pomocí elektrického generátoru je asi 25 %. Nízké koncentrace dehtových sloučenin (naftalen a vyšší PAH) a prachu ve vyčištěném plynu umožňují poměrně dlouhodobý a spolehlivý chod spalovacího motoru bez nutnosti častých odstávek a čištění přívodních cest, motoru a výměny motorového oleje. Užitečné teplo na vnější ohřevy (voda, pára, vzduch) je asi 45 kW (tj. asi 45 % vstupní energie dřeva). Celkové ztráty energie (tepla) jsou přibližně 30 kW, tj. asi 30 % vstupní energie paliva %. Celkový výstup koksíku a popela 0,30 kg/h tj. pod 1,5 hmotn. % vstupní biomasy. Polovina koksíku s popelem se vrací k výrobě peletek s přídavkem koksíku (pod 1 % hmotn., který v podstatě téměř neovlivňuje vlastnosti peletek.
Průmyslová využitelnost
Vynález lze využít na zařízeních pro zpracování biomasy pro energetické účely zplyňováním, příkladně pro kogeneraci elektrické energie pomoci převedení pevných bio-paliv na plynná paliva, která mohou být využita v plynových spalovacích motorech. Zařízení s využitím topného plynu pro výrobu elektrické energie a teplaje vhodné zejména pro tepelné výkony 50 až 400 kW, s výhodou 80 až 200 kW.
Claims (11)
1. Způsob zplyňování upravené biomasy ve vertikálním reaktoru sestávajícího ze dvou technologických částí, vyznačující se tím, že v první části reaktoru se biomasa zbaví vlhkosti na úroveň 2 až 3 hmotn. % a částečně se pyrolyzuje ohřevem na teplotu 130 až 350 °C a ve druhé části reaktoru se obsah ohřeje pomocí zplyňovacího média s obsahem kyslíku na tep50 lotu nad 1000 °C za vzniku surového plynu, který se z horní sekce druhé části reaktoru odvádí k následnému vyčištění a odstranění pevných uhlíkatých částic a popele.
-5CZ 303367 B6
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zplyňovací médium obsahuje 0,35 až 0,65 násobek množství vzduchu pro stech iometrické spalování biomasy.
3. Způsob zplyňování biomasy podle nároků I a 2, vyznačující se tím, že surový plyn obsahující amoniak se před dalším čištěním vystaví při vertikálním vzestupném proudění za teploty 900 až 1200 °C kontaktnímu působení katalyzátoru s obsahem kovů ze skupiny Fe, Ni, Co pro termícko-katalytický rozklad amoniaku.
4. Způsob zplyňování biomasy podle kteréhokoliv z nároků Iaž3, vyznačující se tím, že upravenou biomasou jsou dřevěné peletky nebo směsné peletky o průměru 6 až 16 mm, velikostně tříděná a předsušená dřevní Štěpka o rozměrech 3 až 30 mm, peletky ze směsi dřevné a rostlinné biomasy, dřeva a odpadních uhlíkatých částic ze zplyňování nebo dřeva a odpadních materiálů z lepených dřevo-třískových desek, dřeva a kartónového papíru a z kombinací uvedených materiálů.
5. Zařízení ke zplyňování biomasy k provádění způsobu podle nároků 1 až 4, s použitím vertikálního reaktoru s dopravníkem a přívodem biomasy ve spodní části reaktoru a odvodem surového plynu v horní části reaktoru, vyznačující se tím, že reaktor (5) obsahuje ve spodní části trubku (6) s dopravníkem (13), která přechází do kónicky se rozšiřující horní částí (7, 8) s přívodem zplyňovacího média.
6. Zařízení ke zplyňování biomasy podle nároku 5, vyznačující se tím, že spodní část trubky (6) reaktoru (5) je opatřena pláštěm (9) s přívodem (11) ohřívacího média pro sušení a částečnou pyrolýzu biomasy na horním konci a výstupem (12) na dolním konci.
7. Zařízení ke zplyňování biomasy podle nároků 5a 6, vyznačující se tím, že přívod zplyňovacího média (15, 16) je rozčleněn do více po obvodu umístěných vstupů, které jsou situovány do nejméně dvou rozdílných vertikálních úrovní.
8. Zařízení ke zplyňování biomasy podle kteréhokoliv z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že maximální vnitřní průměr rozšířené horní části (8) reaktoru (6) je 1,4 až 2,5 násobek vnitřního průměru spodní části reaktoru (5).
9. Zařízení ke zplyňování biomasy podle kteréhokoliv z nároků 5až8, vyznačující se tím, že v odvodu surového plynu je umístěna průchozí vložka obsahující katalyzátor (18) pro termícko-katalytický rozklad amoniaku obsaženého v surovém plynu.
10. Zařízení ke zplyňování biomasy podle z nároku 9, vyznačené tím, že vložka s katalyzátorem (18) je tvořena soustavou souběžných kanálů.
11. Zařízení ke zplyňování biomasy podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že katalyzátor obsahuje kov z vybrané skupiny Fe, Ni, Co nebo jejich libovolnou kombinaci.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110404A CZ303367B6 (cs) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | Zpusob zplynování upravené biomasy a zarízení k jeho provádení |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110404A CZ303367B6 (cs) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | Zpusob zplynování upravené biomasy a zarízení k jeho provádení |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2011404A3 CZ2011404A3 (cs) | 2012-08-15 |
| CZ303367B6 true CZ303367B6 (cs) | 2012-08-15 |
Family
ID=46638030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110404A CZ303367B6 (cs) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | Zpusob zplynování upravené biomasy a zarízení k jeho provádení |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ303367B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ305706B6 (cs) * | 2014-11-28 | 2016-02-10 | Univerzita Jana Evangelisty Purkyně V Ústí Nad Labem | Zařízení na zplyňování biomasy a následné čištění energoplynu |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ290861B6 (cs) * | 2001-03-21 | 2002-10-16 | Ústav Chemických Procesů Av Čr | Způsob energetického vyuľití tuhých paliv s tlakovým zplyňováním a paro-plynovým cyklem a zařízení k jeho provádění |
| DE102008021966A1 (de) * | 2008-05-02 | 2009-11-12 | Hofmann, Kurt W., Dipl.-Ing. (FH) | Festbett-Vergasungsreaktor |
| CN102041099A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-05-04 | 周开根 | 等离子体喷枪协同气化的垃圾生物质气化炉 |
| CN102079998A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-06-01 | 林口信安建材板业有限公司 | 一种双流式生物质气化燃气净化装置 |
-
2011
- 2011-07-01 CZ CZ20110404A patent/CZ303367B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ290861B6 (cs) * | 2001-03-21 | 2002-10-16 | Ústav Chemických Procesů Av Čr | Způsob energetického vyuľití tuhých paliv s tlakovým zplyňováním a paro-plynovým cyklem a zařízení k jeho provádění |
| DE102008021966A1 (de) * | 2008-05-02 | 2009-11-12 | Hofmann, Kurt W., Dipl.-Ing. (FH) | Festbett-Vergasungsreaktor |
| CN102041099A (zh) * | 2010-12-22 | 2011-05-04 | 周开根 | 等离子体喷枪协同气化的垃圾生物质气化炉 |
| CN102079998A (zh) * | 2010-12-29 | 2011-06-01 | 林口信安建材板业有限公司 | 一种双流式生物质气化燃气净化装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ305706B6 (cs) * | 2014-11-28 | 2016-02-10 | Univerzita Jana Evangelisty Purkyně V Ústí Nad Labem | Zařízení na zplyňování biomasy a následné čištění energoplynu |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2011404A3 (cs) | 2012-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7353993B2 (ja) | 都市固形廃棄物（ｍｓｗ）原料に由来する高生物起源濃度のフィッシャー－トロプシュ液体の製造プロセス | |
| Heidenreich et al. | New concepts in biomass gasification | |
| Bridgwater et al. | A review of biomass pyrolysis and pyrolysis technologies | |
| US9011724B2 (en) | Method and device for producing low-tar synthesis gas from biomass | |
| AU2014366885B2 (en) | Process and apparatus for cleaning raw product gas | |
| EP2350233A1 (en) | Method and apparatus for producing liquid biofuel from solid biomass | |
| RU2333929C1 (ru) | Способ и установка для газификации твердого топлива | |
| Cheng et al. | Allothermal gasification of biomass using micron size biomass as external heat source | |
| US20220081630A1 (en) | Feedstock Processing Systems And Methods For Producing Fischer-Tropsch Liquids And Transportation Fuels | |
| US11525097B2 (en) | Feedstock processing systems and methods for producing fischer-tropsch liquids and transportation fuels | |
| AU2020289604A1 (en) | Production of products from biomass | |
| KR101890952B1 (ko) | 기류 건조기를 포함하는 탄소 연료의 가스화 복합 설비 | |
| US20230234843A1 (en) | Systems and methods for producing carbon-negative green hydrogen and renewable natural gas from biomass waste | |
| CZ303367B6 (cs) | Zpusob zplynování upravené biomasy a zarízení k jeho provádení | |
| RU106246U1 (ru) | Установка для переработки органического сырья | |
| James Rivas | The effect of biomass, operating conditions, and gasifier design on the performance of an updraft biomass gasifier | |
| Kumar et al. | A review on wood downdraft gasifier plant design for Biomethane gas production | |
| Htut et al. | Experimental Investigation of the Pilot Scale Downdraft Gasifier | |
| RU2763291C1 (ru) | Способ производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника и установка для его реализации | |
| Piechocki et al. | Thermal gasification of waste biomass from agriculture production for energy purposes | |
| Thawichsri et al. | Gasification of Waste High Density Polyethylene/Wood Chip Mixtures in a Continuous Downdraft Gasifier System | |
| BG66586B1 (bg) | Метод и инсталация за преработка на отпадни въглеводородни продукти и оползотворяване на получените от преработката продукти |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180701 |