CZ33086U1

CZ33086U1 - Torrefaction equipment for porous biomass

Info

Publication number: CZ33086U1
Application number: CZ2019-36333U
Authority: CZ
Inventors: Petr Zima; Ondřej Záhora; Ondřej Němček; Jaroslav Frantík
Original assignee: MOBIKO a.s.; Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2019-08-06

Description

Technické řešení se týká zařízení k torefakci, tj. nízkoteplotní pyrolýze, zejména stébelnaté biomasy, v reaktoru ohřátou plynnou frakcí z procesu torefakce.The invention relates to a device for torrefaction, i.e. low-temperature pyrolysis, in particular of stalk biomass, in a reactor with a heated gas fraction from the torrefaction process.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Biomasa je důležitým zdrojem využitelné energie, nicméně v přírodě se vyskytuje v různých formách, které často činí její efektivní využití problematickým. Jedná se zejména o překážky logistické povahy. Torefakce spolu se zhutňováním (peletizace, briketování) představuje cestu, jak tyto překážky překonat a uvést biomasu do stabilní formy vhodné pro dopravu, skladování a konečné využití.Biomass is an important source of usable energy, but in nature it occurs in various forms, which often make its efficient use problematic. These are mainly logistical obstacles. Torrefaction together with compaction (pelletizing, briquetting) is a way to overcome these barriers and put biomass in a stable form suitable for transport, storage and end use.

Torefakce je tepelně-chemické zpracování biomasy při teplotách od 200 do 350 °C za atmosférického tlaku a za nepřítomnosti kyslíku, tedy bez přístupu vzduchu. Během torefakčního procesu se z biomasy uvolňují voda a prchavé látky a částečně se rozloží v biomase obsažené biopolymery (celulóza a lignin). Konečným produktem je pevný suchý černý materiál označovaný jako biouhel.Torrefaction is the thermo-chemical treatment of biomass at temperatures from 200 to 350 ° C under atmospheric pressure and in the absence of oxygen, ie without air. During the torrefaction process, water and volatile substances are released from the biomass and partially decomposed by the biomass contained in the biopolymers (cellulose and lignin). The final product is a solid dry black material known as biochar.

Známá torefakční zařízení jsou tvořena protáhlým vodorovným válcovým reaktorem, ve kterém je biomasa během zpracování posouvána šnekovým dopravníkem. Vnitřní plášť reaktoru je obklopen vnějším pláštěm, přičemž mezi plášti je v protiproudu vedeno topné plynné medium ohřáté ve výměníku tepla. Topné medium je z větší části tvořeno párou a prchavými látkami uvolněnými v reaktoru z biomasy. V reaktoru je plocha pro výměnu tepla mezi topným mediem abiomasou vymezena právě jen plochou vnitřního pláště. To si vyžaduje konstrukci dlouhých štíhlých reaktorů, případně reaktorů dělených do více stupňů. Tyto reaktory se používají i k torefakci velmi porézní biomasy, jako jsou stébelniny - seno nebo sláma, které mají velmi nízký koeficient přestupu tepla.The known torrefaction devices consist of an elongated horizontal cylindrical reactor in which the biomass is moved by a screw conveyor during processing. The inner jacket of the reactor is surrounded by the outer jacket, with the heating medium heated in the heat exchanger being guided countercurrently between the jacket. The heating medium is largely made up of steam and volatile substances released from the biomass reactor. In the reactor, the heat exchange surface between the heating medium and the abiomas is defined only by the inner jacket surface. This requires the construction of long slender reactors or multi-stage reactors. These reactors are also used to torrefect highly porous biomass, such as hay or straw, which have a very low heat transfer coefficient.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout torefakční zařízení umožňující efektivní zpracování zejména stébelnaté biomasy.The aim of the technical solution is to design a torrefaction device enabling efficient processing of stalk biomass in particular.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedený úkol řeší torefakční zařízení pro porézní biomasu tvořené reaktorem, ve kterém je biomasa vystavena teplu ohřívaného plynného topného media tvořeného párou a prchavými látkami uvolněnými v reaktoru. Podstata zařízení spočívá v tom, že přívod topného media je zaústěn přímo do biomasy na výstupním konci reaktoru a výstup topného media z biomasy se nachází na vstupním konci reaktoru.This object is solved by a reactor for porous biomass formed by a reactor in which the biomass is exposed to the heat of a heated gaseous heating medium consisting of steam and volatile substances released in the reactor. The essence of the apparatus is that the heating medium inlet is connected directly to the biomass at the outlet end of the reactor and the biomass heating medium outlet is at the inlet end of the reactor.

Topné medium může být s výhodou recirkulováno. Součástí zařízení je pak recirkulační okruh topného media, přičemž za výstupem topného media z reaktoru je zařazen odběr části topného media ke kondenzaci kapalné frakce a odloučení plynné frakce.Preferably, the heating medium may be recirculated. Part of the equipment is then a recirculation circuit of the heating medium, with the downstream of the heating medium leaving the reactor downstream of a part of the heating medium for condensing the liquid fraction and separating the gas fraction.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresu, na němž je na obr. 1 schéma výhodného zapojení torefakčního zařízení.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The technical solution will be further elucidated by means of the drawing, in which FIG.

- 1 CZ 33086 U1- 1 GB 33086 U1

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions

Podstatnou součásti torefakčního zařízení je reaktor 1 opatřený šnekovým dopravníkem, který posouvá biomasu přiváděnou na vstupní konec reaktoru 1 dopravníkem 2 surové biomasy z násypky 3. Na výstupním konci reaktoru 1 se nachází zásobník 4 biouhlu. Na výstupním konci reaktoru 1 se přímo do zpracované biomasy přivádí topné plynné medium. Na vstupním konci reaktoru 1 jsou z čerstvé biomasy spolu s vychlazeným topným mediem odváděny pára a prchavé látky uvolněné v procesu torefakce z biomasy. Vstupují zde do recirkulačního okruhu. Do recirkulačního okruhu je zapojen recirkulační ventilátor 5 a výměník 6 tepla. V něm se recirkulující medium ohřívá na teplotu 200 až 350 °C a je vedeno na výstup reaktoru 1 přímo do biomasy. Prochází biomasou ke vstupnímu konci reaktoru 1. a předává biomase teplo.An essential part of the torrefaction device is a reactor 1 provided with a screw conveyor, which feeds the biomass fed to the inlet end of the reactor 1 with the raw biomass conveyor 2 from the hopper 3. At the outlet end of the reactor 1 is a biochar storage container 4. At the outlet end of the reactor 1, the heating gaseous medium is fed directly to the processed biomass. At the inlet end of the reactor 1 steam and volatile substances released in the biomass torrefaction process are removed from the fresh biomass together with the cooled heating medium. They enter the recirculation circuit here. A recirculation fan 5 and a heat exchanger 6 are connected to the recirculation circuit. In it, the recirculating medium is heated to a temperature of 200 to 350 ° C and is led to the outlet of the reactor 1 directly into the biomass. It passes through the biomass to the inlet end of the reactor 1 and transfers heat to the biomass.

Vzhledem k velké porozitě biomasy je tlaková ztráta topného media přijatelná, přičemž výhodou je velká teplosměnná plocha, kterou vlastně tvoří povrch stébelnaté náplně reaktoru L·Due to the high porosity of the biomass, the pressure drop of the heating medium is acceptable, with the advantage of the large heat exchange surface, which actually constitutes the surface of the L-bed charge.

Z recirkulačního okruhu topného media, které se neustále v reaktoru i doplňuje, je jeho část odváděna k dalšímu zpracování. V kondenzátoru 7 se z něj odděluje kapalná frakce, jež se shromažďuje v jímce 8 kondenzátu, od plynné frakce 9 odváděné k dalšímu využití. Recirkulované topné medium se ve výměníku 6 tepla ohřívá spalinami ze spalovací komory 10, kam je přiváděno palivo 11 a prostřednictvím ventilátoru 12 spalovací vzduch.A part of the heating medium recirculation circuit, which is constantly being replenished in the reactor, is diverted for further processing. In the condenser 7, the liquid fraction, which is collected in the condensate well 8, is separated from it from the gaseous fraction 9 discharged for further use. The recirculated heating medium is heated in the heat exchanger 6 by the flue gas from the combustion chamber 10, where the fuel 11 is supplied and by the combustion fan 12 the combustion air.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

A porous biomass torrefaction apparatus comprising a reactor (1), in which the biomass is exposed to the heat of a heated gaseous heating medium consisting of steam and volatile matter released in the reactor, characterized in that the heating medium inlet is connected directly to the biomass at the outlet end of the reactor ( 1) and the biomass heating medium outlet is located at the inlet end of the reactor (1).

Apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a heating medium recirculation circuit, downstream of the heating medium outlet from the reactor (1) being a part of the heating medium for condensing the liquid fraction and separating the gaseous fraction.

1 drawing