CZ34777U1 - Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů - Google Patents

Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů Download PDF

Info

Publication number
CZ34777U1
CZ34777U1 CZ202038147U CZ202038147U CZ34777U1 CZ 34777 U1 CZ34777 U1 CZ 34777U1 CZ 202038147 U CZ202038147 U CZ 202038147U CZ 202038147 U CZ202038147 U CZ 202038147U CZ 34777 U1 CZ34777 U1 CZ 34777U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
biochar
treatment
biowaste
hydrothermochemical
biofuel
Prior art date
Application number
CZ202038147U
Other languages
English (en)
Inventor
Sergej Usťak
Sergej Ing Usťak
Jakub Muňoz
Jakub Ing. Muňoz
Original Assignee
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i. filed Critical Výzkumný ústav rostlinné výroby, v. v. i.
Priority to CZ202038147U priority Critical patent/CZ34777U1/cs
Publication of CZ34777U1 publication Critical patent/CZ34777U1/cs

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/13—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/14—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening with addition of chemical agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C10L5/442—Wood or forestry waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/46—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on sewage, house, or town refuse
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/48—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on industrial residues and waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/06—Sludge reduction, e.g. by lysis
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/20—Sludge processing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Description

Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů
Oblast techniky
Řešení se týká biopaliva na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů, včetně kontaminovaných škodlivými látkami, zejména kalů z čistíren odpadních vod (COV), s příměsí dalších látek (papírenské kaly a/nebo dřevnaté piliny) zvyšujících užitné vlastnosti tohoto směsného biopaliva.
Dosavadní stav techniky
Současná odpadová politika Evropské unie směřuje k vytvoření účinného systému nakládání s bioodpady, včetně kalů z čistíren odpadních vod (COV) a digestátů z bioplynových stanic (BPS), s minimálním dopadem na životní prostředí. Stoupající trend produkce zmíněných bioodpadů lze očekávat i do budoucna z důvodu zpřísnění požadavků na kvalitu vyčištěné vody. Proto je důležitý vývoj nových postupů a technologií pro úpravu těchto bioodpadů.
Jedním z nejvíce perspektivních způsobů zpracování bioodpadů s vysokým obsahem vlhkosti, zejména kalů COV a digestátů BPS, se může stát jejich hydrotermochemická (HTCh) úprava, pomocí které lze získat hodnotný výstupní produkt, tzv. biouhel (v zahraniční literatuře často označovaný jako hydrochar), který se bude moci využívat buď jako zlepšovač, neboli kondicionér půdy, nebo jako biopalivo. Jedná se o termochemický proces přeměny vlhké biomasy na homogenní pevnou látku bohatou na uhlík (uhlí podobná hmota) jako hlavní produkt, dále procesní kapalinu obsahující v roztoku různé meziprodukty přeměny biomasy (tzv. bioolej) a poměrně malé množství (cca 2 až 10 % hmotnosti původní biomasy) plynného produktu sestávajícího hlavně z oxidu uhličitého (CO2). Hydrolýza, dehydratace, dekarboxylační aromatizace a kondenzační polymerace jsou hlavními HTCh reakcemi. Hlavními procesními parametry HTCh úpravy jsou reakční teplota (obvykle v rozsahu 180 až 250 °C), na teplotě závislý procesní tlak vodní páry (obvykle v rozsahu 1 až 5 MPa), reakční doba (obvykle v rozsahu 0,5 až 72 hodin), druh chemické sloučeniny a množství přídavné látky nebo katalyzátoru, vstupní podíl sušiny biomasy ve vodní suspenzi (obvykle v rozsahu 5 až 20 %). Velmi důležité je rovněž složení a původ samotného bioodpadů jako vstupní suroviny.
Hlavní výhodou HTCh úpravy bioodpadů ve srovnání s ostatními druhy termického zpracování (především různými způsoby suché pyrolýzy) jsou minimální emise škodlivin do ovzduší a možnost použití mokrých surovin bez nutnosti jejich předsušení. HTCh úprava usnadňuje odvodňování biomasy a je to proto zajímavá technika pro úpravu všech mokrých biosurovin, zejména kalů COV a digestátů BPS. Protože proces HTCh probíhá v uzavřeném systému, nedochází k fázové změně vlhkosti během procesu. Vlhkost spotřebovává specifické teplo, zatímco odpařovací teplo se v procesu nevyužívá. Spotřeba energie by proto mohla být snížena až o 70 % ve srovnání s konvenčním sušením. Další výhodou HTCh upravených bioodpadů ve srovnání s neupravenými je vysoká separovatelnost tuhého podílu z vodní suspenze, což umožňuje snadnou regulaci obsahu vody, která je v neupravených fermentačních zbytcích obvykle vyšší než 75 % hmotnostních, a tím i zajištění ekonomicky přijatelných podmínek pro transport na větší vzdálenosti. Proto lze s výhodou konečný produkt jednoduchou mechanickou separací přeměnit z kapalné formy (suspenze) na tuhý substrát s celkovou sušinou vyšší než 40 %. Termín biouhel se používá pro produkty z více způsobů tepelné úpravy biomasy, proto je nutno striktně rozlišovat biouhel získaný termickou pyrolýzou suchou cestou a HTCh biouhel získaný mokrou cestou v hermeticky uzavřeném systému. Tento uhlí podobný produkt je v zahraniční literatuře často označovaný jako hydrochar. HTCh biouhel má topné vlastnosti podobné hnědému uhlí neboli lignitu, je drobivý a je vhodný pro peletování, dále je více hydrofobní, má nižší teploty tavíte Inosti popelu, a hlavně má ve srovnání s původní surovinou vyšší spalné teplo a výhřevnost, což jej činí příznivějším pro spalování.
CZ 34777 UI
V případě zpracování kontaminovaných bioodpadů je HTCh úprava schopna zajistit rozklad většiny organických škodlivin a snížení obsahu vybraných rizikových prvků, přičemž výstupní kvalitu lze poměrně snadno regulovat změnou procesních parametrů, především teplotou, dobou úpravy a přidáním vhodných chemických látek jako katalyzátorů. Výhodou HTCh úpravy fermentačních zbytků je rovněž likvidace veškerých patogenních mikroorganizmů a tím minimalizace hygienických rizik dalšího využití vzniklých produktů.
S ohledem na vysoký obsah popelu v kalech COV a digestátech BPS jsou výsledné hodnoty spalného tepla a výhřevnosti HTCh biouhlu z těchto surovin obvykle podstatně nižší (obvykle o cca 20 až 30 %) ve srovnání s HTCh produkty z jiných druhů biomasy, především lesnické a zemědělské biomasy. Dále obvykle je vyšší i obsah většiny kovových prvků, včetně rizikových. Z těchto důvodů je žádoucí používat HTCh biouhel z kalů COV a digestátu BPS ve směsi s vhodnými druhy biomasy, které vylepší užitné vlastnosti výsledného směsného biopaliva.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky odstraňuje biopalivo podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že základem směsného pálívaje biouhel z hydrotermochemické úpravy bioodpadů, včetně kontaminovaných škodlivými látkami, zejména kalů z čistíren odpadních vod. Hmotnostní podíl základní složky, tj. hydrotermochemického biouhlu v celkovém substrátu činí 40 až 70 % v přepočtu na sušinu. Dalšími příměsemi určenými pro zvýšení užitné hodnoty cílového směsného biopaliva jsou papírenské kaly a/nebo dřevnaté piliny, a to v množství 30 až 60 % hmotnosti v přepočtu na sušinu. Hmotnostní podíl vlhkosti v celkové směsi činí maximálně 18 % hmotnosti.
Příklad uskutečnění technického řešení
Následující příklad provedení biopaliva a jeho základní složky technické řešení pouze dokládá, aniž by jakkoliv omezoval.
Příklad 1
Základní složka biopaliva biouhel byl zhotoven hydrotermochemickou úpravou anaerobně stabilizovaného kalu z komunální čistírny odpadních vod (COV Údlice u Chomutova). Obsah sušiny v separovaném kalu byl 21,4 %, podíl organické sušiny byl 68,2 % celkové sušiny. Procesní podmínky HTCh úpravy tohoto kalu COV byly následující: obsah sušiny tuhého podílu substrátu na vstupu 15 %, teplota 220 °C, čas 12 hodin, přidané chemikálie - koncentrovaná kyselina octová v množství 10 ml na 1 litr vodní suspenze substrátu. Stupeň dosažené karbonizace a tím i stabilizace organického podílu tohoto kalu dokládá výrazné snížení poměru obsahu O:C v organické sušině z původních 0,53 na 0,12 aH:C z původních 1,94 na 1,21. Celkový obsah sušiny hydrotermochemicky upraveného substrátu (biouhlu) byl před mechanickém odvodněním 12,6 %, po odvodnění 42,6 %, z toho podíl organické sušiny byl 58,3 % celkové sušiny. Směsné biopalivo bylo připraveno smícháním a důkladnou homogenizací základní složky odvodněného hydrotermochemického biouhlu, a to v množství odpovídajícím 55 % podílu celkové hmotnosti sušiny finálního substrátu, dále 25 % podílu hmotnosti sušiny smrkových pilin a 20 % hmotnosti sušiny papírenského kalu. Dále toto směsné biopalivo bylo vysušeno v sušárně na 14,8 % vlhkosti. Spalné teplo takto připraveného biopaliva bylo 20,2 MJ/kg sušiny.
Průmyslová využitelnost
Biopalivo je podle uvedeného technického řešení možno průmyslově vyrábět. Při výrobě přípravku jsou účelně využívány problémové bioodpady, včetně odpadů nadmíru kontaminovaných
CZ 34777 UI škodlivými látkami, zejména kalů z čistíren odpadních vod. Vlastnosti směsného biopaliva jsou vhodné pro jeho peletizaci.

Claims (2)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů, včetně 5 kontaminovaných škodlivými látkami, zejména kalů z čistíren odpadních vod, vyznačující se tím, že obsahuje v celkové směsi 40 až 70 % hmotnosti sušiny hydrotermochemického biouhlu a 30 až 60 % hmotnosti sušiny papírenských kalů a/nebo dřevnatých pilin.
  2. 2. Biopalivo dle nároku 1, vyznačující se tím, že nejvyšší obsah jeho celkové vlhkosti je 18 % ίο hmotnosti a spalné teplo dosahuje nejméně 18 MJ/kg sušiny.
CZ202038147U 2020-10-21 2020-10-21 Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů CZ34777U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ202038147U CZ34777U1 (cs) 2020-10-21 2020-10-21 Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ202038147U CZ34777U1 (cs) 2020-10-21 2020-10-21 Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ34777U1 true CZ34777U1 (cs) 2021-01-19

Family

ID=74188285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ202038147U CZ34777U1 (cs) 2020-10-21 2020-10-21 Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ34777U1 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garlapalli et al. Pyrolysis of hydrochar from digestate: Effect of hydrothermal carbonization and pyrolysis temperatures on pyrochar formation
Akarsu et al. Sustainable valorization of food wastes into solid fuel by hydrothermal carbonization
Leng et al. Aqueous phase recirculation during hydrothermal carbonization of microalgae and soybean straw: a comparison study
Peng et al. Production of char from sewage sludge employing hydrothermal carbonization: char properties, combustion behavior and thermal characteristics
Kim et al. Upgrading the fuel properties of sludge and low rank coal mixed fuel through hydrothermal carbonization
Lee et al. Hydrothermal carbonization of lipid extracted algae for hydrochar production and feasibility of using hydrochar as a solid fuel
Zhou et al. The influence of manure feedstock, slow pyrolysis, and hydrothermal temperature on manure thermochemical and combustion properties
Missaoui et al. Hydrothermal carbonization of dried olive pomace: Energy potential and process performances
Villamil et al. Valorisation of the liquid fraction from hydrothermal carbonisation of sewage sludge by anaerobic digestion
Xiao et al. Speciation and transformation of nitrogen for spirulina hydrothermal carbonization
US9416374B2 (en) Method for treating lignocellulose-bearing materials
Liu et al. Co-hydrothermal carbonization of cellulose, hemicellulose, and protein with aqueous phase recirculation: Insight into the reaction mechanisms on hydrochar formation
CN103951153B (zh) 一种废塑料与污泥混合制备炭吸附材料的方法及系统
RU2007121675A (ru) Способ превращения твердых биоотходов в возобновляемое топливо
Wiśniewski et al. The pyrolysis and gasification of digestate from agricultural biogas plant
Huezo et al. Hydrothermal carbonization of anaerobically digested sewage sludge for hydrochar production
US20120042566A1 (en) Preparation of biofuels and other useful products such as 5-(hydroxymethyl)-furfural
WO2017000444A1 (zh) 生物化学—热化学多点交联处理生物质废物的方法及系统
Murillo et al. Valorization of oat husk by hydrothermal carbonization: Optimization of process parameters and anaerobic digestion of spent liquors
Wang et al. Energy yield optimization of co-hydrothermal carbonization of sewage sludge and pinewood sawdust coupled with anaerobic digestion of the wastewater byproduct
Jia et al. Effects of ultrasonic treatment on the pyrolysis characteristics and kinetics of waste activated sludge
Ghasemzadeh et al. Optimizing the effect of hydrochar on anaerobic digestion of organic fraction municipal solid waste for biogas and methane production
Mkhwanazi et al. Production of biocoal from wastewater sludge and sugarcane bagasse using hydrothermal carbonization
Sathyan et al. Effect of thermal pretreatments on biogas production and methane yield from anaerobic digestion of aquatic weed biomass Hydrilla verticillata
CZ34777U1 (cs) Biopalivo na bázi biouhlu z kombinované hydrotermochemické úpravy bioodpadů

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20210119