EA034502B1 - Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste - Google Patents

Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste Download PDF

Info

Publication number
EA034502B1
EA034502B1 EA201800579A EA201800579A EA034502B1 EA 034502 B1 EA034502 B1 EA 034502B1 EA 201800579 A EA201800579 A EA 201800579A EA 201800579 A EA201800579 A EA 201800579A EA 034502 B1 EA034502 B1 EA 034502B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
temperature
pyrolysis
biomass
low
reactor
Prior art date
Application number
EA201800579A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201800579A1 (en
Inventor
Рафаил Львович Исьемин
Александр Валерьевич Михалёв
Олег Юрьевич Милованов
Дмитрий Владимирович Климов
Сергей Николаевич Кузьмин
Валентин Васильевич Коняхин
Вадим Станиславович Кох-Татаренко
Ольга Михайловна Ларина
Виктор Михайлович Зайченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет"
Акционерное Общество "Продмаш"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет", Акционерное Общество "Продмаш" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет"
Priority to EA201800579A priority Critical patent/EA034502B1/en
Publication of EA201800579A1 publication Critical patent/EA201800579A1/en
Publication of EA034502B1 publication Critical patent/EA034502B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02Biological treatment
    • C02F11/04Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of communal services, agriculture and egergy, in particular, to a method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biomass, including biowaste such as solid domestic waste, manure, dropping, wood waste, sunflower, millet, rice, etc. husks.

Description

Область техникиTechnical field

Данное изобретение относится к области коммунального хозяйства, сельскохозяйственного производства и энергетики, в частности к способу получения из биомассы, включая такие виды биоотходов, как твердые бытовые отходы, навоз, помет, древесные отходы, лузга подсолнечника, проса, риса и т.п., гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол.This invention relates to the field of public utilities, agricultural production and energy, in particular to a method for producing from biomass, including such types of biowaste as municipal solid waste, manure, litter, wood waste, husk of sunflower, millet, rice, etc., granular biofuels and low tar synthesis gas.

Уровень техникиState of the art

Биоотходы подвергаются термохимической обработке, которая заключается в предварительной сушке и низкотемпературном пиролизе биомассы, т.е. в нагреве биомассы до температуры 150-300°C в реакторе в газовой среде с низким содержанием кислорода.Bio waste is subjected to thermochemical treatment, which consists in preliminary drying and low-temperature pyrolysis of biomass, i.e. in heating biomass to a temperature of 150-300 ° C in a reactor in a gaseous environment with a low oxygen content.

При низкотемпературном пиролизе биомассы из нее удаляются негорючие компоненты: влага и, в значительной степени, кислород. Потери водорода при этом оказываются незначительными, благодаря чему повышается теплота сгорания термообработанной биомассы.With low-temperature pyrolysis of biomass, non-combustible components are removed from it: moisture and, to a large extent, oxygen. The loss of hydrogen in this case is negligible, due to which the heat of combustion of the heat-treated biomass increases.

При низкотемпературном пиролизе из биомассы начинают выделяться смолы, которые заполняют поры в биомассе, а при ее охлаждении застывают, придавая биомассе гидрофобные свойства.During low-temperature pyrolysis, resins begin to precipitate from the biomass, which fill the pores in the biomass, and when it cools, they solidify, giving the biomass hydrophobic properties.

Кроме того, в биомассе погибают патогенные бактерии, а гидрофобные свойства биомассы препятствуют адсорбции атмосферной влаги и повторному размножению бактерий.In addition, pathogenic bacteria die in the biomass, and the hydrophobic properties of biomass prevent the adsorption of atmospheric moisture and the reproduction of bacteria.

Прессование биомассы происходит в пресс-грануляторах, в которых биомасса проталкивается с помощью роллеров через фильеры определенного диаметра и длины, обеспечивающие необходимое ее сжатие.The biomass is pressed in granulator presses, in which the biomass is pushed with the help of scooters through dies of a certain diameter and length, providing its necessary compression.

Процессы сушки, прессования, низкотемпературного пиролиза требуют больших затрат тепловой и электрической энергии. Например, только для прессования биомассы требуется порядка 200 кВт электрической энергии на 1 т получаемых гранул.The processes of drying, pressing, low-temperature pyrolysis require large expenditures of thermal and electric energy. For example, only for biomass pressing, about 200 kW of electric energy per 1 ton of produced granules is required.

С другой стороны, в процессе сушки и низкотемпературного пиролиза биомассы образуются вторичные источники тепловой энергии, использование которых может существенно повысить энергоэффективность процесса.On the other hand, in the process of drying and low-temperature pyrolysis of biomass secondary sources of thermal energy are formed, the use of which can significantly increase the energy efficiency of the process.

Также в процессе низкотемпературного пиролиза образуется не только твердый продукт, который не содержит патогенной микрофлоры, обладает более высокой теплотой сгорания и гидрофобностью, но и жидкие и газообразные продукты, которые содержат некоторое количество горючих веществ и которые могут быть соответствующим образом переработаны в синтез-газ.Also in the process of low-temperature pyrolysis, not only a solid product is formed that does not contain pathogenic microflora, has a higher calorific value and hydrophobicity, but also liquid and gaseous products that contain a certain amount of combustible substances and which can be suitably processed into synthesis gas.

Синтез-газ, в свою очередь, может быть использован как сырье для производства синтетического топлива, электрической и тепловой энергии.Synthesis gas, in turn, can be used as raw material for the production of synthetic fuel, electric and thermal energy.

Однако полученный таким образом синтез-газ должен быть очищен от твердых частиц и смол, концентрация которых должна быть снижена до 100 мг/м3. Очистка синтез-газа от твердых продуктов и, главным образом, от смол необходима потому, что смолы начинают конденсироваться при температуре ниже 200°C, что приводит к быстрому росту твердых отложений на всех необогреваемых поверхностях оборудования, что в значительной степени усложняет эксплуатацию оборудования для производства биотоплива и синтез-газа, а также оборудования для хранения и транспортировки синтез-газа и оборудования для его дальнейшей переработки.However, the synthesis gas thus obtained must be cleaned of solid particles and resins, the concentration of which must be reduced to 100 mg / m 3 . Purification of synthesis gas from solid products and, mainly, from resins is necessary because the resins begin to condense at temperatures below 200 ° C, which leads to the rapid growth of solid deposits on all unheated surfaces of the equipment, which greatly complicates the operation of equipment for production biofuels and synthesis gas, as well as equipment for the storage and transportation of synthesis gas and equipment for its further processing.

Также очевидно, что синтез-газ, содержащий значительное количество твердых частиц и смол, невозможно сжигать в двигателях внутреннего сгорания по причине быстрого износа цилиндров и поршневой группы этих двигателей.It is also obvious that synthesis gas containing a significant amount of solid particles and resins cannot be burned in internal combustion engines due to the rapid wear of the cylinders and piston group of these engines.

В патенте RU 2516533 C10J3/66, C10J3/48, C01B3/02 раскрыт способ и устройство для получения синтез-газа с низким содержанием смол.Patent RU 2516533 C10J3 / 66, C10J3 / 48, C01B3 / 02 discloses a method and apparatus for producing synthesis gas with a low resin content.

Способ предусматривает последовательную термохимическую обработку биомассы в реакторах с кипящим слоем, установленных друг за другом по ходу выделяющихся при термохимической обработке газов.The method provides for sequential thermochemical treatment of biomass in fluidized bed reactors installed one after the other along the gases released during thermochemical treatment.

При этом в первом реакторе происходит аллометрический процесс пиролиза в среде водяного пара при температуре 600-700°C, причем в реактор подводится дополнительная тепловая энергия с помощью электронагревателей.In this case, an allometric pyrolysis process takes place in the first reactor in a water vapor medium at a temperature of 600-700 ° C, and additional thermal energy is supplied to the reactor using electric heaters.

Во втором реакторе происходит процесс пиролиза при температуре 800-1000°C (предпочтительно 850-950°C), причем слой состоит из частиц кокса, вынесенных из первого реактора, которые поддерживаются в псевдоожиженном состоянии газообразными продуктами пиролиза, полученными в первом реакторе, а тепло в слой подается с помощь электронагревателей.In the second reactor, a pyrolysis process occurs at a temperature of 800-1000 ° C (preferably 850-950 ° C), the layer consisting of coke particles removed from the first reactor, which are maintained in a fluidized state by the gaseous pyrolysis products obtained in the first reactor, and heat fed into the layer with the help of electric heaters.

Недостатками способа и устройства являются низкая степень конверсии смол и газообразных продуктов в синтез-газ во втором реакторе, в котором происходит процесс пиролиза при температуре 800-1000°C (предпочтительно 850-950°C), т.к. общеизвестно, что работа химических реакторов с кипящим слоем характеризуется проскоком газовой фазы через реактор до завершения полного превращения;The disadvantages of the method and device are the low degree of conversion of resins and gaseous products into synthesis gas in a second reactor in which the pyrolysis process occurs at a temperature of 800-1000 ° C (preferably 850-950 ° C), because it is well known that the operation of chemical fluidized bed reactors is characterized by a breakthrough of the gas phase through the reactor until complete conversion is completed;

низкая энергоэффективность, выражающаяся в необходимости ввода тепловой энергии во второй по ходу газов, выделяющихся при термохимической обработке биомассы, реактор для пиролиза;low energy efficiency, expressed in the necessity of introducing thermal energy into the second along the gases released during thermochemical processing of biomass, a pyrolysis reactor;

низкая энергоэффективность, выражающаяся в необходимости затрат тепловой энергии на разложение водяного пара, попадающего во второй реактор для пиролиза вместе с газообразными продуктамиlow energy efficiency, expressed in the need for thermal energy to decompose water vapor entering the second reactor for pyrolysis together with gaseous products

- 1 034502 пиролиза, полученными в первом реакторе;- 1,034,502 pyrolysis obtained in the first reactor;

низкая надежность работы второго по ходу газов реактора для пиролиза, т.к. поддержание слоя частиц кокса в псевдоожиженном состоянии зависит от расхода газообразных продуктов пиролиза, полученных в первом реакторе, тогда как этот количество может меняться при переходе от обработки одного вида биомассы на другой.low reliability of the second downstream gas reactor for pyrolysis, as maintaining the bed of coke particles in a fluidized state depends on the flow rate of the gaseous pyrolysis products obtained in the first reactor, while this amount may change during the transition from processing one type of biomass to another.

Технической задачей изобретения являются повышение эффективности переработки газообразных продуктов пиролиза в синтез-газ; повышение энергоэффективности процесса;An object of the invention is to increase the efficiency of processing gaseous pyrolysis products into synthesis gas; increasing the energy efficiency of the process;

повышение надежности работы установки, реализующей предлагаемый процесс.improving the reliability of the installation that implements the proposed process.

Описание изобретенияDescription of the invention

Указанная цель достигается тем, что способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол заключается в термохимической обработке биомассы методом низкотемпературного пиролиза в реакторе с кипящим слоем, переводимым в псевдоожиженное состояние водяным паром с последующей термохимической обработкой полученных газообразных продуктов, где целью является повышение эффективности переработки газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ, повышение энергоэффективности процесса и надежности работы установки, реализующей процесс, после обработки методом низкотемпературного пиролиза полученный твердый продукт отделяют от газопарового потока известным способом, например, в циклоне или фильтре и отправляют на гранулирование, очищенный от основной массы твердых частиц газопаровой поток подвергается охлаждению и конденсации, полученный конденсат, содержащий органические частицы, направляется в метатенк для анаэробного сбраживания с целью получения метана, полученный метан, подвергнутый осушке и очистке известными способами, сжигается как топливо в двигателе внутреннего сгорания электрогенерирующей установки, полностью или частично снабжающей электроэнергией комплекс оборудования, отходящие газы от двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки вместе с неконденсируемыми газообразными продуктами низкотемпературного пиролиза с температурой не ниже 250-300°C подают в реактор для пиролиза сверху в плотный слой гранул биоугля, полученного в результате пиролиза части гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, температура в слое биоугля поддерживается не ниже 800 и не выше 1000°C.This goal is achieved by the fact that the method of producing granular biofuel and synthesis gas with low tar content from biowaste consists in thermochemical processing of biomass by low-temperature pyrolysis in a fluidized bed reactor converted to a fluidized state by water vapor followed by thermochemical processing of the obtained gaseous products, where is to increase the efficiency of processing gaseous products of low-temperature pyrolysis into synthesis gas, to increase the energy efficiency The process and reliability of the installation that implements the process, after processing by the low-temperature pyrolysis method, the resulting solid product is separated from the gas-vapor stream in a known manner, for example, in a cyclone or filter and sent to granulation, the gas-vapor stream purified from the bulk of the solid particles is cooled and condensed, the condensate containing organic particles is sent to the meta-tank for anaerobic digestion in order to obtain methane, the methane obtained, dried and refined by known methods, it is burned as fuel in an internal combustion engine of an electric generating set, which fully or partially supplies electric power to a set of equipment, exhaust gases from an internal combustion engine of an electric generating set together with non-condensable gaseous products of low-temperature pyrolysis with a temperature of at least 250-300 ° C are fed to the pyrolysis reactor from above into a dense layer of biochar granules obtained by pyrolysis of part of a granular solid product at low temperature of pyrolysis temperature in the bed is maintained biochar not less than 800 and not higher than 1000 ° C.

На фиг. 1 изображена схема комплекса оборудования, реализующего способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол.In FIG. 1 shows a diagram of a complex of equipment that implements a method for producing granular biofuels and synthesis gas with a low tar content from biowaste.

Комплекс состоит из котла для производства водяного пара 1, пароперегревателя 2, реактора для низкотемпературного пиролиза биомассы 3, циклона 4 для отделения подвергнутой низкотемпературному пиролизу биомассы от газопарового потока, устройства для охлаждения перегретого водяного пара 5, метатенка 6, оборудования для гранулирования биомассы 7, электрогенерирующей установки 8 с двигателем внутреннего сгорания, реактора для пиролиза биомассы и конверсии газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ 9.The complex consists of a boiler for the production of water vapor 1, a superheater 2, a reactor for low-temperature pyrolysis of biomass 3, a cyclone 4 for separating biomass subjected to low-temperature pyrolysis from a gas-vapor stream, a device for cooling superheated water vapor 5, metaten 6, equipment for granulating biomass 7, electricity generating installation 8 with an internal combustion engine, a reactor for biomass pyrolysis and conversion of gaseous products of low-temperature pyrolysis into synthesis gas 9.

Предлагаемый способ реализуется на описанном комплексе оборудования следующим образом.The proposed method is implemented on the described complex of equipment as follows.

В котле 1 за счет сжигания исходной биомассы или другого вида топлива генерируется водяной пар, который перегревается в пароперегревателе 2 до температуры 250-300°C.In boiler 1, water vapor is generated by burning the original biomass or other type of fuel, which overheats in the superheater 2 to a temperature of 250-300 ° C.

Пароперегреватель 2 имеет традиционную конструкцию, например выполнен в виде змеевикового теплообменника, установленного в топке котла 1.The superheater 2 has a traditional design, for example, made in the form of a coil heat exchanger installed in the furnace of the boiler 1.

После пароперегревателя 2 перегретый пар с температурой 300°C поступает в реактор 3 для низкотемпературного пиролиза биомассы.After the superheater 2, superheated steam with a temperature of 300 ° C enters the reactor 3 for low-temperature pyrolysis of biomass.

Реактор 3 (фиг. 2) представляет собой аппарат 1 с кипящим слоем инертного материала 2, например кварцевого песка, опирающегося на решетку 3 для распределения вводимого в кипящий слой перегретого водяного пара. Реактор снабжен узлом ввода перегретого пара 4 под решетку 3, узлом вывода 5 газопаровой смеси, размещенного в верхней части аппарата 1, узлом 6 для подачи исходной биомассы на обработку, имеющего известную конструкцию, например, в виде шнека.The reactor 3 (Fig. 2) is an apparatus 1 with a fluidized bed of inert material 2, for example silica sand, supported by a grate 3 for distributing superheated water vapor introduced into the fluidized bed. The reactor is equipped with a unit for introducing superheated steam 4 under the grate 3, a unit for outputting 5 gas-vapor mixture, located in the upper part of the apparatus 1, a unit 6 for supplying the initial biomass for processing, having a known design, for example, in the form of a screw.

В реакторе 3 происходит процесс сушки и низкотемпературного пиролиза биомассы, то есть пиролиза при температуре 250-300°C, в результате которого, как показывают эксперименты с таким видом биоотходов, как куриный помет с подстилкой, содержание углерода может быть увеличено в 1,16 раз, а содержание кислорода снижено в 2,8 раза. При этом низшая теплота сгорания полученного топлива может быть увеличена в 1,13 раза до 18,8 МДж/кг.In the reactor 3, the process of drying and low-temperature pyrolysis of biomass, i.e., pyrolysis at a temperature of 250-300 ° C, occurs, as a result of which, as shown by experiments with this type of biowaste, such as chicken litter with litter, the carbon content can be increased 1.16 times , and the oxygen content is reduced by 2.8 times. In this case, the net calorific value of the resulting fuel can be increased 1.13 times to 18.8 MJ / kg.

Так же, как показывают результаты экспериментов, при низкотемпературном пиролизе происходит полное обеззараживание биомассы и биогранулы приобретают гидрофобные свойства, что препятствует повторному заражению биомассы.Also, as the experimental results show, during low-temperature pyrolysis, biomass is completely disinfected and the biogranules acquire hydrophobic properties, which prevents re-infection of the biomass.

Кроме твердого продукта при низкотемпературном пиролизе образуются газообразные продукты, которые подразделяются на конденсируемые и неконденсируемые.In addition to the solid product, gaseous products are formed during low-temperature pyrolysis, which are divided into condensable and non-condensable.

- 2 034502- 2 034502

К конденсируемым продуктам относятся пары воды, выделившиеся из биомассы, смолы, некоторые органические кислоты и другие органические продукты, которые конденсируются при температуре нижеCondensable products include water vapor released from biomass, resins, some organic acids and other organic products that condense at temperatures below

200°C. К неконденсируемым газам относится диоксид углерода, оксид углерода, водород, метан и другие газы.200 ° C. Non-condensable gases include carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, methane and other gases.

В результате сушки и низкотемпературного пиролиза в реакторе 3 (фиг. 1) исходная биомасса теряет, как показывают эксперименты с пометом с подстилкой, до 50% начального веса.As a result of drying and low-temperature pyrolysis in reactor 3 (Fig. 1), the initial biomass loses, as shown by experiments with litters with litter, up to 50% of the initial weight.

Поэтому термообработанные частицы биомассы уносятся из реактора 3 (фиг. 1) вместе с газопаровым потоком в циклон 4 (фиг. 1), где происходит отделение твердых частиц (термообработанной биомассы) от газопарового потока.Therefore, the heat-treated biomass particles are carried away from the reactor 3 (Fig. 1) together with the gas-vapor stream to cyclone 4 (Fig. 1), where solid particles (heat-treated biomass) are separated from the gas-steam stream.

Далее газопаровой поток подвергается охлаждению до температуры конденсации водяного пара в устройстве для охлаждения 5 (фиг. 1), которое представляет собой традиционную конструкцию, например воздушный конденсатор, кожухотрубный теплообменник пар-вода.Next, the gas-vapor stream is subjected to cooling to the temperature of condensation of water vapor in the cooling device 5 (Fig. 1), which is a traditional design, for example, an air condenser, a shell-and-tube steam-water heat exchanger.

Полученный конденсат содержит, как показывают эксперименты, порядка 3-4% органических веществ (частицы биомассы, смолы), наличие которых, как следует из литературных данных, позволяют получить биогаз (метан) методом анаэробного сбраживания. Для этих целей конденсат направляется в метатенк 6 (фиг. 1), где происходит процесс производства метана методом анаэробного сбраживания.The obtained condensate contains, as shown by experiments, about 3-4% of organic substances (biomass particles, resins), the presence of which, as follows from the literature, allows biogas (methane) to be obtained by anaerobic digestion. For these purposes, the condensate is sent to meta-tank 6 (Fig. 1), where the process of methane production by anaerobic digestion takes place.

Подвергнутая сушке и низкотемпературному пиролизу обеззараженная биомасса направляется в комплекс для гранулирования биомассы 7 (фиг. 1). Это комплекс традиционной конструкции, состоящий из дробилки биомассы, бункера-накопителя измельченной биомассы, пресс-гранулятора биомассы, устройства для охлаждения измельченной биомассы.Subjected to drying and low-temperature pyrolysis, the disinfected biomass is sent to the complex for granulating biomass 7 (Fig. 1). This is a complex of traditional design, consisting of a biomass crusher, a storage hopper of crushed biomass, a press granulator of biomass, a device for cooling the crushed biomass.

Полученный в результате анаэробного сбраживания конденсата, содержащего органические частицы, метан, после обработки известными методами (осушка, удаление механических примесей) используется как топливо для двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки 8 (фиг. 1). Произведенная установкой 8 электроэнергия используется для полного или частичного снабжения электроэнергией всего комплекса оборудования, используемого для осуществления способа.Obtained as a result of anaerobic digestion of condensate containing organic particles, methane, after processing by known methods (drying, removal of mechanical impurities) is used as fuel for an internal combustion engine of an electric generating unit 8 (Fig. 1). The electricity produced by the installation 8 is used to fully or partially supply electricity to the entire complex of equipment used to implement the method.

Установка 8 (фиг. 1) также производит тепловую энергию, содержащуюся в отходящих газах двигателя внутреннего сгорания установки 8 (фиг. 1).Installation 8 (Fig. 1) also produces thermal energy contained in the exhaust gases of the internal combustion engine of installation 8 (Fig. 1).

Полученная гранулированная термически обработанная биомасса с более высокой теплотой сгорания, обладающая гидрофобными свойствами и не содержащая патогенной микрофлоры, разделяется на два потока: большая часть этой биомассы как биотопливо отправляется потребителю, а меньшая часть направляется в реактор 9 (фиг. 1) для пиролиза биомассы и конверсии газообразных неконденсируемых продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ, содержащий минимальное количество смол.The obtained granular heat-treated biomass with a higher calorific value, which has hydrophobic properties and does not contain pathogenic microflora, is divided into two streams: most of this biomass is sent to the consumer as biofuel, and a smaller part is sent to reactor 9 (Fig. 1) for pyrolysis of biomass and the conversion of gaseous non-condensable products of low temperature pyrolysis into synthesis gas containing a minimum amount of resins.

Реактор 9 (фиг. 3) представляет собой аппарат 1 для пиролиза известной конструкции с плотным движущимся сверху вниз слоем гранул 2, опирающегося на решетку 3. Реактор снабжен узлом 4 для загрузки гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, расположенным в верхней части аппарата 1, и узлом выгрузки золы 5, расположенным в нижней части аппарата 1, а также узлом ввода 6 смеси отходящих газов двигателя внутреннего сгорания установки 8 (фиг. 1) и неконденсируемых газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза, расположенным в верхней части аппарата 1, и узлом 7 для вывода полученного синтез-газа, расположенным в нижней части аппарата 1.The reactor 9 (Fig. 3) is a pyrolysis apparatus 1 of a known design with a dense layer of granules 2 moving on top of the granule 2, supported by a grate 3. The reactor is equipped with a unit 4 for loading a granular solid product of low-temperature pyrolysis located in the upper part of the apparatus 1, and a unit unloading ash 5, located in the lower part of the apparatus 1, as well as the input unit 6 of the exhaust gas mixture of the internal combustion engine of installation 8 (Fig. 1) and non-condensable gaseous products of low-temperature pyrolysis m in the upper part of the apparatus 1, and node 7 for outputting the resulting synthesis gas located in the lower part of the apparatus 1.

В реакторе 9 происходят следующие процессы.The following processes occur in reactor 9.

Как известно, основными компонентами биомассы являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. При нагреве биомассы происходит деструкция этих компонентов: при температуре 180-300°C наблюдается деструкция гемицеллюлозы, в интервале температур 270-370°C - деструкция целлюлозы, в интервале температур 200-540°C наблюдается деструкция лигнина. При этом деструкция гемицеллюлозы и лигнина является экзотермическим процессом, тогда как процесс деструкции целлюлозы до 450°C является эндотермическим процессом, а при более высокой температуре - экзотермическим процессом. При этом свободная теплота экзотермических реакций достигает 1000-1150 кДж/кг. Как следует из литературных источников, этого теплового эффекта оказывается достаточным, чтобы нагретая до температуры 240250°C сухая биомасса, в отсутствие потерь тепла, саморазогревалась до 800°C и выше.As you know, the main components of biomass are cellulose, hemicellulose and lignin. When biomass is heated, the destruction of these components occurs: at a temperature of 180-300 ° C, destruction of hemicellulose is observed, in the temperature range 270-370 ° C - destruction of cellulose, in the temperature range 200-540 ° C, destruction of lignin is observed. Moreover, the destruction of hemicellulose and lignin is an exothermic process, while the process of destruction of cellulose to 450 ° C is an endothermic process, and at a higher temperature it is an exothermic process. In this case, the free heat of exothermic reactions reaches 1000-1150 kJ / kg. As follows from the literature, this thermal effect is sufficient for a dry biomass heated to a temperature of 240-250 ° C, in the absence of heat loss, to self-heat up to 800 ° C and higher.

Саморазогрев биомассы, как показывают эксперименты, наблюдается в плотном слое практически сухих (влажность менее 8%) гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, нагретого до температуры 240-250°C.Experiments show that self-heating of biomass is observed in a dense layer of almost dry (humidity less than 8%) granular solid product of low-temperature pyrolysis, heated to a temperature of 240-250 ° C.

Такой нагрев происходит при подаче в верхнюю часть слоя гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза 2 (фиг. 3) смеси отходящих газов двигателя внутреннего сгорания, имеющих температуру 550-650°C, и неконденсирующихся газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза, имеющих температуру 250-300°C.Such heating occurs when a mixture of exhaust gases of an internal combustion engine having a temperature of 550-650 ° C and non-condensable gaseous products of low temperature pyrolysis having a temperature of 250-300 ° C is supplied to the upper part of the layer of granular solid product of low temperature pyrolysis 2 (Fig. 3).

Затем, по мере продвижения газового потока сверху вниз, происходит саморазогрев всего слоя гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, находящегося в реакторе 9, до температуры 800-1000°C и выше.Then, as the gas stream moves from top to bottom, self-heating of the entire layer of granular solid product of low-temperature pyrolysis in reactor 9 takes place to a temperature of 800-1000 ° C and above.

В этом диапазоне температур происходит процесс пиролиза гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, находящегося в реакторе 9, в результате которого этот продукт превращается в биоуголь.In this temperature range, the process of pyrolysis of a granular solid product of low-temperature pyrolysis in reactor 9 occurs, as a result of which this product turns into bio-char.

- 3 034502- 3 034 502

При взаимодействии с горячим биоуглем неконденсирующихся газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза биомассы происходят следующие реакции:When interacting with hot biochar non-condensing gaseous products of low-temperature pyrolysis of biomass, the following reactions occur:

СО2 + С 2 СО (1)CO 2 + C 2 CO (1)

Н2О + С СО + Н2 (2)H 2 O + C CO + H 2 (2)

С4Н4О2 2 СО + 2 Н2 (3) СН2О2 + С 2 СО + Н2 (4) СзНбОз 3 СО + 3 Н2 (5) СзН6О СО + 3 Н2 + 2 С (6) С5Н4О2^ 2 СО + 2 Н2 + 3 С (7)С 4 Н 4 О 2 2 СО + 2 Н 2 (3) СН 2 О 2 + С 2 СО + Н 2 (4) СзНбОз 3 СО + 3 Н 2 (5) СЗН 6 О СО + 3 Н 2 + 2 С (6) С 5 Н 4 О 2 ^ 2 СО + 2 Н 2 + 3 С (7)

Степень гетерогенного разложения газообразных продуктов зависит как от температуры в зоне их контакта с биоуглем, так и от времени пребывания летучих в этой зоне.The degree of heterogeneous decomposition of gaseous products depends both on the temperature in the zone of their contact with biochar and on the residence time of volatiles in this zone.

Экспериментально доказано, что при температуре в слое биоугля 1000°C и времени контакта биоугля с газообразными продуктами порядка 4 с происходит практически полное преобразование газообразных продуктов в синтез-газ.It was experimentally proved that at a temperature in the biochar layer of 1000 ° C and a contact time of biochar with gaseous products of the order of 4 s, almost complete conversion of gaseous products to synthesis gas occurs.

Реакционная способность биоугля при такой температуре настолько высока, что практически весь объем CO2 был преобразован в CO.The reactivity of biochar at such a temperature is so high that almost the entire volume of CO 2 has been converted to CO.

При более низкой температуре увеличение коэффициента преобразования может быть достигнуто путем увеличения толщины слоя биоугля и увеличения времени пребывания газообразных продуктов в слое биоугля.At a lower temperature, an increase in the conversion coefficient can be achieved by increasing the thickness of the biochar layer and increasing the residence time of gaseous products in the biochar layer.

В табл. 1 приведен состав и теплота сгорания синтез-газа, полученного из двух видов биомассы (древесина и торф), прошедшего низкотемпературный пиролиз и термообработку в слое горячего биоугля.In the table. Figure 1 shows the composition and the calorific value of synthesis gas obtained from two types of biomass (wood and peat), which underwent low-temperature pyrolysis and heat treatment in a layer of hot biochar.

Таблица 1Table 1

Режим, материал Mode, material Состав синтез -газа, % (объемные) The composition of the synthesis gas,% (volume) Теплота сгорания Calorific value Н N СО With СН4 CH 4 МДж/м3 MJ / m 3 Температура биоугля 850 °C Древесина Bial coal temperature 850 ° C Wood 39 39 28 28 10 10 11,3 11.3 Торф Peat 40 40 27 27 8 8 10,6 10.6 Температура биоугля 950 °C Древесина Biochar temperature 950 ° C Wood 47 47 41 41 1 1 10,6 10.6 Торф Peat 43 43 40 40 2 2 10,4 10,4 Температура биоугля 1000 °C Древесина Bio-charcoal temperature 1000 ° C Wood 46 46 46 46 0,4 0.4 10,9 10.9 Торф Peat 49 49 41 41 0,1 0.1 10,8 10.8

Как следует из табл. 1, в плотном слое горячего биоугля происходит глубокая переработка газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза биомассы и может быть получен синтез-газ, на 90% и более состоящий из смеси окиси углерода и водорода. Этот синтез-газ может быть использован для производства синтетического жидкого топлива или, например, он может быть использован как топливо для котла 1 (фиг. 1) в описанном комплексе оборудования.As follows from the table. 1, in a dense layer of hot biochar deep processing of gaseous products of low-temperature pyrolysis of biomass takes place and synthesis gas can be obtained, 90% or more consisting of a mixture of carbon monoxide and hydrogen. This synthesis gas can be used to produce synthetic liquid fuel or, for example, it can be used as fuel for boiler 1 (Fig. 1) in the described equipment package.

Плотный слой горячего биоугля исключает проскок газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза без термообработки. Кроме того, применение гранулированных частиц биоугля снижает содержание твердых частиц в полученном синтез-газе, что упрощает его дальнейшее использование, т.к. требует меньших затрат на очистку от механических примесей.A dense layer of hot biochar eliminates the breakthrough of gaseous products of low-temperature pyrolysis without heat treatment. In addition, the use of granular biochar particles reduces the solids content in the resulting synthesis gas, which simplifies its further use, because requires less cleaning costs from mechanical impurities.

Эксперименты показывают, что из-за саморазогрева биомассы в реакторе 9 затраты тепловой энергии на процесс пиролиза биомассы в этом реакторе и поддержания температуры биоугля в реакторе 9 (фиг. 1) на заданном уровне сокращаются примерно в 5 раз в сравнении с затратами тепловой энергии, которые имели бы место на эти процессы без учета саморазогрева.Experiments show that due to the self-heating of biomass in reactor 9, the cost of thermal energy for the pyrolysis of biomass in this reactor and maintaining the temperature of biochar in reactor 9 (Fig. 1) at a given level are reduced by about 5 times in comparison with the cost of thermal energy, which would take place on these processes without taking into account self-heating.

Поддержание температуры биоугля в реакторе 9 происходит за счет непрерывно проходящего процесса саморазогрева и пиролиза вновь поступающего в реактор 9 (фиг. 1) гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза. Этот вновь поступающий в реактор 9 твердый гранулированный продукт низкотемпературного пиролиза компенсирует убыль биоугля в реакторе 9 (фиг. 1), срабатываемого в результате протекания реакций (1)-(7).Maintaining the temperature of biochar in the reactor 9 is due to a continuously passing process of self-heating and pyrolysis of the granular solid product of low-temperature pyrolysis newly entering the reactor 9 (Fig. 1). This solid granular product of low-temperature pyrolysis re-entering the reactor 9 compensates for the loss of biochar in the reactor 9 (Fig. 1), which is triggered as a result of reactions (1) - (7).

Зола из реактора 9 (фиг. 1) выгружается через узел выгрузки золы 5 (фиг. 3).Ash from the reactor 9 (Fig. 1) is discharged through an ash discharge unit 5 (Fig. 3).

Таким образом, предлагаемый способ получения из биомассы гранулированного биотоплива или удобрения с улучшенными характеристиками и не содержащего патогенной микрофлоры и реализующий этот способ комплекс оборудования обеспечивают повышение эффективности переработки газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ за счет исключения проскока газообразного продукта низкотемпературного пиролиза черезThus, the proposed method for producing granulated biofuels or fertilizers with improved characteristics and not containing pathogenic microflora from biomass and a set of equipment that implements this method increase the efficiency of processing gaseous products of low-temperature pyrolysis into synthesis gas by eliminating the leakage of the gaseous product of low-temperature pyrolysis through

- 4 034502 слой биоугля без обработки. Эффективность процесса переработки газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ обуславливается также тем, что благодаря использованию для процесса низкотемпературного пиролиза перегретого водяного пара с последующей его конденсацией, полученные газообразные продукты низкотемпературного пиролиза не содержат балласта в виде азота или его окислов;- 4,034,502 biochar layer without treatment. The efficiency of the process of processing gaseous products of low temperature pyrolysis into synthesis gas is also determined by the fact that due to the use of superheated water vapor for the low temperature pyrolysis process with its subsequent condensation, the obtained gaseous products of low temperature pyrolysis do not contain ballast in the form of nitrogen or its oxides;

повышение энергоэффективности процесса за счет использования тепловой энергии экзотермического эффекта, наблюдаемого при пиролизе биомассы, а также за счет выработки биогаза из конденсата перегретого водного пара и использования этого биогаза в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки, полностью или частичной возмещающей потребности всего комплекса оборудования в электроэнергии;increasing the energy efficiency of the process through the use of thermal energy of the exothermic effect observed during the pyrolysis of biomass, as well as through the generation of biogas from the condensate of superheated water vapor and the use of this biogas as a fuel of the internal combustion engine of an electric generating unit, which fully or partially compensates for the entire complex of equipment’s electricity requirements ;

повышение надежности работы установки, реализующей предлагаемый процесс, поскольку стабильная работа реактора для пиролиза и переработки газообразных неконденсируемых продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ не зависит от производительности реактора для низкотемпературного пиролиза по неконденсируемым газообразным продуктам.improving the reliability of the installation that implements the proposed process, since the stable operation of the reactor for the pyrolysis and processing of gaseous non-condensable products of low-temperature pyrolysis into synthesis gas does not depend on the performance of the reactor for low-temperature pyrolysis for non-condensable gaseous products.

Claims (4)

1. Способ получения синтез-газа с низким содержанием смол из биомассы, включающий:1. A method of producing synthesis gas with a low resin content from biomass, including: а) термохимическую обработку биомассы методом низкотемпературного пиролиза при температуре 250-300°C в реакторе с кипящим слоем, переводимым в псевдоожиженное состояние водяным паром, с получением твердого продукта и газопаровой смеси;a) thermochemical treatment of biomass by low-temperature pyrolysis at a temperature of 250-300 ° C in a fluidized bed reactor, converted to a fluidized state by water vapor, to obtain a solid product and a gas-vapor mixture; б) отделение твердого продукта от газопаровой смеси и его гранулирование;b) separation of the solid product from the gas-vapor mixture and its granulation; в) подачу части гранулированного твердого продукта в реактор для пиролиза с проведением пиролиза и образованием биоугля;c) feeding part of the granular solid product to the pyrolysis reactor with pyrolysis and formation of biochar; г) охлаждение и конденсацию отделенной газопаровой смеси с получением конденсированного продукта и неконденсируемого газообразного продукта;d) cooling and condensing the separated gas-vapor mixture to obtain a condensed product and a non-condensable gaseous product; д) направление полученного конденсированного продукта, содержащего органические частицы, в метатенк для анаэробного сбраживания с получением метана;e) directing the obtained condensed product containing organic particles to the meta-tank for anaerobic digestion to produce methane; е) сжигание полученного метана в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания электрогенерирующей установки с выработкой электроэнергии, полностью или частично снабжающей оборудование для осуществления способа;f) burning the obtained methane as fuel in an internal combustion engine of an electric generating installation with the generation of electricity, fully or partially supplying equipment for implementing the method; ж) подачу отходящих газов от двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки вместе с неконденсируемыми газообразными продуктами при температуре 250-300°C в упомянутый реактор для пиролиза сверху в слой биоугля, полученного на стадии в), с образованием синтез-газа.g) the supply of exhaust gases from the internal combustion engine of the power generating installation together with non-condensable gaseous products at a temperature of 250-300 ° C into the above pyrolysis reactor into the biochar layer obtained in stage c) from above, with the formation of synthesis gas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы от двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки вместе с неконденсируемыми газообразными продуктами низкотемпературного пиролиза подают в реактор для пиролиза с температурой не ниже 250-300°C и не выше 650°C.2. The method according to claim 1, characterized in that the exhaust gases from the internal combustion engine of the power generating installation together with non-condensable gaseous products of low-temperature pyrolysis are fed to the pyrolysis reactor with a temperature of not lower than 250-300 ° C and not higher than 650 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру биоугля поддерживают не ниже 800 и не выше 1000°C.3. The method according to claim 1, characterized in that the biochar temperature is maintained not lower than 800 and not higher than 1000 ° C. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение твердого продукта от газопаровой смеси осуществляют с помощью циклона или фильтра.4. The method according to claim 1, characterized in that the separation of the solid product from the gas-vapor mixture is carried out using a cyclone or filter.
EA201800579A 2018-11-06 2018-11-06 Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste EA034502B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800579A EA034502B1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800579A EA034502B1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201800579A1 EA201800579A1 (en) 2020-02-13
EA034502B1 true EA034502B1 (en) 2020-02-14

Family

ID=69636632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201800579A EA034502B1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA034502B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100270505A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Range Fuels, Inc. Integrated, high-efficiency processes for biomass conversion to synthesis gas
US20130280792A1 (en) * 2010-11-08 2013-10-24 Key Group Holding S.R.O. Processing equipment for organic waste
RU137086U1 (en) * 2013-04-01 2014-01-27 Открытое Акционерное Общество "Румо" ENERGY COMPLEX FOR THE PROCESSING OF SOLID DOMESTIC AND INDUSTRIAL WASTE
RU2516533C2 (en) * 2008-07-08 2014-05-20 Карл-Хайнц ТЕТЦЛАФ Method and device for obtaining synthesis-gas with low content of resins from biomass
WO2015003273A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Anaergia Inc. Anaerobic digestion and pyrolysis system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516533C2 (en) * 2008-07-08 2014-05-20 Карл-Хайнц ТЕТЦЛАФ Method and device for obtaining synthesis-gas with low content of resins from biomass
US20100270505A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Range Fuels, Inc. Integrated, high-efficiency processes for biomass conversion to synthesis gas
US20130280792A1 (en) * 2010-11-08 2013-10-24 Key Group Holding S.R.O. Processing equipment for organic waste
RU137086U1 (en) * 2013-04-01 2014-01-27 Открытое Акционерное Общество "Румо" ENERGY COMPLEX FOR THE PROCESSING OF SOLID DOMESTIC AND INDUSTRIAL WASTE
WO2015003273A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Anaergia Inc. Anaerobic digestion and pyrolysis system

Also Published As

Publication number Publication date
EA201800579A1 (en) 2020-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102875005B (en) Sludge biological carbonizing technology based on hydrothermal reaction
CN100383223C (en) Method of biomass gasification
EP1278813B1 (en) A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials
EP2430122B1 (en) A method for the thermal treatment of biomass in connection with a boiler plant
JP7234241B2 (en) Method for preparing char product and syngas mixture
CN103045307B (en) Pyrolysis and gasification method and device for preparing tar-free hydrogen-rich gas
RU2544669C1 (en) Method for processing combustible carbon- and/or hydrocarbon-containing products, and reactor for implementing it
JP5385396B2 (en) Method for producing hydrogen-containing gas
CN101747943A (en) Method by utilizing livestock manure to produce hydrogenous gas and other products in a step-by-step thermal decomposition way and device
US7951212B2 (en) Method and apparatus for producing synthesis gas from biomass
KR101069574B1 (en) Dual biomass gasifier with carbonaceous absorbent and apparatus having the dual biomass gasifier
Hu et al. A novel pilot-scale production of fuel gas by allothermal biomass gasification using biomass micron fuel (BMF) as external heat source
EP3681981B1 (en) Process to prepare an activated carbon product and a syngas mixture
RU2451880C2 (en) Method to process carbon-containing solid substances by method of quick pyrolysis (versions)
CN101636473A (en) Drying and gasification process
Nisamaneenate et al. Advanced reforming of agro-waste by modular gasifier for fuel generation
EA034502B1 (en) Method of producing granulated biofuel and synthesis gas with low gum content from biowaste
US11414322B1 (en) Methods and systems for producing an enhanced surface area biochar product
KR100636616B1 (en) Recyling of Food Waste by Rapid Pyrolysis Process
RU2591075C1 (en) Poly-generating energy system
RU2718051C1 (en) Method of oxidative torrefaction of bio-wastes in fluidized bed
JP2024503769A (en) Multiphase continuous vertical reactor and thermochemical methods carried out therein for clean production of hydrocarbons and energy
RU2763291C1 (en) Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation
RU2783747C1 (en) Method for synthesising 5-hydroxymethylfurfural and furfural from biomass
RU2756160C1 (en) Method for producing synthesis gas from biowaste

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM