FI120909B - Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi - Google Patents

Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI120909B
FI120909B FI20010781A FI20010781A FI120909B FI 120909 B FI120909 B FI 120909B FI 20010781 A FI20010781 A FI 20010781A FI 20010781 A FI20010781 A FI 20010781A FI 120909 B FI120909 B FI 120909B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reactor
oxidation unit
unit
gas
heat
Prior art date
Application number
FI20010781A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20010781A0 (fi
FI20010781A (fi
Inventor
Jukka-Pekka Nieminen
Pekka Knuuttila
Jyrki Hiltunen
Marko Fabritius
Pekka Jokela
Steven Gust
Jatta Partanen
Original Assignee
Neste Oil Oyj
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 Neste Oil Oyj filed Critical Neste Oil Oyj
Publication of FI20010781A0 publication Critical patent/FI20010781A0/fi
Priority to FI20010781A priority Critical patent/FI120909B/fi
Priority to EA200301122A priority patent/EA005709B1/ru
Priority to US10/474,620 priority patent/US20040108251A1/en
Priority to AT02714254T priority patent/ATE388212T1/de
Priority to JP2002582155A priority patent/JP2004523646A/ja
Priority to CA2443893A priority patent/CA2443893C/en
Priority to EP02714254A priority patent/EP1377650B1/en
Priority to PCT/FI2002/000314 priority patent/WO2002083816A1/en
Priority to DE60225427T priority patent/DE60225427T2/de
Publication of FI20010781A publication Critical patent/FI20010781A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI120909B publication Critical patent/FI120909B/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/16—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form
    • C10B49/20—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form in dispersed form
    • C10B49/22—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form in dispersed form according to the "fluidised bed" technique
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B51/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by combined direct and indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C5/00—Production of pyroligneous acid distillation of wood, dry distillation of organic waste
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)
  • Cyclones (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Description

Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi
Esillä oleva keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen menetelmään hiilipitoisen materiaalin muuttamiseksi reaktorissa kiintoaineiksi, nesteiksi ja kaasuiksi 5 lämmön ja edullisesti katalyyttien tai muun kiinteän aineen avulla.
Tällaisen prosessin mukaan hiilipitoinen materiaali syötetään reaktorin nousuillaan, jossa se tuodaan läheiseen kontaktiin ensisijaisesti epäorgaanisesta partikkelimaisesta materiaalista muodostuneiden lämmitettyjen kiintoaineiden kanssa korotetussa lämpö-10 tilassa ja kuumien reaktorin seinämien kanssa oleellisesti ilman happea hiilipitoisen materiaalin konvertoimiseksi ainakin ensisijaisesti kaasumaisiksi lämpökäsittely-tuotteiksi, jolloin tuotetaan kaasufaasi, joka sisältää fluidisoivaa kaasua ja lämpö-käsittelytuotteita. Partikkelimainen materiaali erotetaan kaasufaasista yhdessä tai useammassa erotusyksikössä, edullisesti moniaukkosykloneissa, ja erotettu materiaali kuljetetaan sitten 15 lämpöhapetusyksikköön, jossa sen lämpötila nostetaan ainakin osittain orgaanisen materiaalin hapettamisella ja epäorgaaniset partikkelit kierrätetään nousutilaan. Lämpökäsitellyt tuotteet otetaan talteen ja tavallisesti ainakin osittain kondensoidaan nestemäisten tuotteiden muodostamiseksi.
20 Hiilipitoisten materiaalien, erityisesti luonteeltaan uusiutuvien, konversio erittäin tehokkaalla ja ympäristön kannalta suotuisalla menetelmällä saa tällä hetkellä merkittävää huomiota, koska yhteiskunta tunnistaa tarpeen löytää taloudellisia vaihtoehtoja fossiilisille energian lähteille hiilelle, öljylle ja maakaasulle. Lukuisia prosesseja on nykyään kehitetty sanottujen hiilipitoisten raaka-aineiden konvertoimiseksi nestemäisiksi polttoaineiksi ja 25 niihin kuuluu fermentointi etanolin valmistamiseksi, kaasutus metanolin ja hiilivetyjen valmistamiseksi Fischer-Tropsch-reaktiolla, korkeapaineinen nesteytys lietteissä ja pyrolyysi- tai termolyysiprosessit nesteiden, kiintoaineiden ja kaasujen valmistamiseksi.
Pyrolyysiprosessi yleisesti on määritelty epätäydellisenä termisenä pilkkoutumis-30 prosessina, jonka tuloksena on puuhiiltä tai kiintoaineita, kondensoitavia kaasuja muodostavia nesteitä ja tervaa ja kaasumaisia tuotteita. Pyrolyysi suoritetaan hapen ollessa pois tai hyvin pienenä pitoisuutena (se on ’’oleellisesti hapen poissa ollessa ”). Sen mukaan, missä olosuhteista reaktio tapahtuu ja kuinka tuotteet otetaan talteen, ensisijainen tuote voi olla joko kiintoaine, neste tai kaasu.
2
Nykypäivän pyrolyysiprosessin pääasialliset edut muihin konvertointiprosesseihin verrattuna ovat sen korkea lämpötehokkuus ja suhteellinen yksinkertaisuus, mikä johtaa kohtuullisiin kustannuksiin. Vaikka pyrolyysiprosessien nestesaannot ovat suuresti 5 kasvaneet viimeisten 30-40 vuoden kuluessa karkeasti 30 paino-%:sta 70 paino-%:iin, ei silti ole olemassa näiden teknologioiden pääasiallista laajalle levinnyttä kaupallista toteutusta.
Pyrolyysiprosesseille on monta mahdollista luokitusta. Ne voidaan jakaa karkeasti 10 puuhiiliprosesseihin, nesteprosesseihin j a po lttokaasuprosesseihin. Nestemäiset tuotteet ovat erityisen kiinnostavia, koska niitä on helppo käsitellä ja käyttää. Nesteprosessit jaetaan edelleen nopeisiin (flash, fast tai rapid) prosesseihin ja perinteisiin hitaisiin pyrolyysiprosesseihin. Tässä prosessin nopeus tai vauhti viittaa lämmitysnopeuksiin ja viipymäaikoihin reaktorissa.
15
Hitaissa prosesseissa tai kuivatislauksessa puu peitetään maa-aineella tai laitetaan polttouuniin tai retorttiin ja lämmitetään hitaasti polttamalla osa itse puusta. Ilmaa syötetään nopeuksilla, jolla vain osa raaka-aineesta voidaan polttaa. Sen mukaan, missä olosuhteissa höyryt otetaan talteen, mitä lämpötiloja käytetään, mikä on raaka-aineen 20 kuivuus ja koko, tämä hidas prosessi tuottaa yhdistelmän korkeaviskoosisia nesteitä, muodostaen 20-40 % tuotteesta, ja puuhiiltä. Prosessissa voi tapahtua höyryjen sekundäärisiä reaktioita, kun höyryn viipymäajat ovat pitkiä. Nesteet ovat ensisijaisesti yhdistelmä raskaita tervoja 20-30 %, puuetikkaa 5-10 %, substituoituja fenoleja 15-30 % ja sokerien hajoamistuotteita 10-15 %. Pyrolyysiprosesseja voidaan käyttää myös puuhiilen 25 valmistamiseen - prosessia kutsutaan silloin ’’karbonisaatioksi” - tai polttokaasujen valmistamiseen. Jälkimmäistä prosessia kutsutaan ’’kaasutukseksi”.
Näiden vanhojen prosessien parantamiseksi ja tuotesaantojen parantamiseksi tutkittiin lämpötilan, lämmitysnopeuden, höyryn viipymisajan, höyryjen jäähdytysnopeuden ja 30 hapen pitoisuuden vaikutusta. Huomattiin, että nestesaantoja voitiin merkittävästi kasvattaa lisäämällä lämmitysnopeutta, pienentämällä syöttöpartikkelien kokoa, rajoittamalla sekundäärireaktioita ja rajoittamalla prosessin maksimilämpötilaa. Suuri määrä erilaisia reaktorimuunnelmia on testattuja hyvä yhteenveto niiden tuloksista on annettu review-artikkelissa ’’Biomass Pyrolysis Liquids and Upgrading and Utilisation”, toim. A. V.
3
Bridgewater ja G. Grassi, Elsevier 1991. Täällä erilaiset pyrolyysireaktorit on lueteltu: kaksoisleijukerros, autoklaavi, pisaravirtaus (entrained flow), kiintopeti, matala leijukerros, kiertouuni, vortex/sykloni, moniarina (multiple hearth), ilmalla sekoitettava peti ja kuljetuspeti (transport bed). Yleinen johtopäätös näistä töistä oli, että hapen pitoisuus 5 systeemeissä täytyy minimoida, jotta vältetään palaminen ja veden tuotanto ja neste- saannon aleneminen. Monet näistä reaktorikonfiguraatioista rakennettiin laboratorioissa ja niillä oli huonot näkymät scale-up'iin ja kaupallistamiseen. Korkean nestesaannon olosuhteiksi löydettiin: lyhyt viipymäaika 0,1-2 sekuntia, kohtuullinen maksimilämpötila 475-525 °C, korkeat lämmitysnopeudet 1000-10000 K/sekuntia ja höyryjen nopea 10 jäähdytys tai sammutus 1-5 sekunnissa.
Koska tämän konvertoinnin suorittamiseen vaadittavaa lämpöä ei voida tuottaa polttamalla osa raaka-aineesta samassa reaktorissa, jos veden ja hiilidioksidin tuottaminen halutaan minimoida, lämmönsiirto täytyy suorittaa sekundäärisillä tavoilla, kuten kuuman pinnan 15 suoralla kontaktilla tai säteilemällä tai lämmittämällä kuumalla inertillä kantokaasulla. Kaikki nämä lämmönsiirtomuodot on testattu. Teoriassa mitä tahansa niistä tai niiden yhdistelmää voitaisiin käyttää tämän prosessin suorittamiseen. Käytännössä yleisin ja tehokkain tapa tarvittavan lämmön kuljettamiseen on suora kontakti kuumien partikkelien (lämmön kantajien), kuten kuuman hiekan, kanssa leijukuljetuspesissä. Muita 20 mahdollisuuksia partikkelimaiseksi lämmön lähteeksi voisivat olla erilaiset katalyytit tai kuuma puuhiili pyrolyysiprosessista itsestään.
Prosessiolosuhteiden vaihtamista nestesaantojen maksimointiin on kuvattu hyvin yksityiskohtaisesti sarjassa patentteja, ensin Garret ja myöhemmin Choi Occidentalista, 25 jotka 1970-luvulla ja 1980-luvun alussa kehittivät nopean pyrolyysiprosessin ja laitteiston. Heille myönnettiin US-patentit 4.064.018, 4.078.973, 4.083.751, 4.088.541, 4.153.514 ja 4.101.412.
Yllä olevassa prosessissa olosuhteet nestesaantojen maksimointiin olivat lämpötilat 475-30 525 °C ja viipymäajat vähemmän kuin 1 sekunti. Nestesaannot olivat, raaka-aineiden mukaan, 50 paino-% saakka. Pääasiallinen syy näihin suhteellisen alhaisiin nestesaantoihin nykyisten prosessien jopa 70 paino-% nestesaantoihin verrattuna on sivutuotehiilen käyttö lämpökantajana. Hiilen tiedetään sekä absorboivan pyrolyysihöyryjä että aiheuttavan kaasutuksen ja krakkauksen kanssa samanlaisia kemiallisia lisäreaktioita.
4 Lämmönsiirtoa pyrolyysireaktoriin kuuman hiekan avulla on kuvannut yksityiskohtaisesti Richard C Bailie US-patentissa 3.853.498. Tässä on kuvattu prosessi korkeaenergisen polttokaasun valmistamiseksi yhdyskuntajätteistä kaksoisleijukerrosreaktorissa. Jätehiili 5 prosessista poltetaan erillisessä leijupedissä, joka nostaa sisään tulevan raaka-aineen pyrolyysissä käytetyn hiekkapedin lämmitykseen käytetyn hiekan lämpötilan.
Samaa tekniikkaa koskevassa patentissa (US 5.792.340) Feel ja Graham kuvaavat pyrolyysiprosessin ylösvirtaus pisarakerroskuljetus reaktorin, jossa on lämpökantajan 10 uudelleen kierrätys. Tässä he painottavat erittäin korkeiden lämmitysnopeuksien, lyhyiden viipymäaikojen ja korkean ablaation tärkeyttä, jotta saavutetaan maksimaaliset nesteiden saannot. Tämä reaktori kärsii erittäin korkeista kaasun kierrätysvolyymeistä, jotka vaaditaan epäorgaanista syöttömateriaalin kuljettamiseen, massasuhteella hiilipitoiseen raaka-aineeseen alueella 12:1 - 200:1. Keksijät painottavat myös erittäin korkean 15 lämmitysnopeuden j a lyhyiden viipymäaikojen tarvetta, jotta maksimoidaan nestesaannot, mutta edelleen selityksessä on esitetty, että vakuumipyrolyysissä erittäin nopeaa lämmönsiirtoa ei vaadita. Toinen ongelma heidän reaktorisysteemissään on, että keinoa tuotehiilen täydelliseksi ja tehokkaaksi hapettamiseksi erillisessä yksikössä ei ole esitettyjä siten hiili on ainakin osittain kierrätetty uudelleen kuumien kiintoaineiden kanssa takaisin 20 reaktoriin, minkä tiedetään krakkaavan termisesti pyrolyysihöyryjä ja alentavan nestesaantoja.
Vielä toisessa samankaltaisessa pyrolyysipatentissa, US-patentti 5.728.271, epäsuorasti lämmitetty, syvä, kupliva leijukerros, jossa voidaan saavuttaa muiden nopeiden 25 pyrolyysiprosessien kanssa yhtä korkeita nestesaantoja suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa, kohtuullisilla lämmitysnopeuksilla ja suhteellisen pitkillä kiintoaineen ja kaasun viipymäajoilla. Täten voidaan osoittaa, että erittäin nopeat lämmitysnopeudet ja erittäin lyhyet viipymäajat, jotka Freel ja Graham ovat esittäneet eivät ole välttämättömiä korkeiden nestesaantojen saavuttamiseksi.
30
Esillä olevan keksinnön tarkoitus on poistaa tunnetun tekniikan ongelmat ja saada aikaan uusi menetelmä hiilipitoisten lähtöaineiden, kuten maatalouden ja metsäteollisuuden jätteiden ja tähteiden, yhdyskuntajätteiden ja muiden hiiltä sisältävien raaka-aineiden, pyro lyso imiseksi.
5 5 Nämä ja muut tavoitteet sekä niiden edut tunnettuihin menetelmiin verrattuna, mitkä käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta selityksestä, saavutetaan keksinnön avulla, kuten jäljempänä on kuvattuja vaatimuksissa esitetty.
Esillä oleva keksintö perustuu havaintoon, että korkea pyrolyysinesteiden saanto yhdistettynä lisääntyneeseen tuotteen laatuun, jolla tarkoitetaan nestemäisen polttoaineen erittäin alhaisia kiinteiden epäpuhtauksien pitoisuuksia, voidaan saavuttaa pyrolysoimalla hiilipitoinen lähtöaine leijukerrosreaktorin nousutilassa prosessiolosuhteissa, joissa 10 leijukerros pidetään turbulentissa tilassa tai nopeassa fluidisaatiossa ja sitä seuraa kiintoainepartikkelien nopea poistaminen tuotevirrasta käyttäen yhtä tai useampaa moniaukkosyklonia. Tämä turbulentti tai nopea fluidisaatio saadaan aikaan pitämällä kaasun ja partikkelien nopeussuhteena 2 tai vähemmän, jolloin nousutilaan muodostuu tiheä peti. Sellaisessa tiheässä pedissä lämmönsiirto lämpöä kantavista partikkeleista 15 hiilipitoiseen lähtöaineeseen on erittäin tehokasta. Myös sellaisessa tiheässä pedissä voidaan tehokkaasti varmistaa, että suurten partikkelien viipymäaika pidennetään jotta ne läpikäyvät pyrolyysireaktiot, kun taas muodostuneet kaasut poistuvat nopeasti reaktorista eivätkä läpikäy sekundäärisiä reaktioita.
20 Tyypillisesti, keksintöön sopiva tiheä peti voidaan muodostaa käyttämällä suuria määriä partikkeleita, joilla on suhteellisen pieni partikkelikoko. Edullisesti sellainen tiheä suspensio koostuu - perustuen partikkelien määrään - noin 7 x 108 -3 x 1011 partikkclia/nr (noin 2x10 -1x10 partkkelia/ft ). Pitämällä reaktoriin lämpöä tuovan lämpöä kantavien partikkeliaineksen ja hiilipitoisen materiaalin massasuhde välillä 1:1-10.1, 25 voidaan saavuttaa erityisen edulliset pyrolyysiolosuhteet.
Täsmällisemmin sanottuna esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
30 Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Partikkelimaisen lämmön-siirtoväliaineen suhteellisen pienen partikkelikoon seurauksena lämpöä kantavien partikkelien ominaisyksikköpinta-ala lisääntyy ja massasuhde lämpöä kantavien partikkelien ja pyrolysoitävän lähtöaineen välillä alenee ja minimoituu täten alentaen 6 kierrätettävien partikkelien kokonaismassaa ja perässä olevien prosessilaitteiden kokoaja kustannuksia.
Lämpöä kantavien partikkelien tarvittavaa massaa voidaan edelleen alentaa sijoittamalla 5 pyrolyysireaktori sivutuotehiilen polttokammion sisälle pitäen siten reaktorin seinämät sopivissa lämpötiloissa suotuisille pyrolyysireaktioille.
Edullisen suoritusmuodon mukaisesti, esillä oleva keksintö hyödyntää moniaukko-sykloneja menetelmään kiinteästi liittyvänä osana joko yhdessä tavallisten syklonien 10 kanssa tai yksinään sekä pyrolyysireaktorin että hiilen polttokammion ulostulossa. Moniaukkosyklonit parantavat huomattavasti pyrolyysinesteen laatua parantamalla erotusyksikön keräämistehokkuutta, mikä vähentää mikrohiilen pitoisuutta nestemäisessä tuotteessa, mikä luo stabiilimman tuotteen ja parantaa sen käsittelemisen helppoutta. Moniaukkosyklonit myös parantavat lentotuhkan poistamista hiilen polttokammiosta, mikä 15 estää sen kiertämisen takaisin pyrolyysireaktoriin ja sitä seuraavan alenemisen tuotesaannoissa.
Käyttämällä yllä mainittuja lämpöä kantavia partikkeleita, voidaan parantaa lämmön-siirtoaineen ja kiintoainesyötön ja fluidisoivan kaasun sekoittumista. Sen seurauksena tulee 20 mahdolliseksi käyttää karkeampaa ja vähemmän tasalaatuista syöttöä, koska karkeiden partikkelien viipymäaika pidentyy verrattuna hienojakoisempiin. Viipymäajat ovat sopivan pitkiä tuotteen korkean laadun takaamiseksi.
Esillä oleva keksintö poistaa tunnetun tekniikan mukaisten pyrolyysisysteemien ongelmat 25 myös esittämällä parannetun kiintoaineen erotussysteemin, joka sallii etujen saavuttamisen, joita ei ole aikaisemmin saavutettu hiilipitoisten lähtöaineiden pyrolyysissa. Esillä oleva keksintö vähentää myös lämmön tarvetta pyrolyysireaktorissa.
Seuraavassa keksintöä kuvataan tarkemmin seuraavan yksityiskohtaisen selityksen avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, kuvio 1, joka osoittaa keksinnön edullisen suoritus-30 muodon mukaisen menetelmän prosessikaavion.
Kuten yllä on todettu, esillä oleva keksintö perustuu periaatteeseen käyttää lämmön-kantajia, kuten kiinteitä hiekkapartikkeleita tai katalyyttipartikkeleita jne., joilla on suhteellisen pieni raekoko ja tarpeeksi suuri lukumäärä muodostamaan tiheän pedin, joka 7 kytkeytyy yhteen kuumien reaktoriseinämien kanssa kuljettaakseen tarvittavan lämmön hiilipitoisten materiaalien, kuten biomassan ja jätteiden, pyrolysointiin käytettävään reaktoriin. Tyypillisesti raekoot ovat suuruusluokkaa 10 - 150 mikrometriä, edullisesti 50 - 120 mikrometriä. Fluidisoivan kaasun nopeus reaktorissa pidetään alueella, joka sallii 5 turbulentin tai nopean fluidisoinnin, jolloin kaasun ja partikkelien nopeussuhde on pienempi kuin 2 nousuthan koko pituudelta. Reaktorin nousuillaan muodostuu tiheä suspensio, joka sisältää - partikkelilukumäärään perustuen 7 x 108 -3 x 1011 partikkelia/m3 (noin 2 x 107 - 1 xlO10 partikkelia/ft3) ja reaktoriin lämpöä tuovan partikkelimaisen materiaalin ja hiilipitoisen materiaalin massavirtaussuhde on 1:1 - 12:1, edullisesti noin 10 2:1-10:1.
Yllä olevan seurauksena, verrattuna konventionaalisiin prosesseihin, lämpöä kantavien partikkelien ominaisyksikköpinta-ala lisääntyy ja lämpöä kantavien partikkelien massasuhde pyrolysoitävään syöttöaineeseen verrattuna on alhainen ja minimoitu, siten 15 alentaen kierrätettävien partikkelien kokonaismassaa ja perässä olevien prosessilaitteiden kokoaja kustannuksia.
Tuotettujen kaasujen viipymäaika reaktorissa on 0,01 - 10 s, edullisesti noin 0,1 -5 s, erityisesti noin 0,5 - 1 s, kun taas kiintoaineiden viipymäaika reaktorissa on merkittävästi 20 pidempi, suuruusluokkaa 2 - 20 s.
Esillä olevan keksinnön prosessiyksikkö koostuu tavallisesti kahdesta osasta, nimittäin ensimmäisestä osasta, jossa hiilipitoinen materiaali pyro ly so id aa n oleellisesti hapen poissaollessa, mutta partikkelimaisen lämmön kantajan läsnäollessa, ja toisesta osasta 25 (hapetusyksikkö), jossa orgaaniset pyrolyysituotteet, jotka on potentiaalisesti kerrostuneet lämmön kantajan pinnalle sekä orgaaniset kiintoainejäännökset, jotka on poistettu erotusyksiköissä, lämpöhapetetaan hapen läsnä ollessa, jotta saadaan lämpökantaja, joka on vapautettu kiinteistä saostumista. Tarkemmin, reaktorin petimateriaalissa muodostuva epäorgaaninen partikkelimainen materiaali käsitellään happipitoisella kaasulla erillisessä 30 hapetusyksikössä, jonka muodostaa leijukerrosreaktori, hapetusyksikköön syötetty materiaali fluidisoidaan happipitoisella kaasulla jotta materiaaliin kiinnittyneet palamisjätteet palavat pois ja hapetusyksiköstä saatu materiaali kierrätetään reaktoriin. Happipitoinen kaasu voi sisältää puhdasta tai puhdistettua happea, tai happea seoksena muiden kaasujen kanssa, esimerkiksi ilmaa tai synteettistä hapen ja typen ja/tai jalo- 8 kaasujen seosta. Hapetusyksikön muodostaa edullisesti kiertomassareaktori. Se voi myös sisältää sisäisen kierron viipymäajan ja regeneraatioasteen säätämiseksi. Vaihtoehtoisesti, hapetusyksikön voi muodostaa kupliva leijukerrosreaktori.
5 Operoitaessa kiertävissä leijukerrosolosuhteissa, hapetusosa ja pyrolyysiosa muodostavat yhtenäisen yksikön, jossa petimateriaali virtaa nopeassa fluidisaatiossa reaktorista hapetusyksikköön ja takaisin reaktoriin, hapetusyksikkö voidaan nähdä petimateriaalin pneumaattisena kuljettimena, joka johtaa petimateriaalin kiinteiden aineiden erotus-yksiköstä (kuvataan yksityiskohtaisemmin alempana) takaisin reaktoriin.
10
Edullisen suoritusmuodon mukaan, jotta kiertävien kaasujen määrä alenee ja tuotetaan lämpöä petimateriaalin lämmittämiseksi, prosessissa tuotetut kondensoitumattomat kaasut voidaan myös johtaa hapetusyksikköön, jossa ne ainakin osittain palavat.
15 On mahdollista toteuttaa keksintö käyttämällä hapetusyksikkönä yksinkertainen kierto-massareaktoria, joka on mitoitettu ensisijaisesti vain kahta tarkoitusta varten, nimittäin poistamaan palamisjäännöksiä petimateriaalista ja tuottamaan lämpöä lämpökäsittelyssä tarvittava määrä. Tässä tapauksessa, lopullinen palamisjäännösten polttaminen, ylimääräisen lämmön talteenotto ja polttokaasujen käsittely suoritetaan toisessa kattilayksikössä.
20
Kuten yllä mainittiin, reaktorin kiintoaineet käsittäen lämpöä kantavat partikkelit ja pyrolyysihiilen erotetaan tuotekaasuvirrasta ja johdetaan hapetusyksikköön. Edullisesti erotusyksikön, jota käytetään kiinteiden aineiden ja kaasumaisten materiaalien erottamiseen, muodostaa moniaukkosykloni. Olemme huomanneet, että erittäin pieniä 25 hiilipartikkeleita, niin sanottua mikrohiiltä, jolla on partikkelikoko vähemmän kuin 10 mikrometriä, ei voida erottaa tehokkaasti tavallisissa lisäämättä syklonissa kaasun nopeuksia ja paineen laskua merkittävästi syklonissa, mikä johtaa monimutkaisempaan ja kalliimpaan prosessiin. Mikrohiilen läsnäolo nestemäisessä tuotteessa aiheuttaa vakavia laatuongelmia pyrolyysinesteen myöhemmässä käytössä, koska on huomattu, että 30 pyrolyysinesteet, joilla on kiintoainepitoisuudet suurempia kuin 0,3 - 0,4 painoprosenttia tukkivat näiden nesteiden kuljetuksessa ja polttamisessa käytetyt suuttimet ja pumput ja venttiilit. Moniaukkosykloneilla sellaiset partikkelit voidaan poistaa tehokkaasti ja puhdistaa kondensoidut nesteet partikkelipitoisuuksiin tasolle tai alle 0,1 painoprosenttia samalla ylläpitäen alhaiset kaasunopeudet ja siihen liittyvät laitekustannukset. Käytännössä 9 on erityisen edullista suorittaa erotus käyttäen syklonien kaskadia, jossa ainakin yksi toinen sykloni, valittuna yksiaukkosykloneista ja moniaukkosykloneista, on sijoitettu sarja-järjestelyyn moniaukkosyklonin kanssa. Esimerkiksi, syklonien kaskadi voi koostua ensimmäisestä erotus vaiheesta, jonka muodostaa yksiaukkosykloni, ja toisesta 5 erotusvaiheesta, jonka muodostaa moniaukkosykloni.
Erityisen sovellutusmuodon mukaan kiinteän materiaalin erottamiseksi käytetään syklonia, jolla on ulkopinta, jota voidaan jäähdyttää ja/tai lämmittää.
10 Lämmönsiirto ja lämmönsiirron talous ovat tärkeitä pyrolyysiyksikön taloudelliselle käyttämiselle. Esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan reaktori ja hapetusyksikkö on asennettu yhteen siten, että sekä reaktorin että hapetusyksikön kuumilla osilla on yhteinen seinämä, jolloin ainakin osa reaktorissa tarvittavasta lämmöstä tuodaan yhteisen seinämän läpi. Edullisesti, lämpö tuodaan reaktoriin osittain käyttämällä 15 lämmönsiirtoväliainetta j a osittain suoraan reaktorin j a hapetusyksikön yhteisen seinämän läpi.
Lämpöhapetusreaktoriyksikkö voi olla konventionaalinen leijukerros tai kiertomassa tyyppinen. Kuitenkin, on mahdollista varustaa reaktorin nousuilla sisäisillä siivillä 20 lisäämään reaktorin virtauksen turbulenssia. Edullinen suoritusmuoto koostuu reaktorin käyttämisestä, jossa on aksiaaliselta poikkileikkaukseltaan renkaanmuotoinen nousuilla, joka on varustettu moniaukkosyklonilla partikkelimaisen aineksen poistamiseksi, ja hapetusyksiköstä, jossa on aksiaaliselta poikkileikkaukseltaan renkaanmuotoinen nousuilla, joka on asennettu samankeskisesti reaktorin sisään, jolloin sanottu hapetusyksikkö on 25 varustettu moniaukkosyklonilla käsitellyn partikkelimaisen materiaalin erottamiseksi.
Kiinteä aines, mukaan lukien lämmön kantajat ja pyrolyysituotteet ( polttotähteet) erotetaan yleensä kahdessa vaiheessa, jolloin ensimmäinen osa, käsittäen lähinnä kiinteää ainesta, erotetaan ensimmäisessä vaiheessa ja kierrätetään hapetusyksikköön, ja toinen osa 30 käsittäen palamistähteitä, erotetaan toisessa vaiheessa ja käytetään erillisessä prosessissa.
Kaasufaasinen tuotevirta johdetaan talteenotto-osaan, jossa se pääosin kondensoidaan ja pyrolyysinesteet otetaan talteen, kuten selitetään yksityiskohtaisemmin oheisen esimerkin yhteydessä. Läm pökäsitte 1 ytuotteiden kondensaatiosta saatu kondensoitumaton kaasu 10 kierrätetään nousuillaan kiertokaasun muodossa. Kiertokaasun määrä on , kaasun tilavuutena ilmaistuna, 0,5 - 2 -kertainen kondensoitumattomien lämpökäsittelytuotteiden määrään verrattuna.
5 Näiden prosessien ympäristöetujen maksimoimiseksi on erittäin tärkeää valita hiilipitoisia lähtöaineita, joilla voidaan saada hyvin pieni fossiilisen polttoaineen syöttö. Kiinnostavia hiilipitoisia lähtöaineita ovat tässä kasvi- ja biomassapohjaiset lähtöaineet, kuten puut, sahajauho, kasvijäännökset metsä-ja maatalousprosesseista, yhdyskuntajätteet ja jätteestä tuotetut polttoaineet (refuse derived fuel, RDF). Nämä lähtöaineet tuottavat kaasuja, kuten 10 hiilidioksidia tai metaania, jos ne on jätetty mätänemään ja hajoamaan biologisesti. Muille lähtöaineilla, kuten tarkoitukselle kasvatetuilla viljelytuotteilla, on yleensä käytetty paljon lannoitteita, jotka on valmistettu käyttäen fossiilisia polttoaineita, ja silloin fossiilisten polttoaineiden säästöt ovat paljon vähäisempiä kuin jätteiden ja jäännösten kohdalla.
15 Kun seuraavassa tarkastellaan oheista piirustusta (kuvio 1, joka esittää Laitteiston hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi”), voidaan huomata, että esillä olevan keksinnön mukainen pyrolyysilaitteisto käsittää ensisijaisesti kolme osaa, nimittäin esikäsittely-yksikön (viitenumerot 1-6) hiilipitoisen lähtöaineen esikäsittelemiseksi ja kuljettamiseksi varastosta pyrolyysiin, pyrolyysiyksikön (viitenumerot 7-18) mukaan lukien 20 reaktoriyksikön (7 - 15) ja hapetusyksikön (15 - 18, 33) ja talteenottoyksikön (viitenumerot 22 - 32) pyrolyysituotteiden keräämiseksi, kaasumaisten komponenttien kondensoimiseksi ja kondensoitumattomien tuotteiden uudelleen kierrättämiseksi. Pyrolyysiyksikön (1-6) syöttö käsittää hiilipitoisen materiaalin yleensä kiinteässä tai nestemäisessä muodossa. Pyrolyysiyksikön ulosmeno sisältää kaasumaisia tuotteita.
25 Lämmönsiirto väliaine kierrätetään uudelleen reaktoriyksikön (9 - 14) ja hapetusyksikön (15 - 18, 33) välillä ja kondensoimaton kaasu kierrätetään uudelleen talteenottoyksiköstä (22 -3) pyrolyysiyksikköön (7 -18) käytettäväksi fluidisaatiokaasuna.
Piirustuksessa viitenumero 1 tarkoittaa koon pienentämisyksikköä, jossa kiinteä 30 syöttömateriaali pienennetään sopiviin mittoihin. Biomassasyötöille tämä koostuu rouhimesta tai silppurista. Kooltaan pienennetty syöttömateriaali kuljetetaan kosteuden-säätöyksikköön 3, esimerkiksi hihna- tai ruuvisyöttölaitteella 2 tai pneumaattisesti. Vesipitoisuus säädetään sopivalle tasolle, esimerkiksi kuivaimessa 3. Esitetyssä 11 kokoonpanossa kuumia polttokaasuja regeneraattorista 16 - 18, 33 käytetään syötön kuivaamiseen.
Syöttömateriaali siirretään syöttösiiloon 5 esimerkiksi hihna- tai ruuvisyöttimen 4 avulla 5 tai pneumaattisesti. Syöttö varastoidaan väliaikaisesti syöttösiiloon 5, jotta varmistetaan keskeytymätön toimitus reaktoriin; kuiville partikkelikooltaan pienille syöttöaineille, joilla on olemassa itsesyttymisen mahdollisuus, ylläpidetään siilossa inertti atmosfääri, kuten typpi. Ruuvisyötin 6 siirtää materiaalin reaktori 10 (nousu) baseen arviolta 300 - 800 mm etäisyydelle kuuman petimateriaalin ja fluidisoivan kaasun syöttöpaikan yläpuolelle.
10 Höyryn talteenottoyksiköstä 22 kondensoitumattomat kaasut käytetään fluidisoimaan petimateriaalia ja syöttömateriaalia sopivaan nopeuteen ja fluidisaatioasteeseen.
Lämmönsiirtopartikkelit kuljetetaan lämpöä tuottavasta lämpöhapettimesta 16 - 18, 33 paluuputkea 8 pitkin. Turbulentti seos kondensoitumattomia kaasuja, kuumia partikkeleita 15 ja syöttömateriaalia sekoitetaan ruuvisyöttimen 9 ulosmenossa nostaen syöttömateriaalin lämpötilan sopivalle tasolle ja kiihdyttäen sen sopivaan nopeuteen. Reaktoriastian 10 seinämät pidetään sopivassa lämpötilassa välttäen täten eristysmateriaalien tarvetta ja vähentäen lämmönsiirtopartikkelien lämmön tarvetta.
20 Termisesti muutetut materiaalit kuljetetaan 11 kiintoaineiden poistoyksikköön 12, lämpötilat asetetaan sekundääristen reaktioiden minimoimiseksi. Kiintoaineiden poistoyksikkö 12 käsittää yksiaukkosyklonin yhdistelmän yhdessä moniaukkosyklonien kanssa. Erotusyksikkö poistaa partikkelimaisen aineksen kaasuvirrasta.
25 Reaktori - hapetusyksikkö koostuen osista 7-18 perustuu esimerkiksi US patentissa 6.045.688 esitettyyn rengasmaiseen rakenteeseen. Tässä tapauksessa syklonit ovat moniaukkotyyppiä.
Viitenumero 13 tarkoittaa kiintoaineiden pudottamista syklonin pohjalle. Numero 14 30 esittää kiintoaineiden syöttöä lämpöhapetusyksikköön. Kiintoaineet hapetetaan lämpöhapetusreaktorissa 16-18, hapetukseen käytetty kaasu on normaalisti ilmaa, joka syötetään portista 18. Lämpöhapetinta voidaan käyttää erilaisissa olosuhteissa riippuen kuplivasta leijukerroksesta, turbulentista pedistä tai kiertävästä kiertomassapedistä, lämpötilat pidetään syötössä löytyvienepäpuhtauksicn tuhkan sulamispisteen alapuolella.
12
Partikkelien poistoyksikkö 16 nousutilan 33 yläosassa on muodostettu yhdistelmästä tavallisia sykloneja moniaukkosyklonien kanssa tai vain moniaukkosykloneista, joka palauttaa partikkelimaisen petimateriaalin lämpöhapettimeen, mutta sallii syöttömateriaalin 5 lentotuhkan mennä läpi ja tulla kerätyksi höyryn keräysyksikössä 22. Numero 17 on talteen otettujen kiintoainepartikkelien palautusputki lämpöhapettimeen, syöttöportti 18 ilmalle lämpöhapettimeen. Polttokaasut lämpöhapettimesta kuljetetaan 19 kosteuden vähentämisyksikköön 3, jossa lämpötiloja säädetään lämmönvaihdolla tai sekoittamalla kuivaimen poistokaasujen kanssa tai suoralla jäähdytyksellä pinnan läpi.
10 Lämpöhapetinta 20 käytetään hapettamaan orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat jäljellä kaasuvirrassa kosteuden vähentämisyksikön 3 ulosmenossa.
Tuotekaasut kuljetetaan 21 höyryn talteenottoyksikköön 22 sen jälkeen kun kiintoaineet on 15 poistettu kiintoaineiden poistoyksikössä 12. Höyryn talteenottoyksikössä 22 tai lauhduttimessa tuotekaasut jäähdytetään muodostamaan nestettä nestesuihkupesulla käyttäen tässä tapauksessa kondensoitunutta nestettä itseään, muut nesteet ovat kuitenkin myös mahdollisia. Lauhduttimet voivat olla samaan suuntaan virtaavaa, kuten on kuvattu kaaviossa, tai vastakkaiseen suuntaan virtaavaa tyyppiä. Vastakkaiseen suuntaan 20 virtaavissa lauhduttimissa käytetään tavallisesti sisäisiä täytemateriaaleja. Kondensoitunut neste kuljetetaan väliaikaiseen varastosäiliöön 23. Tuotehöyryjen jäähdytykseen ja kondensointiin käytetyn nesteen lämpötilaa säädetään sopivalle tasolle 24. Höyryt, jotka eivät ole kondensoituneet primäärisessä kondensointikoloimissa 22 kuljetetaan 25 sekundääriseen kolonniin 26. Toisessa kondensointikolonnissa 26 höyryt kondensoidaan 25 muodostamaan nestettä samalla tavalla kuin on käytetty primäärisessä kolonnissa.
Kondensoitunut neste kuljetetaan väliaikaiseen varastosäiliöön. Kaasut ja aerosolit, jotka eivät ole kondensoituneet primäärisessä 22 ja sekundäärisessä lauhduttimessa 26 kuljetetaan aerosoliloukkuihin 29 ja 30. Kun käytetään vastakkaiseen suuntaan virtaavia lauhduttimia, aerosoliloukut voidaan sijoittaa kaasunpoiston alapuolelle. Numero 29 on 30 primäärinen aerosoliloukku ja 30 sekundäärinen aerosoliloukku. Primääriset ja sekundääriset lauhdutinnesteet sekoitetaan sekoitussäiliössä 31. Kondensoitumattomien kaasujen paine säädetään kompressorilla tai puhaltimella 32. Talteen otetut nesteet aerosoliloukuista käsitellään muista tuotenesteistä 33 erikseen.
13
Esimerkki 1
Sopiva fluidisaatioalue erilaisille syöttöaineen partikkelikoolle todennettiin sarjalla kylmiä mallikokeita. Tässä määritettiin minimi kaasunnopeus, joka vaadittiin antamaan turbulentin 5 kiertomassapedin. Petikokoaluetta 70 - 150 mikrometriä käytettiin kuivilla ja hienonnetuilla syöttöaineilla. Syöttöaineilla oli kokojakauma alueella 1-5 mm. Optimaalisen nopeuden tähän tarkoitukseen huomattiin olevan 4-6 metriä/sekunti, kun hiekkapedin keskimääräinen halkaisija oli 80 mikrometriä. Kaasun nopeuden ja hiekan nopeuden suhteeksi pedin läpi arvioitiin karkeasti liukunopeus 2.
10
Esimerkki 2 Lämmönsiirtomateriaalin partikkelikoon vaikutusta syöttömateriaalin ja petimateriaalin massasuhteeseen tutkittiin käyttämällä koelaiteprosessia samoissa prosessiolosuhteissa 15 lukuun ottamatta lämmönsiirto väliaineen partikkelikokoa. Osoitettiin, että tarvittavaa petimäärää voitiin alentaa tekijällä kaksi, kun partikkelin halkaisija pienennettiin keskimäärin 170 mikrometristä keskimääräiseen kokoon 80 mikrometriä. Fluidisaatioon tarvittava kaasumäärä luonnollisesti väheni pienempikokoisten partikkelien mukana.
20 Esimerkki .7
Yksiaukkosyklonin versus moniaukkosyklonin vaikutusta jäännöskiintoaineiden määrään nestetuotteessa tutkittiin käyttämällä koelaitteistoa samoissa prosessiolosuhteissa ja samalla peti- ja syöttömateriaalilla ensin yksiaukkosyklonilla ja ssitten 25 moniaukkosyklonilla. Kokeissa kahdella sarjassa olevalla yksiaukkosyklonilla kiintoaineen määrä tuotenesteessä vaihteli välillä 0,3 painoprosenttia ja 0,5 painoprosenttia.Tämän kiintoaineen huomattiin olevan hiilipartikkeleita, joilla oli hyvin pieni koko suuruusluokkaa noin 1-30 mikrometriä. Seuraavaksi, kun syklonit korvattiin moniaukkosykloneilla, kiintoaineiden pitoisuus nestetuotteissa väheni 0,1 painoprosentin 30 ja 0,2 painoprosentin välille.
Esimerkki 4 14
Prosessiolosuhteiden vaikutusta tuotteen saantoon ja laatuun testattiin seuraavilla kokeilla. Ensimmäisessä koesarjassa käytettiin karkeampaa hiekkapetimateriaalia, jonka keskimääräinen koko oli 170 mikrometriä. Hiekan nopeus reaktorin läpi oli alueella 6 -8 metriä sekunnissa. Hiilipitoisen syöttöaineen ja petimateriaalin massasuhde oli alueella 1 : 5 12-1 :20. Tavallisia yksiaukkosykloneja käytettiin erottamaan kiintoainetuotteet ja hiekka tuotehöyryistä. Nestesaanto havupuu metsätähteistä, jotka oli kuivattu 5 %:iin ja hienonnettu alle 4 mm paksuuteen, oli 65 % yhteensä nesteitä. Tuotenestefaasi erotettiin lähtöaineen uuteaineiden vuoksi 75 % alempaan faasiin ja 25 % ylempään faasiin. Kun petimateriaali vaihdettiin hienompikokoiseen, keskimääräinen halkaisija noin 80 mikronia, 10 ja kaasun nopeus alennettiin 4-5 metriin/sekunti muodostamaan turbulentin pedin, huomattiin, että samalla syöttöaineella ja reaktio lämpötiloilla, nesteiden saanto oli sama pääeron ollessa alempi kiintoainepitoisuus tuotteissa, kuten kuvataan esimerkissä 2.

Claims (19)

15
1. Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi reaktorissa, jonka menetelmän mukaan 5. hiilipitoinen materiaali syötetään reaktorin (10 -15) nousutilaan (10), jossa se on kontaktissa epäorgaanisen partikkelimaisen materiaalin ja reaktorin seinämien kanssa korotetussa lämpötilassa olennaisesti hapen poissa ollessa, jotta hiilipitoinen materiaali konvertoituu ainakin pääosin kaasumaisiksi prosessoiduiksi tuotteiksi, jolloin saavutetaan kaasufaasi sisältäen 10 fluidisaatiokaasua j a prosessoituj a tuotteita, - partikkelimainen materiaali erotetaan kaasufaasista erotusyksikössä (12) - epäorgaaninen partikkelimainen materiaali kierrätetään nousutilaan (10) - prosessoidut tuotteet otetaan talteen ja - mahdollisesti ainakin osa prosessoiduista tuotteista kondensoidaan 15 nestemäisiksi tuotteiksi, tunnettu siitä, että - tiheä suspensio muodostetaan reaktorin nousutilaan (10) sisältäen, partikkelien lukumäärään perustuen, 7xl08-3xl0n partikkelia/m3 (noin 2 x 107 - 1 x 1010 partikkelia/ft3), 20. reaktoriin lämpöä tuovan partikkelimaisen aineksen ja hiilipitoisen materiaalin välinen massasuhde on välillä 1:1 - 10:1 ja - reaktorin petimateriaalin (15) muodostava epäorgaaninen partikkelimainen materiaali käsitellään happipitoisella kaasulla erillisessä hapetusyksikössä (16-18, 33), joka käsittää leijukerrosreaktorin (33), 25 jolloin - hapetusyksikköön (18) syötetty materiaali fluidisoidaan happipitoisella kaasulla, jossa saataisiin materiaaliin kiinnittynyt palamisjäte poltettua pois, - hapetusyksiköstä (16 - 18, 33) saatu materiaali kierrätetään reaktoriin (10 - 15) ja 30. lämpöä tuodaan reaktoriin osittain käyttämällä lämmönsiirtoväliainetta ja osittain suoraan reaktorin ja hapetusyksikön yhteisen seinämän kautta. 16
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumaiset tuotteet, jotka saadaan prosessoitujen tuotteiden kondensoitumisesta, kierrätetään nousuillaan (10) kiertokaasun muodossa.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertokaasun määrä, on kaasutilavuuksina ilmoitettuna, 0,5-2 -kertainen kondensoitumattomiin prosessoituihin tuotteisiin verrattuna.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että petimateriaali 10 johdetaan kiintoaineiden erotusyksiköstä (16) reaktoriin käyttäen hapetusyksikköä petimateriaalin pneumaattisena kuljettimena.
5. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetus-yksikkö (16-18,33) käsittää kiertomassareaktorin. 15
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetusyksikkö käsittää sisäisen kierron viipymäajan ja regenerointiasteen säätämiseksi.
7. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 hapetusyksikön muodostaa kuplapetireaktori. 1 2 3 Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessissa tuotetut kondensoitumattomat kaasut johdetaan myös hapetusyksikköön, jossa ne ainakin osittain poltetaan. 25 2 Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 ja 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetusyksikön muodostaa kiertomassareaktori, joka on mitoitettu ensisijaisesti vain saavuttamaan palamisjätteiden poistamisen petimateriaalista ja tuottamaan lämpöä lämpökäsittelyn tarvitsema määrä. 30 3 Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisjätteen lopullinen pois polttaminen, ylimääräisen lämmön talteenottoja polttokaasujen käsittely suoritetaan erillisessä kattilayksikössä (20). 17
11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteiden aineiden erottamiseen kaasumaisista materiaaleista käytettävä erotusyksikkö (12; 16) koostuu moniaukkosyklonista.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotusyksikön (12; 16) muodostaa syklonien syklonikaskadi, jossa ainakin yksi muu sykloni, valittuna yksiaukkosykloneista ja moniaukkosykloneista, on sijoitettu sarjakytkentään moniaukkosyklonin kanssa.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syklonien kaskadi (12; 16) käsittää yksiaukkosyklonista muodostetun ensimmäisen erotusvaiheen ja moniaukkosyklonista muodostetun toisen erotusvaiheen.
14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 reaktori ja hapetusyksikkö on liitetty yhteen siten, että sekä reaktorin että hapetusyksikön kuumalla osalla on kummallakin yhteinen seinämä, jolloin ainakin osa reaktorissa tarvittavasta lämmöstä tuodaan yhteisen seinämän läpi.
15. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 reaktori sisältää sisäisiä siipiä reaktorivirtauksen turbulenssin lisäämiseksi.
16. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktori kiintoaineksen erottamiseksi käytettävän syklonin, jolla on ulkopinta, jota voidaan j äähdyttää j a/tai lämmittää. 25
17. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään - reaktoria, jossa on aksiaaliselta poikkileikkaukseltaan renkaanmuotoinen nousutila, joka on varustettu moniaukkosyklonilla partikkelimaisen aineksen 30 erottamiseksi, ja - hapetusyksikköä, jossa on aksiaaliselta poikkileikkaukseltaan renkaanmuotoinen nousutila, joka on asennettu samankeskisesti reaktorin sisään, jolloin sanottu hapetusyksikkö on varustettu moniaukkosyklonilla käsitellyn partikkelimaisen materiaalin erottamiseksi. 18
18. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteä aines erotetaan kahdessa vaiheessa, jossa ensimmäinen osuus, koostuen lähinnä kiinteästä aineksesta, erotetaan ensimmäisessä vaiheessa ja kierrätetään hapetusyksikköön, 5 ja toinen osuus, koostuen lähinnä palamisjäännöksistä, erotetaan toisessa vaiheessa ja käytetään erillisessä prosessissa.
19. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - fluidisaatiokaasun nopeus reaktorissa pidetään alueella, joka sallii fluidisaation 10 turbulentin tai nopean fluidisaation olosuhteissa, jolloin kaasun ja partikkelien välinen nopeussuhde on pienempi kuin 2 nousuthan koko pituudelta.
20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viipymäaika reaktorissa on noin 0,01 -10 s. 15
21. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kiinteän aineksen keskimääräinen partikkelikoko on 50 - 120 mikrometriä. 19
FI20010781A 2001-04-12 2001-04-12 Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi FI120909B (fi)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20010781A FI120909B (fi) 2001-04-12 2001-04-12 Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi
JP2002582155A JP2004523646A (ja) 2001-04-12 2002-04-12 炭質材料の処理方法
US10/474,620 US20040108251A1 (en) 2001-04-12 2002-04-12 Processing of carbonaceous material
AT02714254T ATE388212T1 (de) 2001-04-12 2002-04-12 Verarbeitung von kohlenstoffhaltigem material
EA200301122A EA005709B1 (ru) 2001-04-12 2002-04-12 Способ переработки углеродосодержащего материала
CA2443893A CA2443893C (en) 2001-04-12 2002-04-12 Processing of carbonaceous material
EP02714254A EP1377650B1 (en) 2001-04-12 2002-04-12 Processing of carbonaceous material
PCT/FI2002/000314 WO2002083816A1 (en) 2001-04-12 2002-04-12 Processing of carbonaceous material
DE60225427T DE60225427T2 (de) 2001-04-12 2002-04-12 Verarbeitung von kohlenstoffhaltigem material

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20010781A FI120909B (fi) 2001-04-12 2001-04-12 Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi
FI20010781 2001-04-12

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20010781A0 FI20010781A0 (fi) 2001-04-12
FI20010781A FI20010781A (fi) 2002-10-13
FI120909B true FI120909B (fi) 2010-04-30

Family

ID=8560990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20010781A FI120909B (fi) 2001-04-12 2001-04-12 Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20040108251A1 (fi)
EP (1) EP1377650B1 (fi)
JP (1) JP2004523646A (fi)
AT (1) ATE388212T1 (fi)
CA (1) CA2443893C (fi)
DE (1) DE60225427T2 (fi)
EA (1) EA005709B1 (fi)
FI (1) FI120909B (fi)
WO (1) WO2002083816A1 (fi)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1893359A4 (en) * 2005-06-08 2011-06-29 Univ Western Ontario APPARATUS AND METHOD FOR THE PYROLYSIS OF AGRICULTURAL BIOMASS
CN101511971A (zh) * 2006-07-17 2009-08-19 BIOeCON国际控股有限公司 细颗粒状生物质的催化热解以及降低固体生物质颗粒粒度的方法
GB2446797B (en) * 2006-12-19 2012-02-29 Used Tyre Distillation Res Ltd Recycling of carbon-containig material
FI123180B (fi) * 2007-10-11 2012-12-14 Valtion Teknillinen Laitteisto pyrolyysituotteen valmistamiseksi
FI123455B (fi) * 2007-10-11 2013-05-15 Valtion Teknillinen Menetelmä pyrolysoinnin toteuttamiseksi
US8436120B2 (en) 2007-11-20 2013-05-07 Jan Piskorz Method of producing hodge carbonyls and oligomeric lignin
FI122858B (fi) 2008-03-31 2012-08-15 Metso Power Oy Menetelmä pyrolyysin suorittamiseksi ja pyrolyysilaitteisto
FI122778B (fi) 2008-03-31 2012-06-29 Metso Power Oy Pyrolyysimenetelmä kattilan yhteydessä ja pyrolyysilaitteisto
CN101289622B (zh) * 2008-06-10 2013-08-07 刘鹤群 采用固体载热褐煤悬浮热解装置进行褐煤提质的方法
WO2010002792A2 (en) 2008-06-30 2010-01-07 Kior, Inc. Co-processing solid biomass in a conventional petroleum refining process unit
FI125812B (fi) * 2008-10-31 2016-02-29 Upm Kymmene Corp Menetelmä ja laitteisto nestemäisen biopolttoaineen tuottamiseksi kiinteästä biomassasta
US8524959B1 (en) 2009-02-18 2013-09-03 Kior, Inc. Biomass catalytic conversion process and apparatus for use therein
US8558043B2 (en) 2009-03-04 2013-10-15 Kior, Inc. Modular biomass treatment unit
CL2009001034A1 (es) * 2009-04-30 2009-12-04 Univ Concepcion Equipo y proceso para producir bio-combustible mediante pirolisis rapida de material organico que comprende un sistema de tres reactores de lecho fluidizado en serie, reactor inferior de combustion, intermedio de pirolisis rapida y superior de precalentamiento, ademas de un sistema neumatico de recirculacion de material particulado.
EP3568451A4 (en) 2009-05-22 2019-11-20 KiOR, Inc. PROCESSING BIOMASS WITH A HYDROGEN SOURCE
US8623634B2 (en) 2009-06-23 2014-01-07 Kior, Inc. Growing aquatic biomass, and producing biomass feedstock and biocrude therefrom
US8057641B2 (en) 2010-07-19 2011-11-15 Kior Inc. Method and apparatus for pyrolysis of a biomass
US8772556B2 (en) 2010-09-22 2014-07-08 Kior, Inc. Bio-oil production with optimal byproduct processing
US9017428B2 (en) 2010-11-16 2015-04-28 Kior, Inc. Two-stage reactor and process for conversion of solid biomass material
JP5623928B2 (ja) * 2011-02-07 2014-11-12 株式会社タクマ ディーゼル燃料製造システムおよびディーゼル燃料製造方法
US20130098751A1 (en) * 2011-06-28 2013-04-25 Andritz Inc. Method for the torrefaction of lignocellulosic material
CA2849299A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-28 Chevron U.S.A. Inc. Pyrolysis system using cooled flue gas for drying
WO2013064864A1 (es) * 2011-11-03 2013-05-10 Sorefor S.A. Sistema modular móvil para el aprovechamiento energético de residuos forestales
WO2013103872A1 (en) 2012-01-06 2013-07-11 Kior, Inc. Two-stage reactor and process for conversion of solid biomass material
US9670413B2 (en) * 2012-06-28 2017-06-06 Ensyn Renewables, Inc. Methods and apparatuses for thermally converting biomass
FI125164B (fi) 2012-07-06 2015-06-30 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Menetelmä ja laitteisto pyrolyysituotteen valmistamiseksi
FI125685B (fi) 2012-11-09 2016-01-15 Valmet Technologies Oy Menetelmä pyrolyysin suorittamiseksi ja pyrolyysilaitteisto
US20140318944A1 (en) * 2013-04-25 2014-10-30 Uop Llc Catalytic pyrolysis of biomass using a multi-stage catalyst regenerator
US10767114B2 (en) * 2013-05-31 2020-09-08 Tolero Energy, Llc Pyrolysis system and method for bio-oil component extraction
US10589187B2 (en) * 2013-05-31 2020-03-17 Tolero Energy, Llc Pyrolysis system for bio-oil component extraction
CA2984198A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Domenico TANFOGLIO Pyrolysis furnace
CN111218291B (zh) * 2020-03-09 2021-05-07 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 一种热解炭化催化一体化方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL293037A (fi) * 1962-05-23
US4147593A (en) * 1976-07-21 1979-04-03 Occidental Petroleum Corporation Flash pyrolysis of organic solid waste employing ash recycle
US5961786A (en) * 1990-01-31 1999-10-05 Ensyn Technologies Inc. Apparatus for a circulating bed transport fast pyrolysis reactor system
US5143875A (en) * 1991-02-06 1992-09-01 Mobil Oil Corporation Bubbling dense bed catalyst regenerator with higher efficiency base region
US5728271A (en) * 1996-05-20 1998-03-17 Rti Resource Transforms International Ltd. Energy efficient liquefaction of biomaterials by thermolysis
EP1349907A4 (en) * 2000-11-17 2006-03-08 Jaw Entpr Llc SMALL-TO-MEASURE HIGH-SPEED BIOMASS GASING SYSTEM AND METHOD

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002083816A8 (en) 2002-12-05
EA005709B1 (ru) 2005-04-28
CA2443893C (en) 2011-01-04
ATE388212T1 (de) 2008-03-15
EP1377650A1 (en) 2004-01-07
US20040108251A1 (en) 2004-06-10
WO2002083816A1 (en) 2002-10-24
FI20010781A0 (fi) 2001-04-12
FI20010781A (fi) 2002-10-13
DE60225427D1 (de) 2008-04-17
EP1377650B1 (en) 2008-03-05
EA200301122A1 (ru) 2004-08-26
DE60225427T2 (de) 2009-02-26
JP2004523646A (ja) 2004-08-05
CA2443893A1 (en) 2002-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI120909B (fi) Menetelmä hiilipitoisen materiaalin käsittelemiseksi
FI104561B (fi) Menetelmä hiilipitoisten lähtöaineiden pyrolysoimiseksi
EP2209872B1 (en) Apparatus for producing a pyrolysis product
EP1235886B1 (en) Flash-pyrolysis in a cyclone
JP4371433B2 (ja) 熱分解によるバイオマテリアルのエネルギ効率的な液化
FI106313B (fi) Menetelmä ja laite kiertopetikuljetusta käyttävää pikapyrolyysireaktorijärjestelmää varten
US20100162625A1 (en) Biomass fast pyrolysis system utilizing non-circulating riser reactor
US20110219680A1 (en) Equipment and a method for generating biofuel based on rapid pyrolysis of biomass
CN103649276A (zh) 生物质热解中的热量排除与回收
CN101108970A (zh) 生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法
US8500959B2 (en) Method for performing pyrolysis and a pyrolysis apparatus
FI112665B (fi) Menetelmä ja laitteisto hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi
Kaur et al. Commercial or pilot-scale pyrolysis units for conversion of biomass to bio-oils: state of the art
CN204369820U (zh) 生物质气化炉余热综合利用系统
CA2888044A1 (en) A method for performing pyrolysis and a pyrolysis apparatus
CN104479742A (zh) 生物质燃气制备系统
CN204369819U (zh) 自预热生物质气化炉
CN204369821U (zh) 具有二级焦油过滤的生物质气化炉
US10550330B1 (en) Biomass pyrolysis reactor with integrated quench and method for converting biomass to liquid bio-oil
RU106246U1 (ru) Установка для переработки органического сырья
CN204369818U (zh) 生物质气化炉燃气制备系统
US10400175B2 (en) Apparatuses and methods for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material
JPS6045935B2 (ja) 隔板付内筒を用いて紛粒体を循環する流動層熱分解ガス化方法およびその装置
US20230038042A1 (en) Pyrolysis system, a method for producing purified pyrolysis gas and pyrolysis liquids and use of a pyrolysis system
CN114958446A (zh) 一种生物质气化制液化石油气的系统及其方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: NESTE OIL OYJ

Free format text: NESTE OIL OYJ

FG Patent granted

Ref document number: 120909

Country of ref document: FI

MA Patent expired