HU231474B1 - Equipment and process for energy processing of wet biomass, mainly sewage sludge, by supercritical water gasification - Google Patents
Equipment and process for energy processing of wet biomass, mainly sewage sludge, by supercritical water gasification Download PDFInfo
- Publication number
- HU231474B1 HU231474B1 HUP2100026A HUP2100026A HU231474B1 HU 231474 B1 HU231474 B1 HU 231474B1 HU P2100026 A HUP2100026 A HU P2100026A HU P2100026 A HUP2100026 A HU P2100026A HU 231474 B1 HU231474 B1 HU 231474B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- supercritical
- biomass
- water
- heat exchanger
- tube reactor
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims description 85
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 44
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 title claims description 26
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 71
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 21
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 17
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 claims 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 4
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013502 plastic waste Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011335 coal coke Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
724239/JE724239/JE
Berendezés és eljárás nedves biomasszák, elsősorban szennyvíziszapok, szuperkritikus vizes elgázosítással történő energetikai célú feldolgozásáraEquipment and process for processing wet biomass, primarily sewage sludge, with supercritical water gasification for energetic purposes
A találmány tárgya berendezés és eljárás nedves biomasszák, elsősorban szennyvíziszapok, szuperkritikus vizes elgázosítással történő energetikai célú feldolgozására. A berendezés a biomasszát befogadó legalább egy tartályt, a biomassza aprítására szolgáló legalább egy őrlőberendezést, szivattyúkat, legalább egy szuperkritikus csőreaktort, valamint a reakciótermékek szétválasztásához legalább egy szeparátort foglal magában. Az eljárás során a biomasszából szuperkritikus csőreaktor segítségével energetikailag hasznosítható termékeket nyerünk, az eljárást a találmány szerinti berendezéssel valósítjuk meg.The subject of the invention is equipment and a process for processing wet biomass, primarily sewage sludge, with supercritical water gasification for energetic purposes. The equipment includes at least one tank for receiving the biomass, at least one grinding device for shredding the biomass, pumps, at least one supercritical tube reactor, and at least one separator for separating the reaction products. During the process, energetically usable products are obtained from the biomass with the help of a supercritical tube reactor, the process is implemented with the equipment according to the invention.
A nedves biomasszák (lakossági szennyvíziszapok, ipari szennyvíziszapok, papíripari iszapok, cukornád bagasz stb.) stabilan és kiszámítható módon rendelkezésre álló, megújuló energiaforrást jelentenek. Ezek az anyagok földünk legjelentősebb biomassza forrásai, de nagy nedvességtartalmuk miatt a hagyományos égetéses technológiákkal hatékonyan nem hasznosíthatók, így fontos egy olyan berendezés és technológia kifejlesztése, amely környezetbarát és energia hatékony módon állít elő a szennyvíziszapokból és egyéb nagy nedvesség tartalmú biomasszákból villamos energiát, valamint hidrogént.Wet biomasses (residential sewage sludge, industrial sewage sludge, paper industry sludge, sugarcane bagasse, etc.) represent a renewable energy source that is stably and predictably available. These materials are the most important sources of biomass on our earth, but due to their high moisture content, they cannot be effectively utilized with traditional incineration technologies, so it is important to develop an equipment and technology that produces electricity and hydrogen from sewage sludge and other biomass with a high moisture content in an environmentally friendly and energy efficient way. .
Különösen a szennyvíziszapokból történő decentralizált hidrogén-előállítás segítheti elő a megújuló alapú hidrogén-gazdaság mielőbbi, fenntartható módú kialakulását.In particular, the decentralized production of hydrogen from sewage sludge can help the development of a renewable-based hydrogen economy in a sustainable manner as soon as possible.
A víztelenített szennyvíziszapok 70% és 80% közötti nedvességtartalommal rendelkeznek, ezért energetikai feldolgozásuk szuperkritikus vizes alapú elgázosítás útján lehetséges energia-hatékony módon.Dewatered sewage sludge has a moisture content of between 70% and 80%, so their energetic processing is possible in an energy-efficient way by means of supercritical water-based gasification.
A szennyvíziszapok szuperkritikus vízzel történő feldolgozásával kapcsolatosan az elmúlt időszakban sok technológiát kidolgoztak, ezzel kapcsolatosan számos találmány született. A kapcsolódó találmányok közül az alábbiak tekinthetők a tárgyi találmányunkhoz legközelebb állónak:Recently, many technologies have been developed for the processing of sewage sludge with supercritical water, and many inventions have been made in this regard. Among the related inventions, the following can be considered the closest to our subject invention:
Az US6107532 számú dokumentumból műanyag hulladék kezelésére szolgáló eljárás és berendezés ismerhető meg, mely a műanyag hulladék válogatása nélkül biztosít folyamatos és gyors lebontást és olajjá alakítást. Az eljárás során a műanyagok őrlésével és vízzel keverésével zagyot képeznek, és diszpergálószert, vízben oldható polimert vagy felületaktív anyagot adnak hozzá. A keveréket egy folyamatos csőreaktorba vezetik, ahol a porított műanyag szuperkritikus tartományban vagy annak közelében lévő víz által kialakított reakciókörülmények között lebomlik. Végül a reakció termékből olajat nyernek ki. Szintén műanyag hulladék olajjá történő átalakítására vonatkozik az US2002006367 számú dokumentum szerinti megoldás, ahol reakció közegként szuperkritikus vagy közel szuperkritikus vizet használnak, és az eljárást folyamatos csőreaktor segítségével hajtják végre. Az US2014202845 számú dokumentum eljárást és berendezést ismertet biomassza elgázosítására. A biomasszát legalább 22,1 MPa nyomáson egy csőreaktorba táplálják. A csőreaktor buborékos fluid ágyat tartalmaz és a nedves biomasszát a víz kritikus hőmérséklete alatti hőmérsékleten táplálják a reaktorba, ahol egy fűtő berendezés hőcserélő segítségével felmelegíti azt a víz kritikus hőmérséklete fölötti hőmérsékletre, ezzel szuperkritikus vizet és cseppfolyós elgázosítási terméket képeznek. Az US6083409 számú dokumentum szerinti megoldás szerves anyagok bontására szolgáló, szuperkritikus vizet használó eljárás, hidrogén előállítására. A bomlás elősegítésére termokémiai reaktort használnak, anélkül, hogy a szuperkritikus vízhez bármilyen oxidálószert hozzáadnának. Elegendő mennyiségű széndioxidot elnyelő anyag jelenlétében az összes keletkezett széndioxid elnyelődik úgy, hogy a szerves hulladék szén tartalma felbontja a szuperkritikus vizet, és ezáltal a szerves anyag teljesen felbomlik és hidrogén gáz távozik. Az US2012184788 számú dokumentum pedig polimer anyag reakciótermékké történő átalakítására szolgáló eljárást ismertet, mely eljárás a reakcióhoz szuperkritikus vizet használ. Az eljárás során a polimer anyagot extruderen keresztül egy szuperkritikus folyadék reakciós zónába szállítják, miközben a szuperkritikus folyadék zónába forró, nagynyomású vizet injektálnak, ezzel egy keveréket állítanak elő. A keveréket annyi ideig tartják a reakciózónában, amely elegendő a reakciótermékek előállításához. A szuperkritikus folyadék reakció zóna egy speciális kialakítású csőreaktor lehet.Document number US6107532 describes a process and equipment for the treatment of plastic waste, which ensures continuous and rapid decomposition and conversion of plastic waste into oil without sorting. During the process, plastics are ground and mixed with water to form a slurry, and a dispersant, water-soluble polymer or surfactant is added. The mixture is fed into a continuous tube reactor where the powdered plastic is degraded under reaction conditions created by water at or near the supercritical region. Finally, oil is extracted from the reaction product. The solution according to document No. US2002006367 also applies to the transformation of plastic waste into oil, where supercritical or near-supercritical water is used as the reaction medium, and the process is carried out using a continuous tube reactor. Document No. US2014202845 describes a process and equipment for the gasification of biomass. The biomass is fed into a tubular reactor at a pressure of at least 22.1 MPa. The tubular reactor contains a bubbling fluidized bed and the wet biomass is fed into the reactor at a temperature below the critical temperature of water, where a heating device heats it up to a temperature above the critical temperature of water with the help of a heat exchanger, thus forming supercritical water and a liquid gasification product. The solution according to document No. US6083409 is a process for the decomposition of organic substances, using supercritical water, for the production of hydrogen. A thermochemical reactor is used to promote decomposition without adding any oxidant to the supercritical water. In the presence of a sufficient amount of carbon dioxide absorbing material, all the carbon dioxide produced is absorbed so that the carbon content of the organic waste decomposes the supercritical water, and thus the organic material is completely decomposed and hydrogen gas escapes. Document number US2012184788 describes a process for converting a polymer material into a reaction product, which process uses supercritical water for the reaction. In the process, the polymer material is fed through an extruder into a supercritical fluid reaction zone, while hot, high-pressure water is injected into the supercritical fluid zone to create a mixture. The mixture is kept in the reaction zone for a time sufficient to produce the reaction products. The supercritical fluid reaction zone can be a specially designed tubular reactor.
A fenti találmányok többségükben az ultraszuperkritikus vizet a szennyvíziszapok oxidációjára vagy parciális oxidációjára használják. Ezek a technológiák a szennyvíziszapot szuperkritikus vizes reaktorban részlegesen vagy teljes egészében oxidálják a reaktorba juttatott oxidálószer (sűrített levegő vagy folyékony oxigén vagy hidrogén peroxid) által. Ha a folyamat oxigén-hiányos környezetben történik, keletkeznek termék-gázok (generátor gázok) is, amelyek közül a hidrogént elszeparálják további felhasználásra. Van olyan megoldás, ahol megfelelő katalizátorok alkalmazásával elérik, hogy a termék-gázok jelentős része hidrogén legyen. Ez az eljárás eddig nem talált széles körű piaci alkalmazásra. Ennek oka a technológiai berendezés magas költsége, és az eljárás viszonylag alacsony energia-hatékonysága lehet. A technológia elterjedését tovább akadályozza a létező szuperkritikus vizes reaktor szerkezete, amely megnehezíti a berendezés méretnövelését, megnehezíti, illetve megdrágítja nagyobb kapacitású feldolgozó üzemek létrehozását.Most of the above inventions use ultra-supercritical water for the oxidation or partial oxidation of sewage sludge. These technologies partially or completely oxidize sewage sludge in a supercritical water reactor by means of an oxidizing agent (compressed air or liquid oxygen or hydrogen peroxide) introduced into the reactor. If the process takes place in an oxygen-deficient environment, product gases (generator gases) are also produced, from which hydrogen is separated for further use. There is a solution where, by using suitable catalysts, it is achieved that a significant part of the product gases is hydrogen. So far, this procedure has not been widely used on the market. This may be due to the high cost of the technological equipment and the relatively low energy efficiency of the process. The spread of the technology is further hindered by the structure of the existing supercritical water reactor, which makes it difficult to increase the size of the equipment, and makes it difficult and expensive to create larger capacity processing plants.
A parciális oxidációs technológia ultraszuperkritikus víz alapú elgázosítással történő kiváltására szintén történtek kísérletek. Ennek fő célja a szennyvíziszap-feldolgozás energia-hatékonyságának növelése volt. Számtalan laboratóriumi kísérlet történt, de csak egy közismert pilot berendezés készült el, a Karlsruhei Egyetem (KIT) VERENA nevű projektje keretében. Ezt a pilot üzemet nem követte ipari méretű kereskedelmi berendezés, nem lett belőle piaci technológia. Viszont a VERENA pilot üzem működtetése során sok fontos gyakorlati eredmény született. Ezek közül a legfontosabbak:Attempts have also been made to replace the partial oxidation technology with ultra-supercritical water-based gasification. The main purpose of this was to increase the energy efficiency of sewage sludge processing. Countless laboratory experiments have been carried out, but only one well-known pilot device has been completed, within the framework of the Karlsruhe University (KIT) project called VERENA. This pilot plant was not followed by industrial-scale commercial equipment, nor did it become a market technology. However, many important practical results were achieved during the operation of the VERENA pilot plant. The most important of these are:
- a szennyvíziszap ultraszuperkritikus vizes alapú elgázosítása működőképes eljárás;- ultra-supercritical water-based gasification of sewage sludge is a viable process;
- a szennyvíziszap kigázosítása, illetve a kigázosítás mértéke függ a szennyvíziszap-részecskék méretétől és a szennyvíziszap homogenitásától (a részecskék méretének egyenlő vagy nem egyenlő nagyágától);- the gasification of sewage sludge and the degree of gasification depends on the size of the sewage sludge particles and the homogeneity of the sewage sludge (the size of the particles is equal or unequal);
- ha a szennyvíziszap megfelelő előkészítése, elsősorban a szennyvíziszap oxigén-tartalmának eltávolítása (a termikus gáztalanítás), nem történik meg, akkor jelentős lesz a termék-gázok CO2 tartalma (20-30 %);- if the proper preparation of the sewage sludge, primarily the removal of the oxygen content of the sewage sludge (thermal degassing), does not take place, then the CO2 content of the product gases will be significant (20-30%);
- az alkalmazott ultraszuperkritikus vizes reaktor nem alkalmas nagy teljesítményű feldolgozó-üzem építésére, vagy nagyobb üzem megvalósítása, az csak sok párhuzamosan működő, kis méretű reaktor alkalmazásával lehetséges, drágább fajlagos beruházási költséggel;- the used ultra-supercritical water reactor is not suitable for the construction of a high-performance processing plant, or the implementation of a larger plant is only possible with the use of many small-sized reactors operating in parallel, with a more expensive specific investment cost;
- nem megfelelő szennyvíziszap előkészítés (nem megfelelő aprítás-, és homogenizálás) esetén nagyobb méretű szilárd részek (többnyire szén koksz darabok) keletkeznek, amelyek a berendezés csöveinek elrakódását, blokkolását okozzák rövid időn belül;- in the case of improper sewage sludge preparation (improper shredding and homogenization), larger solid parts (mostly pieces of coal coke) are produced, which cause the pipes of the equipment to become clogged and blocked within a short time;
- KIT által a Verena projektnél alkalmazott eljárás és berendezés nem tudja megakadályozni a kigázosítandó elegyben lévő oldatlan szervetlen sók csővezetékben-, elsősorban a reaktor csöveiben, történő kiválását, ami dugulást és ezáltal gyakori üzemzavart okozott. Ez lehet az egyik oka annak, hogy a KIT szuperkritikus vizes elgázosításon alapuló technológiája a piacon nem terjedt el.- The procedure and equipment used by KIT for the Verena project cannot prevent the separation of undissolved inorganic salts in the mixture to be gasified in the pipeline, primarily in the reactor pipes, which caused blockages and thus frequent malfunctions. This may be one of the reasons why KIT's technology based on supercritical water gasification has not spread on the market.
A felsorolt gyakorlati tapasztalatok egyben jelzik a KIT pilot technológia hiányosságait, és egyértelművé teszik a fenti hiányosságok kiküszöbölése érdekében megoldandó feladatokat.The listed practical experiences also indicate the deficiencies of the KIT pilot technology and make clear the tasks to be solved in order to eliminate the above deficiencies.
A jelen találmány tárgyát képező berendezés és eljárás a fenti hiányosságokat kívánja megszüntetni, és stabil üzemű, energia hatékony szennyvíziszap feldolgozás lehetőségét biztosítani.The equipment and process that is the subject of the present invention aims to eliminate the above deficiencies and provide the possibility of stable, energy-efficient sewage sludge processing.
A víztelenített biomassza magas nedvességtartalma elsősorban „kötött-víz” formájában van jelen, vagyis a benne lévő nedvesség nem teszi lehetővé annak szuperkritikus csőreaktorban való kezelését. Ahhoz, hogy a víztelenített biomassza szivattyúzható legyen, vízzel fel kellene „hígítani”, ami nagyon lerontaná az eljárás energetikai hatásfokát, vagy ki kell szabadítani a biomassza szilárd részeiben lévő kötött-vizet.The high moisture content of dehydrated biomass is mainly present in the form of "bound water", that is, the moisture in it does not allow its treatment in a supercritical tube reactor. In order for the dehydrated biomass to be pumpable, it would have to be "diluted" with water, which would greatly reduce the energy efficiency of the process, or the bound water in the solid parts of the biomass would have to be released.
Találmányom azon a felismerésen alapul, hogy ha a technológia folyamán a technológiai folyamat megfelelő szakaszainál hőcserélőket iktatunk be. a biomasszák feldolgozása során jelentkező ciklus-veszteségek minimálisra csökkenthetők. Felismertük azt is, hogy nyomás alatti főzéssel, a biomassza kötött víz tartalma felszabadítható. Felismertük továbbá azt is, hogy előnyös egy olyan megoldás, ahol a szuperkritikus reaktor csöveinek tisztántartását ultrahangos teljesítmény generátor segítségével végezzük.My invention is based on the realization that if heat exchangers are installed at the appropriate stages of the technological process during the technology. cycle losses occurring during the processing of biomass can be minimized. We also realized that by cooking under pressure, the bound water content of the biomass can be released. We also realized that a solution where cleaning the tubes of the supercritical reactor is carried out using an ultrasonic power generator is advantageous.
Találmányom tehát egyrészt berendezés nedves biomasszák, elsősorban szennyvíziszapok, szuperkritikus vizes elgázosítással történő energetikai célú feldolgozására, mely berendezés magában foglal a biomasszát befogadó legalább egy tartályt, a biomassza aprítására szolgáló legalább egy őrlőberendezést, szivattyúkat, legalább egy szuperkritikus csőreaktort, valamint a reakciótermékek szétválasztásához legalább egy szeparátort. A találmányom szerinti berendezésre jellemző, hogy a tartály, egy zagyszivattyún keresztül, egy iszapőrlő malomhoz van csatlakoztatva és az iszapőrlő malom össze van kötve egy ellenáramú csigás hőcserélő előmelegített nyers iszap bemenetével. A berendezés el van látva továbbá legalább három, váltakozó munkafázisban működő autoklávval, és az ellenáramú csigás hőcserélő - vezérlő szelepek közbeiktatásával - össze van kapcsolva a három autoklávval. Az ellenáramú csigás hőcserélő lehűlt főtt iszap kimenete egy kolloid malomhoz van csatlakoztatva. A kolloid malom egy magas nyomású szivattyún és egy, a szuperkritikus csőreaktor kimenetén távozó elegy hőenergiáját a magas nyomású szivattyúból kilépő elegynek átadó hőcserélőn keresztül össze van kötve a szuperkritikus csőreaktorral, amelyhez egy, a szuperkritikus csőreaktor távozó füstgázainak hőenergiáját elvonó és azt az égéslevegőnek átadó hőcserélő van csatlakoztatva. A szuperkritikus csőreaktor össze van kötve egy folyadék-szilárd anyag szeparátorral, mely egy a folyadék-szilárd anyag szeparátorból kilépő szuperkritikus fluidum nyomási energiáját hasznosító víz/gőz turbó gépcsoporton és egy, a víz/gőz turbó gépcsoportból kilépő forró víz valamint sarjú-gőz hőenergiájával a tartályban lévő iszap felmelegítését szolgáló hőcserélőn keresztül egy víz-gáz szeparátorhoz van csatlakoztatva, amely össze van kötve a leválasztott gázok további bontására szolgáló, gáz-gáz szeparátorral. A víz/gőz turbó gépcsoport egy víz/gőz turbinát és egy villamos generátort tartalmaz, és a szuperkritikus csőreaktorhoz egy, a szuperkritikus csőreaktor csövein elhelyezett rezgőfejekkel rendelkező ultrahang teljesítmény generátor van csatlakoztatva.My invention is therefore, on the one hand, equipment for the processing of wet biomass, primarily sewage sludge, with supercritical water gasification for energetic purposes, which equipment includes at least one container for receiving the biomass, at least one grinding device for shredding the biomass, pumps, at least one supercritical tube reactor, and at least one for separating the reaction products separator. The device according to my invention is characterized by the fact that the tank is connected to a sludge grinding mill via a sludge pump and the sludge grinding mill is connected to the preheated raw sludge inlet of a counter-current screw heat exchanger. The equipment is also equipped with at least three autoclaves operating in alternating working phases, and the counter-flow screw heat exchanger is connected to the three autoclaves through the interposition of control valves. The cooled boiled sludge outlet of the counter-current screw heat exchanger is connected to a colloid mill. The colloid mill is connected to the supercritical tube reactor via a high-pressure pump and a heat exchanger that transfers the thermal energy of a mixture leaving the outlet of the supercritical tube reactor to the mixture leaving the high-pressure pump, to which there is a heat exchanger that extracts the heat energy of the flue gases leaving the supercritical tube reactor and transfers it to the combustion air. connected. The supercritical tube reactor is connected to a liquid-solid material separator, which utilizes the pressure energy of the supercritical fluid exiting the liquid-solid material separator on a water/steam turbo machine group and a hot water and steam steam exiting the water/steam turbo machine group using the thermal energy of the through a heat exchanger for heating the sludge in the tank, it is connected to a water-gas separator, which is connected to a gas-gas separator for further breaking down the separated gases. The water/steam turbo machine group includes a water/steam turbine and an electric generator, and an ultrasonic power generator with vibrating heads located on the tubes of the supercritical tube reactor is connected to the supercritical tube reactor.
A berendezés előnyös kiviteli alakjait a 2-4. igénypontok ismertetik.Advantageous embodiments of the equipment are shown in Figures 2-4. claims are described.
Másrészről a találmány tárgyát képezi egy eljárás nedves biomasszák, elsősorban szennyvíziszapok, szuperkritikus vizes elgázosítással történő energetikai célú feldolgozására, az 1 -5. igénypontok bármelyike szerinti berendezéssel. Az eljárásra jellemző, hogy egy tartályból a biomasszát egy zagyszivattyún keresztül egy iszapőrlő malomhoz vezetjük, ahol a biomasszát elő-őröljük. Az elő-őrölt biomasszát egy ellenáramú csigás hőcserélő előmelegített nyers iszap bemenetén keresztül, az ellenáramú csigás hőcserélő szállítócsigáinak segítségével és vezérlőszelepek közbeiktatásával három, váltakozó munkafázisban működő autokláv egyikéhez vezetjük, ahol a biomassza rostjainak feltárását, megpuhítását és a kötött víz felszabadítását végezzük. Az autoklávokból a biomasszát az ellenáramú csigás hőcserélő szállítócsigáinak segítségével, az ellenáramú csigás hőcserélő lehűlt főtt iszap kimenetén keresztül egy kolloid malomhoz vezetjük, ahol a felfőzött, már részben feltárt biomassza végleges aprítását és homogenizálását végezzük. A biomasszát a kolloid malomból egy magas nyomású szivattyún keresztül egy hőcserélőhöz vezetjük, ahol egy szuperkritikus csőreaktor kimenetén távozó fluidum hőenergiájával előmelegítjük, és az előmelegített biomasszát a szuperkritikus csőreaktorba vezetjük. A szuperkritikus csőreaktor távozó füstgázainak hőenergiáját egy hőcserélőn keresztül a szuperkritikus csőreaktor égés-levegőjéhez vezetjük. A szuperkritikus csőreaktorból a távozó elegyet a hőcserélőn keresztül egy folyadék-szilárd anyag szeparátorba juttatjuk, ahol a szilárd részeket elválasztjuk a reaktor gázokat tartalmazó szuperkritikus fluidumtól, a szuperkritikus fluidumot egy, a szuperkritikus fluidum nyomási energiáját hasznosító víz/gőz turbó gépcsoporton és egy, a víz/gőz turbó gépcsoportból kilépő forró víz valamint sarjú-gőz hőenergiájával a tartályban lévő iszap felmelegítését szolgáló hőcserélőn keresztül egy víz-gáz szeparátorba vezetjük, ahol a lehűtött vízből leválasztjuk a reaktor-gázokat a kondenzvíztől. A reaktor-gázokat egy gáz-gáz szeparátorba vezetjük, ahol a reaktor-gázokból kiválasztjuk és elvezetjük a hidrogént. A szuperkritikus csőreaktorhoz egy, a szuperkritikus csőreaktor csövein elhelyezett rezgőfejekkel ellátott ultrahang teljesítmény generátort csatlakoztatunk.On the other hand, the subject of the invention is a process for processing wet biomass, primarily sewage sludge, with supercritical water gasification for energetic purposes, the 1-5. with a device according to any one of the claims. The process is characterized by the fact that the biomass is fed from a tank through a slurry pump to a sludge grinding mill, where the biomass is pre-ground. The pre-ground biomass is led through the preheated raw sludge inlet of a counter-flow screw heat exchanger, with the help of the counter-flow screw heat exchanger's conveying screws and the interposition of control valves, to one of three autoclaves operating in alternating work phases, where the biomass fibers are exposed, softened and the bound water is released. From the autoclaves, the biomass is led to a colloid mill with the help of the conveying screws of the counter-flow screw heat exchanger, through the cooled boiled sludge outlet of the counter-flow screw heat exchanger, where the boiled, already partially excavated biomass is finally chopped and homogenized. The biomass is fed from the colloid mill via a high-pressure pump to a heat exchanger, where it is preheated with the thermal energy of the fluid leaving the outlet of a supercritical tube reactor, and the preheated biomass is fed into the supercritical tube reactor. The thermal energy of the flue gases leaving the supercritical tube reactor is led to the combustion air of the supercritical tube reactor through a heat exchanger. The mixture leaving the supercritical tube reactor is fed through the heat exchanger to a liquid-solid material separator, where the solid parts are separated from the supercritical fluid containing the reactor gases, the supercritical fluid is passed through a water/steam turbo machine group that utilizes the pressure energy of the supercritical fluid, and a water /steam with the thermal energy of hot water and steam coming out of the turbo machine group, we pass it through the heat exchanger for heating the sludge in the tank to a water-gas separator, where the reactor gases are separated from the condensed water from the cooled water. The reactor gases are fed into a gas-gas separator, where hydrogen is extracted from the reactor gases and removed. An ultrasound power generator with vibrating heads placed on the tubes of the supercritical tube reactor is connected to the supercritical tube reactor.
Az eljárás előnyös megvalósítási módjai megismerhetők a 6-9. igénypontokból.Advantageous implementation methods of the procedure can be found in 6-9. from claims.
Találmányomat az alábbiakban a rajzok alapján ismertetem részletesebben, ahol azI will explain my invention in more detail below based on the drawings, where it is
1. ábra a berendezés elvi felépítését, egyben az eljárás folyamatát ábrázolja, aFigure 1 shows the principle structure of the equipment, as well as the process of the procedure, a
2a ábra az autoklávok működéséhez szükséges kapcsolását, aFigure 2a shows the connection required for the operation of the autoclaves, a
2b ábra az autoklávok fűtésének kapcsolását, aFigure 2b shows the autoclave heating connection, a
3. ábra az ellenáramú csigás hőcserélő szerkezetét és működését, valamint a technológiai rendszerbe való illeszkedését, kapcsolódási pontjait ábrázolja, aFigure 3 shows the structure and operation of the counter-flow screw heat exchanger, as well as its integration into the technological system and its connection points, the
4a ábra a szuperkritikus csőreaktor felépítését mutatja, aFigure 4a shows the structure of the supercritical tube reactor, a
4b ábra a szuperkritikus csőreaktor A-A helyen vett metszetét ábrázolja.Figure 4b shows the cross-section of the supercritical tube reactor at A-A.
A találmány szerinti berendezés felépítését és az eljárás folyamatát az 1. ábrán követhetjük nyomon. A berendezés gyakorlatilag egymáshoz megfelelő (biomassza, víz, gáz) vezetékek révén kapcsolt szerkezeti elemekből áll. A berendezés magában foglal a biomasszát befogadó legalább egy 21 tartályt. A 21 tartály egy 11 zagyszivattyún keresztül, egy 12 iszapőrlő malomhoz van csatlakoztatva, és a 12 iszapőrlő malom össze van kötve egy 4 ellenáramú csigás hőcserélő 7 előmelegített nyersiszap bemenetével, a berendezés el van látva továbbá legalább három, váltakozó munkafázisban működő 1, 2, 3 autoklávval. A 4 ellenáramú csigás hőcserélő - vezérlő szelepek közbeiktatásával - össze van kapcsolva a három 1, 2, 3 autoklávval. A 4 ellenáramú csigás hőcserélő 10 lehűlt főtt iszap kimenete egy 13 kolloid malomhoz van csatlakoztatva, és a 13 kolloid malom egy 15 magasnyomású szivattyún és egy, a 17 szuperkritikus csőreaktor kimenetén távozó elegy hőenergiáját a 15 magasnyomású szivattyúból kilépő elegynek átadó 23 hőcserélőn keresztül össze van kötve a 17 szuperkritikus csőreaktorral, amelyhez egy, a 17 szuperkritikus csőreaktor távozó 19 füstgázainak hőenergiáját elvonó és azt a 22 égéslevegőnek átadó 18 hőcserélő van csatlakoztatva. A 17 szuperkritikus csőreaktor egy konténer formájú, zárt fém 48 burkolattal és 49 hőszigeteléssel ellátott berendezés. Fűtését elsődlegesen egy 50 gázüzemű szőnyegégő biztosítja. Felépítése a 4a és 4b ábrákon látható. Egy csőkígyót tartalmaz, amelynek a belsejében történik a kolloid állapotú, szuperkritikus vizet tartalmazó, mikró-méretűre aprított iszap kigázosítása. Rendelkezik egy 52 csőreaktor bemenettel, az ultraszuperkritikus víz és a biomassza elegy bevezetésére, és egy 53 csőreaktor kimenettel, a 31 reaktor gázok és szilárd részek elvezetéséhez. A 17 szuperkritikus csőreaktorhoz egy, a 17 szuperkritikus csőreaktor csövein elhelyezett 51 rezgőfejekkel rendelkező 20 ultrahangos teljesítmény generátor van csatlakoztatva. A 17 szuperkritikus csőreaktor össze van kötve egy 24 folyadék-szilárd anyag szeparátorral. A 24 folyadék-szilárd anyag szeparátor előnyösen hidrociklon kivitelű. A 24 folyadék-szilárdanyag szeparátor egy, a 24 folyadék-szilárd anyag szeparátorból kilépő szuperkritikus fluidum nyomási energiáját hasznosító 25 víz/gőz turbó gépcsoporton és egy, a 25 víz/gőz turbó gépcsoportból kilépő forró víz, valamint sarjú-gőz hőenergiájával a 21 tartályban lévő iszap felmelegítését szolgáló 28 hőcserélőn keresztül egy 29 víz-gáz szeparátorhoz van csatlakoztatva, amely össze van kötve egy, a leválasztott 31 reaktor-gázok további bontására szolgáló, 32 gáz-gáz szeparátorral. A 29 víz-gáz szeparátor bármely, a vegyiparban vagy az olajiparban alkalmazott alacsony-nyomású, kétfázisú szeparátor. A 32 gáz-gáz szeparátor bármely, a vegyiparban hidrogén leválasztására alkalmazott alacsony nyomású szeparátor. A 25 víz/gőz turbó gépcsoport 26 víz/gőz üzemű turbinát - célszerűen Tesla típusú frikciós turbinát - és változóáramú, 50 Hz-es 27 villamos generátort tartalmaz.The construction of the device according to the invention and the process of the process can be traced in Figure 1. The equipment practically consists of structural elements connected to each other by suitable (biomass, water, gas) lines. The equipment includes at least one tank 21 containing the biomass. The tank 21 is connected to a sludge grinding mill 12 through a slurry pump 11, and the sludge grinding mill 12 is connected to the preheated raw sludge inlet of a counter-flow screw heat exchanger 7, the equipment is also equipped with at least three 1, 2, 3 operating in alternating working phases with an autoclave. The 4 counter-flow screw heat exchangers are connected to the three autoclaves 1, 2, 3 by interposing control valves. The cooled boiled sludge outlet 10 of the counter-flow screw heat exchanger 4 is connected to a colloid mill 13, and the colloid mill 13 is connected via a high-pressure pump 15 and a heat exchanger 23 transferring the thermal energy of a mixture leaving the outlet of the supercritical tube reactor 17 to the mixture leaving the high-pressure pump 15 with the supercritical tube reactor 17, to which a heat exchanger 18 is connected, which removes the thermal energy of the flue gases leaving the supercritical tube reactor 17 and transfers it to the combustion air 22. The supercritical tube reactor 17 is a container-shaped device with a closed metal casing 48 and thermal insulation 49. It is primarily heated by a 50 gas-powered carpet burner. Its construction is shown in figures 4a and 4b. It contains a tube snake, inside which the colloidal state, containing supercritical water, and micro-sized sludge is degassed. It has a tube reactor inlet 52 for introducing the mixture of ultra-supercritical water and biomass, and a tube reactor outlet 53 for draining reactor gases and solids 31 . An ultrasonic power generator 20 with vibrating heads 51 placed on the tubes of the supercritical tube reactor 17 is connected to the supercritical tube reactor 17 . The supercritical tube reactor 17 is connected to a liquid-solid separator 24. The liquid-solid material separator 24 is preferably a hydrocyclone. The liquid-solid material separator 24 uses the pressure energy of the supercritical fluid leaving the liquid-solid material separator 24 on a water/steam turbo machine group 25 and a water/steam turbo machine group 25 using the heat energy of the hot water and steam steam leaving the water/steam turbo machine group 21 in the tank it is connected to a water-gas separator 29 through a heat exchanger 28 for heating sludge, which is connected to a gas-gas separator 32 for further breaking down the separated reactor gases 31. The water-gas separator 29 is any low-pressure, two-phase separator used in the chemical industry or the oil industry. The gas-gas separator 32 is any low-pressure separator used in the chemical industry to separate hydrogen. The 25 water/steam turbo machine group contains 26 water/steam turbines - preferably Tesla-type friction turbines - and 27 variable current, 50 Hz electric generators.
Ahogyan a 2b ábrán látható, az 1, 2, 3, autoklávok rendelkeznek egy 5 magas nyomású fűtővíz bemenettel és egy 6 magas nyomású fűtővíz kimenettel. A 4 ellenáramú csigás hőcserélő el van látva egy 42 fűtő-gőz köpennyel, amit 43 hőszigetelés vesz körül. Szerkezeti felépítése és működése a 3. ábrán látható. A 4 ellenáramú hőcserélő el van látva egy 16 kondenzvíz kimenettel, valamint 44 tömítésekkel is. A 4 ellenáramú csigás hőcserélő csigáját egy 45 szabályozott hajtáson keresztül biztosítjuk.As shown in Figure 2b, autoclaves 1, 2, 3 have a high pressure heating water inlet 5 and a high pressure heating water outlet 6. The counter-flow screw heat exchanger 4 is equipped with a heating-steam jacket 42, which is surrounded by thermal insulation 43. Its structure and operation are shown in Figure 3. The 4 counter-flow heat exchanger is equipped with a 16 condensate outlet and 44 seals. The coil of the 4 counter-flow screw heat exchanger is provided through a 45 regulated drive.
Az alábbiakban az egyes szerkezeti elemek funkcióját és a berendezés működését ismertetjük. A biomasszát befogadó legalább egy 21 tartály a puffer funkción túl, elvégzi a biomassza előmelegítését is. A 12 iszapőrlő malom keverő-malom, vagy kalapácsos daráló is lehet, feladata a biomassza elő-őrlése. A 4 ellenáramú csigás hőcserélő feladata az előkészített biomassza 1, 2, 3 autoklávokba történő beszállítása, és azzal párhuzamosan a felfőzött biomassza 1, 2, 3 autoklávokból történő kiszállítása oly módon, hogy az 1, 2, 3 autoklávokból távozó forró főtt biomassza nagy mértékben átadja a hőenergiáját az 1, 2, 3 autoklávok valamelyikébe tartó, főzendő biomasszának. A 7 előmelegített nyers iszap bemeneten keresztül a biomassza bejut a 4 ellenáramú csigás hőcserélőbe, ahol a 4 ellenáramú hőcserélő az 1, 2, 3 autoklávokba igyekvő biomasszát felfűti az 1, 2, 3, autoklávból távozó forró főtt biomassza hőenergiájával. Az 1, 2, 3 autoklávokba kerülő biomassza hőmérsékletét az ürítés alatt lévő 1, 2, 3 autokláv felső részéből érkező 14 fűtő gőz tovább emeli. A biomassza a 4 ellenáramú csigás hőcserélőben a szállító csiga segítségével halad és egy 8 nyers iszap kimeneten keresztül automatikusan, vezérlőszelepek segítségével jut a nyomás alatt lévő 1, 2, 3 autoklávok egyikébe. Az 1, 2, 3 autokláv 3 darab azonos méretű, automatikus üzemű főzőüst. Feladatuk a nedves biomassza rostjainak feltárása, megpuhítása, a „kötött-víz” felszabadítása. Az 1, 2, 3 autoklávok berendezéshez csatlakozása látható a 2a ábrán. A vezérlés következtében az 1, 2, 3 autoklávok egyike midig töltés alatt van, egy másik 1, 2, 3 autokláv mindig főz, a harmadik mindig ürít. A három 1, 2, 3 autokláv váltakozó üzemét az alábbi táblázat szemlélteti:The function of the individual structural elements and the operation of the equipment are described below. In addition to the buffer function, the at least one container 21 receiving the biomass also preheats the biomass. The 12 sludge grinding mills can be mixing mills or hammer mills, their task is to pre-grind the biomass. The task of the counter-flow screw heat exchanger 4 is to supply the prepared biomass to the autoclaves 1, 2, 3 and, in parallel, to transport the cooked biomass from the autoclaves 1, 2, 3 in such a way that the hot cooked biomass leaving the autoclaves 1, 2, 3 transfers to a large extent of the biomass to be cooked, keeping its thermal energy in one of the autoclaves 1, 2, 3. Through the 7 preheated raw sludge inlets, the biomass enters the counter-flow screw heat exchanger 4, where the counter-flow heat exchanger 4 heats the biomass entering the autoclaves 1, 2, 3 with the thermal energy of the hot cooked biomass leaving the autoclaves 1, 2, 3. The temperature of the biomass entering the autoclaves 1, 2, 3 is further raised by the heating steam 14 coming from the upper part of the autoclave 1, 2, 3, which is being emptied. The biomass travels in the 4 counter-flow screw heat exchangers with the help of the conveying screw and automatically enters one of the pressurized autoclaves 1, 2, 3 through an 8 raw sludge outlet with the help of control valves. The 1, 2, 3 autoclaves are 3 autoclaves of the same size. Their task is to uncover and soften the fibers of the wet biomass, and release the "bound water". The connection of autoclaves 1, 2, 3 to the equipment can be seen in figure 2a. As a result of the control, one of the autoclaves 1, 2, 3 is currently being filled, another 1, 2, 3 autoclave is always cooking, and the third is always emptying. The alternating operation of the three autoclaves 1, 2, 3 is illustrated in the table below:
A három 1, 2, 3 autokláv üzemeinek ciklus-ideje 30-30-30 perc. Az 1, 2, 3 autoklávokból a forró főtt biomassza egy 54 zagyszivattyún és a 4 ellenáramú csigás hőcserélő 9 forró főtt iszap bemenetén keresztül ismét a 4 ellenáramú csigás hőcserélőbe kerül, ahol már némileg lehűl. A 4 ellenáramú csigás hőcserélő 10 lehűlt főtt iszap kimenetén keresztül a némileg lehűlt biomassza a 13 kolloid malomba kerül. A 13 kolloid malom feladata elvégezni a felfőzött, már részben feltárt biomassza végleges aprítását és homogenizálását, melynek többek között az is célja, hogy a biomasszában lévő kötött víz nagy részét felszabadítsuk az előaprítással és főzéssel feltárt biomasszából. A 13 kolloid malom segítségével a biomassza könnyen szivattyúzható, homogén állagú lesz. Az elegy mikró-méretű szemcsékből álló, homogén kolloid állapota biztosítja az elegy nagy mértékű (90% feletti) kigázosíthatóságát. A 15 magas nyomású szivattyú feladata, hogy előállítsa a 17 szuperkritikus csőreaktor számára szükséges 221 bar feletti elegy-nyomást. A 15 magas nyomású szivattyú szabályozható hajtással rendelkezik és képes a szükséges 230 és 350 bar közötti nyomást előállítani, tartani. A 23 hőcserélő feladata a 17 szuperkritikus csőreaktor kimenetén távozó 600-650 °C-os elegy hőenergiáját a 15 magas nyomású szivattyúból kilépő elegynek átadni. Így, a 17 szuperkritikus csőreaktorba belépő elegy hőmérséklete eléri, illetve meghaladja a 373 °C szuperkritikus hőmérsékletet. A 17 szuperkritikus csőreaktor csőkígyójának a belsejében történik a kolloid állapotú, szuperkritikus vizet tartalmazó, mikró-méretűre aprított iszap kigázosítása. Összetett funkciójú eszköz, feladata biztosítani a feldolgozandó biomassza-elegy kigázosításhoz szükséges időtartamú tartózkodását a kigázosításhoz szükséges reakció-paraméterek (nyomás és hőmérséklet) mellett, és pótolni az elgázosítás endoterm folyamata által elvont hőt. A 17 szuperkritikus csőreaktor csövein elhelyezett 51 rezgőfejekkel rendelkező 20 ultrahangos teljesítmény generátor feladata a 17 szuperkritikus csőreaktor csövei belső felületének tisztán tartása, nagyobb szilárd részecskék keletkezésének megakadályozása, valamint a kisebb szilárd részecskéknek és az elegyben lévő oldatlan szervetlen sók kiválásának, kiülepedésének, és a csövek elrakódásának megakadályozása. A 24 folyadék-szilárd anyag szeparátor feladata a szuperkritikus fluidumban lévő szilárd részek elválasztása a 31 reaktor-gázokat (hidrogén, metán, szénmonoxid) tartalmazó szuperkritikus fluidumtól. A 25 víz/gőz turbó gépcsoport feladata a 17 szuperkritikus csőreaktorból kilépő fluidum nyomási energiájának hasznosítása, a fluidum-nyomás környezeti nyomásra történő expandálása útján. A 29 víz-gáz szeparátor feladata a lehűtött vízből kiválasztani a 31 reaktor-gázokat és a 30 kondenzvizet külön kivezetni. A 32 gáz-gáz szeparátor feladata a 31 reaktor gázokból (H2, CH4, CO, CO2) kiválasztani a 33 34t és azt külön kivezetni. A maradék 34 metánt és szénmonoxidot pedig részben a 17 szuperkritikus csőreaktor fűtéséhez, részben pedig egy, előnyösen a berendezéshez tartozó 35 gázmotor üzeméhez juttatja. A 35 gázmotor bármilyen, magas fűtőértékű (magas metántartalmú gáz) eltüzelésére használt hagyományos gázmotor lehet. Feladata a hozzákapcsolt 38 villamos generátor segítségével a biomassza kivont energiatartalmának villamos energiává alakítása. A villamos energiát a 39 villamos-hálózatra (20 kV) adjuk fel. A 35 gázmotor hulladék-hőjének egy részét, a 36 kipufogógázok hőtartalmát, a 41 hőcserélőn keresztül az 1, 2, 3 autoklávok fűtésére használjuk úgy, hogy 170-210 °C hőmérsékletű vizet vezetünk be az 5 magas nyomású fűtővíz bemeneten keresztül, egy 41 hőcserélőn keresztül. míg a 6 magas nyomású fűtővíz kimeneten keresztül 110-150 °C hőmérsékletű vizet engedünk ki. A 35 gázmotor 37 hűtővízének hőtartalmával, egy 40 hőcserélőn keresztül, a 28 hőcserélővel együtt, a 21 tartályban lévő biomasszát fűtjük elő. A találmány szerinti eljárás lépései összefoglalva a következők:The cycle time of the three autoclaves 1, 2, 3 is 30-30-30 minutes. From autoclaves 1, 2, 3, the hot boiled biomass is sent to the counter-flow screw heat exchanger 4 through a slurry pump 54 and through the hot boiled sludge inlet of counter-flow screw heat exchanger 4, where it cools down somewhat. The somewhat cooled biomass is sent to the colloid mill 13 through the cooled boiled sludge outlet of the 4 counter-flow screw heat exchanger 10 . The task of the 13 colloid mills is to carry out the final shredding and homogenization of the cooked, already partially digested biomass, which aims, among other things, to release most of the bound water in the biomass from the biomass that has been digested and boiled. With the help of the 13 colloid mills, the biomass can be easily pumped and will have a homogeneous consistency. The homogenous colloidal state of the mixture, consisting of micro-sized particles, ensures that the mixture can be outgassed to a large extent (over 90%). The task of the 15 high-pressure pumps is to produce the mixture pressure above 221 bar required for the 17 supercritical tube reactors. The 15 high-pressure pumps have an adjustable drive and are able to produce and maintain the necessary pressure between 230 and 350 bar. The task of the heat exchanger 23 is to transfer the thermal energy of the 600-650 °C mixture leaving the outlet of the supercritical tube reactor 17 to the mixture leaving the high-pressure pump 15. Thus, the temperature of the mixture entering the 17 supercritical tube reactor reaches or exceeds the supercritical temperature of 373 °C. Inside the tube snake of the 17 supercritical tube reactors, the colloidal sludge containing supercritical water, shredded to micro-size, is gasified. A device with a complex function, its task is to ensure that the biomass mixture to be processed stays for the duration necessary for gasification in addition to the reaction parameters (pressure and temperature) required for gasification, and to replace the heat removed by the endothermic process of gasification. The task of the 20 ultrasonic power generators with 51 vibrating heads placed on the tubes of the 17 supercritical tube reactors is to keep the inner surface of the tubes of the 17 supercritical tube reactors clean, to prevent the formation of larger solid particles, and to prevent the separation and sedimentation of smaller solid particles and the undissolved inorganic salts in the mixture, and the deposition of the tubes. preventing. The task of the liquid-solid separator 24 is to separate the solid parts in the supercritical fluid from the supercritical fluid 31 containing reactor gases (hydrogen, methane, carbon monoxide). The task of the 25 water/steam turbo machine groups is to utilize the pressure energy of the fluid leaving the 17 supercritical tube reactors, by expanding the fluid pressure to ambient pressure. The task of the water-gas separator 29 is to select the reactor gases 31 from the cooled water and to drain the condensate 30 separately. The task of the gas-gas separator 32 is to select 33 34 from the reactor gases 31 (H2, CH4, CO, CO2) and to discharge them separately. The remaining 34 methane and carbon monoxide are supplied partly to the heating of the supercritical tube reactor 17 and partly to the operation of a gas engine 35, which preferably belongs to the equipment. The gas engine 35 can be any conventional gas engine used for burning high calorific value (gas with a high methane content). Its task is to convert the extracted energy content of the biomass into electricity with the help of the connected 38 electric generators. The electricity is supplied to the 39 electricity network (20 kV). Part of the waste heat of the gas engine 35, the heat content of the exhaust gases 36, is used to heat the autoclaves 1, 2, 3 through the heat exchanger 41 by introducing water with a temperature of 170-210 °C through the high-pressure heating water inlet 5, through a heat exchanger 41 across. while water with a temperature of 110-150 °C is released through the 6 high-pressure heating water outlets. The biomass in the tank 21 is heated with the heat content of the cooling water 37 of the gas engine 35, through a heat exchanger 40, together with the heat exchanger 28. The steps of the method according to the invention are summarized as follows:
Egy 21 tartályból a biomasszát egy 11 zagyszivattyún keresztül egy 12 iszapőrlő malomhoz vezetjük, a 12 iszapőrlő malomban a biomasszát elő-őröljük, az elő-őrölt biomasszát egy 4 ellenáramú csigás hőcserélő 7 előmelegített nyersiszap bemenetén keresztül, a 4 ellenáramú csigás hőcserélő szállítócsigáinak segítségével és vezérlőszelepek közbeiktatásával három 1, 2, 3 autokláv egyikéhez vezetjük, ahol a biomassza rostjainak feltárását, megpuhítását és a kötött víz felszabadítását végezzük, az 1, 2, 3, autoklávokból a biomasszát a 4 ellenáramú csigás hőcserélő szállítócsigáinak segítségével, a 4 ellenáramú csigás hőcserélő 10 lehűlt főtt iszap kimenetén keresztül egy 13 kolloid malomhoz vezetjük, ahol a felfőzött, már részben feltárt biomassza végleges aprítását és homogenizálását végezzük, a biomasszát a 13 kolloid malomból egy 15 magasnyomású szivattyún keresztül egy 23 hőcserélőhöz vezetjük, ahol egy 17 szuperkritikus csőreaktor kimenetén távozó biomassza hőenergiájával előmelegítjük, és az előmelegített biomasszát a 17 szuperkritikus csőreaktorba vezetjük, a 17 szuperkritikus csőreaktor 19 távozó füstgázainak hőenergiáját egy 18 hőcserélőn keresztül a 17 szuperkritikus csőreaktor 22 égéslevegőjéhez vezetjük, a 17 szuperkritikus csőreaktorból a kigázosított reakcióterméket a 23 hőcserélőn keresztül egy 24 folyadék-szilárd anyag szeparátorba juttatjuk, ahol a szilárd részeket elválasztjuk a 31 reaktor gázokat tartalmazó szuperkritikus fluidumtól, a szuperkritikus fluidumot egy, a szuperkritikus fluidum nyomási energiáját hasznosító 25 víz/gőz turbó gépcsoporton és egy, a 25 víz/gőz turbó gépcsoportból kilépő forró víz valamint sarjú-gőz hőenergiájával a 21 tartályban lévő iszap felmelegítését szolgáló 28 hőcserélőn keresztül egy 29 víz-gáz szeparátorba vezetjük, ahol a lehűtött vízből leválasztjuk a 31 reaktor gázokat a 30 kondenzvíztől, a 31 reaktor gázokat egy 32 gáz-gáz szeparátorba vezetjük, ahol a 31 reaktor gázokból kiválasztjuk és elvezetjük a 33 hidrogént.From a tank 21, the biomass is fed to a sludge grinding mill 12 through a slurry pump 11, the biomass is pre-ground in the sludge grinding mill 12, the pre-ground biomass through the preheated raw sludge inlet of a 4 counter-flow screw heat exchanger 7, with the help of the transport screws of the 4 counter-flow screw heat exchanger and control valves with its interposition, it is led to one of three autoclaves 1, 2, 3, where the biomass fibers are exposed, softened and the bound water is released, the biomass from autoclaves 1, 2, 3 is transported with the help of the conveying screws of the counter-flow screw heat exchanger 4, the counter-flow screw heat exchanger 10 is cooled through the outlet of the boiled sludge, it is led to a colloid mill 13, where the final shredding and homogenization of the cooked, already partially excavated biomass is carried out, the biomass is led from the colloid mill 13 through a high-pressure pump 15 to a heat exchanger 23, where it is preheated with the heat energy of the biomass leaving the outlet of a supercritical tube reactor 17 , and the preheated biomass is fed into the supercritical tube reactor 17, the thermal energy of the flue gases leaving the supercritical tube reactor 17 is fed through a heat exchanger 18 to the combustion air 22 of the supercritical tube reactor 17, the degassed reaction product from the supercritical tube reactor 17 is fed through the heat exchanger 23 to a liquid-solid material separator 24 , where the solid parts are separated from the supercritical fluid containing the reactor gases 31, the supercritical fluid is separated by a water/steam turbo machine group 25 that utilizes the pressure energy of the supercritical fluid and by the thermal energy of the hot water and steam steam leaving the water/steam turbo machine group 25 to the Through the heat exchanger 28 for heating the sludge in the tank 21, it is led to a water-gas separator 29, where the reactor gases 31 are separated from the condensed water 30 from the cooled water, the reactor gases 31 are led to a gas-gas separator 32, where they are separated from the reactor gases 31 and removed the 33 hydrogens.
A találmánnyal megoldottuk a technika állásának hiányosságait.With the invention, we solved the shortcomings of the state of the art.
A nyomás alatti főzés kiszabadítja a kötött-vizek többségét, majd a 13 kolloid-malom mikró-méretűre aprítja és homogenizálja a főtt biomasszát, ezáltal az tökéletesen alkalmassá vált a 15 magasnyomású szivattyú által a 23 hőcserélőn keresztül a 17 szuperkritikus csőreaktorba történő továbbításra, illetve a 17 szuperkritikus csőreaktorban történő kigázosításra. A szuperkritikus vízben, a hőmérséklet (590-680 °C) és a nyomás (240-360 bár) függvényében 3-5 perc reakció-idő alatt megtörténik a teljes kigázosítás a 17 szuperkritikus csőreaktorban. Figyelembe véve, hogy a 17 szuperkritikus csőreaktor csöveiben az elegy áramlásának sebessége viszonylag szűk határok között változhat (3-5 m/sec) ahhoz, hogy a szükséges turbulens áramlás elfogadható hidrodinamikai ellenállás mellett valósuljon meg, a reakció-idő meghatározza a 17 szuperkritikus csőreaktor méretét, a csőkígyó hosszát.Cooking under pressure releases most of the bound water, then the colloid mill 13 grinds and homogenizes the cooked biomass to micro-size, thus it has become perfectly suitable for transmission by the high-pressure pump 15 through the heat exchanger 23 to the supercritical tube reactor 17, and 17 for gasification in a supercritical tube reactor. In supercritical water, depending on the temperature (590-680 °C) and pressure (240-360 bar), complete degassing takes place in the 17 supercritical tube reactors within a reaction time of 3-5 minutes. Considering that the speed of the mixture flow in the tubes of the supercritical tube reactor 17 can vary within relatively narrow limits (3-5 m/sec) in order to achieve the necessary turbulent flow with acceptable hydrodynamic resistance, the reaction time determines the size of the supercritical tube reactor 17 , the length of the tube snake.
A reaktor-gázok összetétele, a biomassza minőségének és bel-tartalmának függvényében, általában a következő határok között mozog: H2 35-47%, CH4 42-45%, CO 8-23, egyebek 2-3%. A 31 reaktor gázok összetétele katalizátorok alkalmazásával befolyásolható, például a H2 arány növelése irányába.The composition of the reactor gases, depending on the quality and content of the biomass, usually ranges between the following limits: H2 35-47%, CH4 42-45%, CO 8-23, others 2-3%. The composition of the gases in the reactor 31 can be influenced by using catalysts, for example in the direction of increasing the H2 ratio.
A hidrogén, elszeparálása után, megújuló hidrogénként üzemanyag cellában és/vagy hidrogén-üzemű gépjárművek üzemanyagaként hasznosítható, míg a metán/szénmonoxid gázkeveréket gázmotorokban célszerű felhasználni.After separation, hydrogen can be used as renewable hydrogen in fuel cells and/or as fuel for hydrogen-powered vehicles, while the methane/carbon monoxide gas mixture is best used in gas engines.
Az alkalmazott 18, 23, 40, és 41 hőcserélők ciklus-veszteségeket a lehetséges minimumra csökkentik.The used heat exchangers 18, 23, 40 and 41 reduce cycle losses to the minimum possible.
Amennyiben a kigázosítás endoterm folyamatához szükséges hőmennyiség-pótlást nem tekintjük veszteségnek (hiszen ez az anyag átalakítás, a kigázosítás szükséges velejárója), akkor az eljárás-, illetve a berendezés összhatásfoka 75 és 85% között lehet, annak teljesítménye, vagyis feldolgozó kapacitása függvényében.If the replacement of the amount of heat required for the endothermic process of gasification is not considered a loss (since this is a necessary part of the transformation of the material, the gasification), then the overall efficiency of the process and the equipment can be between 75 and 85%, depending on its performance, that is, its processing capacity.
A találmány tárgyát képező technológia elsősorban közepes és nagy (7-28 tonna/óra) kapacitású, jó hatásfokú szennyvíziszap-feldolgozó üzemek megvalósítására alkalmas, 10-40 MW gázmotoros kiserőmű teljesítmény létrehozása és üzemeltetése mellett. (Ez 50.000 - 200.000 tonna/év 80% nedvességtartalmú víztelenített szennyvíziszap feldolgozását végző üzemek megvalósíthatóságát jelenti.)The technology that is the subject of the invention is primarily suitable for medium and large (7-28 tons/hour) capacity, high-efficiency sewage sludge processing plants, in addition to the creation and operation of a 10-40 MW gas engine small power plant. (This means the feasibility of plants processing 50,000 - 200,000 tons/year of dewatered sewage sludge with a moisture content of 80%.)
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HUP2100026A HU231474B1 (en) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | Equipment and process for energy processing of wet biomass, mainly sewage sludge, by supercritical water gasification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HUP2100026A HU231474B1 (en) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | Equipment and process for energy processing of wet biomass, mainly sewage sludge, by supercritical water gasification |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUP2100026A1 HUP2100026A1 (en) | 2022-08-28 |
| HU231474B1 true HU231474B1 (en) | 2024-02-28 |
Family
ID=89985027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HUP2100026A HU231474B1 (en) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | Equipment and process for energy processing of wet biomass, mainly sewage sludge, by supercritical water gasification |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| HU (1) | HU231474B1 (en) |
-
2021
- 2021-01-28 HU HUP2100026A patent/HU231474B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HUP2100026A1 (en) | 2022-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2534077C2 (en) | Method of combined production of synthesis-gas and electric energy | |
| CN106010662B (en) | Organic waste two-step pretreatment System and method for based on super/subcritical water technique | |
| KR101711181B1 (en) | Solid fuel staged gasification-combustion dual-bed polygeneration system and method | |
| JP6070906B1 (en) | Supercritical water gasification system and gasification method | |
| CN109852429B (en) | Hydrogen production system and method by coupling coal combustion and garbage steam gasification | |
| CN111234876A (en) | Material grading preheating and overtemperature protection system and method for supercritical water gasification hydrogen production | |
| CN114729275A (en) | Coke making system and gasifier for all-steam gasification with carbon capture | |
| JP6573261B2 (en) | Supercritical water gasification system | |
| CN113583714A (en) | Supercritical and above parameter coal electric unit coupling supercritical water hydrogen production system and method | |
| JP2018510773A (en) | Method and system for treating slurry containing organic components | |
| CN111234873A (en) | Supercritical water gasification system and method with energy recovery and zero wastewater discharge | |
| CN211896819U (en) | Coal supercritical water gasification hydrogen production and solid-liquid residue harmless treatment system | |
| HU231474B1 (en) | Equipment and process for energy processing of wet biomass, mainly sewage sludge, by supercritical water gasification | |
| CN105838461A (en) | Methanation technology of synthetic gas for synthetic natural gas | |
| JP6057362B1 (en) | Supercritical water gasification system | |
| CN113348230A (en) | Full steam gasification with solid fuel preparation system | |
| CN111718757A (en) | Thermal power plant coal pyrolysis gas hydrogen production system and method | |
| CN113732014B (en) | Clean gasification power generation method and device for household garbage | |
| CN105505465B (en) | A kind of method using carbon raw material production synthesis gas | |
| US11142714B2 (en) | Highly efficient and compact syngas generation system | |
| JP6704587B1 (en) | Supercritical water gasification system | |
| JP4385375B2 (en) | Energy recovery method and apparatus for high water content biomass | |
| Cai et al. | Experimental and numerical investigations on gasification of biomass briquette in a sectional heating gasifier | |
| CN112594695A (en) | Supercritical water gasification device for industrial garbage | |
| CN201737900U (en) | High-efficiency quick coal pyrolyzing device |