JP2012522629A5

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Publication number: JP2012522629A5
Application number: JP2012502513A
Authority: JP
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2014-12-04

Description

この課題は、バイオマスを水熱炭化するための連続的な方法によって解決され、この方法では、
・第１のプロセス段階、すなわち圧力上昇段階において、供給原料の圧力が、実質的に低くとも５ｂａｒの後続のプロセス段階の圧力に高められ、
・供給原料が第２のプロセス段階、すなわち炭化段階において、低くとも５ｂａｒの圧力および最高で水の沸騰温度で、実質的に水および二酸化炭素を切り離しながら、炭化した生成物に変換され、
・供給原料は第２のプロセス段階ではとりわけ重力により、ほぼ鉛直方向に移送され、
・（変換中の）供給原料は、好ましくは第２のプロセス段階の上の部分／領域内で、第２のプロセス段階から水を取り出して一部を第２のプロセス段階に再供給することにより、好ましくは反応物投入と生成物吐出の間の主流方向に対してほぼ垂直に循環され、
・（変換中の）供給原料は、第２のプロセス段階の下の部分／領域内で、水を含有する沈降物として堆積し、
・沈降物の最低高さは、沈降により固体含有率が少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２０％、さらに好ましくは少なくとも２５％、特に好ましくは少なくとも３０％に上昇するように選択され、沈降層の最大高さは、静圧により底部固形物が形成されないように、例えば循環でおよび／または加熱蒸気を付加することで制限され、
・第２のプロセス段階での水位の充填高さは、水の取出しおよびこのプロセス段階への供給により調節され、
・第２のプロセス段階で生じる永久気体は、含まれている水蒸気部分の少なくとも一部が比較的冷たい供給原料の表面で凝縮され、その後にはじめて永久気体がプロセスから排出されるように、第２のプロセス段階に入る供給原料に逆流して第２のプロセス段階から排出され、かつ
・沈降物は、第２のプロセス段階から吐出され、基本的に水の蒸発により、実質的に第３のプロセス段階、すなわち蒸気雰囲気中で乾燥を行う蒸気加熱乾燥段階の温度レベルに冷却され、そして第３のプロセス段階に送られ、含水率が３０質量％未満、好ましくは２０質量％未満、特に１５質量％未満の市販できる品質の炭の形で最終生成物として第３のプロセス段階から吐出される。

本発明の本質的な作用原理は、プロセス技術的に簡単で、同時にエネルギー収支が最適化された実施形態にあり、これは、第２のプロセス段階からの固体生成物の吐出量が上昇し、同時に、沈降物の冷却および乾燥から出た排熱を水蒸気の形で獲得することに関連して、第２のプロセス段階でできるだけ大量の加熱された水が得られ、かつ底部固形物の生成が回避されることにより達成される。

供給原料を水熱炭化するための本発明による連続的な方法は、有利には、下記の措置の少なくとも１つを実施することにより構成することができる。
・第１のプロセス段階で、供給原料の圧力を、実質的に低くとも５ｂａｒの後続のプロセス段階の圧力に高め、供給原料の温度を、供給原料と、供給原料の温度に比べて熱い後続のプロセス段階からの排水および／または排蒸気との混合により高め、有用には、第２のプロセス段階に供給原料を送り込む前に、最大で予め供給されたのと同量の水を再び供給原料から分離し、有用には、分離した水から、最大で、供給原料の炭化および乾燥を行う後続のプロセス段階で分離される、または分離されたのと同量の水をプロセスから排出し、さらに、第１のプロセス段階に供給された水を、循環水としてプロセス内に留め続ける、
・供給原料を、第２のプロセス段階で、このプロセス段階自体で発生する水蒸気の凝縮により予熱し、化学的に可溶化し、最高で沸騰条件下で稼働する低くとも５ｂａｒの圧力の水浴中で、化学的に結合した水および二酸化炭素を切り離すことにより、炭化した生成物に変換する、
・供給原料を第２のプロセス段階でとりわけ重力により、ほぼ鉛直方向に移送する、
・（変換中の）供給原料を、好ましくは第２のプロセス段階の上の部分／領域内で、第２のプロセス段階から水を取り出して一部を第２のプロセス段階に再供給することにより、好ましくは反応物投入と生成物吐出の間の主流方向に対してほぼ垂直に循環させる、
・（変換中の）供給原料を、第２のプロセス段階の下の部分内で、水を含有する沈降物として堆積させる、
・沈降物の最低高さを、沈降により固体含有率が少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２０％、さらに好ましくは少なくとも２５％、特に好ましくは少なくとも３０％に上昇するように選択し、沈降層の最大高さを、静圧により底部固形物が形成されないように、例えば循環でおよび／または加熱蒸気を付加することで制限する、
・第２のプロセス段階での水位の充填高さを、水の取出しおよびこのプロセス段階への供給により調節する、
・第２のプロセス段階の熱平衡を、循環のために取り出される水の再供給により維持し、この水は、第２のプロセス段階で熱が必要な場合には有利には第２のプロセス段階の外で加熱蒸気を付加することで加熱することができ、かつ／または熱交換器内で加熱することができ、さらに熱平衡を、必要であれば蒸気の取出しにより、および必要であれば、このプロセス段階で凝縮する外部からの加熱蒸気の付加により維持する、
・第２のプロセス段階で発生し、凝縮されない、第２のプロセス段階からの余分な蒸気を取り出し、第２のプロセス段階に再供給し、かつ／または好ましくは別のプロセス段階で利用するために第２のプロセス段階から排出する、
・第２のプロセス段階で生じる永久気体を、含まれている水蒸気部分の少なくとも一部が比較的冷たい供給原料の表面で凝縮され、その後にはじめて永久気体がプロセスから排出されるように、第２のプロセス段階に入る供給原料に逆流させて第２のプロセス段階から排出する、
・沈降物を、第２のプロセス段階から吐出し、基本的に水の蒸発により、実質的に第３のプロセス段階、すなわち蒸気雰囲気中で乾燥を行う蒸気加熱乾燥段階の温度レベルに冷却し、そして第３のプロセス段階に送り、含水率が３０質量％未満、好ましくは２０質量％未満、特に１５質量％未満の市販できる品質の炭の形で最終生成物として第３のプロセス段階から吐出する。

第２のプロセス段階から第３のプロセス段階への生成物の吐出を妨げるように影響を及ぼすことがある、沈降物から底部固形物の形成を回避するために、沈降層の高さ、したがって乱されることなく重力により高くなっていく第２のプロセスステップと第３のプロセスステップの間の境界線は、第２のプロセスステップから水を取り出して少なくとも一部を第２のプロセスステップに再供給することにより制限される。水を取り出す場所およびやり方は、固体をあまり含まないことが保証されるように選択するのが好ましい。その場所は、理想的に水平回転する円筒体の場合、円筒体の中心である。固体を留めることは、好ましくはスロットスクリーンの使用によって補助することができる。第３のプロセスステップで、炭化中の供給原料を鉛直方向にかき混ぜること、したがって所望の沈降層を乱すことを少なく保つために、水の再供給は、実質的に第２のプロセス段階の主流方向を横切って、つまり反応物投入から生成物吐出への方向を横切って実施されることが有利である。したがって縦型反応器の場合には、ほぼ水平な循環が行われる。

加熱蒸気２７および循環水１２の送り込みは接線方向に行われ、したがって第２のプロセス段階の上の部分／領域はほぼ水平に循環し、これにより沈降物４０の高さは、底部固形物が形成されないように制限される。同時に、本発明により沈降が可能なことで、沈降物吐出部１１付近での固体含有率は約３０質量％に上昇し、したがって大量の熱水が第２のプロセス段階に留まり続けて水浴３９を形成し、この水浴３９中で炭化が起こり、沈降物と一緒には吐出されないが供給原料と共にまたは加熱蒸気として第２のプロセス段階に送り込まれた水および第２のプロセス段階で供給原料から切り離された化学的に結合した水（合わせて約０．１９ｔ／ｈ）だけが、ライン１６を通して第２のプロセス段階から排出され、フラッシュ蒸気４２を放出しながら調節されて緩和され、緩和されたプロセス水（４３）としてその先の利用のために提供される。水浴は、沈降層より上では、この例では１０質量％未満の固体含有率を有しており、これが良好な循環性を保証する。この例で明らかなように、本発明により沈降層の形成が可能であることが、沈降物が吐出される付近での固体の顕著な凝集をもたらし、これによりプロセス水の大部分を第２のプロセス段階に留めることができる。さらに、沈降物の形成により、供給原料が、この例では６０分の最短期間にわたって第２のプロセス段階に滞留し、こうして最低限の転換を起こすことができ、この場合は炭素分率５５質量％超の最低限の生成物品質が確約される。

Claims

バイオマスを水熱炭化するための連続的な方法であって、
・第１のプロセス段階、すなわち圧力上昇段階で、供給原料の圧力が、実質的に低くとも５ｂａｒの後続のプロセス段階の圧力に高められ、
・供給原料が第２のプロセス段階、すなわち炭化段階で、低くとも５ｂａｒの圧力および最高で水の沸騰温度で、実質的に水および二酸化炭素を切り離しながら、炭化した生成物に変換され、
・供給原料が前記第２のプロセス段階で、とりわけ重力によりほぼ鉛直方向に移送され、・供給原料が、前記第２のプロセス段階の上の領域内で、前記第２のプロセス段階から水を取り出して一部を前記第２のプロセス段階に再供給することにより循環され、
・供給原料が、前記第２のプロセス段階の下の部分内で、水を含有する沈降物として堆積され、
・沈降物の最低高さが、沈降により固体含有率が少なくとも１５％、好ましくは少なくとも２０％、さらに好ましくは少なくとも２５％、特に好ましくは少なくとも３０％に上昇するように選択され、沈降層の最大高さが、静圧により底部固形物が形成されないように制限され、
・前記第２のプロセス段階での水位の充填高さが、水の取出しおよびこのプロセス段階への供給により調節され、
・前記第２のプロセス段階で生じる永久気体が、含まれている水蒸気部分の少なくとも一部が比較的冷たい供給原料の表面で凝縮され、その後にはじめて永久気体がプロセスから排出されるように、前記第２のプロセス段階に入る供給原料に逆流して前記第２のプロセス段階から排出され、かつ
・沈降物が、前記第２のプロセス段階から吐出され、水の蒸発により、実質的に第３のプロセス段階、すなわち蒸気雰囲気中で乾燥を行う蒸気加熱乾燥段階の温度レベルに冷却され、そして第３のプロセス段階に送られ、含水率が３０質量％未満、好ましくは２０質量％未満、特に１５質量％未満の市販できる品質の炭の形で最終生成物として第３のプロセス段階から吐出されることを特徴とする方法。