LT6985B - H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą - Google Patents
H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą Download PDFInfo
- Publication number
- LT6985B LT6985B LT2022009A LT2022009A LT6985B LT 6985 B LT6985 B LT 6985B LT 2022009 A LT2022009 A LT 2022009A LT 2022009 A LT2022009 A LT 2022009A LT 6985 B LT6985 B LT 6985B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- biomass
- gasification
- ratio
- waste
- solid
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
- C10J3/48—Apparatus; Plants
- C10J3/485—Entrained flow gasifiers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/061—Methanol production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0959—Oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0983—Additives
- C10J2300/0989—Hydrocarbons as additives to gasifying agents to improve caloric properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/12—Heating the gasifier
- C10J2300/123—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
- C10J2300/1238—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Išradimas skirtas vandenilio ir anglies monoksido (H2/CO) santykio sintetinėse dujose reguliavimui, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų terminį dujinimą, derinant skirtingus dujinimo procesus - kietosios biomasės arba atliekų dujinimą deguonies aplinkoje bei skystosios biomasės arba atliekų dujinimą vandens garų plazmocheminiu būdu. Šiame išradime pasiūlytas būdas kaip apjungti skirtingus termocheminius procesus ir parinkti skirtingas biomasės arba atliekų rūšis, siekiant gauti kuo didesnį H2/CO santykį, tinkamą tolimesnei dujų konversijai į biomedžiagas (biometanas, biometanolis ir kitus bio-CxHyOz angliavandenilius). Šis išradimas besiskiria tuo, kad siūlomas sintetinių dujų gamybos būdas leidžia vienu metu termiškai skaidyti skirtingų frakcijų biomasę, parenkant skirtingas biomasės rūšis su skirtingais H/C santykiais. Vienu metu generuojamos sintetinės dujos su skirtingais H2/CO santykiais. Skystajai biomasei ir (arba) atliekoms dujinti naudojamas vandens garo terminės plazmos reaktorius, kurio metu generuojamos sintetinės dujos su H2/CO > 2. Papildomai į plazmocheminį reaktorių įvedant kietosios biomasės dujinimo reaktoriuje generuotas sintetines dujas su H2/CO < 1 bei keičiant srautų KB/SB santykį, galima reguliuoti H2/CO santykį išeinančiose dujose ribose nuo KB iki SB srautuose esančio santykio pagal kvadratinę reguliavimo priklausomybę.
Description
TECHNIKOS SRITIS
Išradimas skirtas vandenilio ir anglies monoksido (H2/CO) santykio sintetinėse dujose reguliavimui, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų terminį dujinimą, kombinuojant skirtingus dujinimo procesus - kietosios biomasės ar atliekų dujinimą deguonies aplinkoje bei skystosios biomasės ar atliekų dujinimą vandens garų plazmocheminiu būdu. Šiame išradime pasiūlytas būdas kaip apjungti skirtingus termocheminius procesus ir parinkti skirtingas biomasės ar atliekų rūšis, siekiant gauti kuo didesnį H2/CO santykį, tinkamą tolimesnei dujų konversijai į biomedžiagas (biometanas, biometanolis ir kitus bio-CxHyOz angliavandenilius).
TECHNIKOS LYGIS
Dabartiniu metu įvairios sudėties sintetinės dujos pramonėje gaminamos, naudojant labai įvairias technologijas:
1. Iš anglies, gamtinių dujų, naftos produktų ir kitų angliavandenilių (vandens garų reformingo procesas, dalinė oksidacija ir pan.);
2. Iš biomasės ir įvairių organinių atliekų, naudojant įvairius katalitinius ir nekatalitinius termocheminius (dujinimas, pirolizės, skystinimas, sausasis reformingas, virš kritinių parametrų vandens garų reformingas, dujinimas aukšta- ar žematemperatūre plazma, mikrobangomis, radijo bangomis ir pan.) procesus;
3. Biologiniai, naudojant įvairiausius mikroorganizmus, sintezės dujų gamybos metodai.
Daugelis iš išvardintų procesų yra komercializuoti ir praktiškai taikomi. Dėl didelio H ir C atominio santykio, labiausiai pasaulyje paplitęs sintetinių dujų gamybos būdas iš iškastinio kuro. Iš iškastinio kuro, daugiausiai anglies ir gamtinių dujų, gautos sintetinės dujos dažnu atveju toliau yra konvertuojamos į didesnę pridėtinę vertę turinčius cheminius produktus, pvz. metanolį. Šiam procesui ypač tinka gamtinių dujų pagrindinis komponentas metanas (CH4), kuris katalitinio vandens garų reformingo proceso metu skyla į dvi pagrindines sintetinių dujų komponentes vandenilį (H2) ir anglies monoksidą (CO) su moliniu H2/CO santykiu lygiu 3:
CH4 + H2O ^ CO + 3 H2, Δη = +205 kJ/mol (1)
Šis santykis ypač priimtinas toliau sintetinant tokį cheminį produktą kaip metanolis:
CO + 2 H2 « 2 CH3OH, Δη = -91 kJ/mol (2)
Kadangi sintetinėse dujose didesnis H2/CO santykis ne būtinas metanoliui gaminti, tai papildomai įterpiamas CO2, kuris sunaudoja perteklinį H2:
CO2 + 3 H2 « CH3OH + H2O, ΔΗ = -50 kJ/mol (3)
Didėjant globalinį atšilimą sukeliančių CO2 dujų koncentracijai atmosferoje, daugelis pasaulio šalių skatina sintetinių dujų gamybą iš atsinaujinančių išteklių, t.y. naudojant biomasę ir (arba) bioskaidžias perdirbimui netinkamas atliekas kaip anglies šaltinį. Dažniausiai biomasės ir atliekų konversija į sintezės dujas vykdoma dujinimo procesu. Sukurta daug ir įvairių šiam procesui vykdyti skirtų įrengimų tipų. Tačiau esminis skirtumas tarp šių procesų yra tik kaip jis vykdomas: autoterminiu (naudojant tik pačios reakcijos metu išsiskiriančią šilumą) ar aloterminiu (šildymas, naudojant išorinį šaltinį) būdu bei tuo, kokia naudojama reakcijos atmosfera - oksidacinė ar inertinė. Šių procesų metu gaunamos įvairios sudėties sintezės dujos su įvairiomis komponentų proporcijomis, todėl labai svarbu suprasti, kad įvairūs veiksniai, įskaitant žaliavos sudėtį, dujinimo įrenginio tipą ir darbo sąlygas, turi įtakos sintetinių dujų sudėčiai, kurios lemia tolesnį jų panaudojimą. Tradicinių dujinimo įrenginių darbo metu dažniausiai generuojamos 1 lentelėje pateiktos sudėties dujos (Richard Thomson, Philip Kwong, Ejaz Ahmad, K.D.P. Nigam Clean syngas from small commercial biomass gasifiers; a review of gasifier development, recent advances and performance evaluation, International Journal of Hydrogen Energy”, Volume 45, Issue 41, 2020, Pages 21087-21111, ISSN 0360-3199, https://doi.org/10.1016/jjjhydene.2020.05.160), kurios dažnu atveju neatitinka aukščiau minėto H2/CO santykio, būtino tikslinių cheminių medžiagų gamybai.
lentelė. Tradicinio dujinimo įrenginių veikimo metu gaunama tipinė H2 ir CO dujų koncentracija sintetinėse dujose
| Dujinimo įrenginio tipas | H2, tūrio% | CO, tūrio% | H2/CO |
| Žemyn judančio sluoksnio reaktorius (oras) | 15-21 | 10-22 | 1,5-0,95 |
| Aukštyn judančio sluoksnio reaktorius (oras) | 10-14 | 15-20 | 0,6-0,7 |
| Verdančio sluoksnio reaktorius (oras) | 12-26 | 15-22 | 0,8-1,18 |
| Cirkuliuojančio sluoksnio reaktorius (oras) | 15-17 | 15-18 | 1-0,94 |
| Srovinis reaktorius (oras, vandens garas) | 55-58 | 25-31 | 2,2-1,87 |
| Dvigubo verdančio sluoksnio reaktorius (oras) | 25-40 | 25-35 | 1 - 1,14 |
| Dvigubo fiksuoto sluoksnio reaktorius (oras) | 30-32 | 16-20 | 1,87-1,6 |
| Stratifikuoto žemyn judančio sluoksnio reaktorius | 22-23 | 25-27 | 0,88-0,85 |
| Stratifikuoto dvigubo degimo žemyn/aukštyn | 17 | 22 | 0,77 |
| Pakibusio sluoksnio reaktorius (oras) | 18 | 20 | 0,9 |
| Plazmocheminis reaktorius (oras) | 45-55 | 36-52 | 1,25-1,05 |
Siekiant padidinti šį santykį, praktikoje naudojami tokie būdai kaip dalies CO dujų pašalinimas, dujinimo procesuose naudojant vandens garą (būtina sąlyga aukšta temperatūra), katalitinius vandens garų konversijos reaktorius ar pridėti papildomai H2, kuris dažniausiai generuojamas atsinaujinančiais energijos šaltiniais (AEI).
IŠRADIMO ESMĖ
Šis išradimas susijęs su sintetinių dujų gamyba ir reikalingo didesnio H2/CO santykio jose gavimo būdu, panaudojant kombinuotą kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimo technologiją. Kaip jau minėta, egzistuoja eilė įvairių atskirų dujinimo technologijų ir darbų, kurie parodo įvairios biomasės panaudojimo sintetinių dujų gamybai tinkamumą. Tačiau, kaip buvo minėta, tik kelios iš jų (žr. 1 lentelę) gali pasiekti H2/CO santykį, didesnį nei 1,5. Šiems procesams naudojama aukšta, didesnė nei 1100 °C temperatūra ir dažniausiai vandens garas, o tokios sąlygos ne visuomet tinka problematinei kietajai biomasei (pvz.: šiaudai, nuotekų dumblas, pan.), turinčiai didelį pelenų kiekį ir žemą jų lydymosi temperatūrą.
Šiuo išradimu yra siūlomas naujas sintetinių dujų gamybos būdas, panaudojant kombinuotą biomasės ir atliekų dujinimą, kas leidžia vienu metu termiškai skaidyti skirtingų frakcijų biomasę, bei, parenkant biomasės rūšis, reguliuoti H2/CO santykį dujose. Siūlomas būdas yra susijęs su nauja dviejų skirtingų dujinimo technologijų apjungimo koncepcija: žemyn judančio sluoksnio ar kito tipo dujinimo įrenginio, kuris skirtas ar galintis dirbti ir termiškai skaidyti kietąją biomasę ir (arba) atliekas deguonies aplinkoje, apjungiant su plazmocheminio dujinimo reaktoriumi skirtu ar galinčiu skaidyti skystąją biomasę ir (arba) atliekas vandens garų aplinkoje. Panaudojant šį būdą galima išvengti kitų anksčiau išvardintų būdų H2/CO santykio reguliavimui sintezės dujose.
Šiame išradime H2/CO santykio sintetinėse dujose reguliavimui yra siūloma naudoti vandens garų terminę plazmą skystosios atliekų fazės dujinimui, kuri leidžia generuoti didesnio nei 2 vandenilio ir anglies monoksido tūrinio santykio sintetines dujas ir jas maišyti su standartinio tipo dujinimo įrenginiu generuotomis sintetinėmis dujomis. Suformuotas dujų mišinys toliau galėtų būti naudojamas naudingų cheminių (biometano, biometanolio, bio-DME ir pan.) junginių sintezei. Geriausias pasiekiamas rezultatas, t. y. didžiausias H2/CO santykis būtų gautas, naudojant tik vandens garų terminę plazmą.
BRĖŽINIŲ PAVEIKSLŲ APRAŠYMAS
Toliau išradimas bus aprašytas detaliai su nuoroda į jį paaiškinančius brėžinius ir lenteles, kuriuose:
pav. pateikta šio išradimo principinė proceso schema;
pav. pateikta biomasės rūšių klasifikacija pagal atominę sudėtį ir atominius santykius;
pav. pateikta kietosios biomasės dujinimo metu generuotų sintetinių dujų įvedimo į skystosios biomasės plazmocheminio dujinimo įrenginį schema.
IŠRADIMO REALIZAVIMO APRAŠYMAS
Principinė išradimo siūloma proceso schema pateikta 1 pav. Procesą sudaro keli technologiniai etapai:
. Naudojamos žaliavos paruošimas.
Šiame technologiniame etape, priklausomai nuo naudojamo dujinimo įrenginių tipo, biomasė kitais fizikiniais bei cheminiais metodais apdorojama. Šiame išradime sintetinėms dujoms gauti siūlome naudoti dvi skirtingas biomasės ir (arba) atliekų žaliavos frakcijas - kietąją ir skystąją. Iš principo žinoma, kad kietosios lignoceliuliozinės biomasės ar jos atliekų pagrindinių cheminių elementų (C, H, O) masės dalys sausoje be pelenų žaliavoje mažai priklauso nuo kilmės ir yra visais atvejais daugiau mažiau vienodos (2 pav.). Tokios žaliavos H/C santykis kinta siaurame intervale, kas rodo ribotą vandenilio koncentraciją sintetinėse dujose, dujinant šias žaliavas autoterminiame reaktoriuje su deguonimi. Skystoji biomasė (augaliniai aliejai, gyvuliniai riebalai, bioalkoholiai ir pan.) ar jos perdirbimo procesų atliekos (pvz., glicerolis) pasižymi didesniu vandenilio potencialu ir tuo pačiu H/C santykiu (2 pav.). O jeigu dujinimo agentu būtų vandens garai, bendras proceso H/C santykis dar padidėtų. Todėl, apjungiant šių dviejų tipų biomasės rūšis, galima generuoti sintetines dujas su didesne vandenilio koncentracija jose.
. Dujinimo procesas.
Kietosios biomasės dujinimui deguonies aplinkoje tinkami visi iki šiol žinomi autoterminiai dujinimo reaktoriai. Dujinimui naudoti orą nerekomenduojama dėl jame esančio didelio kiekio azoto dujų, kuris sintetinėse dujose praskiedžia reaktyviuosius junginius, mažindamas jų koncentraciją ir tuo pačių apkraudamas tolimesnės sintezės įrenginius. Skystosios biomasės dujinimui siūloma naudoti aukštos temperatūros plazminio tipo dujinimo reaktorius. Siekiant generuoti didesnio H2/CO santykio sintetines dujas, šiuo išradimu siūlome naudoti vandens garą kaip plazmą formuojančias dujas. 2 lentelėje pateikta skirtingos agregatinės būsenos biomasės žaliavos sudėtis, iš kurios buvo gautos sintetinės dujos:
lentelė. Eksperimentiniams tyrimams naudotos skirtingos agregatinės būsenos biomasės žaliavos sudėtis
| Parametras | Medienos skiedros | Glicerolis |
| Agregatinė būsena | kieta | skysta |
| Drėgmė, masės% | 10,6 | < 0,01 |
| Lakiosios medžiagos, masės% | 75,8 | 97,75 |
| Fiksuota anglis, masės% | 12,8 | < 0,01 |
| Peleningumas, masės% | 0,8 | 2,27 |
| Aukštutinis šilumingumas, MJ/kg | 17,3 | 15,19 |
| C, masės% | 48,77 | 33,75 |
| H, masės% | 5,85 | 8,96 |
| O (skirt.) , masės% | 44,52 | 54,8 |
| N, masės% | 0,05 | 0,06 |
| S, masės% | 0,01 | 0,011 |
Dujinimas buvo atliekamas skirtingais dujinimo įrenginiais atskirai. Kaip parodyta 3 lentelėje, dujinant kietąsias medienos skiedras, H2/CO santykis dujose vidutiniškai buvo 0,71. Tuo tarpu skystosios biomasės atliekos, glicerolio, atveju šis santykis gali būti net 2,74 kaip nustatyta bandymu ar net didesnis, didinant vandens kiekį ir plazmotrono galią.
lentelė. Pagrindiniai eksperimentinių kietosios ir skystosios biomasės dujinimo tyrimų parametrai
| Parametras | Kietosios biomasės dujinimo įrenginys | Skystosios biomasės plazmocheminis dujinimo įrenginys |
| Žaliavos kiekis, kg/h | 34,1 | 7,88 |
| PG galia, kW | - | 57,9 |
| Deguonies kiekis, Nm3/h: | 8,3 | - |
| - pirminis srautas | 5,1 | - |
| - antrinis srautas | 3,2 | - |
| Vandens garo kiekis, kg/h | - | 14,76 |
| Deguonies pertekliaus | 0,25 | - |
| koeficientas | ||
| Generuotų dujų kiekis, Nm3/h | 46 | 16,56 |
| Dujų išeiga, Nm3/kg | 1,35 | 2,10 |
| Sausų dujinių produktų sudėtis: | ||
| H2 | 32,60 | 58,11 |
| CO | 46,01 | 21,16 |
| CH4 | 3,29 | 3,24 |
| C2H2 | 0,15 | 0,14 |
| C2H6 | 0,01 | 0,02 |
| C3H8 | 0,02 | 0,03 |
| CO2 | 17,61 | 18,21 |
| N2 | 0,17 | - |
| H2/CO | 0,71 | 2,74 |
| H2/CO2 | 1,85 | 3,19 |
| H2/(CO+CO2) | 0,51 | 1,46 |
| Dujų šilumingumas, MJ/Nm3 | 10,54 | 10,13 |
| Dervų koncentracija (>CioH8), | 4,98 (1,76) | 0,37 (0,03) |
| g/Nm3 | ||
| Ištekančių dujų temperatūra, °C | 600 | 770 |
3. Dujinimo įrenginių apjungimas ir H2/CO santykio reguliavimas.
Šiame proceso etape siūlomas dujinimo procesų apjungimas, kurio eiga tokia: kietosios biomasės dujinimo reaktoriuje generuotos sintetinės dujos 1 po aukštos temperatūros kietųjų dalelių šalinimo įrenginio (pvz. ciklono ar porėto keraminio, ar metalinio filtro) tiekiamos į plazmocheminį reaktorių 3. Galimi du generuotų dujų 1 įvedimo būdai: į plazmos generatorių 2 arba tiekiant tiesiai į plazmocheminį reaktorių 3 (3pav.). Ankstesniais tyrimais buvo nustatyta, kad plazmos stabilumas sumažėja, įvedant papildomas dujas kartu su plazmą formuojančiomis dujomis tiesiai į plazmos generatorių 2 (Nerijus Striūgas, Andrius Tamošiūnas, Liutauras Marcinauskas, Rolandas Paulauskas, Kęstutis Zakarauskas, Raminta Skvorčinskienė „A sustainable approach for plasma reforming of tail biogas for onsite syngas production during lean combustion operation, Energy Conversion and Management”. Volume 209, 2020, 112617, ISSN 0196-8904, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112617). Todėl dėl stabilesnio plazmos generatoriaus veikimo generuotas sintetines dujas 1 siūloma įvesti už degančio elektros lanko, t.y. tiesiai į plazmocheminį reaktorių 3. Patekęs į reaktorių 3 dujų mišinys dalyvauja termocheminiuose procesuose, kuriuose vyksta tolesnis nesuskilusių aukštesniųjų angliavandenilių skaidymas iki galutinių produktų, daugiausiai susidedančių iš H2 ir CO dujų. Tuo pačiu metu plazmocheminiame reaktoriuje 3 vykdomas skystosios biomasės, pvz., gliceriolio, įvesto per įvadą 4, dujinimas vandens garų plazmos aplinkoje. Vandens garų plazma suformuojama, tiekiant perkaitintą vandens garą 5 į atmosferinio slėgio nuolatinės elektros srovės (DC) lanko linijinį plazmos generatorių 2, kuris leidžia generuoti plazmos srautą su ištekančio srauto vidutine 2800 - 3100 K temperatūra. Skystoji biomasė tiekiama į plazmocheminį reaktorių 3, naudojant mechaninius skysčių purkštuvus, kurie sugeba tolygiai ir smulkiais lašeliais paskirstyti žaliavą visame reaktoriaus tūryje. Tai leidžia skaidomai medžiagai geriau susimaišyti su aukštos temperatūros plazmos suformuotomis aktyviosiomis dalelėmis ir tuo pačiu su patiektu sintetinių dujų srautu 1 iš kietosios biomasės dujinimo reaktoriaus. Įvykus kompleksinėms termocheminėms reakcijoms, susiformuoja sintetinės dujos 6 su H2/CO su santykiu didesniu už 2. Degimo proceso metu susiformavęs šlakas pašalinamas per plazmocheminio reaktoriaus apačią lentelėje pateikiamas eksperimentinių tyrimų rezultatas, įrodantis, kad, priklausomai nuo naudojamų tarpusavio maišymo dalių, gaunamas reikalingas H2/CO santykis.
lentelė. Pagrindiniai eksperimentinių apjungtos kietosios ir skystosios biomasės dujinimo tyrimo parametrai
| Parametras | Apjungtas technologinis įrenginys, Eksperimentas Nr. 1 | Apjungtas technologinis įrenginys, Eksperimentas Nr. 2 | Apjungtas technologinis įrenginys, Eksperimentas Nr. 3 |
| Kietosios biomasės kiekis, kg/h | 28 | 28 | 28 |
| Deguonies kiekis, Nm3/h: | 6,74 | 6,74 | 6,74 |
| - pirminis srautas | 4,16 | 4,16 | 4,16 |
| - antrinis srautas | 2,58 | 2,58 | 2,58 |
| Kietosios biomasės dujinimo metu generuotų dujų kiekis (KB), Nm3/h | 36 | 36 | 36 |
| Skystosios biomasės kiekis, kg/h | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| PG galia, kW | 60 | 60 | 60 |
| Skystosios biomasės dujinimo metu generuotų dujų kiekis (SB), Nm3/h | 3,78 | 3,78 | 3,78 |
| Vandens garo kiekis, kg/h | 11,88 | 11,88 | 11,88 |
| Kietosios biomasės dujinimo metu generuotų dujų kiekis į PCHR, Nm3 /h | 6,3 | 9,0 | 15,0 |
| Dujų kiekis iš PCHR, Nm3/h | 10,08 | 12,78 | 18,78 |
| KB/SB | 1,67 | 2,38 | 3,96 |
| Sausų dujinių produktų sudėtis (% pagal tūrį): | |||
| H2 | 50,61 | 42,82 | 39,79 |
| CO | 24,98 | 33,38 | 40,02 |
| CH4 | 1,33 | 2,34 | 4,15 |
| C2H2 | 0,10 | 0,29 | 0,57 |
| C2H6 | 0,01 | 0,01 | 0,06 |
| C3H8 | - | - | 0,01 |
| CO2 | 25,83 | 25,31 | 20,29 |
| N2 | - | - | - |
| H2/CO | 2,02 | 1,28 | 1,00 |
| H2/CO2 | 1,96 | 1,69 | 1,96 |
| H2/(CO+CO2) | 1,0 | 0,73 | 0,66 |
Šio bandymo metu buvo keičiamas kietosios biomasės dujinimo įrenginiu generuotas sintetinių dujų kiekis (KB), o skystosios biomasės dujinimo srautas (SB) išlaikytas nekintantis. Iš pateiktų rezultatų galima matyti, kad mažėjant KB/SB santykiui, H2/CO santykis didėja. Taip pat nustatyta, kad, tiekiant skirtingo KB/SB santykio dujų mišinį į plazmocheminį reaktorių, H2/CO santykis keičiasi netiesine priklausomybe, kas rodo papildomų termocheminių reakcijų vyksmą.
4. Sintetinių dujų valymas ir kondicionavimas.
Paskutinis proceso etapas priklauso nuo tolimesnio sintetinių dujų panaudojimo.Tačiau prieš bet kokį kitą proceso etapą (pvz.: sintetinių angliavandenilių sintezė) būtinas dujų aušinimas, sausinimas, valymas nuo likutinių kietųjų, skystųjų ar dujinių priemaišų. Šie procesai užtikrins tolimesnių įrenginių stabilų ir patikimą darbą.
Claims (1)
- H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant kombinuotą kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad (a) naudoja vienalaikį kombinuotą, kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą, kad vienu metu termiškai suskaidytų skirtingų frakcijų biomasę; (b) parenka biomasės rūšis su skirtingais H/C santykiais, tokiu būdu vienu metu generuojamos sintetinės dujos su skirtingais H2/CO santykiais; (c) naudoja vandens garo terminės plazmos reaktorių skystajai biomasei ir (arba) atliekoms dujinti, tokiu būdu generuojamos sintetinės dujos su H2/CO santykiu didesniu už 2; (d) papildomai į plazmocheminį reaktorių įveda kietosios biomasės dujinimo reaktoriuje generuotas sintetines dujas su H2/CO santykiu mažesniu už 1 bei keičia srautų KB/SB santykį, tokiu būdu reguliuojant H2/CO santykį išeinančiose dujose ribose nuo KB iki SB srautuose esančio santykio pagal kvadratinę reguliavimo priklausomybę.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2022009A LT6985B (lt) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą |
| EP22195885.3A EP4245719A1 (en) | 2022-03-15 | 2022-09-15 | Method of regulating the h2/co ratio in synthetic gases by simultaneous gasification of solid and liquid biomass and/or waste |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2022009A LT6985B (lt) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2022009A LT2022009A (lt) | 2023-02-27 |
| LT6985B true LT6985B (lt) | 2023-03-27 |
Family
ID=83355476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2022009A LT6985B (lt) | 2022-03-15 | 2022-03-15 | H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4245719A1 (lt) |
| LT (1) | LT6985B (lt) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008113766A2 (en) * | 2007-03-16 | 2008-09-25 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Process to prepare a hydrocarbon |
| CA2761919A1 (en) * | 2009-05-21 | 2010-11-25 | Accelergy Corporation | Integrated coal-to-liquids process |
| US9290422B2 (en) * | 2012-11-27 | 2016-03-22 | Praxair Technology, Inc. | Hybrid plant for liquid fuel production |
| US9315735B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-04-19 | Renewable Opportunities Inc. | System and method for producing a consistent quality syngas from diverse waste materials with heat recovery based power generation, and renewable hydrogen co-production |
-
2022
- 2022-03-15 LT LT2022009A patent/LT6985B/lt not_active IP Right Cessation
- 2022-09-15 EP EP22195885.3A patent/EP4245719A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4245719A1 (en) | 2023-09-20 |
| LT2022009A (lt) | 2023-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hernández et al. | Effect of steam content in the air–steam flow on biomass entrained flow gasification | |
| Zheng et al. | Hydrogen and syngas production from municipal solid waste (MSW) gasification via reusing CO2 | |
| Yoon et al. | Hydrogen-rich syngas production through coal and charcoal gasification using microwave steam and air plasma torch | |
| Chiodini et al. | Enhancements in Biomass-to-Liquid processes: Gasification aiming at high hydrogen/carbon monoxide ratios for direct Fischer-Tropsch synthesis applications | |
| Yoon et al. | Gasification and power generation characteristics of rice husk and rice husk pellet using a downdraft fixed-bed gasifier | |
| Zhou et al. | Biomass–oxygen gasification in a high-temperature entrained-flow gasifier | |
| Li et al. | Experimental study on syngas production by co-gasification of coal and biomass in a fluidized bed | |
| Sidek et al. | Review on effects of gasifying agents, temperature and equivalence ratio in biomass gasification process | |
| Lan et al. | Progress in techniques of biomass conversion into syngas | |
| CA2774943C (en) | A method to produce methane rich fuel gas from carbonaceous feedstocks using a steam hydrogasification reactor and a water gas shift reactor | |
| CN106460208B (zh) | 使用可再生电能生产烃的烃生产设备和方法 | |
| Mansur et al. | Gasification performance of sawdust, pelletized sawdust and sub-bituminous coal in a downdraft gasifier | |
| Arnaldo et al. | Performance analysis of a commercial fixed bed downdraft gasifier using palm kernel shells | |
| Wang et al. | Thermodynamic analysis of steam gasification for syngas production in Biomass renewable energy using parametric investigation | |
| Sudarmanta | Dual fuel engine performance using biodiesel and syn-gas from rice husk downdraft gasification for power generation | |
| LT6985B (lt) | H2/CO santykio reguliavimo sintetinėse dujose būdas, panaudojant vienalaikį kietosios ir skystosios biomasės ir (arba) atliekų dujinimą | |
| Nguyen et al. | Analysis of industrial syngas production from biomass | |
| Christy et al. | Experimental investigation of syngas production through gasification of biomass char in a fluidized bed reactor | |
| Sezer et al. | Investigation of oak wood biochar gasification in downdraft gasifier using ASPEN Plus simulation | |
| Christy et al. | Biomass Gasification of Pongamia char in a Fluidized Bed Reactor | |
| Kalisz et al. | Energy balance of high temperature air/steam gasification of biomass in updraft, fixed bed type gasifier | |
| Zhang et al. | Simulation of syngas production via pyrolysis-oil gasification–impacts of operating conditions on syngas properties | |
| Dzombo et al. | Use of biomass gas in running internal combustion engine to generate electricity-A review | |
| Öngen et al. | Production of hydrogen-rich syngas via gasification of refuse derived fuel within the scope of renewable energy | |
| Samad | Evaluation of synthesis gas production based on simulation study of steam fluidized bed gasification with shift reaction using raw and torrefied oil palm frond as feedstock |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20230227 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20230327 |
|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20250315 |