PL238755B1 - Method for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials - Google Patents
Method for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials Download PDFInfo
- Publication number
- PL238755B1 PL238755B1 PL420456A PL42045617A PL238755B1 PL 238755 B1 PL238755 B1 PL 238755B1 PL 420456 A PL420456 A PL 420456A PL 42045617 A PL42045617 A PL 42045617A PL 238755 B1 PL238755 B1 PL 238755B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- chamber
- raw material
- hours
- activation
- loading
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych, zwłaszcza niejednorodnych materiałów odpadowych pochodzenia biomasowego np. miękkich gatunków drewna, kolb kukurydzy, słomy, łupin, lnu, juty wykorzystywany w procesach produkcji węgli aktywnych.The subject of the invention is a method of homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, especially heterogeneous waste materials of biomass origin, e.g. soft wood species, corn cobs, straw, husks, flax, jute used in the production of activated carbons.
Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych, które umożliwia homogeniczną karbonizację i/lub z aktywację miękkich materiałów o budowie niejednorodnej pochodzenia organicznego, z dużą efektywnością procesu oraz możliwością uzyskania produktu o jednakowych właściwościach w całej objętości wsadu i powtarzalnych w poszczególnych partiach produkcji.The subject of the invention is also a device for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, which enables homogeneous carbonization and / or activation of soft materials with a heterogeneous structure of organic origin, with high process efficiency and the possibility of obtaining a product with the same properties in the entire batch volume and repeatable in individual production batches.
Węgle aktywne są materiałami o rozbudowanym układzie porów o różnej wielkości, w tym szczególnie mikro i mezoporów, a co za tym idzie cechują się unikalnymi właściwościami adsorpcyjnymi, dzięki którym są wykorzystywane w różnych procesach przemysłowych i życiu codziennym. Materiały te stosuje się między innymi w procesach oczyszczania strumieni powietrza i gazów odlotowych z niepożądanych substancji, do usuwania śladowych ilości lotnych związków organicznych z powietrza wentylacyjnego, w procesach oczyszczania wody pitnej, procesach rafinacji cukru i alkoholi oraz w medycynie. Materiały te są stosowane także w ostatnich latach coraz częściej w procesach magazynowania gazu ziemnego i wodoru, w procesach elektrosorpcji wodoru oraz jako materiały elektrodowe w kondensatorach podwójnej warstwy elektrycznej. Węgle aktywne otrzymuje się zwykle z różnych surowców pochodzenia organicznego o dużej zawartości węgla pierwiastkowego, w tym między innymi z materiałów odpadowych pochodzenia roślinnego. Wybór surowca do produkcji węgla aktywnego zależny jest od jego ostatecznego przeznaczenia, a także od jego dostępności i ceny.Activated carbons are materials with an extensive system of pores of various sizes, especially micro and mesopores, and thus have unique adsorption properties, thanks to which they are used in various industrial processes and everyday life. These materials are used, among others, in the processes of purification of air streams and exhaust gases from undesirable substances, for the removal of trace amounts of volatile organic compounds from the ventilation air, in drinking water purification processes, sugar and alcohol refining processes and in medicine. These materials have also been used more and more in recent years in the storage of natural gas and hydrogen, in the electrosorption of hydrogen and as electrode materials in electrical double layer capacitors. Activated carbons are usually obtained from a variety of organic raw materials with a high elemental carbon content, including, but not limited to, plant-based waste materials. The choice of raw material for the production of activated carbon depends on its final destination, as well as its availability and price.
Węgle aktywne na skalę przemysłową otrzymuje się najczęściej w procesie aktywacji poprzedzonej procesem karbonizacji. Proces karbonizacji polega na ogrzewaniu surowca bez dostępu powietrza lub w atmosferze gazów obojętnych takich jak azot lub argon, a wpływ na właściwości otrzymanego karbonizatu mają: końcowa temperatura i czas trwania karbonizacji, prędkość wzrostu temperatury oraz atmosfera w jakiej odbywa się proces. Temperatura końcowa karbonizacji niższa od temperatury zakończenia rozkładu termicznego, sprzyja uzyskaniu produktu o większej reaktywności w porównaniu do produktu, w którym procesy rozkładu termicznego zostały doprowadzone do końca. Z kolei temperatura końcowa wyższa od temperatury zakończenia procesów rozkładu termicznego substancji karbonizowanej, sprzyja otrzymywaniu materiałów o bardziej uporządkowanej strukturze, jednak przy mniejszej objętości mikroporów. Ważnym parametrem procesu karbonizacji jest także szybkość osiągania temperatury końcowej. Zbyt szybki wzrost temperatury powoduje trudności w kontrolowaniu procesu w związku z nakładaniem się, poszczególnych faz rozkładu termicznego substancji oraz wtórnych reakcji gazowych produktów karbonizacji między sobą. W tym przypadku utrudnione jest także uporządkowanie chemicznej budowy, a wydzielanie się dużej ilości części lotnych, skutkuje tworzeniem się porów o większych rozmiarach w porównaniu do tych otrzymywanych przy mniejszych szybkościach ogrzewania. Również reaktywność karbonizatów uzyskanych przy dużej szybkości ogrzewania jest większa niż otrzymanych podczas powolnego wzrostu temperatury. Duży wpływ na przebieg procesu karbonizacji ma także atmosfera w jakiej prowadzony jest proces oraz wielkość jej strumienia. W przypadku gdy wydzielające się gazy pary są szybko usuwane za pomocą strumienia gazu obojętnego, to wydajność procesu jest mniejsza, a reaktywność karbonizatu jest większa. Przebieg procesu karbonizacji i właściwości uzyskanego karbonizatu zależą również od budowy chemicznej i strukturalnej użytego surowca. Od przebiegu i parametrów procesu karbonizacji zależy kształtowanie się pierwotnej struktury porowatej. Jednak parametry wykształconej w procesie karbonizacji pierwotnej struktury porowatej, są niewystarczające dla większości procesów adsorpcyjnych. Dlatego w celu uzyskania odpowiedniego rozwinięcia struktury porów, w tym szczególnie mikroporów karbonizat poddaje się dalszej obróbce tj. procesowi aktywacji. Procesy aktywacji dzielą się na dwa rodzaje, tj. aktywację fizyczną i chemiczną.Activated carbons on an industrial scale are most often obtained in the activation process preceded by the carbonization process. The carbonization process consists in heating the raw material without access to air or in an inert atmosphere such as nitrogen or argon, and the properties of the obtained char are influenced by: the final temperature and duration of carbonization, the speed of temperature increase and the atmosphere in which the process takes place. The end temperature of carbonization, lower than the temperature of thermal decomposition, favors obtaining a product with greater reactivity compared to the product in which the thermal decomposition processes have been completed. On the other hand, the final temperature higher than the temperature of the end of the thermal decomposition of the carbonized substance, favors the production of materials with a more ordered structure, but with a smaller volume of micropores. An important parameter of the carbonization process is also the speed at which the final temperature is reached. Too rapid increase in temperature causes difficulties in controlling the process due to the overlapping of individual phases of thermal decomposition of substances and secondary reactions of gaseous carbonization products with each other. In this case, it is also difficult to organize the chemical structure, and the separation of a large amount of volatile parts results in the formation of larger pores compared to those obtained at lower heating rates. Also, the reactivity of the chars obtained with the high heating rate is greater than that obtained with the slow temperature increase. The atmosphere in which the process is carried out and the size of its flux also have a great influence on the course of the carbonization process. In the case where the evolved vapor gases are quickly removed with an inert gas stream, the efficiency of the process is lower and the reactivity of the char is higher. The course of the carbonization process and the properties of the obtained char also depend on the chemical and structural structure of the raw material used. The formation of the primary porous structure depends on the course and parameters of the carbonization process. However, the parameters of the primary porous structure developed in the process of carbonization are insufficient for most adsorption processes. Therefore, in order to obtain the appropriate development of the pore structure, especially the micropores, the char is subjected to further processing, i.e. the activation process. Activation processes are divided into two types, i.e. physical and chemical activation.
Proces aktywacji fizycznej najczęściej polega na częściowym zgazowaniu karbonizatu czynnikami utleniającymi tj. parą wodną lub ditlenkiem węgla w temperaturze 800-1000°C lub rzadziej tlenem w temperaturze poniżej 800°C, ewentualnie mieszaniną wymienionych czynników. W wyniku zachodzących reakcji powstają produkty gazowe i stopniowo przereagowuje karbonizat, rozwijają się i powstają nowe pory oraz zwiększa się powierzchnia właściwa materiału. Największy wpływ na przebieg procesu aktywacji ma temperatura. W niskich temperaturach szybkość reakcji chemicznej karbonizatu z aktywatorem jest mała, a co za tym idzie ustala się równowaga dynamiczna pomiędzy stężeniem aktywatoraThe physical activation process most often consists in partial gasification of the char with oxidizing agents, i.e. with steam or carbon dioxide at the temperature of 800-1000 ° C or, less frequently, with oxygen at the temperature below 800 ° C, or with a mixture of the above-mentioned factors. As a result of the reactions, gaseous products are formed and the char gradually reacts, new pores develop and form, and the specific surface of the material increases. Temperature has the greatest influence on the activation process. At low temperatures, the rate of chemical reaction of the char with the activator is low, and thus a dynamic equilibrium is established between the activator concentration
PL 238 755 B1 w porach, a jego stężeniem w przestrzeniach międzyziarnowych, co sprzyja otrzymaniu jednorodnego produktu z równomiernym rozkładem porów w całej objętości ziaren. Z kolei wraz ze wzrostem temperatury może nastąpić niekontrolowane utlenienie, prowadzące do wypalenia ścianek między sąsiednimi porami, a co za tym idzie zmniejszenia objętości mikroporów, a w ekstremalnym przypadku może nastąpić jedynie reakcja na zewnętrznej powierzchni ziaren, w czego konsekwencji nie nastąpi formowanie się struktury porowatej. Szybkość procesu aktywacji zależna jest także od reaktywności samego karbonizatu, jak i aktywności utleniacza.In the pores, and its concentration in the intergranular spaces, which helps to obtain a homogeneous product with an even distribution of pores throughout the volume of the grains. On the other hand, with increasing temperature, uncontrolled oxidation may occur, leading to burnout of the walls between adjacent pores, and thus a reduction in the volume of micropores, and in an extreme case, only a reaction on the outer surface of the grains may occur, and consequently no porous structure formation will occur. The speed of the activation process also depends on the reactivity of the char itself and the activity of the oxidant.
Do głównych zalet aktywacji fizycznej zalicza się stosunkowo niskie koszty wytwarzania węgli aktywnych oraz możliwość zachowania tekstury prekursora, jednak w tym procesie otrzymuje się adsorbenty węglowe, których pole powierzchni właściwej zwykle nie przekracza 2000 m2/g.The main advantages of physical activation are the relatively low production costs of activated carbons and the possibility of maintaining the texture of the precursor, however, this process produces carbon adsorbents whose specific surface area usually does not exceed 2000 m 2 / g.
Z kolei proces aktywacji chemicznej polega na impregnacji surowca pierwotnego lub otrzymanego wcześniej karbonizatu poprzez wymieszanie go z odpowiednią ilością aktywatora którym może być: H3PO4, HNO3, H2SO3, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCb, K2CO3 itd., najczęściej w postaci stężonego roztworu i ogrzewaniu go w atmosferze obojętnej w temperaturze 600-900°C. Otrzymany adsorbent po ochłodzeniu przemywany jest wodą destylowaną lub łagodnym kwasem w celu usunięcia pozostałości aktywatora i jego recyklingu.In turn, the process of chemical activation consists in impregnating the primary raw material or the previously obtained char by mixing it with an appropriate amount of activator, which can be: H3PO4, HNO3, H2SO3, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCb, K2CO3 etc., most often in the form of a concentrated solution and heating it under an inert atmosphere at a temperature of 600-900 ° C. The obtained adsorbent, after cooling, is washed with distilled water or a mild acid in order to remove the residual activator and its recycling.
Czynnikami, które wpływają na kształtowanie się struktury porowatej w procesie aktywacji chemicznej są: rodzaj surowca, temperatura procesu, atmosfera oraz stosunek masowy czynnika aktywującego do surowca, wpływający szczególnie na jakość i rozkład wielkości porów.The factors that influence the formation of the porous structure in the process of chemical activation are: the type of raw material, the temperature of the process, the atmosphere and the mass ratio of the activating agent to the raw material, particularly affecting the quality and distribution of the pore size.
Nieustanny rozwój techniki i nowych technologii stale powiększa obszary zastosowań węgli aktywnych i innych adsorbentów węglowych takich jak węglowe sita molekularne, czy aktywowane włókniny węglowe, a co za tym idzie wymusza to konieczność intensyfikacji badań nad udoskonalaniem procesów ich produkcji oraz obniżania jej kosztów, w celu zapewnienia konkurencyjności w stosunku do alternatywnych technologii i materiałów. Obniżenie kosztów produkcji adsorbentów węglowych i podniesienie jej efektywności jest możliwe zarówno poprzez zastąpienie surowców ich tańszymi odpowiednikami, w tym materiałami odpadowymi oraz poprzez udoskonalenie technologii ich wytwarzania ze szczególnym zwróceniem uwagi na zwiększenie efektywności wykorzystania energii i związków chemicznych oraz wody.The constant development of technology and new technologies constantly expands the areas of application of activated carbons and other carbon adsorbents, such as carbon molecular sieves or activated carbon nonwovens, and thus necessitates the need to intensify research on improving their production processes and reducing its costs, in order to ensure competitiveness against alternative technologies and materials. Reducing the production costs of carbon adsorbents and increasing its efficiency is possible both by replacing raw materials with their cheaper counterparts, including waste materials, and by improving the technology of their production, paying particular attention to increasing the efficiency of energy, chemical compounds and water use.
Ze zgłoszenia JP2001172012 A znana jest metoda i aparatura do produkcji węgli aktywnych zawierająca piec obrotowy, zdolny zarówno do prowadzenia procesu karbonizacji jak i aktywacji, bez emisji szkodliwych gazów spalinowych do atmosfery. Wewnątrz komory pieca ogrzewanego gazowo umieszczona jest rura z dyszami, przez które wprowadza się aktywator.From the application JP2001172012 A, a method and apparatus for the production of activated carbons containing a rotary kiln, capable of both carbonization and activation, without the emission of harmful flue gases into the atmosphere, is known. Inside the gas-fired furnace chamber there is a pipe with nozzles through which the activator is introduced.
Ze zgłoszenia RU2003135136 A znane jest rozwiązanie pieca o konstrukcji pionowej do produkcji węgli aktywnych, który może znaleźć zastosowanie do przeróbki odpadów w przedsiębiorstwach przeróbki drewna. W zaproponowanym rozwiązaniu ujawniono konstrukcję pionowego pieca retortowego o przekroju kwadratowym z umieszczonym wewnątrz kanałem, przez który podaje się parę wodną.From the application RU2003135136 A there is known a furnace with a vertical structure for the production of activated carbons, which can be used for the treatment of waste in wood processing companies. The proposed solution discloses the construction of a vertical retort furnace with a square cross section with a channel inside, through which the steam is supplied.
Z opisu patentowego DE102007012112 B3, znane jest urządzenie ciśnieniowego reaktora do hydrotermicznej karbonizacji materiałów pochodzenia biomasowego, z zamontowanym wewnątrz przenośnikiem, który ma za zadanie przesypywać materiał karbonizowany do przodu i usuwać resztki karbonizatu ze ścianek naczynia.From the patent description DE102007012112 B3, a pressure reactor device for hydrothermal carbonization of materials of biomass origin is known, with a conveyor mounted inside, which is to transfer the carbonized material forward and remove carbonate residues from the walls of the vessel.
Z opisu patentowego CN101597057 B znane jest urządzenie do produkcji węgla aktywnego, składające się z korpusu pieca, podajnika dostarczającego surowiec, sekcji ogrzewania, systemu dostarczania pary, systemu dostarczania gazu neutralnego oraz zbiornika produktu finalnego. Sekcja ogrzewania składa się z części podgrzewania surowca oraz części aktywującej, a do ogrzewania wykorzystywane jest promieniowanie mikrofalowe. Dzięki zastosowaniu ogrzewania mikrofalowego, surowiec jest aktywowany ciągle w strefie ogrzewania, co umożliwia zautomatyzowanie produkcji, oszczędność energii, ochronę środowiska, wysoką jakość produkcji oraz stabilną jakość produktów.From the patent description CN101597057 B a device for the production of activated carbon is known, consisting of a furnace body, a feeder for feeding the raw material, a heating section, a steam supply system, an inert gas supply system and a final product tank. The heating section consists of a raw material heating part and an activating part, and microwave radiation is used for heating. Thanks to the use of microwave heating, the raw material is constantly activated in the heating zone, which enables production automation, energy saving, environmental protection, high production quality and stable product quality.
Z opisu wzoru użytkowego CN201010525 Y znane jest rozwiązanie urządzenia do kompleksowej aktywacji materiałów węglowych, składającego się z sekcji suszenia, koksowania, aktywacji oraz sekcji chłodzenia.From the description of the utility model CN201010525 Y, it is known to design a device for the complex activation of carbon materials, consisting of a drying, coking, activation and cooling section.
Ze zgłoszenia WO2008043982 A1 znane jest rozwiązanie, obrotowego pieca do karbonizacji i aktywacji fizycznej, w którym komora pieca nachylona jest pod kątem zapewniającym przesuwanie się materiału i podzielona jest dodatkowo na 5-10 jazów, wyposażonych w pierścieniowe zastawki i pręty hakowe, których zadaniem jest przesuwanie do przodu i mieszanie materiału. W procesie aktywacji para wodna lub ditlenek węgla dostarczane są przeciwprądowo do ruchu wsadu.From the application WO2008043982 A1, there is known a solution of a rotary furnace for carbonization and physical activation, in which the furnace chamber is inclined at an angle ensuring that the material moves and is additionally divided into 5-10 weirs equipped with annular valves and hook bars, whose task is to move forward and mixing the material. In the activation process, water vapor or carbon dioxide are supplied countercurrently to the charge movement.
PL 238 755 B1PL 238 755 B1
Ze zgłoszenia WO9506698A1 znane jest rozwiązanie, obrotowego pieca do karbonizacji, w którym wzdłuż cylindrycznej komory pieca zamontowano rury grzejne, z których część tworzy wsporniki zapewniające mieszanie karbonizowanego wsadu.From the application WO9506698A1 there is known a solution of a rotary carbonization furnace in which heating pipes are mounted along the cylindrical chamber of the furnace, some of which form supports ensuring the mixing of the carbonized charge.
Ze zgłoszenia CN105038821 A znane jest rozwiązanie, pieca obrotowego do karbonizacji, w którym w korpusie pieca zamontowany został wał śrubowy, przeznaczeniem którego jest zeskrobywanie przywierającego karbonizatu z wewnętrznej ścianki korpusu pieca. Rozwiązanie to pozwala na wyeliminowanie potrzeby okresowego czyszczenia komory pieca obrotowego, dzięki czemu możliwe jest prowadzenie produkcji w trybie ciągłym oraz zwiększa się żywotność komory pieca.From the application CN105038821 A there is known a solution of a rotary carbonization furnace in which a screw shaft is mounted in the furnace body, the purpose of which is to scrape the adhering char from the inner wall of the furnace body. This solution eliminates the need for periodic cleaning of the rotary kiln chamber, which enables continuous production and increases the service life of the kiln chamber.
Ze zgłoszenia JP2002173684 A znane jest rozwiązanie pieca do karbonizacji materiałów odpadowych w trybie ciągłym. Budowa tego pieca opiera się na cylindrycznym korpusie wykonanym ze stali żaroodpornej obracającym się wokół osi poziomej, w którym zainstalowany jest przenośnik śrubowy, przesuwający wsadu. Korpus obrotowy łączy się z rynną załadowczą oraz portem rozładowania.From the application JP2002173684 A, a continuous furnace for the carbonization of waste materials is known. The structure of this furnace is based on a cylindrical body made of heat-resistant steel, rotating around a horizontal axis, in which a screw conveyor is installed, moving the charge. The rotating body connects to the loading chute and the discharge port.
Ze zgłoszenia CN104357064 A, znane jest rozwiązanie urządzenia do ciągłej karbonizacji materiałów biomasowych, w których karbonizacja prowadzona jest dwuetapowo. W rozwiązaniu tym cylindry pieca zawierają przenośniki spiralne, służące do transportu materiału karbonizowanego, a gazy powstające w procesie karbonizacji, tj. w części drugiej pieca, kierowane są do spalania odpowiednimi rurami do pierwszej części. Z kolei energia cieplna wytworzona w procesie spalania, wykorzystywana jest drugiej części pieca do procesu karbonizacji.From the application CN104357064 A, there is known a solution for a device for continuous carbonization of biomass materials, in which the carbonization is carried out in two stages. In this solution, the furnace cylinders contain spiral conveyors for transporting the carbonized material, and the gases generated in the carbonization process, i.e. in the second part of the furnace, are directed to the first part for combustion through appropriate pipes. In turn, the thermal energy generated in the combustion process is used in the second part of the furnace for the carbonization process.
W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie wykorzystaniem materiałów odpadowych z produkcji spożywczej, rolniczej i leśnej jako surowców do produkcji węgli aktywnych. Wykorzystanie tych materiałów pozwala nie tylko na zmniejszenie kosztów produkcji węgli aktywnych, ale także pozwala na minimalizację kosztów utylizacji wspomnianych odpadów oraz zmniejszenie ich negatywnego wpływu na środowisko przyrodnicze. Wykorzystanie odpadowej biomasy pochodzenia roślinnego umożliwia konwersję ogólnie dostępnych, a niejednokrotnie bezwartościowych i kłopotliwych odpadów do wysokiej jakości adsorbentów węglowych, stosowanych między innymi w ochronie środowiska i energetyce oraz życiu codziennym.In recent years, there has been a growing interest in the use of waste materials from food, agricultural and forestry production as raw materials for the production of activated carbons. The use of these materials allows not only to reduce the production costs of activated carbons, but also allows for the minimization of the disposal costs of the said wastes and the reduction of their negative impact on the natural environment. The use of waste biomass of plant origin enables the conversion of generally available, and often worthless and troublesome waste, into high-quality carbon adsorbents, used, among others, in environmental protection, energy and everyday life.
Ze zgłoszenia CN104773731 A znana jest metoda produkcji węgli aktywnych z materiałów odpadowych pochodzenia biomasowego w procesie aktywacji parą wodną lub ditlenkiem węgla z wykorzystaniem wielopaleniskowego pieca.Application CN104773731 A discloses a method of producing activated carbons from waste materials of biomass origin in the process of activation with steam or carbon dioxide with the use of a multi-furnace furnace.
Z opisu wzoru użytkowego CN201172626 Y znane jest rozwiązanie ciągłej produkcji węgla aktywnego z trocin i zrębów drewnianych w dwuetapowym procesie karbonizacji i aktywacji. W rozwiązaniu tym wykorzystywana jest konstrukcja pieca składającego się z dwóch komór tj. komory w której prowadzony jest proces karbonizacji oraz drugiej komory w której prowadzony jest proces aktywacji chemicznej z wykorzystaniem chlorku cynku.The description of the utility model CN201172626 Y describes a solution for the continuous production of activated carbon from sawdust and wood chips in a two-stage carbonization and activation process. This solution uses the design of the furnace consisting of two chambers, i.e. the chamber in which the carbonization process is carried out and the second chamber in which the chemical activation process is carried out with the use of zinc chloride.
Z opisu patentowego JP4870278 B2, znana jest metoda produkcji adsorbentów węglowych w poziomym piecu obrotowym.From the patent description JP4870278 B2, a method of producing carbon adsorbents in a horizontal rotary kiln is known.
W znanych rozwiązaniach procesów i urządzeń do karbonizacji i aktywacji materiałów odpadowych pochodzenia biomasowego występują trudności z utrzymaniem odpowiedniej temperatury poszczególnych etapów procesu produkcji oraz jednakowego i precyzyjnego czasu osiągania założonej temperatury w całej objętości wsadu, a także jednakowego czasu chłodzenia, jak i identycznych warunków odprowadzania produktów gazowych i doprowadzania strumienia gazu obojętnego lub aktywatora w całej masie wsadu. W związku z tym procesy karbonizacji i aktywacji przebiegają z różnymi często niekontrolowanymi szybkościami, mechanizmami i wydajnościami w poszczególnych częściach komory pieca i wsadu. Ponadto karbonizowane i aktywowane surowce w tym szczególnie biomasa pochodzenia roślinnego, cechują się niejednorodną budową i niejednokrotnie niemożliwa jest ich homogenizacja w stanie surowym, w związku z powyższymi występują problemy z uzyskaniem jednorodnych i powtarzalnych partii produktów finalnych.In the known solutions of processes and devices for carbonization and activation of waste materials of biomass origin, there are difficulties in maintaining the appropriate temperature of individual stages of the production process and the same and precise time to reach the assumed temperature in the entire volume of the charge, as well as the same cooling time and identical conditions for discharge of gaseous products. and introducing a stream of inert gas or activator throughout the mass of the feed. Accordingly, the carbonization and activation processes take place at various, often uncontrolled, rates, mechanisms, and efficiencies in the various parts of the furnace and charge chamber. In addition, carbonized and activated raw materials, especially biomass of plant origin, are characterized by a heterogeneous structure and it is often impossible to homogenize them in the raw state, therefore there are problems with obtaining homogeneous and repeatable batches of final products.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie efektywnego sposobu i urządzenia do homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych, pozwalających na uzyskanie homogenicznego karbonizatu lub węgla aktywnego o powtarzalnych właściwościach fizykochemicznych i mechanicznych, jednakowych w całej jego objętości.The aim of the present invention is to develop an effective method and device for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, allowing to obtain a homogeneous char or activated carbon with reproducible physicochemical and mechanical properties, the same throughout its entire volume.
Istota sposobu homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych, w którym surowiec, korzystnie w postaci odpadów pochodzenia organicznego rozdrabnia się, osusza, po czym karbonizuje lub aktywuje, lub surowiec najpierw karbonizuje się, a następnie aktywuje otrzymany karbonizat, zaś w końcowym etapie ochładza uzyskany karbonizat lub węgiel aktywny, wedługThe essence of the method of homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, in which the raw material, preferably in the form of waste of organic origin, is crushed, dried, and then carbonized or activated, or the raw material is first carbonized and then the obtained carbonizate activated, and finally cooled down the resulting char or activated carbon, according to
PL 238 755 B1 wynalazku charakteryzuje się tym, że surowiec osusza się za pomocą ogrzewania indukcyjnego w temperaturze 105-120°C, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, korzystnie nie dłużej niż 2 godziny, po czym karbonizuje się go ogrzewając indukcyjnie najpierw w temperaturze 350-500°C przez 0,5-1,5 godziny, a następnie w temperaturze 500-1000°C przez 2-3 godziny przy jednoczesnym przepływie gazu obojętnego, korzystnie azotu lub argonu, wprowadzającego go w stan semifluidyzacji i uzyskując homogeniczny karbonizat będący produktem końcowym lub półproduktem do dalszego wytwarzania węgli aktywnych lub surowiec albo półprodukt poddaje się aktywacji najpierw w temperaturze 400-600° przez 0,5-1,5 godziny oraz następnie w temperaturze 600-900°C przez 2-3 godziny, przy jednoczesnym przepływie aktywatora w postaci pary wodnej lub CO2 wprowadzającego go w stan semifluidyzacji i powodującego jego homogenizację lub surowiec albo półprodukt impregnuje się lub miesza ze związkiem chemicznym wybranym z grupy obejmującej: H3PO4, HNO3, H2SO3, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, K2CO3, po czym poddaje się go najpierw aktywacji ogrzewając indukcyjnie w temperaturze 400-600° przez 0,5-1,5 godziny, a następnie w temperaturze 600-900°C przez 2-3 godziny przy jednoczesnym przepływie gazu obojętnego, korzystnie azotu lub argonu. W końcowym etapie uzyskany karbonizat lub węgiel aktywny chłodzi się do temperatury od 20 do 50°C gazowym lub ciekłym azotem.The invention is characterized in that the raw material is dried by induction heating at a temperature of 105-120 ° C until the hygroscopic moisture is removed, preferably for no more than 2 hours, after which it is carbonized by induction heating first at a temperature of 350 ° C. 500 ° C for 0.5-1.5 hours, then at 500-1000 ° C for 2-3 hours with a simultaneous flow of an inert gas, preferably nitrogen or argon, semi-fluidized and obtaining a homogeneous carbonate product as the end product or an intermediate for the further production of activated carbons or the raw material or intermediate is activated first at 400-600 ° C for 0.5-1.5 hours and then at 600-900 ° C for 2-3 hours, with the simultaneous flow of the activator in in the form of water vapor or CO2 which makes it semi-fluidized and causes its homogenization, or the raw material or intermediate is impregnated or mixed with a chemical compound The wound from the group consisting of: H3PO4, HNO3, H2SO3, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, K2CO3, and then it is first activated by induction heating at 400-600 ° for 0.5-1.5 hours, and then at the temperature 600-900 ° C for 2-3 hours with simultaneous flow of inert gas, preferably nitrogen or argon. In the final stage, the obtained char or activated carbon is cooled to a temperature of 20 to 50 ° C with gaseous or liquid nitrogen.
Istota urządzenia do homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych zawierającego komorę załadowczą, komorę pieca i komorę wyładowczą, charakteryzuje się tym, że komora pieca podzielona jest na dwie strefy ogrzewania umieszczone od strony komory załadowczej oraz strefę chłodzenia umieszczoną od strony komory wyładowczej, przy czym komora załadowcza zawiera okno załadowcze zewnętrzne, w którym zamontowana jest głowica załadowcza z osadzonym w niej obrotowym bębnem załadowczym, okno załadowcze wewnętrzne, układ odgazowania oraz przenośnik ślimakowy komory załadowczej, a komora pieca zawiera nieruchomy dwuścienny korpus zewnętrzny oraz ruchomy korpus wewnętrzny, w którego ściankach umieszczone są dysze oraz zamocowane są łopatki mieszające ułożone w układzie śrubowym pod kątem 7-30°. W wale przenośnika ślimakowego komory załadowczej oraz wale komory pieca, w strefach ogrzewania zamocowane są zestawy cewek indukcyjnych, każdy składający się z od 3-6 cewek indukcyjnych. W strefie chłodzenia umieszczone są dysze chłodzenia, natomiast komora wyładowcza zawiera przenośnik ślimakowy komory wyładowczej, w którym są zamocowane dysze czyszczące, okno wyładowcze wewnętrzne, głowica wyładowcza, obrotowy bęben wyładowczy i okno wyładowcze zewnętrzne.The essence of the device for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, including a loading chamber, a furnace chamber and a discharge chamber, is characterized by the fact that the furnace chamber is divided into two heating zones located on the loading chamber side and a cooling zone located on the discharge chamber side, at the loading chamber includes an external loading port, in which a loading head is mounted with a rotary loading drum embedded in it, an internal loading port, a degassing system and a loading chamber screw conveyor, and the furnace chamber includes a fixed external double-walled body and a movable internal body, in the walls of which There are nozzles and mixing blades are mounted, arranged in a helical arrangement at an angle of 7-30 °. In the shaft of the screw conveyor of the charging chamber and the shaft of the furnace chamber, sets of induction coils are mounted in the heating zones, each consisting of 3-6 induction coils. Cooling nozzles are placed in the cooling zone, while the discharge chamber comprises a discharge chamber screw conveyor in which are mounted cleaning nozzles, an internal discharge port, a discharge head, a rotary discharge drum and an external discharge port.
Korzystnie strefy ogrzewania i strefa chłodzenia są od siebie izolowane termicznie za pomocą przekładek ceramicznych.Preferably, the heating zones and the cooling zone are thermally insulated from each other by means of ceramic spacers.
Ponadto każdy z zestawów cewek indukcyjnych wyposażony jest w oddzielny układ sterujący i niezależny układ zasilający.In addition, each of the induction coil sets has a separate control circuit and independent power supply.
Dodatkowo pomiędzy ściankami nieruchomego dwuściennego korpusu zewnętrznego komory pieca umieszczona jest pianka ceramiczna o dużej izolacyjności termicznej.Additionally, ceramic foam with high thermal insulation is placed between the walls of the fixed, double-walled outer body of the furnace chamber.
Sposób oraz urządzenie według niniejszego wynalazku pozwala na homogeniczną karbonizację i/lub aktywację miękkich materiałów biomasowych o budowie niejednorodnej, z dużą efektywnością procesu oraz możliwością uzyskania powtarzalnego produktu o jednakowych właściwościach w całej objętości wsadu. Dzięki zastosowaniu dwustrefowego ogrzewania indukcyjnego można precyzyjnie kontrolować wartości osiąganych temperatur i czasy ich wzrostu oraz czasy przetrzymywania w końcowej temperaturze w poszczególnych strefach ogrzewania, co zapewnia możliwości uzyskania produktu o założonych parametrach przy jednoczesnej minimalizacji strat energii. Ponadto dzięki zainstalowaniu łopatek mieszających oraz dysz przez które wprowadzana jest atmosfera obojętna lub aktywator gazowy, zapewniona jest dodatkowa homogenizacja materiału oraz jednakowe warunki przebiegu procesu w całej objętości wsadu w poszczególnych strefach. Także dzięki zastosowaniu komory załadowczej i wyładowczej o szczelnej konstrukcji, zapewnione są stałe warunki przebiegu procesów w poszczególnych strefach, a co za tym idzie także zapewniona jest powtarzalność otrzymywanych produktów i ich jednorodność. Zastosowanie komór załadowczej i wyładowczej o szczelnej konstrukcji umożliwia także prowadzenie procesu produkcji w sposób ciągły, a co za tym idzie nie występują nadmierne straty energii.The method and device according to the present invention allows for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials of non-homogeneous structure, with high process efficiency and the possibility of obtaining a repeatable product with the same properties throughout the entire batch volume. Thanks to the use of two-zone induction heating, it is possible to precisely control the values of the temperatures reached and their rise times as well as the holding times at the final temperature in individual heating zones, which ensures the possibility of obtaining a product with the desired parameters while minimizing energy losses. In addition, thanks to the installation of mixing blades and nozzles through which an inert atmosphere or a gas activator is introduced, additional homogenization of the material is ensured and the same conditions for the course of the process in the entire volume of the charge in individual zones. Also thanks to the use of a tightly constructed loading and unloading chamber, constant process conditions in individual zones are ensured, and thus also the repeatability of the obtained products and their homogeneity are ensured. The use of tightly constructed loading and unloading chambers also allows the production process to be carried out in a continuous manner, and thus there is no excessive energy loss.
Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono poniżej w przykładach objaśniających realizację sposobu homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych oraz urządzenie do homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych. Na rysunku, na fig. 1 przedstawiono urządzenie do homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych w ujęciu schematycznym, a na fig. 2 - powiększenie szczegółu S z fig. 1.The solution according to the invention is presented below in the examples which explain the implementation of the method for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials. In the drawing, Fig. 1 shows a schematic diagram of the device for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, and Fig. 2 shows an enlargement of the detail S of Fig. 1.
PL 238 755 B1PL 238 755 B1
Przykładów tych nie należy jednak uważać za ograniczające istotę lub zawężające zakres ochrony, gdyż stanowią one jedynie ilustrację wynalazku.These examples should not, however, be considered as limiting the spirit or scope of protection, as they merely illustrate the invention.
P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1
Surowiec w postaci biomasy, w formie wstępnie rozdrobnionych odpadów z drewna sosnowego osusza się indukcyjnie w temperaturze 120°C przez okres do 2 godzin, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, po czym osuszony surowiec ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 500°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 800°C przez 2 godziny, przy jednoczesnym przepływie azotu oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień gazu wprowadza wysuszony surowiec w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji karbonizatu. W końcowym etapie uzyskany karbonizat chłodzi się do temperatury 30°C ciekłym azotem.The raw material in the form of biomass, in the form of pre-shredded pine wood waste, is induction dried at a temperature of 120 ° C for up to 2 hours until the hygroscopic moisture is removed, then the dried raw material is induction heated at a temperature of 500 ° C for 1 hour, and then at a temperature of 800 ° C for 2 hours, with simultaneous flow of nitrogen and rotation of the inner chamber of the furnace and mixing blades. The gas stream introduces the dried raw material into the semi-fluidization state, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the char. In the final stage, the resulting char is cooled to 30 ° C with liquid nitrogen.
P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2
Surowiec w postaci biomasy, w formie wstępnie rozdrobnionych kolb kukurydzy osusza się indukcyjnie w temperaturze 110°C przez okres do 2 godzin, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, po czym osuszony surowiec ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 450°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 750°C przez 2 godziny, przy jednoczesnym przepływie pary wodnej oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień aktywatora wprowadza wysuszony surowiec w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji karbonizatu. W końcowym etapie uzyskany karbonizat chłodzi się do temperatury 30°C ciekłym azotem.The raw material in the form of biomass, in the form of pre-crushed corn cobs, is induction dried at a temperature of 110 ° C for up to 2 hours until the hygroscopic moisture is removed, then the dried raw material is induction heated at a temperature of 450 ° C for 1 hour, and then at a temperature of 750 ° C for 2 hours with the simultaneous flow of steam and the rotation of the inner chamber of the furnace and the mixing blades. The activator stream introduces the dried raw material into the semi-fluidization state, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the char. In the final stage, the resulting char is cooled to 30 ° C with liquid nitrogen.
P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3
Surowiec w postaci biomasy, w formie wstępnie rozdrobnionych kolb kukurydzy osusza się indukcyjnie w temperaturze 110°C przez okres do 2 godzin, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, po czym osuszony surowiec ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 400°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 700°C przez 2 godziny, przy jednoczesnym przepływie ditlenku węgla oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień aktywatora wprowadza wysuszony surowiec w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji karbonizatu. W końcowym etapie uzyskany karbonizat chłodzi się do temperatury 30°C ciekłym azotem.The raw material in the form of biomass, in the form of pre-crushed corn cobs, is induction dried at a temperature of 110 ° C for up to 2 hours until the hygroscopic moisture is removed, then the dried raw material is induction heated at a temperature of 400 ° C for 1 hour, and then at 700 ° C for 2 hours with simultaneous flow of carbon dioxide and rotation of the inner chamber of the furnace and mixing blades. The activator stream introduces the dried raw material into the semi-fluidization state, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the char. In the final stage, the resulting char is cooled to 30 ° C with liquid nitrogen.
P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4
Surowiec w postaci biomasy, w formie wstępnie rozdrobnionych łupin pomarańczy zaimpregnowanych wodorotlenkiem potasu, przy stosunku masy surowca do masy aktywatora 1:1, osusza się indukcyjnie w temperaturze 115°C przez okres dwóch godzin, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, po czym tak przygotowany surowiec ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 450°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 700°C przez 1,5 godziny, przy jednoczesnym przepływie azotu oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień gazu wprowadza wysuszony surowiec w stan semifluidyzacji co dodatkowo intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji karbonizatu. W kolejnym etapie uzyskany karbonizat chłodzi się do temperatury 40°C ciekłym azotem, a w ostatnim etapie otrzymany węgiel aktywny przemywa się wodą destylowaną lub łagodnym kwasem w celu usunięcia pozostałości aktywatora i jego recyklinguThe raw material in the form of biomass, in the form of pre-ground orange peel impregnated with potassium hydroxide, with the ratio of the raw material mass to the activator mass of 1: 1, is induction dried at 115 ° C for two hours until the hygroscopic moisture is removed, and then the raw material prepared in this way is heated by induction at 450 ° C for 1 hour and then at 700 ° C for 1.5 hours with nitrogen flow and rotation of the inner chamber of the furnace and mixing blades simultaneously. The gas stream introduces the dried raw material into the semi-fluidization state, which further intensifies the process and contributes to better homogenization of the char. In the next stage, the obtained char is cooled to a temperature of 40 ° C with liquid nitrogen, and in the last stage, the obtained activated carbon is washed with distilled water or a mild acid in order to remove the activator residues and recycle it.
P r z y k ł a d 5P r z k ł a d 5
Półprodukt w postaci karbonizatu otrzymanego sposobem opisanym w przykładzie 1 osusza się indukcyjnie w temperaturze 110°C przez okres 1 godziny, aż do usunięcia pozostałości wilgoci higroskopijnej, po czym osuszony karbonizat ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 500°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 800°C przez 2 godziny, przy jednoczesnym przepływie pary wodnej oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień aktywatora wprowadza karbonizat dodatkowo w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji produktu końcowego. W końcowym etapie uzyskany węgiel aktywny chłodzi się do temperatury 30°C ciekłym azotem.The semi-product in the form of the char obtained as described in Example 1 is induction dried at 110 ° C for 1 hour until the residual hygroscopic moisture is removed, then the dried char is heated induction at a temperature of 500 ° C for 1 hour and then at temperature of 800 ° C for 2 hours with simultaneous flow of steam and rotation of the inner chamber of the furnace and the mixing blades. The stream of activator introduces the char additionally to the state of semifluidization, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the final product. In the final stage, the obtained activated carbon is cooled to 30 ° C with liquid nitrogen.
P r z y k ł a d 6P r x l a d 6
Półprodukt w postaci karbonizatu otrzymanego sposobem opisanym w przykładzie 1 osusza się indukcyjnie w temperaturze 110°C przez okres 1 godziny, aż do usunięcia pozostałości wilgoci higroskopijnej, po czym osuszony karbonizat ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 500°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 800°C przez 2 godziny, przy jednoczesnym przepływie ditlenku węgla oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień aktywatora wprowadza karbonizat dodatkowo w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji produktu końcowego. W końcowym etapie uzyskany węgiel aktywny chłodzi się do temperatury 30°C ciekłym azotem.The semi-product in the form of the char obtained as described in Example 1 is induction dried at 110 ° C for 1 hour until the residual hygroscopic moisture is removed, then the dried char is heated induction at a temperature of 500 ° C for 1 hour and then at temperature of 800 ° C for 2 hours, with simultaneous flow of carbon dioxide and rotation of the inner chamber of the furnace and the mixing blades. The stream of activator introduces the char additionally to the state of semifluidization, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the final product. In the final stage, the obtained activated carbon is cooled to 30 ° C with liquid nitrogen.
PL 238 755 B1PL 238 755 B1
P r z y k ł a d 7P r z k ł a d 7
Półprodukt w postaci karbonizatu otrzymanego sposobem opisanym w przykładzie 1 z rozdrobnionych odpadów z drewna sosnowego, zaimpregnowany wodorotlenkiem potasu, przy stosunku masy surowca do masy aktywatora 1:1, osusza się indukcyjnie w temperaturze 105°C przez okres godziny, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, po czym tak przygotowany półprodukt ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 450°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 700°C przez 1,5 godziny, przy jednoczesnym przepływie azotu oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień gazu wprowadza wysuszony surowiec w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji karbonizatu. W kolejnym etapie produkt końcowy tj. węgiel aktywny chłodzi się do temperatury 40°C ciekłym azotem, a w ostatnim etapie przemywa się go wodą destylowaną lub łagodnym kwasem w celu usunięcia pozostałości aktywatora i jego recyklingu.Semi-finished product in the form of a char obtained as described in example 1 from crushed pine wood waste, impregnated with potassium hydroxide, with the ratio of the weight of the raw material to the weight of the activator 1: 1, is induction dried at a temperature of 105 ° C for an hour until the hygroscopic moisture is removed, then the semi-finished product prepared in this way is induction heated at a temperature of 450 ° C for 1 hour, and then at a temperature of 700 ° C for 1.5 hours, with simultaneous flow of nitrogen and rotation of the inner chamber of the furnace and mixing blades. The gas stream introduces the dried raw material into the semi-fluidization state, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the char. In the next stage, the final product, i.e. activated carbon, is cooled to 40 ° C with liquid nitrogen, and in the last stage, it is washed with distilled water or a mild acid in order to remove the activator residues and recycle it.
P r z y k ł a d 8P r z k ł a d 8
Półprodukt w postaci karbonizatu otrzymanego sposobem opisanym w przykładzie 1 impregnuje się wodorotlenkiem sodu, przy stosunku masy surowca do masy aktywatora 1:1,5, osusza się indukcyjnie w temperaturze 110°C przez okres 0,5 godziny, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, po czym tak przygotowany surowiec ogrzewa się indukcyjnie w temperaturze od 600°C przez 1 godzinę, a następnie w temperaturze 850°C przez 2 godziny, przy jednoczesnym przepływie azotu oraz ruchu obrotowym wewnętrznej komory pieca i łopatek mieszających. Strumień gazu wprowadza wysuszony surowiec w stan semifluidyzacji co intensyfikuje proces i przyczynia się do lepszej homogenizacji karbonizatu. W kolejnym etapie uzyskany karbonizat chłodzi się do temperatury 40°C ciekłym azotem, a w ostatnim etapie otrzymany węgiel aktywny przemywa się wodą destylowaną lub łagodnym kwasem w celu usunięcia pozostałości aktywatora i jego recyklingu.The semi-product in the form of a char obtained by the method described in example 1 is impregnated with sodium hydroxide, with the ratio of the weight of the raw material to the weight of the activator 1: 1.5, is dried induction at the temperature of 110 ° C for 0.5 hours, until the hygroscopic moisture is removed, after whereby the raw material prepared in this way is induction heated at a temperature of 600 ° C for 1 hour, and then at a temperature of 850 ° C for 2 hours, with simultaneous flow of nitrogen and rotational movement of the internal chamber of the furnace and mixing blades. The gas stream introduces the dried raw material into the semi-fluidization state, which intensifies the process and contributes to better homogenization of the char. In the next stage, the obtained char is cooled to 40 ° C with liquid nitrogen, and in the last stage, the obtained activated carbon is washed with distilled water or mild acid in order to remove the activator residues and recycle it.
P r z y k ł a d 9P r z k ł a d 9
Urządzenie do homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych składa się z trzech części: komory załadowczej A, komory pieca B i komory wyładowczej C. Komora pieca B podzielona jest na dwie strefy ogrzewania I, II oraz strefę chłodzenia III, umieszczone od strony komory załadowczej A oraz strefę chłodzenia III umieszczoną od strony komory wyładowczej C. Strefy ogrzewania I, II i strefa chłodzenia III są od siebie izolowane termicznie za pomocą przekładek ceramicznych.The device for homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials consists of three parts: charging chamber A, furnace chamber B and discharge chamber C. The furnace chamber B is divided into two heating zones I, II and cooling zone III, located on the chamber side loading zone A and cooling zone III located on the side of the discharge chamber C. Heating zones I, II and cooling zone III are thermally insulated from each other by means of ceramic spacers.
Komora załadowcza A zawiera okno załadowcze zewnętrzne 1, w którym zamontowana jest głowica załadowcza 2 z osadzonym w niej obrotowym bębnem załadowczym 3, okno załadowcze zewnętrzne 4, układ odgazowania 5 oraz przenośnik ślimakowy 6 komory załadowczej A wykonany ze stali żaroodpornej i ferromagnetycznej. Korpus komory załadowczej A, składa się z dwóch warstw stalowych i umieszczonej pomiędzy nimi warstwy środkowej wykonanej z materiału ceramicznego o dużej izolacyjności termicznej, przy czym warstwa stalowa wewnętrzna wykonana jest ze stali żaroodpornej o właściwościach ferromagnetycznych.The loading chamber A comprises an external loading port 1 in which a loading head 2 is mounted with a rotating loading drum 3 mounted therein, an external loading port 4, a degassing system 5 and a screw conveyor 6 of the A loading chamber made of heat-resistant and ferromagnetic steel. The body of the loading chamber A consists of two steel layers and a middle layer made of ceramic material with high thermal insulation, placed between them, while the inner steel layer is made of heat-resistant steel with ferromagnetic properties.
Komora pieca B zawiera nieruchomy dwuścienny korpus zewnętrzny 7, pomiędzy którego ściankami umieszczona jest pianka ceramiczna o dużej izolacyjności termicznej, ruchomy korpus wewnętrzny pieca 8, z umieszczonymi dyszami 9, łopatkami mieszającymi 10 ułożonymi w układzie śrubowym pod kątem 7-30° i zamontowanymi w wale wewnętrznym pieca w strefach ogrzewania I i II dwoma zestawami cewek indukcyjnych 11 oraz dyszami chłodzenia 12 umieszczonymi w strefie chłodzenia. Każdy z zestawów cewek indukcyjnych 11 składający się z 3 do 6 cewek indukcyjnych wyposażony jest w oddzielny układ sterujący i niezależny układ zasilający.The furnace chamber B comprises a fixed double-walled outer body 7, between the walls of which a ceramic foam with high thermal insulation is placed, a movable internal furnace body 8, with inserted nozzles 9, mixing blades 10 arranged in a helical configuration at an angle of 7-30 ° and mounted in the shaft inside the furnace in heating zones I and II with two sets of induction coils 11 and cooling nozzles 12 placed in the cooling zone. Each of the induction coil sets 11 consisting of 3 to 6 induction coils has a separate control circuit and an independent power supply.
Komora wyładowcza C zawiera przenośnik ślimakowy 13 komory wyładowczej C, dysze czyszczące 14, okno wyładowcze wewnętrzne 15, głowicę wyładowczą 16, obrotowy bęben wyładowczy 17 obracający się cyklicznie co 180° i okno wyładowcze zewnętrzne 18.Discharge chamber C includes a screw conveyor 13 of discharge chamber C, cleaning nozzles 14, internal discharge port 15, discharge head 16, rotary discharge drum 17 rotating cyclically every 180 ° and external discharge port 18.
W celu homogenicznej karbonizacji i/lub aktywacji miękkich materiałów biomasowych surowiec lub półprodukt wprowadza się przez okno załadowcze zewnętrzne 1 do głowicy załadowczej 2, a następnie poprzez obrotowy bęben 3 obracający się cyklicznie co 110-180° oraz okno załadowcze wewnętrzne 4 transportuje się go do komory załadowczej A. Opróżniony bęben 3 wraca do pierwotnego położenia, gdzie załadowany zostaje kolejną partią surowca lub półproduktu. Konstrukcja głowicy załadowczej 2 umożliwia dostarczenie surowca do komory załadowczej A, bez dostępu powietrza atmosferycznego z zewnątrz oraz ulatniania się gazów i par z surowca na zewnątrz. Za usuwanie produktów gazowych i powietrza odpowiada układ odgazowania 5, korzystnie wyposażony w cyklon, elektrofiltry i pompę rotacyjną o dużej wydajności.For homogeneous carbonization and / or activation of soft biomass materials, the raw material or semi-finished product is introduced through the external loading port 1 into the loading head 2, and then through the rotating drum 3 rotating cyclically every 110-180 ° and the internal loading port 4 it is transported to the chamber The empty drum 3 returns to its original position, where it is loaded with another batch of raw material or semi-finished product. The structure of the charging head 2 enables the raw material to be delivered to the charging chamber A, without the access of atmospheric air from the outside and the gas and vapors escaping from the raw material to the outside. The degassing system 5, preferably equipped with a cyclone, electrostatic precipitators and a high-capacity rotary pump, is responsible for the removal of gaseous products and air.
PL 238 755 B1PL 238 755 B1
Zainstalowany w komorze załadowczej A przenośnik ślimakowy 6 przesuwa wsad do przodu, a układy cewek indukcyjnych 11, wytwarzają szybkozmienne pole magnetyczne. W konsekwencji indukowania prądów wirowych oraz nagrzewania ferromagnetyków przez zjawisko histerezy zachodzi przemiana energii elektrycznej na cieplną w ściankach korpusu komory załadowczej A i w przenośniku ślimakowym 6, dzięki czemu surowiec podgrzewa się do temperatury 105-120°C, aż do usunięcia wilgoci higroskopijnej, ale nie dłużej niż 2 godziny. Po wysuszeniu surowiec za pomocą przenośnika ślimakowego 6, przesuwa się do komory pieca B, gdzie w ruchomym korpusie wewnętrznym pieca 8:The screw conveyor 6 installed in the loading chamber A moves the charge forward, and the systems of induction coils 11 generate a rapidly changing magnetic field. As a consequence of the induction of eddy currents and heating of ferromagnetic materials by the hysteresis phenomenon, electrical energy is converted into heat in the walls of the body of the loading chamber A and in the screw conveyor 6, thanks to which the raw material is heated to a temperature of 105-120 ° C until the hygroscopic moisture is removed, but not longer. than 2 hours. After drying the raw material by means of the screw conveyor 6, it moves to the furnace chamber B, where in the movable inner body of the furnace 8:
a. karbonizuje się go ogrzewając indukcyjnie najpierw w temperaturze 350-500°C przez 0,5-1,5 godziny, a następnie w temperaturze 500-1000°C przez 2-3 godziny przy jednoczesnym przepływie gazu obojętnego, korzystnie azotu lub argonu, wprowadzającego go dodatkowo w stan semifluidyzacji oraz działaniu łopatek mieszających 10 przesuwających surowiec do przodu i homogenizujących surowiec luba. it is carbonized by induction heating first at a temperature of 350-500 ° C for 0.5-1.5 hours, and then at a temperature of 500-1000 ° C for 2-3 hours with a simultaneous flow of an inert gas, preferably nitrogen or argon, additionally introducing it into the state of semi-fluidization and the action of mixing blades 10 moving the raw material forward and homogenizing the raw material, or
b. surowiec albo półprodukt poddaje się aktywacji najpierw w temperaturze 400-600° przez 0,5-1,5 godziny oraz następnie w temperaturze 600-900°C przez 2-3 godziny, przy jednoczesnym przepływie aktywatora w postaci pary wodnej lub CO2 wprowadzającego dodatkowo surowiec lub półprodukt w stan semifluidyzacji oraz działaniu łopatek mieszających 10 przesuwających surowiec lub półprodukt do przodu oraz zapewniających jego homogenizację lub c. surowiec albo półprodukt impregnuje się lub miesza ze związkiem chemicznym wybranym z grupy obejmującej: H3PO4, HNO3, H2SO3, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, K2CO3, po czym poddaje się go najpierw aktywacji ogrzewając indukcyjnie w temperaturze 400-600° przez 0,5-1,5 godziny, a następnie w temperaturze 600-900°C przez 2-3 godziny przy jednoczesnym przepływie gazu obojętnego, korzystnie azotu lub argonu wprowadzającego dodatkowo surowiec lub półprodukt w stan semifluidyzacji oraz działaniu łopatek mieszających 10 przesuwających surowiec lub półprodukt do przodu i powodujących jego homogenizację.b. the raw material or intermediate is subjected to activation first at 400-600 ° C for 0.5-1.5 hours and then at 600-900 ° C for 2-3 hours, with a simultaneous flow of activator in the form of steam or CO2 introducing additionally, the raw material or semi-finished product is in the state of semi-fluidization and the action of mixing blades 10 moving the raw material or semi-finished product forward and ensuring its homogenization, or c. the raw material or semi-finished product is impregnated or mixed with a chemical compound selected from the group consisting of: H3PO4, HNO3, H2SO3, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, K2CO3, then it is first activated by induction heating at 400-600 ° for 0.5-1.5 hours, and then at 600-900 ° C for 2-3 hours with a simultaneous flow of inert gas , preferably nitrogen or argon, which additionally introduces the raw material or intermediate into a state of semifluidization and the action of mixing blades to move the raw material or intermediate forward and causing its homogenization.
Następnie produkt końcowy chłodzi się do temperatury od 30 do 50°C gazowym lub ciekłym azotem podawanym za pomocą dysz chłodzenia 12. Kolejno za pomocą łopatek mieszających 10 i przenośnika ślimakowego 13 produkt końcowy transportowany jest do komory wyładowczej C, w której opada grawitacyjnie przez okno wyładowcze wewnętrzne 15 do umieszczonego w głowicy wyładowczej 16 obrotowego bębna wyładowczego 17, a następnie po jego obróceniu się produkt końcowy transportowany jest przez okno wyładowcze zewnętrzne 18 na zewnątrz urządzenia, zaś obrotowy bęben wyładowczy 17 wraca do pozycji ładowania kolejną partią produktu końcowego.Then the end product is cooled to a temperature of 30 to 50 ° C with gaseous or liquid nitrogen fed through cooling nozzles 12. Subsequently, by means of mixing blades 10 and a screw conveyor 13, the end product is transported to the discharge chamber C, where it falls by gravity through the discharge port internal discharge 15 to the rotary discharge drum 17 located in the discharge head 16, and then, after its rotation, the final product is transported through the external discharge window 18 to the outside of the device, and the rotary discharge drum 17 returns to the loading position with the next batch of the final product.
Wykaz oznaczeń na rysunkuList of symbols in the drawing
A - Komora załadowczaA - Loading chamber
B - Komora piecaB - Oven chamber
C - Komora wyładowczaC - Discharge chamber
I i II - strefy grzewcze komory piecaI and II - heating zones of the furnace chamber
III - strefa chłodzeniaIII - cooling zone
- okno załadowcze zewnętrzne- external loading window
- głowica załadowcza- loading head
- obrotowy bęben załadowczy- rotating loading drum
- okno załadowcze wewnętrzne- internal loading window
- układ odgazowania- degassing system
- przenośnik ślimakowy- screw conveyor
- nieruchomy dwuścienny korpus zewnętrzny- fixed double-walled outer body
- ruchomy korpus wewnętrzny pieca- movable internal body of the furnace
- dysze- nozzles
- łopatki mieszające- mixing paddles
- zestaw cewek indukcyjnych- set of induction coils
- dysze chłodzenia- cooling nozzles
- przenośnik ślimakowy- screw conveyor
- dysze czyszczące- cleaning nozzles
- okno wyładowcze wewnętrzne- internal discharge window
- głowica wyładowcza- discharge head
- obrotowy bęben wyładowczy b - okno wyładowcze zewnętrzne- rotary unloading drum b - external unloading window
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL420456A PL238755B1 (en) | 2017-02-06 | 2017-02-06 | Method for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL420456A PL238755B1 (en) | 2017-02-06 | 2017-02-06 | Method for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL420456A1 PL420456A1 (en) | 2018-08-13 |
PL238755B1 true PL238755B1 (en) | 2021-10-04 |
Family
ID=63112938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL420456A PL238755B1 (en) | 2017-02-06 | 2017-02-06 | Method for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL238755B1 (en) |
-
2017
- 2017-02-06 PL PL420456A patent/PL238755B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL420456A1 (en) | 2018-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102226527B (en) | Waste treatment process and apparatus | |
EP1969099B2 (en) | Process and device for treating biomass | |
CN108587671B (en) | Device and method for biomass rapid catalytic pyrolysis | |
US20130075061A1 (en) | Vibratory heat exchanger unit for low temperature conversion for processing organic waste and process for processing organic waste using a vibratory heat exchanger unit for low temperature conversion | |
CN104560071A (en) | Pyrolysis system and pyrolyzing method | |
TW201940678A (en) | Carbonizing furnace | |
CN101560033A (en) | Reactor for treating supercritical water of waste organism | |
CN102746902A (en) | Gasification method of organic wastes and special gasification furnace | |
JP2011079705A (en) | Method and apparatus for producing activated carbon | |
CN203657436U (en) | Rotary kiln for electrical heating experiment for pyrolysis of Mg-desulfurization by-product magnesium sulfite | |
Sun et al. | Review of torrefaction reactor technology | |
PL238755B1 (en) | Method for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials and the device for homogeneous carbonization and/or activation of soft biomass materials | |
ES2854730T3 (en) | Apparatus and process for continuous carbonization of wood chips or waste and other charred organic materials | |
PL227338B1 (en) | Method of processing biomasses to renewable fuel and a device for processing biomasses to renewable fuel | |
CN114534770B (en) | Catalyst with wave-absorbing-catalytic function and preparation and sludge microwave pyrolysis application thereof | |
US11407945B2 (en) | Heat treatment apparatus | |
JP2013159778A (en) | Carbonization apparatus and carbonized material | |
PL235081B1 (en) | Method for homogeneous carbonisation and activation of organic materials and the device for homogeneous carbonisation and activation of organic materials | |
JP7190641B1 (en) | Continuous carbonization equipment | |
CN211169865U (en) | Device for preparing activated carbon | |
JP4730882B2 (en) | Carbon material raw material drying method and carbon material raw material drying furnace | |
RU2118291C1 (en) | Method and installation for continuously processing hydrocarbon materials | |
RU2781054C1 (en) | Method for continuous pyrolysis of small-sized organic materials and apparatus for implementation thereof | |
JP7316858B2 (en) | Systems for storing carbon dioxide, methods for improving water quality, and methods for producing fertilizers | |
CN221349684U (en) | Double-layer rotary kiln |