RU2515308C2 - Способ и система теплообмена - Google Patents

Способ и система теплообмена Download PDF

Info

Publication number
RU2515308C2
RU2515308C2 RU2011129797/05A RU2011129797A RU2515308C2 RU 2515308 C2 RU2515308 C2 RU 2515308C2 RU 2011129797/05 A RU2011129797/05 A RU 2011129797/05A RU 2011129797 A RU2011129797 A RU 2011129797A RU 2515308 C2 RU2515308 C2 RU 2515308C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
salt
biomass
temperature
heat exchanger
molten salt
Prior art date
Application number
RU2011129797/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011129797A (ru
Inventor
Ярл АЛБЕК
Курт ЛУНДКВИСТ
Ида РЕННЛУНД
Тапио ВЕСТЕРЛУНД
Кари ЛУУККО
Веса СОРРИ
Original Assignee
Упм-Кюммене Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Упм-Кюммене Корпорейшн filed Critical Упм-Кюммене Корпорейшн
Publication of RU2011129797A publication Critical patent/RU2011129797A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2515308C2 publication Critical patent/RU2515308C2/ru

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C11/00—Regeneration of pulp liquors or effluent waste waters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • C09K5/12—Molten materials, i.e. materials solid at room temperature, e.g. metals or salts
    • 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
    • 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
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C10J3/10—Continuous processes using external heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • 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
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0979—Water as supercritical steam
    • 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
    • C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating
    • 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
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D2020/0047—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material using molten salts or liquid metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Abstract

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Водяная газификация биомассы проводится при сверхкритических или околокритических условиях - давление воды составляет по меньшей мере 150 бар и температура воды выше 300°C. Смешанная с добавками и/или катализаторами биомасса сжимается компрессирующим устройством 1 и подаётся в реакторную систему 2, которая включает в себя нагревательную секцию 3, с первым теплообменником 6, реакционную секцию 4 и охлаждающую секцию 5, со вторым теплообменником 12. Теплоноситель, в качестве которого используется расплавленная соль, циркулирует между первым теплообменником 6 и вторым теплообменником 12. Теплообменники 6 и 12 соединены с циркуляционной системой теплоносителя, которая также включает первый резервуар с солью 13, в котором поддерживается температура, близкая к максимальной рабочей температуре расплавленной соли, и второй резервуар с солью 14, с температурой, близкой к температуре плавления расплавленной соли. Предложенное изобретение позволяет повысить эффективность теплопередачи, а также обеспечивает лёгкий и хорошо управляемый контроль процесса теплообмена. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к способу теплообмена при сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы, включающий стадии нагревания биомассы в первом теплообменнике посредством передачи тепловой энергии от теплоносителя, проведения реакции биомассы в вышеуказанном процессе с получением продуктов реакции, охлаждения продуктов реакции биомассы во втором теплообменнике посредством поглощения тепловой энергии продуктов реакции указанным теплоносителем, и циркуляции указанного теплоносителя между первым теплообменником и вторым теплообменником.
Изобретение также относится к системе теплообмена в процессе сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы, при этом система включает в себя первый теплообменник для нагревания указанной биомассы, второй теплообменник для охлаждения продуктов реакции от указанного процесса сверхкритической или околокритической водяной газификации, и систему для циркуляции теплоносителя между первым теплообменником и вторым теплообменниками.
Изобретение также относится к применению системы.
Способ и устройство в соответствии с изобретением могут быть использованы в процессах и системах при обработке биомассы и ее превращений в газообразные или жидкие топлива или в базовые компоненты для дальнейшей переработки.
Исследования в области гидротермического процесса газификации/сжижения, при высоком давлении и высоких температурах, проводились еще в 1978 г., когда J. Model открыл, что сверхкритическая вода, т.е. вода при условиях, когда температура ее выше 374°С и под давлением по меньшей мере 221 бар, может быть использована для газификации органического материала, в качестве среды. Этот способ был в дальнейшем разработан несколькими исследовательскими группами, включая сжижение, а также газификацию различных подаваемых мокрых биомасс водой в околокритических условиях, т.е. водой под давлением по меньшей мере 150 бар и с температурой выше 300°С, и сверхкритической водой.
Этот процесс может быть использован для газификации, например, полужидких отходов в целлюлозной и бумажной промышленности и для отделения органического материала от неорганического материала. Хотя органический материал газифицируется в основном до водорода, метана, диоксида углерода и моноокиси углерода, неорганические материалы могут быть отделены механически от жидкой фазы. Газификацию осуществляют при температуре приблизительно 450-700°С в зависимости от газифицируемого материала, условий ее проведения и от наличии или отсутствия катализаторов.
Из-за высокой температуры, высокого давления и высокого содержания воды способ является очень энергоемким. Поэтому существует необходимость в системе для рекуперации тепла или теплообмена, которая нагревает входящие потоки реагентов, добавки и катализаторы теплом отходящего горячего потока прореагировавшего материала.
Известно использование теплообменников в качестве оборудования при гидротермической газификации и/или сжижения для улучшения эффективности использования энергии. К сожалению, из-за крайне сложных условий проведения процесса и неоднородного характера биомассы общепринятые теплообменники не работают хорошо в гидротермических процессах газификации и/или сжижения.
Существенной серьезной проблемой в общеизвестных трубчатых теплообменниках является то, что имеет место высокое давление с двух сторон труб, то есть поток материала внутри труб и теплоноситель с внешней стороны труб должны доводиться до высокого давления, например 221 бар, чтобы создать достаточно высокую температуру. Это означает, что корпус теплообменника должен быть стойким к высокому давлению, т.е. он должен иметь большую толщину стенки труб и поэтому дорогим.
Другая проблема, связанная с теплообменниками, вызвана низкими скоростями нагревания. Это вызывает накопление смолы, угля и других твердых веществ или жидкостей высокой вязкости на поверхностях каналов теплообмена, благодаря чему возникает повышенное термическое сопротивление потоку и их закупорка. Например, были проведены эксперименты, в которых общеизвестные теплообменники со сдвоенными стенками или теплообменники типа труба в трубе, размещенные в оборудовании для процесса, оказались неподходящими из-за закупорки (Biljana Potic, D. Sc. Dissertation 2006, Universiteit Twente, ISBN 90 365-2367-2).
Краткое описание изобретения
Таким образом целью настоящего изобретения является обеспечение способа и системы для преодоления указанных выше недостатков. Цели изобретения достигаются посредством способа и системы, которые отличаются тем, что заявлено в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные воплощения изобретения раскрыты в ее зависимых пунктах.
Суть способа по изобретению заключается в том, что способ включает стадии: нагревания биомассы в первом теплообменнике тепловой энергией от теплоносителя, проведения реакции биомассы в условиях сверхкритической или околокритической водяной газификации с получением продуктов реакции, охлаждения продуктов реакции биомассы во втором теплообменнике путем поглощения тепловой энергии продуктов реакции указанным теплоносителем, и циркуляции указанного теплоносителя между первым теплообменником и вторым теплообменником, при этом в качестве теплоносителя используется расплавленная соль.
Суть системы по изобретению состоит в том, что она включает в себя первый теплообменник для нагревания указанной биомассы, второй теплообменник для охлаждения продуктов реакции в указанном процессе водяной газификации при сверхкритических или околокритических условиях, и систему циркуляции для циркуляции теплоносителя между первым теплообменником и вторым теплообменником, при этом теплоносителем является расплавленная соль.
Суть использования изобретения заключается в том, что в качестве теплоносителя используют расплавленную соль при сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы.
Суть второго использования изобретения заключается в том, что расплавленную соль используют в качестве теплоносителя при сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы, причем процесс включает в себя нагревание биомассы в первом теплообменнике тепловой энергией теплоносителя, проведение реакции биомассы в условиях сверхкритической или околокритической водяной газификации с получением продуктов реакции, охлаждение продуктов реакции биомассы во втором теплообменнике указанным теплоносителем, и циркуляцию теплоносителя между первым теплообменником и вторым теплообменником.
Преимущество способа и системы по изобретению заключается в том, что можно удерживать скорость нагревания биомассы высокой, при использовании расплавленной соли в качестве теплоносителя и поэтому накопление смолы, угля и других твердых веществ или жидкостей высокой вязкости на поверхностях каналов в теплообменнике можно избежать или по меньшей мере существенно снизить. Было отмечено, что накопление твердых веществ или жидкостей высокой вязкости происходит, если температура биомассы находится в температурном диапазоне около 200-400°С. Помимо этого коррозионные реакции интенсивно протекают в указанном диапазоне температур, что таким образом сокращает срок службы аппарата. Этих недостатков, которые возникают, когда скорость нагревания биомассы слишком медленная, можно избежать при использовании расплавленной соли в качестве теплоносителя. В связи с тем, что расплавленная соль имеет хорошие теплопередающие свойства, скорость нагревания может быть повышена и диапазон критической температуры может быть быстро пройден.
Другое преимущество способа и системы по изобретению заключается в том, что высокие температуры, требующиеся для гидротермической газификации и/или сжижения биомассы, могут быть быстро достигнуты, что приводит к более эффективному процессу и к более высокой производительности оборудования.
Еще одно преимущество способа и системы по изобретению заключается в том, что давление расплавленной соли может удерживаться низким без ущерба для теплообменной способности теплообменников.
Еще одно преимущество заключается в том, что только трубопроводы, транспортирующие биомассу, должны быть стойкими к давлению. Теплоноситель, окружающий трубопроводы, может работать при низком давлением, например при атмосферном давлении. Конструкция, переносящая теплоноситель и окружающая трубопроводы, может быть, таким образом, изготовлена из более дешевых материалов чем в известных теплообменниках. Создание обвязывающей конструкции также является легким.
Суть воплощения изобретения состоит в том, что способ и система совмещены с процессами на целлюлозном заводе и/или заводе для производства бумаги. Это создает преимущество, заключающееся в том, что целлюлозный завод и/или бумажная фабрика обеспечивает постоянную поставку биомассы, используемой в гидротермической обработке, что устраняет ее дорогую транспортировку.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение будет более подробно описано посредством предпочтительных воплощений со ссылкой на приложенные чертежи, в которых
Фиг.1 представляет собой блок-схему системы и способ в соответствии с изобретением в виде схемы поточных операций процесса.
Подробное описание изобретения
Фиг.1 представляет собой блок-схему системы и способ в соответствии с изобретением в виде схемы поточных операций процесса.
Сначала биомасса смешивается с добавками и/или катализаторами, но не обязательно, сжимается до заданного давления, например, в диапазоне 150-400 бар, компрессирующим устройством 1 и подается в реакторную систему 2. Компрессирующее устройство 1, показанное на Фиг.1, включает в себя насос. Сжатие до заданного давления может происходить в одну операцию, например, одним насосом, или ступенчато, например, несколькими насосами, соединенными последовательно.
В другом воплощении изобретения имеются два или даже больше потоков биомассы, добавок и/или катализаторов, которые подаются по отдельности в реакторную систему 2. Указанные потоки смешиваются и образуют реакционную смесь в реакторной системе 2.
Биомасса обычно содержит по меньшей мере 70% масс. воды. Указанная вода предпочтительно уже присутствует в биомассе. При необходимости вода может быть добавлена.
Термин «биомасса» относится к природным материалам и отходам растительного, животного и/или рыбного происхождения, таким как муниципальные отходы, промышленные отходы или побочные продукты, сельскохозяйственные отходы или побочные продукты (включая навоз), отходы или побочные продукты деревообрабатывающей промышленности, отходы и побочные продукты пищевой промышленности, морские растения (например, водоросли) и их комбинации. Материал биомассы предпочтительно выбирается из несъедобных ресурсов, таких как несъедобные отходы и несъедобные растительные материалы, включая масла, жиры и воска. Предпочтительный биомассовый материал в соответствии с настоящим изобретением включает в себя отходы и побочные продукты деревообрабатывающей промышленности, такие как древесные остатки, городские древесные отходы, отходы пиломатериалов, деревянная щепа, опилки, солома, дрова, лесоматериалы, бумажные полужидкие отходы, первичный и/или вторичный шлам, обесцвеченная макулатурная масса, бумажный черный щелок, побочные продукты бумажного или деревообрабатывающего производства, недозревшие озимые и т.д. Также в процессе может быть использован торф в качестве биомассы. Биомассой может быть смесь, включающая в себя воду и органический материал, который был намеренно смешан для использования в способе и системе в соответствии с изобретением.
Способ и система в соответствии с изобретением могут быть совмещены с процессами на целлюлозном заводе и/или на бумажной фабрике. Это обеспечивает преимущество, так как целлюлозный завод и/или бумажная фабрика обеспечивают непрерывную подачу биомассы, добавок и/или катализаторов, используемых в гидротермической обработке, и отсутствие дорогой транспортировки. Черный щелок может быть использован не только как биомасса, но также как добавка, улучшающая гидротермическую обработку других биомасс.
Реакторная система 2 включает в себя нагревательную секцию 3, реакционную секцию 4 и охлаждающую секцию 5.
Биомасса сначала нагревается в нагревательной секции 3. После нагревания до заданной температуры биомасса подается в реакционную секцию 4.
После протекания необходимых реакций в реакционной секции 4 полученные продукты реакций подаются в охлаждающую секцию 5, где они охлаждаются, и давление снижается.
Нагревательная секция 3 предназначена для нагревания биомассы до температуры реакции или температуры, близкой температуре реакции. Основным компонентом нагревательной секции 3 является первый теплообменник 6. Первый теплообменник 6 представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, который включает в себя кожух 7 и трубки, расположенные внутри кожуха 7. Трубки закреплены прямо или косвенно у первого торца со средством 1 для создания давления и у второго торца с первым выпускным каналом 8. Реакционная смесь протекает через указанные трубки из первого теплообменника 6 через первый выпускной канал 8.
Первый теплообменник 6 включает в себя также первое впускное отверстие 9 и первое выпускное отверстие 10 для подачи и выпуска теплоносителя в первый теплообменник 6 и из первого теплообменника 6. Теплоноситель циркулирует в межтрубном пространстве между кожухом 7 и наружными поверхностями трубок. Теплоноситель таким образом омывает трубки теплообменника по их наружным поверхностям. В воплощении, показанном на Фиг.1, первый теплообменник 6 функционирует в режиме противотока, но также в режиме прямотока, и также возможны конструкции с поперечными потоками.
Сутью изобретения является то, что теплоносителем является расплавленная соль. Расплавленная соль может, например, продаваться под торговой маркой Hitec®. Температура плавления соли Hitec® составляет около 150°С и максимальная рабочая температура составляет около 550°С. Hitec® является эвтектической смесью водорастворимых неорганических солей нитрата калия, нитрита натрия и нитрата натрия. Другие соли, т.е. чистая соль, смеси солей или солевые композиции, конечно, могут использоваться в качестве теплоносителя. Вязкость расплавленной соли предпочтительно составляет около 1-10 сП при температурах циркуляционной системы. Температура соли поддерживается выше ее температуры плавления в течение всего процесса.
Трубопровод соединяет первое впускное отверстие 9 с первым резервуаром 13 для соли, где расплавленная соль выдерживается при высокой температуре, предпочтительно, около максимальной рабочей температуры расплавленной соли. Первый резервуар 13 соли включает в себя второй нагреватель 16, который предпочтительно является электрическим нагревателем. Конечно, также могут быть использованы нагреватели другого типа. Второй нагреватель обычно используется в начальной фазе процесса. Как только температура первого резервуара 13 для соли достигает стабильного состояния, второй нагреватель 16 может быть выключен. Второй нагреватель 16 может также использоваться для управления процессом, то есть для поддержания температуры расплавленной соли на заданном уровне.
Гидротермические реакции, необходимые для деструкции биомассы, протекают в реакционной секции 4. Однако важные реакции, образующие промежуточные продукты, могут также протекать уже в нагревательной секции 3.
Указанные гидротермические реакции, протекающие в реакционной секции 4, являются реакциями газификации и/или сжижения, протекающими при высокой температуре и под высоким давлением или в воде в сверхкритических условиях, то есть при температуре выше 374°С и давлении по меньшей мере 221 бар, или в воде в околокритических условиях, т.е. при температуре выше 300°С и давлении выше 150 бар. В воде в сверхкритических условиях органические соединения и газы становятся более растворимыми, и тем самым реакции могут протекать в одну стадию и время реакции уменьшается.
В результате указанных гидротермических реакций органические материалы или соединения в биомассе разлагаются и подвергаются повторному структурированию под влиянием горячей сжатой воды. Обычно реакции газификации требуют температур от около 500 до 700°С, в то время как реакции сжижения требуют температур от около 350 до 500°С.
Имеется несколько способов нагревания реакционной секции 4 до требуемой температуры реакции. В реакционной секции 4, показанной на Фиг.1, например, биомасса протекает по трубкам 20, которые погружены в солевой слой или солевую ванну, содержащую вторую соль. Вторая соль служит в качестве теплоносителя между указанными трубами и первым нагревательным устройством 11. Первое нагревательное устройство 11 расположено в реакционной секции 4 для поддержания температуры второй соли и также температуры биомассы на заданном уровне в реакционной секции 4. Первое нагревательное устройство 11 может поддерживать температуру стабильной во всей реакционной секции 4. Первое нагревательное устройство 11 является, например, электрическим или газовым нагревателем.
Второй солью может являться, например, хлорид натрия, смешанный с небольшим количеством хлорида кальция. Вторая соль может находиться в расплавленном состоянии или в твердом состоянии.
После того как заданное время реакции истекло, продукты реакции отводятся в охлаждающую секцию 5 для охлаждения. Из охлаждающей секции 5 продукты реакции могут подаваться в разделительный аппарат (на Фиг.1 не показан), давление снижается и происходит разделение продуктов реакции. Снижение давления может также происходить в охлаждающей секции 5.
Охлаждающая секция 5 включает в себя второй теплообменник 12, конструкция которого аналогична конструкции первого теплообменника 6. Таким же образом второй теплообменник 12 включает в себя кожух 7, трубки, соединенные со вторым выпускным каналом 19, второе впускное отверстие 17 для приема теплоносителя и второе выпускное отверстие 18 для отвода теплоносителя, который протек через второй теплообменник 12.
Теплообменники 6, 12 соединены с циркуляционной системой теплоносителя для его непрерывной циркуляции через первый и второй теплообменники 6, 12. Первый резервуар 13 для соли, а также второй резервуар 14 для соли расположены между теплообменниками 6, 12 в циркуляционной системе теплоносителя.
Основными компонентами циркуляционной системы теплоносителя являются пространства между кожухом 7 и наружными поверхностями трубок в первом и втором теплообменниках 6, 12, первый и второй резервуары 13 и 14 для соли и насос 15. Трубопроводы или трубки соединяют эти компоненты друг с другом. Циркуляционная система для теплоносителя термически изолирована от окружающей среды.
В цикле циркуляции расплавленная соль подается в первый теплообменник 6 из первого резервуара 13 для соли и выводится из первого теплообменника 6 во второй резервуар 14 для соли. Из второго резервуара 14 для соли расплавленная соль подается во второй теплообменник 12 и выводится из него в первый резервуар 13 для соли.
Расплавленная соль в первом резервуаре 13 для соли имеет высокую температуру, например, 400-600°С. В случае Hitec® температура предпочтительно составляет около 550°С. Первый резервуар 13 для соли расположен в соединении с первым впускным отверстием 9 в первом теплообменнике 6 так, чтобы расплавленная соль, имеющая указанную высокую температуру подавалась в пространство между кожухом 7 и наружными поверхностями его трубопроводов. Конструкция кожуха 7 может быть легкой и недорогой из-за того, что давление расплавленной соли низкое.
Высокотемпературная расплавленная соль отдает свое тепло биомассе, протекающей через трубопроводы первого теплообменника 6, повышая ее температуру. В результате этого расплавленная соль охлаждается. Теплообмен между расплавленной солью и реакционной смесью происходит быстро и одинаковым образом в первом теплообменнике 6. Таким образом реакционная смесь быстро нагревается и ионные реакции, дающие смолу, уголь и т.д., твердые вещества или жидкости высокой вязкости, могут быть исключены или ограничены. Подобным образом быстро достигаются высокие температуры, необходимые для радикальных реакций гидротермической газификации и/или реакции сжижения.
Расплавленная соль, которая охладилась в первом теплообменнике 6, выводится из него через первое выпускное отверстие 10 и подается во второй резервуар 14 для соли. Температура расплавленной соли, поступающей во второй резервуар 14 для соли, предпочтительно, близка к температуре плавления расплавленной соли.
Во втором резервуаре 14 для соли температура расплавленной соли значительно ниже чем в первом резервуаре 13 для соли, причем эта температура предпочтительно существенно равна температуре расплавленной соли, полученной от первого теплообменника 6. Указанная температура, однако, выше температуры плавления соли. В случае Hitec® температура составляет предпочтительно около 160°С. Второй резервуар 14 для соли также включает в себя второй нагреватель 16, который используется таким же образом, как и второй нагреватель первого резервуара 13 для соли.
Расплавленная соль подается из второго резервуара 14 для соли во второй теплообменник 12. В воплощении изобретения, показанном на Фиг.1, насос 15 расположен между вторым резервуаром 14 для соли и вторым теплообменником 12 для циркуляции расплавленной соли через циркуляционную систему для теплоносителя. Насос 15 может также быть расположен в другом месте системы, например, между первым теплообменником 6 и вторым резервуаром 14 для соли. Производительность насоса 15 подбирают таким образом, чтобы достигалась оптимальная скорость потока расплавленной соли.
Продукты реакции, полученные в реакционной секции 4 и находящиеся все еще при высокой температуре, например, около 650°С, подаются во второй теплообменник 12 для охлаждения. Температура расплавленной соли удерживается ниже температуры продуктов реакции. Температура расплавленной соли во втором теплообменнике составляет, например, около 160°С. Поэтому тепловая энергия передается от продуктов реакции к расплавленной соли, в результате расплавленная соль нагревается, и продукты реакции охлаждаются. Предпочтительно расплавленная соль поглощает тепло от продуктов реакции в таком количестве, что она достигает высокой температуры, которая преобладает в первом резервуаре 13 для соли. Высокотемпературная расплавленная соль подается из второго теплообменника 12 через выпускное отверстие 18 в первый резервуар 13 для соли и снова в первый теплообменник 6. Охлажденные продукты реакции выводятся из второго теплообменника 12 через второй выпускной канал 19. Затем давление охлажденных продуктов реакции может быть снижено и они разделяются на газообразную и жидкую фазы.
Следует отметить и подчеркнуть, что аппарат, показанный на Фиг.1, является только примерным вариантом устройства для реализации изобретения. Аппарат может быть сконструирован по другому. Один или оба теплообменника 6 и 12, например, могут быть двухтрубчатыми теплообменниками или теплообменниками типа труба в трубе, в которых используются две или больше обычно концентрических труб в качестве поверхностей для обеспечения теплопередачи или каналов для теплоносителя.
Для специалиста в этой области вполне очевидно, что по мере развития технологии идея изобретения может быть реализована по разному. Изобретения и его воплощения не ограничиваются примерами, описанными выше, и могут быть изменены в пределах объема формулы изобретения.

Claims (11)

1. Способ теплообмена в процессе сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы, в котором давление воды составляет по меньшей мере 150 бар и температура воды выше 300°C, включающий стадии:
нагревания биомассы в первом теплообменнике (6) тепловой энергией теплоносителя,
проведения реакции биомассы в указанном процессе сверхкритической и околокритической водяной газификации с получением продуктов реакции,
охлаждения продуктов реакции биомассы во втором теплообменнике (12) путем поглощения тепла продуктов реакции теплоносителем,
циркуляцией указанного теплоносителя между первым теплообменником (6) и вторым теплообменником (12), отличающийся
использованием расплавленной соли в качестве теплоносителя,
циркуляцией указанной расплавленной соли через первый резервуар (13) с солью и второй резервуар (14) с солью,
поддержанием температуры первого резервуара (13) с солью, близкой к максимальной рабочей температуре расплавленной соли, и
поддержанием температуры второго резервуара (14) с солью, близкой к температуре плавления расплавленной соли.
2. Способ по п.1, отличающийся использованием в качестве теплоносителя смеси водорастворимых неорганических солей: нитрата калия, нитрита натрия и нитрата натрия.
3. Способ по п.1, отличающийся вязкостью расплавленной соли, которая составляет около 1-10 сП.
4. Способ по п.1, отличающийся проведением реакции биомассы, которая смешана с добавками и/или катализаторами.
5. Способ по п.1, отличающийся проведением реакции продуктов, побочных продуктов или потоков пульповых отходов от сульфат-целлюлозного завода и/или бумажной фабрики.
6. Способ по п.1, отличающийся нагреванием реакционной смеси до температуры по меньшей мере 374°C.
7. Реакторная система для процесса сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы, включающая:
первый теплообменник (6) для нагревания биомассы, подаваемой в реакционную секцию (4),
реакционную секцию (4), предназначенную для процесса сверхкритической или околокритической водяной газификации биомассы, в котором давление воды составляет по меньшей мере 150 бар и температура воды выше 300°C,
второй теплообменник (12), размещенный для охлаждения продуктов реакции указанного процесса газификации, протекавшего в реакционной секции (4),
циркуляционную систему для циркуляции теплоносителя между первым теплообменником (6) и вторым теплообменником (12), отличающаяся тем, что
теплоносителем является расплавленная соль, причем система дополнительно включает
первый резервуар (13) с солью,
второй резервуар (14) с солью, и
средство для циркуляции указанной расплавленной соли через указанные резервуары (13, 14) с солью,
при этом первый резервуар (13) с солью содержит средство для поддержания температуры расплавленной соли, близкой к максимальной рабочей температуре расплавленной соли, и
второй резервуар (14) с солью содержит средство для поддержания температуры расплавленной соли по существу ниже, чем в первом резервуаре (13) с солью.
8. Система по п.7, отличающаяся тем, что расплавленная соль включает в себя смесь водорастворимых неорганических солей: нитрата калия, нитрита натрия и нитрата натрия.
9. Система по п.7, отличающаяся тем, что вязкость расплавленной соли задана около 1-10 сП.
10. Система по п.7, отличающаяся тем, что она может обрабатывать биомассу, смешанную с добавками и/или катализаторами.
11. Система по п.7, отличающаяся тем, что она может обрабатывать биомассу, включающую в себя продукты, побочные продукты или потоки пульповых отходов от сульфат-целлюлозного завода и/или бумажной фабрики.
RU2011129797/05A 2008-12-19 2009-12-04 Способ и система теплообмена RU2515308C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20086218A FI122817B (fi) 2008-12-19 2008-12-19 Menetelmä, järjestelmä ja käyttö lämmönvaihtoa varten
FI20086218 2008-12-19
PCT/FI2009/050976 WO2010070195A2 (en) 2008-12-19 2009-12-04 Method for heat exchange, system and use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011129797A RU2011129797A (ru) 2013-01-27
RU2515308C2 true RU2515308C2 (ru) 2014-05-10

Family

ID=40240614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011129797/05A RU2515308C2 (ru) 2008-12-19 2009-12-04 Способ и система теплообмена

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20110240261A1 (ru)
EP (1) EP2367912A2 (ru)
CN (1) CN102264873B (ru)
BR (1) BRPI0923315A2 (ru)
CA (1) CA2745321C (ru)
FI (1) FI122817B (ru)
RU (1) RU2515308C2 (ru)
WO (1) WO2010070195A2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715530C2 (ru) * 2015-03-26 2020-02-28 Скв Системс Б.В. Способ и устройство для обработки суспензии, содержащей органические компоненты

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101345259B1 (ko) * 2011-12-20 2013-12-27 한화케미칼 주식회사 이중관식 열교환기를 사용한 전극 활물질의 제조
US9662623B2 (en) * 2012-02-09 2017-05-30 Tongji University System and method for hydrothermal reaction
EP2984437B1 (de) * 2013-04-11 2017-07-12 Basf Se Rohrbündelapparat sowie dessen verwendung
CN103232836B (zh) * 2013-05-07 2015-07-01 中国科学院近代物理研究所 热交换介质、热交换系统及核反应堆系统
JP6049112B2 (ja) 2013-05-07 2016-12-21 中国科学院近代物理研究所 熱交換媒体、熱交換システム及び原子炉システム
DE102013217416A1 (de) * 2013-05-08 2014-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Hydrothermale Umsetzung von Abwasserschlamm und Schwarzlauge
US9328963B2 (en) 2013-07-10 2016-05-03 Renmatix, Inc. Energy recovery when processing materials with reactive fluids
ES2966079T3 (es) 2014-07-01 2024-04-18 Basf Se Dispositivo de transferencia de calor
DE102015014446A1 (de) 2015-11-07 2017-05-11 Linde Aktiengesellschaft Wärmetauscher
US11015136B2 (en) 2016-03-11 2021-05-25 King Abdullah University Of Science And Technology Supercritical water gasification with decoupled pressure and heat transfer modules
CA3018980C (en) * 2016-03-25 2019-04-16 Thermochem Recovery International, Inc. Three-stage energy-integrated product gas generation system and method
GB2559583B (en) * 2017-02-09 2022-04-20 Phycofeeds Ltd Hydrothermal liquefaction reactor
AR115971A1 (es) 2018-08-31 2021-03-17 Dow Global Technologies Llc Sistemas y procesos para tratar térmicamente una corriente que contiene hidrocarburos
AR115969A1 (es) * 2018-08-31 2021-03-17 Dow Global Technologies Llc Sistemas y procesos para transferir calor mediante sal fundida durante la mejora de hidrocarburos
AR115968A1 (es) 2018-08-31 2021-03-17 Dow Global Technologies Llc Sistemas y procesos para perfeccionar la mejora de hidrocarburos
CN111235794B (zh) * 2020-03-06 2020-11-10 上海恩意材料科技有限公司 一种用于高温卷染的热交换装置
CN113680286B (zh) * 2021-08-31 2023-08-01 南京延长反应技术研究院有限公司 一种催化剂可循环使用的丙烯羰基化反应系统及方法
CN115385361B (zh) * 2022-08-29 2023-09-26 上海岚泽能源科技有限公司 一种以水和空气为原料的绿色合成氨生产工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE673361A (ru) * 1964-12-07 1966-06-07
US4187904A (en) * 1976-11-02 1980-02-12 Hch. Bertrams Aktiengesellschaft Heat transfer installation having storage reservoir containing a salt as a heat carrier
US5053571A (en) * 1988-04-19 1991-10-01 Exxon Chemical Patents Inc. Reductive alkylation process
CA2624510A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-12 Paul Scherrer Institut Process for generating methane and/or methane hydrate from biomass

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5053570A (en) * 1988-09-22 1991-10-01 Mobil Oil Corporation Fluid bed paraffin aromatization
JPH11502891A (ja) * 1995-03-31 1999-03-09 ユニバーシティ オブ ハワイ 触媒を用いたウェット・バイオマスの超臨界状態でのガス化
DE19634111A1 (de) * 1996-08-23 1998-02-26 Eisenmann Ernst Dipl Ing Fh Biomasseumsetzung zu Kraftstoffen mittels überkritischer Kohlensäure
JP2002155288A (ja) * 2000-11-21 2002-05-28 Yukuo Katayama 石炭ガス化方法
DK2049672T3 (da) * 2006-07-14 2021-07-12 Altaca Cevre Teknolojileri Ve Enerji Uretim A S Fremgangsmåde til fremstilling af bioethanol og andre fermenteringsprodukter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE673361A (ru) * 1964-12-07 1966-06-07
US4187904A (en) * 1976-11-02 1980-02-12 Hch. Bertrams Aktiengesellschaft Heat transfer installation having storage reservoir containing a salt as a heat carrier
US5053571A (en) * 1988-04-19 1991-10-01 Exxon Chemical Patents Inc. Reductive alkylation process
CA2624510A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-12 Paul Scherrer Institut Process for generating methane and/or methane hydrate from biomass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СОСНОВСКИЙ Г.Н., СОСНОВСКАЯ Н.Г., Учебное пособие по курсу "Основы электрохимической технологии", Ангарск, АГТА, 2006, с. 24-25 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715530C2 (ru) * 2015-03-26 2020-02-28 Скв Системс Б.В. Способ и устройство для обработки суспензии, содержащей органические компоненты

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011129797A (ru) 2013-01-27
US20110240261A1 (en) 2011-10-06
CN102264873A (zh) 2011-11-30
WO2010070195A2 (en) 2010-06-24
CA2745321A1 (en) 2010-06-24
EP2367912A2 (en) 2011-09-28
FI122817B (fi) 2012-07-13
CA2745321C (en) 2014-04-08
FI20086218A0 (fi) 2008-12-19
BRPI0923315A2 (pt) 2019-09-24
FI20086218A (fi) 2010-06-20
CN102264873B (zh) 2014-04-02
WO2010070195A3 (en) 2010-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2515308C2 (ru) Способ и система теплообмена
CN1292979C (zh) 煤与生物质共超临界水催化气化制氢装置及方法
CN102249461B (zh) 高含盐高含氯有机废水的超临界水氧化处理系统
CN106795022B (zh) 优化能源效率的水热碳化方法和装置
BRPI1015138A2 (pt) Método contínuo para a carbonização hidrotermal de biomassa
TWI443187B (zh) 生質變成生質煤的超級烘焙法
JPWO2006117934A1 (ja) 有機性廃棄物の処理設備および処理方法
WO2019040277A1 (en) SUPERCRITICAL WATER OXIDATION SYSTEMS FOR ENERGY RECOVERY AND USE THEREOF
US20230348306A1 (en) Process for the supercritical oxidation of sewage sludge and other waste streams
RU2336296C2 (ru) Способ и устройство для получения синтез-газа из биомассы
US11015136B2 (en) Supercritical water gasification with decoupled pressure and heat transfer modules
CN101532785A (zh) 双塔直接喷淋燃气快速冷凝系统
US7493764B2 (en) Electric power generation/hydrogen production combination plant
RU2552623C2 (ru) Теплообменник для охлаждения горячих газов и теплообменная система
JP7412072B2 (ja) 有機物成分を含有するスラリを処理する方法およびシステム
Marias et al. Energy recovery in supercritical water oxydation process
PL372777A1 (pl) Urządzenie do prowadzenia procesu termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych oraz sposób termicznej depolimeryzacji odpadowych tworzyw sztucznych
Giaconia et al. Conceptual study of the coupling of a biorefinery process for hydrothermal liquefaction of microalgae with a concentrating solar power plant
CN215161004U (zh) 一种生物质焦油水汽重整制备富氢可燃气的装置
CN217358201U (zh) 反应热综合利用系统及碳酸二甲酯的生产系统
JP2018517547A (ja) 有機分を含むスラリーを処理するための装置、およびこのようなスラリーを処理する方法
WO2004044102A1 (ja) 排熱を利用したスラリー製造貯蔵システム
EP4359352A1 (en) Cost efficient integration of hydrothermal liquefaction and wet oxidation wastewater treatment
Zhang 12 REFRACTORIES/CERAMICS
CN116836731A (zh) 一种适用于高浓度木质纤维素生物质的超临界水气化制氢系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141205