RU2530114C2 - Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора - Google Patents

Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора Download PDF

Info

Publication number
RU2530114C2
RU2530114C2 RU2011114832/05A RU2011114832A RU2530114C2 RU 2530114 C2 RU2530114 C2 RU 2530114C2 RU 2011114832/05 A RU2011114832/05 A RU 2011114832/05A RU 2011114832 A RU2011114832 A RU 2011114832A RU 2530114 C2 RU2530114 C2 RU 2530114C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
pressure
biomass
control system
temperature
Prior art date
Application number
RU2011114832/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011114832A (ru
Inventor
ХИТЦЛЬ Мартин
Original Assignee
Инхелия, С.Л.
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42169665&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2530114(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from ES200803271A external-priority patent/ES2339320B1/es
Priority claimed from ES200803272A external-priority patent/ES2339321B1/es
Application filed by Инхелия, С.Л. filed Critical Инхелия, С.Л.
Publication of RU2011114832A publication Critical patent/RU2011114832A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2530114C2 publication Critical patent/RU2530114C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/008—Controlling or regulating of liquefaction processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08—Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/086—Hydrothermal carbonization
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00004—Scale aspects
    • B01J2219/00006—Large-scale industrial plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00065—Pressure measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B01J2219/00123—Controlling the temperature by direct heating or cooling adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B01J2219/00128—Controlling the temperature by direct heating or cooling by evaporation of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B01J2219/0013—Controlling the temperature by direct heating or cooling by condensation of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00182—Controlling or regulating processes controlling the level of reactants in the reactor vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1011—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/80—Additives
    • C10G2300/805—Water
    • 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
    • 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
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • 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
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам управления давлением и температурой реактора и может быть использовано в реакторах, содержащих водный раствор при температуре, близкой к температуре его кипения. Система управления давлением и температурой химического реактора, в котором происходит реакция гидротермальной карбонизации биомассы, включает: а) резервуар 21 с по меньшей мере одним устройством регулировки давления, б) соединительную трубу между резервуаром 21 и реактором 18 и в) устройство 22 для впрыскивания конденсатов в реактор. Изобретение позволяет использовать технологическую воду для снижения температуры реактора, снизить затраты на очистку и обслуживание системы и обеспечить стабильность давления и температуры. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к новой системе управления давлением и температурой для реактора или группы химических реакторов, содержащих водный раствор при температуре, близкой к температуре его кипения при давлении процесса. В основе этой системы управлении лежит, главным образом, комплект оборудования, в котором сама технологическая вода используется для снижения и стабилизации температуры по всему реактору или группе реакторов в системе.
В частности, предпочтительный вариант осуществления этого изобретения относится к процессу гидротермальной карбонизации (ГТК).
Уровень техники
В последние годы, в ответ на возрастающую потребность в источниках энергии в промышленно развитых странах, проводятся многочисленные исследования, направленные на создание новых источников энергии, использующих возобновляемые ресурсы, с тем чтобы снизить отрицательное воздействие на окружающую среду, связанное с непрерывным промышленным ростом.
Среди таких источников энергии, наибольшим вниманием пользовалась, без сомнения, биомасса. В целом, биомасса определяется как биологически разложимая органическая часть, имеющаяся в продуктах различного рода, например бытовых отходах или отходах сельского хозяйства или лесной промышленности. Среди основных вариантов использования энергии можно упомянуть ее использование в качестве основы для производства моторного топлива, а также в качестве источника тепла и электроэнергии.
Несмотря на созданные в последние годы ряд технологий в этой области, в самое последнее время группа профессора Маркуса Антониетти из Института Макса Планка представила новый высокоэффективный способ использования биомассы, основанный на ее гидротермальной карбонизации (Elton Jacquot, J., "Back in Black: Using hydrothermal Carbonization to clean Emissions", 2007 г., Science & Technology). В основе этого ГТК процесса лежит воздействие на водный раствор биомассы в присутствии катализатора температуры от 180 до 210°C и давления от 10 до 19 бар в течение 4-24 часов с получением продукта, по строению напоминающего уголь. Будучи раз инициированным, этот процесс происходит самопроизвольно с выделением тепла и превращением, благодаря высокой термодинамической стабильности воды, до одной трети запасенной в биомассе энергии в углеводороды.
Главным преимуществом этого способа по сравнению с другими описанными в литературе является его простота. В отличие от других процессов карбонизации, в которых необходимо затрачивать много энергии для подготовки и предварительной сушки биомассы (WO 2003002690), при гидротермальной карбонизации можно использовать в качестве сырья влажную биомассу, что обеспечивает существенную экономию в производственных расходах.
Уже в 1943 г. в ES 0160612 был описан процесс карбонизации биомассы в присутствии воды, когда биомасса, в описываемом случае отходы производства растительной продукции, помещалась в увлажненные автоклавы, в которые впрыскивался перегретый пар, пока не достигалась температура от 180 до 210°C и давление от 2 до 10 атм. Этот процесс продолжался примерно от 6 до 20 часов до достижения требуемых параметров конечного продукта. Главным недостатком этого процесса, по сравнению с настоящим изобретением, является его прерывистость.
Спустя годы в US 4579562 был представлен новый вариант осуществления процесса карбонизации. В этом случае, реакция проводилась непрерывно в противоточном реакторе, где твердое вещество соприкасалось с жидкостью при температурах от 204 до 343°C и давлениях, достаточно высоких для предотвращения кипения воды.
В отличие от известной системы, в JP 2002/059118 биомасса подавалась в автоклав, где она подвергалась обработке при высоких давлениях и температурах в присутствии воды. По истечении необходимого для обработки времени, реактор охлаждался и открывался для извлечения конечного продукта реакции.
Общим признаком всех этих описанных выше способов является необходимость работы при стабильных и определенных условиях проведения процесса.
Таким образом, настоящее изобретение главным образом относится к новой системе управления давлением и температурой для одного или группы химических реакторов, основанной на комплекте оборудования, в котором для охлаждения системы используется сама технологическая вода. При использовании этой весьма простой системы, возможно управлять температурой и давлением в реакторе или реакторах без использования в ней движущихся устройств и теплообменных поверхностей, недостатком которых часто бывает накопление нежелательных отложений на их поверхностях через какое-то время работы. Исключение подобных движущихся устройств означает значительную экономию как в отношении затрат, так и времени, необходимого для их очистки и обслуживания.
Кроме того, наличие поверхностей теплообменника внутри реактора или реакторов системы приводит к появлению градиентов температуры между хладагентом и реакционной средой, что затрудняет процесс управления температурой. В настоящем изобретении эта проблема решается благодаря использованию самой технологической воды для снижения температуры реактора или реакторов, чем поддерживается однородность температуры внутри водного раствора. К тому же, за счет использования скрытой теплоты испарения воды, достигается высокая холодопроизводительность системы, а также высокая стабильность требуемых давления и температуры.
Более того, дополнительным преимуществом настоящего изобретения в предпочтительном варианте является возможность возвращения части внутренней энергии пара, получаемого в процессе реакции, посредством паровой турбины и (или) его конденсацией в теплообменнике, что позволяет использовать тепло, высвободившееся в данном оборудовании, в других тепловых процессах или применениях.
Также часть получающегося пара может быть использована для предварительного нагрева подаваемого в процесс сырья как за счет непосредственного введения в это сырье, так и через теплообменник.
В то время как представленная система управления может быть использована в реакторах и процессах различного типа, в предпочтительном варианте, она предназначена для ГТК процесса, вне зависимости от того, происходит ли он в реакторах непрерывного типа или периодического типа. Таким образом, объектом настоящего изобретения является система управления давлением и температурой, особенно пригодная для использования с ГТК процессом, а также использование этой системы для управления давлением и температурой ГТК процесса.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к системе управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора, отличающейся тем, что она включает по меньшей мере следующие устройства:
а) резервуар с по меньшей мере одним устройством регулировки давления (далее, резервуар регулировки давления);
б) соединительную трубу между химическим реактором или реакторами и резервуаром регулировки давления;
в) устройство для впрыскивания конденсатов в реактор или реакторы системы.
Используя эти устройства, возможно поддерживать в реакторе или группе реакторов нужные давление и температуру в ходе процесса.
Резервуар (а) регулировки давления состоит из независимого от реактора резервуара (1), включающего по меньшей мере одно отверстие (2) для впуска газа и (или) пара, расположенное, в предпочтительном варианте, в днище резервуара, внизу, в области конденсата. Аналогично, резервуар включает по меньшей мере одно отверстие (3) впуска конденсата и по меньшей мере одно отверстие (4) выпуска конденсата, а также расположенное сверху по меньшей мере одно отверстие (5) выпуска газа и (или) пара с по меньшей мере одним устройством регулировки давления. В предпочтительном варианте осуществления, это устройство регулировки давления состоит из клапана регулировки давления, задачей которого является непрерывное управление давлением в резервуаре, в зависимости от величины, измеряемой датчиком давления, помещенным в самом резервуаре или его выпускной трубе. Таким образом, давление в устройстве регулировки давления будет устанавливаться в соответствии с давлением, заданным для процесса, и, в свою очередь, его заданное значение будет установлено равным величине, полученной в результате нахождения при упомянутом давлении, требующемся для процесса, давления столба воды, соответствующего уровню конденсата внутри резервуара регулировки давления. Это заданное значение может устанавливаться электронным способом в случае, если устройство включает электронный регулятор, или ручным способом в случае механического устройства.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления резервуара, он может быть оборудован в верхней части по меньшей мере одним устройством, выбранным из группы, состоящей из: дополнительного клапана регулировки давления, датчика давления, деаэратора, вакуумного клапана и предохранительного клапана, а также любой их комбинации. Аналогично, резервуар может иметь в области конденсата дополнительный температурный датчик.
Когда достигнуто установленное значение клапана регулирования давления, этот клапан начинает постепенно открываться, пропуская пар и (или) газы, накопившиеся внутри резервуара (1). Таким путем всегда возможно поддерживать стабильное давление, величина которого находится в интервале регулировки клапана регулировки. Более того, в результате открывания клапана создается градиент давления между реактором или реакторами и резервуаром (1) регулировки давления, что способствует протеканию пара и (или) газа между этими устройствами по соединяющей их трубе (13).
После выхода пара и (или) газов из резервуара (1) через его клапан регулировки, они направляются в по меньшей мере одно устройство улавливания пара, в предпочтительном варианте представляющее собой один или более конденсаторов (6) и (7), предназначенных для работы при температуре, значительно более низкой, чем температура процесса. В предпочтительном варианте осуществления, в котором процессом является ГТК процесс, температура в конденсаторе или конденсаторах составляет по меньшей мере 20°C и, желательно, на 50°C ниже температуры процесса.
В варианте исполнения, до шага конденсации, может быть использована по меньшей мере одна паровая турбина (8), в которой внутренняя энергия полученного пара и (или) газа используется для генерирования электричества. В этом случае, рабочая температура конденсатора или конденсаторов будет, насколько это возможно, близка комнатной температуре, для достижения лучших рабочих характеристик паровой турбины или турбин.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения применительно к ГТК процессу, часть излишков пара, полученного в процессе реакции, может быть использована в процессе для предварительного нагрева. Таким образом, в конкретном варианте осуществления, где ГТК процесс периодически проводится в нескольких автоклавах-реакторах, пар желательно непосредственно впрыскивать в реактор в начальной стадии его подогрева. Если, напротив, процесс проводится непрерывно, пар может использоваться для нагрева водной смеси биомассы, подаваемой в реактор, желательно, через теплообменную поверхность.
Более того, в ходе процесса химической реакции возможно, что могут быть получены и другие газы, помимо водяного пара, например метан и (или) CO2. Поскольку температура конденсации этих газов значительно ниже температуры конденсации водяного пара, накопление этих газов может иметь негативный эффект на работу конденсатора(-ов). Поэтому для того чтобы предотвратить возможное снижение тепловой мощности этих устройств, они должны быть оснащены по меньшей мере одним устройством для отведения воздуха и газов.
После шага конденсации, конденсированный пар направляется в по меньшей мере один резервуар (9), находящийся под повышенным или атмосферным давлением, для хранения конденсатов, при этом конденсаты транспортируются и вводятся обратно в резервуар (1) регулировки давления в момент, когда в нем имеется минимальный заданный уровень такого конденсата. В противном случае, когда уровень конденсата превышает максимальное значение, продолжается его выведение через клапан слива конденсата до тех пор, пока снова не будет достигнут уровень в пределах заданного интервала. Таким путем, всегда возможно поддерживать уровень конденсата в резервуаре между минимальным значением и максимальным значением, примерно, от 50 до 90% или, желательно, между 60 и 80% полного его объема.
Одной из главных задач описанного резервуара (1) регулировки давления как раз и является управление давлением реактора или реакторов (10), (11) и (12), с которыми он соединяется соединительной трубой (б). Эта соединительная труба (13) имеет достаточный размер для отведения максимального количества газов и (или) водяного пара из верхней части реактора или реакторов к резервуару (1) регулировки давления.
В свою очередь, в одном варианте осуществления изобретения, эта соединительная труба (13) будет дополнительно оборудована по меньшей мере одним запорным клапаном, который начинает медленно открываться при достижения минимального давления, необходимого для процесса. Применение этого клапана может способствовать значительной экономии энергии, затрачиваемой системой, благодаря использованию части получаемого пара для запуска процесса, проводимого в оборудовании, где проводят одну реакцию.
В случае использования группы реакторов, подключенных к единому резервуару (1) регулировки давления, между каждым реактором и этим резервуаром (1) регулировки давления потребуется установить запорный клапан с тем, чтобы обеспечить индивидуальное отключение каждого из них.
Когда поток насыщенного пара и (или) газа от реактора или реакторов достигает резервуара (1) регулировки давления, вследствие того что отверстие впуска резервуара, в предпочтительном варианте, погружено в область конденсата, происходит нагрев этих конденсатов в случае, если эти конденсаты находятся при температуре, более низкой, чем температура входящих пара и (или) газов, и между обеими фазами имеется разность температуры. В результате, внутри резервуара (1) достигается примерно стабильная температура, максимально приближенная к температуре процесса.
В конкретном случае ГТК процесса, температура составляет от 170 до 230°C, желательно, от 179,8 до 219,6°C и в наиболее предпочтительном случае от 191,6 до 209,8°C, что способствует непрерывной карбонизации, предотвращая нежелательные перерывы в процессе, связанные с необходимостью снижения температуры воды, впрыскиваемой в реактор.
В свою очередь, впрыскивание в реактор или реакторы конденсатов, поступающих из резервуара (1) регулировки давления, выполняется посредством устройства (в) для впрыскивания конденсатов, помещенного вокруг боковой стенки и днища каждого реактора. Это устройство впрыскивания может включать одно или более отверстий для впрыска, сквозь которые поступающие из резервуара (1) регулировки давления конденсаты вводятся в различные части оборудования.
Количество конденсатов, поступающих в реактор или реакторы, зависит от требуемого уровня в самом(-их) реакторе(-ах), для поддержания в них стабильного количества водного раствора.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, реактор или реакторы в верхней своей части дополнительно оснащены по меньшей мере одним устройством, выбранным из группы, состоящей из: предохранительного клапана, датчика давления, датчика температуры, датчика уровня заполнения, отверстия для отвода воздуха и газа и вакуумного клапана, а также любой их комбинации. Аналогично, для управления температурой процесса и предотвращения нежелательных потерь тепла в атмосферу, реактор или группа реакторов (10), (11) и (12), соединительная труба (13) и резервуар (1) регулировки давления имеют теплоизоляцию от окружающей среды, желательно с использованием минеральной ваты и алюминиевых листов.
Наконец, на боковой стороне и (или) днище реактора или реакторов располагается устройство (14) для впрыскивания пара, состоящее из одного или более впускных отверстий для впрыска пара в реактор или реакторы, желательно, во время их холодного пуска. Используемый пар может поступать либо из внешнего источника, желательно из парового котла (15), либо из самого резервуара (1) регулировки давления в случае, если система работает в номинальном режиме работы, и резервуар запитывается другими реакторами так, что давление в нем выше, чем в реакторе в фазе пуска. В конкретном случае ГТК процесса, впрыскиваемого количества должно быть столько, сколько необходимо для достижения температуры по меньшей мере 170°C, желательно, 180°C, и наиболее желательно, по меньшей мере 195°C.
Краткое описание чертежей
Изобретение рассмотрено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 представлена схема системы управления давлением, примененная с группой реакторов;
на фиг.2 показано применение системы управления температурой и давлением для реактора непрерывного режима работы для ГТК процесса.
Перечень ссылок, используемых на чертежах:
Фиг.1
1. Резервуар регулировки давления
2. Отверстие впуска газа и (или) пара
3. Отверстие впуска конденсата
4. Отверстие выпуска конденсата
5. Отверстие выпуска газа и (или) пара
6. Конденсатор 1
7. Конденсатор 2
8. Паровая турбина
9. Резервуар 1 для хранения конденсатов
10. Реактор 1
11. Реактор 2
12. Реактор 3
13. Соединительная труба между реактором и устройством регулировки давления
14. Устройство для впрыскивания пара
15. Паровой котел 1
Потоки
А. Охлаждающая жидкость
Фиг.2
16. Водная смесь биомассы и катализатора
17. Оборудование предварительного нагрева
18. Вертикальный реактор
19. Паровой котел 2
20. Форсунка впрыскивания пара
21. Резервуар 2 регулировки давления
22. Устройство 1 ввода конденсата
23. Устройство 2 ввода конденсата
24. Устройство 3 ввода конденсата
25. Конденсатор 3
26. Резервуар 2 для хранения конденсатов
27. Конечный продукт
Осуществление изобретения
Далее приводится подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения относящееся, в частности, к управлению режимом работы ГТК процесса, со ссылками на цифровые обозначения фиг.2.
В случае применения описанной выше системы управления давлением и температурой к ГТК процессу, в эту систему дополнительно включается по меньшей мере один из следующих компонентов:
- оборудование для создания давления;
- оборудование для предварительного нагрева;
- вертикальный противоточный реактор;
- охлаждающее оборудование и
- оборудование для сброса давления.
Оборудование для создания давления состоит из устройства для сжатия смеси (16) по меньшей мере биомассы, катализатора и технологической воды, до достижения давления, необходимого для, во-первых, преодоления давления внутри реактора и противодавления, создаваемого внутри подводящей к реактору трубы, и, во-вторых, для предотвращения обратного выхода материала и возможной утечки технологической воды. В предпочтительном варианте, это оборудование состоит из по меньшей мере одного запорного клапана и (или) нагнетательного насоса и, в более предпочтительном варианте, по меньшей мере одного поршня или мембранного насоса, способного работать как непрерывно, так и короткими периодами, обеспечивая тем самым процесс карбонизации.
Далее, оборудование (17) для предварительного нагрева состоит из по меньшей мере одного теплообменника, представляющего, в предпочтительном варианте осуществления, трубу высокого давления с двойными стенками, внутри которой протекает смесь по меньшей мере биомассы, катализатора и технологической воды, а сквозь наружную часть пропускают текучую среду, подводящую тепло. В предпочтительном варианте, эта текучая среда состоит из горячего масла, воды или водяного пара, а в наиболее предпочтительном варианте - водяного пара.
В варианте осуществления, как было упомянуто выше, имеется возможность прямого впрыска пара в водную смесь биомассы и катализатора при давлении, более высоком, чем давление в самой трубе предварительного нагрева, и значит, выше давления процесса. Этот пар может поступать либо из внешнего источника, желательно, парового котла (19), либо из собственно процесса, проходя через компрессор.
Более того, скоростью транспортирования смеси биомассы и технологической воды по трубе предварительного нагрева управляет оборудование для создания давления, и ее диаметр выбирается таким образом, что время пребывания в ней смеси составляет примерно от 20 до 60 минут, желательно, от 30 до 40 минут, а конечная температура на ее выпускном отверстии поднимается до по меньшей мере 170°C, желательно, до 175°C, и наиболее желательно, более 180°C.
Что касается реактора (18) системы, то в предпочтительном варианте он состоит из резервуара высокого давления, в котором происходят все химические процессы карбонизации. Этот реактор отличается тем, что допускает непрерывную или с регулярными интервалами подачу биомассы, а также непрерывный или с регулярными интервалами вывод отводимого материала, без изменения внутренней температуры или давления. Реактор, в свою очередь, состоит из по меньшей мере четырех различных зон - стояка, газовой зоны, зоны полимеризации и зоны дозревания.
i. Стояк является продолжением трубы предварительного нагрева и занимает центральную область реактора от его днища до примерно 50-80% высоты реактора, желательно, от 60 до 70%.
ii. В верхней части реактора имеется трубка, обеспечивающая соединение с резервуаром (21) регулировки давления, посредством которого производится управление давлением в реакторе. Через эту соединительную трубку производится отведение пара, генерируемого в экзотермическом ГТК процессе, вместе с воздухом из технологической воды или газами, образующимися при разложении биомассы.
iii. Реактор может быть дополнительно оборудован в своей верхней части по меньшей мере одним устройством, выбранным из группы, состоящей из: предохранительного клапана, датчика давления, датчика температуры, датчика уровня заполнения, отверстия для отвода воздуха и газа и вакуумного клапана, а также любой их комбинации.
iv. Вокруг отверстия стояка и в верхней части реактора находится зона полимеризации. Время пребывания биомассы в этой зоне и, следовательно, прохождения ГТК процесса зависит только от ее плотности и термической активности. Благодаря этому, допускаются некоторые вариации содержания различных соединений в смеси, которая, по завершении этого времени, опускается в зону дозревания.
v. Зона дозревания расположена на днище цилиндрического реактора за зоной полимеризации и вокруг стояка. В варианте исполнения, она может также быть расположена в других частях реактора, в том случае, если там соблюдаются те же условия температурной стабильности.
vi. На боковой стенке и днище реактора и в стояке имеются одно или более впускных отверстий для впрыскивания пара (20) во время холодного пуска или в случае недостаточной температуры.
vii. По боковой стенке реактора также распределены одно или более впускных отверстий для впрыска конденсатов. Подача конденсатов необходима для выравнивания температуры реактора, а также для компенсации испарения воды из-за нагрева в ходе ГТК процесса.
viii. Аналогично, для управления рабочей температурой и предотвращения неконтролируемых потерь тепла в атмосферу, реактор имеет тепловую изоляцию, для которой, в предпочтительном варианте, используется минеральная вата и наружная оболочка из алюминиевого листа.
После реактора установлено охлаждающее оборудование, которое, в предпочтительном варианте, включает одну или более параллельных трубок, содержащих горячую и сжатую смесь из реактора, снаружи которых протекает охлаждающая жидкость, в качестве которой может использоваться горячее масло или вода под давлением, желательно, горячее масло, которая охлаждает эту смесь до заданной температуры.
В конце установлено оборудование сброса давления. В предпочтительном варианте, это оборудование включает два последовательно установленных затвора или клапана, которые должны быть в состоянии работать при условиях проведения процесса. Кроме того, между двумя затворами или клапанами может быть установлен резервуар быстрого сброса давления для поглощения скачков давления при их открывании.
Также задачей настоящего изобретения является применение системы управления давлением и температурой, описанной выше, для управления реактором, в котором проводится процесс гидротермальной карбонизации (ГТК процесс).
Наконец, другой задачей изобретения является способ управления давлением и температурой реактора, в котором проводится ГТК процесс, отличающийся тем, что при его осуществлении выполняют по меньшей мере следующее:
а) повышают давление водной смеси биомассы и катализатора до давления по меньшей мере 10 бар;
б) предварительно нагревают водную смесь биомассы и катализатора для достижения температуры от 170 до 210°C;
в) подают водную смесь биомассы и катализатора в вертикальный противоточный реактор (20), в котором происходит процесс карбонизации;
г) охлаждают смесь карбонизированной биомассы вместе с по меньшей мере технологической водой в охлаждающей трубке до по меньшей мере температуры ниже температуры кипения при атмосферном давлении, т.е. ниже 100°C;
д) снижают давление и извлекают водную смесь карбонизированной биомассы.
Кроме того, данный способ может также включать шаг предварительной обработки биомассы перед ее введением в систему, для создания соответствующих условий ее переработки, что способствует последующему процессу карбонизации. В предпочтительном варианте осуществления, на этой фазе предварительной обработки по меньшей мере перемалывают и промывают биомассу:
а) сначала, биомассу перемалывают до получения максимального размера частиц, обеспечивающего их прохождение через оборудование создания давления. Если биомасса поступает после переработки сельскохозяйственных культур или древесины, окончательный размер частиц должен быть менее 30 см, в предпочтительном варианте, менее 15 см;
б) затем, для устранения загрязняющих примесей из биомассы, например песка, камня, стекла, металлов и других элементов, с плотностью, превышающей плотность воды, биомассу помещают в промывочный бассейн с водой или смесью кислоты и воды на время от 5 до 120 минут, желательно, от 10 до 30 минут. При такой промывке, загрязнители отделяются от биомассы и оседают на дно бассейна, в то время как биомасса плавает на поверхности, пока ее плотность не станет больше плотности воды из-за впитывания воды. Другие загрязнители, непригодные для ГТК процесса, например пластмассы, но также плавающие в воде, должны удаляться другой обработкой отбора и сепарации как естественным путем, так и в центрифугах или системах обработки сжатым воздухом.
После этой предварительной обработки, биомасса содержится в бункере или контейнере, откуда она подается в ГТК процесс. Преимуществом такой процедуры является ее пригодность для биомассы любого типа, включая, например, отходы лесной промышленности, сельского хозяйства, ландшафтных работ, осадок сточных вод, водоросли и отходы сельскохозяйственного производства, городские отбросы и др. В случае, если биомасса состоит из осадка сточных вод или разобранных бытовых отбросов, необходимости в предварительной обработке нет и биомасса может непосредственно подаваться в ГТК процесс.
Процесс начинается смешиванием биомассы, выбранной в качестве сырья, с определенным количеством технологической воды. Эта смесь также будет содержать по меньшей мере одно средство для ускорения химической реакции, представляющее собой органический или неорганический катализатор, желательно кислоту, которая в наиболее предпочтительном случае, может быть лимонной или серной кислотой. В этом случае, кислота добавляется в количестве, достаточном для получения pH в реакторе в интервале 4,5-6,5, желательно, от 5 до 6.
Затем эту водную смесь биомассы и катализатора подвергают сжатию до давления, по меньшей мере достаточного для введения в трубу (17) предварительного нагрева и, далее, в реактор. Это давление должно превышать 10 бар, желательно, должно быть более 13 бар. Затем, водную смесь биомассы и катализатора подвергают предварительному нагреву с тем, чтобы достичь начальной температуры РТС процесса в его стадии мономеризации. Этот предварительный нагрев может выполняться в теплообменнике, желательно, в трубе (17) предварительного нагрева, в которой смесь нагревают теплом, передаваемым через стенки трубы, до температуры 170-210°C, желательно, 180-200°C. Кроме того, в качестве альтернативы нагреву посредством теплопередачи в трубе предварительного нагрева, или в дополнение к нему, возможен прямой впрыск пара в водную смесь биомассы и катализатора при давлении, более высоком, чем давление в самой трубе предварительного нагрева, до достижения упомянутых температур. При достижении этих температур, водную смесь биомассы и катализатора подают в вертикальный противоточный реактор (20) через стояк, в котором начинается мономеризация или гидролиз биомассы. В то же время, начинается образование масел, а также выделение газов, например метана или CO2, в результате естественного разложения биомассы. Эти газы далее поднимаются внутри стояка и скапливаются в верхней части реактора, откуда их отводят, вместе с насыщенным паром, к резервуару регулировки давления. При нормальных условиях, реактор заполняют смесью биомассы и технологической воды до достижения 60-90%, желательно, 70-80% его объема. Хотя плотность биомассы может меняться и может быть ниже или выше плотности воды, после начала мономеризации получающиеся в результате компоненты стремятся подниматься и плавать на поверхности. Благодаря этому, эти соединения, достигнув конца стояка, остаются вблизи уровня поверхности жидкости.
Таким образом, при нормальных условиях, на выпускном конце этой трубы ГТК процесс уже запущен, и получившиеся компоненты первой стадии мономеризации вступают во второй этап полимеризации. В этой новой стадии, масла и другие компоненты, образовавшиеся при мономеризации, полимеризуются и образуют соединение типа синтетической смолы или исходного вещества для образования угля. В зависимости от типа биомассы и условий проведения процесса, эта стадия продолжается от 1 до 6 часов, в предпочтительном варианте, от 2 до 4 часов.
Более того, поскольку в ходе процесса выделяется тепло, важно управлять температурой и давлением процесса, в предпочтительном варианте, в рамках процесса Института Макса Планка. В частности, в предпочтительном варианте, температура должна быть в интервале 170-230°C, более желательно в интервале 179,9-219,6°C, и наиболее желательно, в интервале 191,6-209,8°C, в то время как для давления предпочтительным вариантом должно быть 8-28 бар абсолютного давления, более предпочтительным интервалом - от 10 до 23 бар, и наиболее предпочтительным - от 13 до 19 бар. Эти значения зависят как от типа биомассы, так и от получаемого продукта.
Надежное управление условиями проведения процесса необходимо для предотвращения чрезмерного повышения температуры процесса, в результате чего, помимо ГТК процесса, могут начаться иные химические процессы, в результате которых может появиться избыток CO2, из-за которого, если его вовремя не отвести, может произойти нежелательное повышение давления внутри реактора.
По мере прохождения ГТК процесса, увеличивается плотность образующихся твердых соединений, с одновременным уменьшением выделения тепла. В результате эти соединения опускаются вниз внутри технологической воды в зону дозревания.
В начале этой третьей стадии, основные угольные соединения уже сформировались, но молекулы воды еще могут быть отделены от сформировавшихся угольных структур. По истечении примерно 2-12 часов, в зависимости от типа биомассы и условий процесса, тепловыделение падает практически до нуля.
По завершении процесса карбонизации, смесь карбонизированной биомассы с по меньшей мере технологической водой направляется к охлаждающей трубке, в которой температура биомассы снижается до уровней ниже температуры кипения при атмосферном давлении, т.е. менее 100°C. Тем самым предотвращается возможность мгновенного вскипания в расположенном далее оборудовании сброса давления, через которое нормально проходит водная смесь карбонизированной биомассы. Через некоторое время, твердые частицы этой смеси отлагаются на дно контейнера на выходе либо будут отделены центрифугой или фильтрацией и далее использованы, в зависимости от чистоты, в качестве твердого топлива или сырья для других процессов.
В частном варианте осуществления изобретения, уголь может быть использован в качестве твердого топлива, желательно, в виде прессованных пеллет или брикетов. В альтернативном варианте, уголь может быть использован в качестве сырья для других промышленных процессов, желательно, для получения жидкого углеводородного топлива. Наконец, также имеется возможность сокращения времени, требуемого для дозревания. В этом случае, конечный продукт представляет собой массу, которая может быть использована в качестве удобрения.
Наконец, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, часть тепла, получаемого на стадии охлаждения смеси карбонизированной биомассы с по меньшей мере технологической водой, полученной в результате процесса гидротермальной карбонизации, может быть регенерирована (извлечена) в по меньшей мере одном из шагов, где требуется тепло, желательно, на шаге предварительного нагрева смеси биомассы, катализатора и технологической воды, подаваемой в систему, выполняемом в оборудовании (17) предварительного нагрева, описанном ранее.
Пример 1
Ниже, в качестве примера, не ограничивающего изобретение, приводится описание применения системы управления температурой и давлением к ГТК процессу, представленному выше, с использованием принятых на чертежах цифровых обозначений.
В этом примере, водная смесь (16) биомассы с катализатором, например лимонной или серной кислотой, добавленным в количестве, обеспечивающем величину pH, равную 5,5, вводится в вертикальный реактор (18) непрерывного действия, после подогрева в трубе (17) предварительного нагрева до температуры 180°C.
Затем, во время холодного пуска процесса, в реактор впрыскивается сквозь отверстия (20) для впрыска некоторое количество пара при температуре 195°C. Когда достигаются температура и давление процесса, равные примерно 191°C и 13 бар, начинаются стадии мономеризации и полимеризации процесса карбонизации, с выделением энергии в реакционную среду в силу экзотермического характера процесса. В результате выделения тепла на молекулярном уровне биомассы и вследствие непосредственного контакта с водным окружением, часть воды начинает испаряться, поднимаясь внутри ректора и скапливаясь в его верхней части. Отсюда она передается в резервуар (21) регулировки давления, вместе с другими газами, выделяющимися в ходе процесса, включая, например, метан, CO2 или воздух.
Таким образом, по мере прохождения процесса, выделяющийся водяной пар собирается, вместе с другими газами, в верхней части резервуара (21) регулировки давления. В результате, давление здесь непрерывно нарастает до тех пор, пока не достигнет величины примерно 13 бар, равной установленному значению открывания клапана управления резервуара (21).
При открывании клапана, газы, вместе с водяным паром, выходят и передаются в оборудование (25) конденсации, в котором охлаждаются до температуры примерно 90°C. Газы, не переходящие в жидкое состояние при такой температуре, выводятся в окружающую среду посредством устройства отведения газа и воздуха, входящего в данное оборудование.
Далее, 20-50% образовавшегося пара, в зависимости от степени разбавления биомассы водой, используется в трубе (17) предварительного нагрева для подогрева водной смеси биомассы, подаваемой в реактор (18).
После шага конденсации, конденсаты направляют в открытый резервуар-хранилище (26), который заполняют от 20 до 90% его объема. Отсюда конденсаты могут быть введены обратно в резервуар (21) регулировки давления, когда уровень конденсата там падает ниже 60% его объема.
Кроме того, некоторое количество этих конденсатов из резервуара (21) регулировки давления подается в реактор (18) при температуре примерно 190°C в том случае, если уровень там опускается ниже примерно 70% объема. Таким путем можно восстановить часть воды, испарившейся в ходе экзотермического процесса карбонизации, с одновременным выравниванием температуры в различных точках внутри реактора.
Используя описанную систему управления, можно обеспечить непрерывное проведение процесса, с поддержанием, при этом, надлежащих и стабильных давления и температуры процесса без использования дополнительного передвижного оборудования или теплообменных поверхностей внутри реактора.
Кроме того, данный предпочтительный вариант осуществления изобретения позволяет также регенерировать часть тепла, полученного на шаге охлаждения смеси карбонизированной биомассы с по меньшей мере технологической водой, выделившегося при карбонизации, и использовать для предварительного нагрева смеси биомассы, катализатора и технологической воды, подаваемой в систему, на шаге, осуществляемом в оборудовании (17) предварительного подогрева.

Claims (24)

1. Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора, в котором происходит реакция гидротермальной карбонизации биомассы, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере следующие устройства:
а) резервуар с по меньшей мере одним устройством регулировки давления;
б) соединительную трубу между резервуаром и реактором;
в) устройство для впрыскивания конденсатов в реактор.
2. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну систему для извлечения внутренней энергии из пара и (или) газов, образующихся в реакторе.
3. Система управления по п.2, отличающаяся тем, что системой для извлечения внутренней энергии из пара и (или) газов, образующихся в реакторе, является турбина.
4. Система управления давлением по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одно устройство для охлаждения пара и (или) газов, образующихся в реакторе.
5. Система управления по п.4, отличающаяся тем, что охлаждающим устройством является конденсатор.
6. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один резервуар для хранения конденсатов.
7. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что резервуар (а) имеет по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере одно выпускное отверстие для конденсатов, а также по меньшей мере одно выпускное отверстие для пара и (или) газов, расположенное в верхней части этого резервуара.
8. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что резервуар (а) включает по меньшей мере одно устройство, выбранное из группы, состоящей из: клапана регулирования давления, датчика давления, датчика температуры, датчика уровня, деаэратора, вакуумного клапана и предохранительного клапана, а также их любую комбинацию.
9. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что соединительная труба (б) между реактором и резервуаром (а) подходит к резервуару ниже уровня конденсатов в нем.
10. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что она содержит систему для впрыска пара в реактор.
11. Система управления по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одно внешнее устройство для генерации пара.
12. Система управления по п.11, отличающаяся тем, что внешним устройством для генерации пара является паровой котел или компрессор пара.
13. Система управления по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одно из следующего оборудования:
а) оборудование создания давления;
б) оборудование предварительного нагрева;
в) вертикальный противоточный реактор;
г) охлаждающее оборудование; и
д) оборудование сброса давления.
14. Применение системы управления по любому из предшествующих пунктов для управления давлением и температурой по меньшей мере одного химического реактора.
15. Применение системы управления по п.14 в отношении вертикального противоточного реактора, в котором образующиеся пары и газы накапливаются и выводятся в верхней части реактора.
16. Способ управления температурой и давлением, отличающийся тем, что он может быть осуществлен в системе по любому из пп.1-13, в котором:
а) сжимают водную смесь биомассы и катализатора до давления по меньшей мере 10 бар;
б) предварительно нагревают водную смесь биомассы и катализатора до температуры 170-210°С;
в) вводят водную смесь биомассы и катализатора в вертикальный противоточный реактор, в котором происходит реакция гидротермальной карбонизации с получением смеси карбонизированной биомассы с по меньшей мере технологической водой;
г) охлаждают смесь карбонизированной биомассы с по меньшей мере технологической водой в охлаждающей трубе до температуры ниже температуры кипения при атмосферном давлении;
д) снижают давление и извлекают водную смесь карбонизированной биомассы.
17. Способ по п.16, в котором дополнительно осуществляют предварительную обработку биомассы.
18. Способ по п.17, в котором на стадии предварительной обработки по меньшей мере перемалывают и по меньшей мере промывают биомассу.
19. Способ по любому из пп.16-18, в котором регенерируют часть тепла, выделившегося на стадии охлаждения смеси карбонизированной биомассы с по меньшей мере технологической водой, полученной в результате процесса гидротермальной карбонизации на шаге предварительного нагрева смеси биомассы, катализатора и технологической воды.
20. Вертикальный противоточный реактор для осуществления способа по любому из пп.16-19, содержащий внутри стояк, занимающий центральную часть реактора от днища до 50-80% его высоты.
21. Вертикальный противоточный реактор по п.20, включающий по меньшей мере одно устройство, выбранное из группы, состоящей из предохранительного клапана, датчика давления, датчика температуры, датчика уровня наполнения, отверстия для отвода воздуха и газа и вакуумного клапана, а также их любую комбинацию.
22. Вертикальный противоточный реактор по любому из пп.20, 21, имеющий в своей боковой стенке, и днище, и стояке, по меньшей мере одно впускное отверстие для впрыскивания пара.
23. Вертикальный противоточный реактор по любому из пп.20, 21, имеющий в своей боковой стенке по меньшей мере одно впускное отверстие для впрыскивания конденсатов.
24. Вертикальный противоточный реактор по п.22, имеющий в своей боковой стенке по меньшей мере одно впускное отверстие для впрыскивания конденсатов.
RU2011114832/05A 2008-11-17 2009-11-16 Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора RU2530114C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200803271A ES2339320B1 (es) 2008-11-17 2008-11-17 Metodo de carbonizacion hidrotermal con reactor de flujo invertido,eninstalacion.
ESP200803272 2008-11-17
ESP200803271 2008-11-17
ES200803272A ES2339321B1 (es) 2008-11-17 2008-11-17 Sistema de control de la presion y temperatura de un reactor o conjunto de reactores quimicos.
PCT/ES2009/070502 WO2010055189A1 (es) 2008-11-17 2009-11-16 Sistema de control de presión y temperatura de al menos un reactor químico

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011114832A RU2011114832A (ru) 2012-12-27
RU2530114C2 true RU2530114C2 (ru) 2014-10-10

Family

ID=42169665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011114832/05A RU2530114C2 (ru) 2008-11-17 2009-11-16 Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8475727B2 (ru)
EP (2) EP2366757B1 (ru)
BR (1) BRPI0920395A2 (ru)
CA (1) CA2740225C (ru)
ES (1) ES2564184T3 (ru)
MX (1) MX2011003823A (ru)
RU (1) RU2530114C2 (ru)
WO (1) WO2010055189A1 (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2366757B1 (en) 2008-11-17 2016-02-17 Ingelia, S.L. Pressure and temperature control system for at least one chemical reactor for treating biomass
DE102011005346B4 (de) * 2011-03-10 2015-05-28 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbinenanlage für ein thermisches Kraftwerk, sowie Betriebsverfahren einer Dampfturbinenanlage für ein thermisches Kraftwerk
EP2697329A4 (en) 2011-04-15 2015-05-27 Biogenic Reagents LLC BIOGENIC REAGENTS WITH HIGH CARBON CONTENT AND USES THEREOF
ES2393464B1 (es) * 2011-06-09 2013-11-18 Ingelia, S.L. Procedimiento para la extracción de productos bioquímicos obtenidos a partir de un proceso de carbonización hidrotermal de biomasa.
SG11201403204TA (en) * 2012-01-10 2014-09-26 Archer Daniels Midland Co Process for making hmf and hmf derivatives from sugars, with recovery of unreacted sugars suitable for direct fermentation to ethanol
CA3225246A1 (en) 2012-05-07 2013-11-14 Carbon Technology Holdings, LLC Biogenic activated carbon and methods of making and using same
PL399500A1 (pl) 2012-06-12 2013-12-23 Dagas Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Sposób prowadzenia procesu pirolizy odpadowych tworzyw sztucznych i/lub odpadów gumowych i/lub odpadów organicznych oraz instalacja do realizacji tego sposobu
DE202012012520U1 (de) * 2012-08-15 2013-04-26 Ava-Co2 Schweiz Ag Vorrichtung zur Reinigung von Prozesswasser in einem hydrothermalen Karbonisierungsprozess
ES2457073B1 (es) * 2012-09-19 2015-02-02 Ingelia, S.L. Producto biocombustible y proceso de obtención
WO2015061701A1 (en) 2013-10-24 2015-04-30 Biogenic Reagent Ventures, Llc Methods and apparatus for producing activated carbon from biomass through carbonized ash intermediates
EP3094593B1 (en) 2014-01-16 2022-01-26 Carbon Technology Holdings, LLC Carbon micro-plant
WO2015127460A1 (en) 2014-02-24 2015-08-27 Biogenic Reagent Ventures, Llc Highly mesoporous activated carbon
US11413601B2 (en) 2014-10-24 2022-08-16 Carbon Technology Holdings, LLC Halogenated activated carbon compositions and methods of making and using same
CN105833821B (zh) * 2016-06-06 2017-11-28 宁夏软件工程院有限公司 一种具有自动温控功能的反应釜
CN106017128B (zh) * 2016-06-30 2018-02-23 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司 一种带节能评估装置的射汽真空系统及其运行方法
CA2972505A1 (en) 2017-07-05 2019-01-05 Decide Nv Process and system for treating municipal solid waste materials and producing multiple products
CZ308537B6 (cs) * 2019-10-17 2020-11-11 Aikona Ltd Zařízení pro termicko-katalytický rozklad – pyrolýzu odpadních látek organického původu
CA3183438A1 (en) * 2020-05-11 2021-11-18 Kitsault Energy, Ltd. Apparatus and process for catalyzed steam biofuel production
GB2592086B (en) 2020-06-17 2024-02-21 Coal Products Ltd Fibres
EP4217519A4 (en) 2020-09-25 2024-09-11 Carbon Tech Holdings Llc BIOREDUCTION OF METAL ORES IN A BIOMASS PYROLYSIS
EP4019612A1 (en) 2020-12-23 2022-06-29 Ingelia, S.L. Apparatus to obtain valuable products from biomass and process thereof
US11851723B2 (en) 2021-02-18 2023-12-26 Carbon Technology Holdings, LLC Carbon-negative metallurgical products
EP4329955A1 (en) 2021-04-27 2024-03-06 Carbon Technology Holdings, LLC Biocarbon compositions with optimized fixed carbon and processes for producing the same
US20230020752A1 (en) 2021-07-09 2023-01-19 Carbon Technology Holdings, LLC Producing biocarbon pellets with high fixed-carbon content and optimized reactivity, and biocarbon pellets obtained therefrom
CN114534651B (zh) * 2022-01-13 2024-03-12 宁夏天霖新材料科技有限公司 一种反应器温度控制方法
CN116078277B (zh) * 2023-03-06 2023-06-20 山东健奕宏生物制药有限公司 一种乳糖氢化还原压力反应釜

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2674130A (en) * 1952-12-19 1954-04-06 Spychalla Alex Portable machine tool
RU2055014C1 (ru) * 1992-04-29 1996-02-27 Научно-производственное объединение "Эмекат" Способ конверсии углеводородного сырья и способ получения катализатора для его осуществления
WO2002006153A1 (en) * 2000-07-13 2002-01-24 Hydrogen Energy America Llc Method and apparatus for controlled generation of hydrogen by dissociation of water
DE102006038983A1 (de) * 2006-08-21 2008-02-28 Logos-Innovationen Gmbh Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser aus atmosphärischer Luft
DE102007062808A1 (de) * 2006-12-28 2008-07-17 Dominik Peus Vorrichtung zur Behandlung von Fest-/Flüssiggemischen
WO2008095589A1 (de) * 2007-02-08 2008-08-14 Grenol GmbH Hydrothermale karbonisierung von biomasse
EP1970431A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-17 Loritus GmbH Vorrichtung und Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES160612A1 (es) 1943-02-20 1943-07-01 Gil Moreno De Mora Jose Pedro Procedimiento para la carbonización de residuos vegetales
US2595365A (en) * 1947-06-14 1952-05-06 Standard Oil Dev Co Carbonization of carbonizable solids
US2974130A (en) * 1954-11-22 1961-03-07 Phillips Petroleum Co Method of controlling pressure and liquid level in a vessel
GB1053572A (ru) * 1963-05-14
ES160612Y (es) 1970-07-02 1971-06-01 Novalux Iberica, S. A. Portalamparas simple para tubos fluorescentes dotado de me-dios de incorporacion al soporte.
DE2117364C3 (de) * 1971-04-08 1983-12-01 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur Abführung der Reaktionswärme bei der diskontinuierlichen Homo- oder Copolymerisation von Vinylchlorid
US4278447A (en) * 1979-11-16 1981-07-14 Conoco, Inc. Methods for producing feedstock for a fixed bed gasifier from finely-divided coal
US4579562A (en) 1984-05-16 1986-04-01 Institute Of Gas Technology Thermochemical beneficiation of low rank coals
DE3715158C1 (de) * 1987-05-07 1988-09-15 Veba Oel Entwicklungs Gmbh Verfahren zur Gewinnung von Schweloel
WO1996032163A1 (en) * 1995-04-11 1996-10-17 Moraski Dennis P Biomass solids gasification system and process
US5883292A (en) * 1996-01-17 1999-03-16 Twenty-First Century Research Corporation Reaction control by regulating internal condensation inside a reactor
JP3802325B2 (ja) 2000-08-23 2006-07-26 信行 林 植物系バイオマスの加圧熱水分解方法とそのシステム
US6790317B2 (en) 2001-06-28 2004-09-14 University Of Hawaii Process for flash carbonization of biomass
US8603202B2 (en) * 2005-09-05 2013-12-10 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Device for producing a product gas from biomass
WO2008138637A2 (de) * 2007-05-11 2008-11-20 Suncoal Industries Gmbh Verfahren und vorrichtung zur hydrothermalen karbonisierung (htc) von biomasse mit einer htc-anlage
DE102008058444B4 (de) 2007-11-21 2020-03-26 Antacor Ltd. Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung von Brennstoffen, Humus oder Suspensionen davon
EP2366757B1 (en) * 2008-11-17 2016-02-17 Ingelia, S.L. Pressure and temperature control system for at least one chemical reactor for treating biomass

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2674130A (en) * 1952-12-19 1954-04-06 Spychalla Alex Portable machine tool
RU2055014C1 (ru) * 1992-04-29 1996-02-27 Научно-производственное объединение "Эмекат" Способ конверсии углеводородного сырья и способ получения катализатора для его осуществления
WO2002006153A1 (en) * 2000-07-13 2002-01-24 Hydrogen Energy America Llc Method and apparatus for controlled generation of hydrogen by dissociation of water
DE102006038983A1 (de) * 2006-08-21 2008-02-28 Logos-Innovationen Gmbh Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser aus atmosphärischer Luft
DE102007062808A1 (de) * 2006-12-28 2008-07-17 Dominik Peus Vorrichtung zur Behandlung von Fest-/Flüssiggemischen
WO2008095589A1 (de) * 2007-02-08 2008-08-14 Grenol GmbH Hydrothermale karbonisierung von biomasse
EP1970431A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-17 Loritus GmbH Vorrichtung und Verfahren zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse

Also Published As

Publication number Publication date
ES2564184T3 (es) 2016-03-18
EP2366757B1 (en) 2016-02-17
BRPI0920395A2 (pt) 2016-03-29
US8475727B2 (en) 2013-07-02
EP2366757A1 (en) 2011-09-21
EP2484437A2 (en) 2012-08-08
CA2740225C (en) 2016-01-19
EP2484437A3 (en) 2017-01-18
EP2366757A4 (en) 2014-06-18
US20110225876A1 (en) 2011-09-22
MX2011003823A (es) 2011-07-28
RU2011114832A (ru) 2012-12-27
WO2010055189A1 (es) 2010-05-20
CA2740225A1 (en) 2010-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2530114C2 (ru) Система управления давлением и температурой для по меньшей мере одного химического реактора
AU2010230506B2 (en) Method for hydrothermally carbonizing renewable raw materials and organic residual products
US6942798B2 (en) Vacuum retort anaerobic digestion system and process
US20100251616A1 (en) Sequencing retort liquid phase torrefication processing apparatus and method
FR2499963A1 (fr) Procede et installation pour le traitement en plusieurs etages des eaux douces, des eaux saumatres, des eaux de mer et des eaux usees, avec recuperation d'energie, de moyens de traitement et de produits
RU2621097C2 (ru) Устройство для термической деструкции отходов полиэтилена и полипропилена
NO335808B1 (no) Fremgangsmåte og anlegg for behandling av avgass som inneholder hydrokarboner
RU2715530C2 (ru) Способ и устройство для обработки суспензии, содержащей органические компоненты
CN105036507A (zh) 一种热解油气水同步冷凝与油水分离回收系统及方法
US20150259606A1 (en) Method for preparing shut down of process and equipment for producing liquid hydrocarbons
JP2007237112A (ja) バイオガス中のメタン濃度の安定化システム及びバイオガス中のメタン濃度の安定化方法
AU2011356465A1 (en) Method for evaporating and dehydrating solid material
RU2619688C2 (ru) Способ термической деструкции отходов полиэтилена и полипропилена
CN101244970B (zh) 乙醇制备乙烯的生产装置及工艺
CN102309865A (zh) 聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统
CN204981538U (zh) 一种热解油气水同步冷凝与油水分离回收系统
RU2451538C1 (ru) Способ очистки сжиженных углеводородных газов и установка для ее осуществления
CN102344825A (zh) 一种连续延迟焦化装置及方法
CN215799342U (zh) 一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备
US11292722B2 (en) Treatment of spent cannabis biomass
US9982199B2 (en) Method for preparing start up of process and equipment for producing liquid hydrocarbons
US10087373B2 (en) Method for controlling cleaning of an apparatus for producing liquid hydrocarbons
CN202289515U (zh) 聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中循环1,3-丙二醇的精制系统
EP3858950A1 (en) A pyrolysis system, a method for producing purified pyrolysis gas and pyrolysis liquids and use of a pyrolysis system
WO2009066251A1 (en) Method and apparatus for treating waste materials