RU2640809C2 - Способ и устройство для получения топлива из биомассы - Google Patents

Способ и устройство для получения топлива из биомассы Download PDF

Info

Publication number
RU2640809C2
RU2640809C2 RU2015138996A RU2015138996A RU2640809C2 RU 2640809 C2 RU2640809 C2 RU 2640809C2 RU 2015138996 A RU2015138996 A RU 2015138996A RU 2015138996 A RU2015138996 A RU 2015138996A RU 2640809 C2 RU2640809 C2 RU 2640809C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biomass
heat
steam
pressure
reactor
Prior art date
Application number
RU2015138996A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015138996A (ru
Inventor
Руне БРУСЛЕТТО
Вольфганг ПЛЮККАН
Original Assignee
Арбафлейм Текнолоджи Ас
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 Арбафлейм Текнолоджи Ас filed Critical Арбафлейм Текнолоджи Ас
Publication of RU2015138996A publication Critical patent/RU2015138996A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2640809C2 publication Critical patent/RU2640809C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C10L5/442—Wood or forestry waste
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/343—Heat recovery
    • 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
    • C10L5/02—Solid fuels such as briquettes consisting mainly of carbonaceous materials of mineral or non-mineral origin
    • C10L5/34—Other details of the shaped fuels, e.g. briquettes
    • C10L5/36—Shape
    • C10L5/363—Pellets or granulates
    • 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
    • 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
    • C10L9/083—Torrefaction
    • 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
    • C10L2200/00—Components of fuel compositions
    • C10L2200/04—Organic compounds
    • C10L2200/0461—Fractions defined by their origin
    • C10L2200/0469—Renewables or materials of biological origin
    • 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
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/06—Heat exchange, direct or indirect
    • 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
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/08—Drying or removing water
    • 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
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/14—Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production
    • C10L2290/145—Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production of air
    • 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
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/14—Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production
    • C10L2290/148—Injection, e.g. in a reactor or a fuel stream during fuel production of steam
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

Изобретение раскрывает способ для получения топлив из биомассы, в котором биомассу подвергают тепловой обработке в температурном диапазоне от 150 до 300°C, реакторе (11) с давлением, повышенным паром и воздухом, в котором давление по завершении обработки сбрасывают, при этом увеличенный от сброса давления объем пара и других газов временно накапливают в контейнере (14) с адаптивным объемом, а пар и другие газы подвергают теплообмену по меньшей мере в одном теплообменнике (13) так, что конденсируемые газы конденсируются и выделяют теплоту конденсации по меньшей мере в одном теплообменнике (13). Также раскрывается устройство для получения топлив из биомассы. Технический результат заключается в оптимизации производственных затрат и снижении вредных выбросов в атмосферу при получении топлива из биомассы. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр., 2 ил.

Description

Изобретение относится к способу и устройству для оптимизации производственных затрат и снижения выбросов в атмосферу при получении топлива из биомассы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Топливные гранулы, изготовляемые из биомассы, получают распространение в области производства термоэлектричества, заменяя уголь, что способствует сокращению выбросов в атмосферу CO2. В последние годы доминирующим способом производства топливных гранул было производство без тепловой обработки биомассы, когда изготовлялись так называемые гранулы первого поколения или «белые гранулы». Сейчас фокус внимания смещается в сторону производства так называемых гранул второго поколения, в котором биомассу подвергают тепловой обработке с целью изменения свойств биомассы. В одном из таких способов производства применяют так называемый способ парового взрыва, в котором биомассу подвергают тепловой обработке паром.
В производстве гранул, в котором в качестве способа тепловой обработки используют способ парового взрыва, такой, как описан в патенте 320971, или другой подобный способ тепловой обработки биомасс или так называемого лигноцеллюлозного материала, эти способы сопряжены с выбросами в атмосферу, которые в должной мере не принимались во внимание. Способ парового взрыва, при котором происходит повышение давления в контейнере с загруженной биомассой и затем повышение давления с добавлением пара с последующим мгновенным сбросом давления, также обеспечивает выделение пара и летучих газов из массы, подвергшейся нагреву.
Существуют также действующие патенты и патенты с истекшим сроком действия, которые относятся к паровой обработке биомассы или так называемых лигноцеллюлозных материалов. Согласно им считается целесообразным подавать пар (насыщенный или перегретый пар) в закрытый контейнер, куда уже загружена биомасса, и нагревать его до заданной температуры в диапазоне от 160 градусов до 300 градусов в зависимости от того, какой результат хотят получить в реакторе; затем - опорожнение реактора в одну или две стадии.
На данном уровне техники варьируют степень наполнения реактора, варьируют влагосодержание загруженной биомассы и рассчитывают соответствующее требуемое количество пара как для нагрева биомассы (сухой материал + влагосодержание массы), так и для создания требуемого соотношения давление/температура в реакторе. Типичные рабочие диапазоны находятся между 150 и 280 градусами Цельсия, но оказывается, что предпочтительных свойств для энергетических целей наилучшим образом можно достичь, если температуру выдерживать между 190 и 235 градусами Цельсия, или давление составляет приблизительно от 15 до 28 бар.
При нагревании влажной биомассы в сосуде высокого давления, куда подают пар, пар будет конденсироваться на частицах, чтобы передать энергию биомассе, и ее влага будет нагреваться до температуры из требуемого диапазона. Дополнительно необходимо добавить некоторое количество пара для достижения требуемого общего давления и температуры атмосферы, окружающей биомассу.
Проблема этой системы в том, что она требует довольно много энергии для получения требуемого количества пара (порядка 200-600 кг пара на тонну материала). К определенному количеству загруженной биомассы необходимо добавить количество пара, определяемое как функция от уровня заполнения реактора, от требуемого давления и температуры, от температуры на входе и от уровня влагосодержания обрабатываемой массы. Когда в реакторе небольшое количество массы, для нагревания требуется меньше пара, чем в случае, когда в том же самом контейнере/реакторе находится большее количество массы; сухая масса требует для нагревания меньше пара, чем более влажный материал; требуемые давление/температура обработки будут соответствующим образом влиять на требуемое суммарное количество пара.
Опорожнение реактора можно осуществить в одну или две стадии, как описано в норвежском патенте №320971, канадском патенте №1267407 (De Long) или других. Таким образом можно уменьшить так называемое выпускное давление до уровня, более низкого, чем требуемое рабочее давление. Это выпускное давление может составлять от 0,1-0,3 МПа (1-3 бар) до величины давления обработки в зависимости от того, какую преследуют цель. Если целью является только опорожнение реактора, желательным является более низкое выпускное давление, а если задача состоит в разделении на волокна или «разрывании» волокон, желательным является более высокое выпускное давление, т.е. более значительная разница в давлении между реактором и местом, куда массу выгружают (часто это давление, близкое к атмосферному или немного выше, чтобы уменьшить объем).
Опорожнение/выгрузка биомассы из реактора может быть реализовано как поток, перемещающийся по трубе или проходу с расширением в направлении более низкого давления, где массу отделяют от пара так, что масса остается в баке/сепараторе/циклоне, а пар выпускают наружу в атмосферу.
Опорожнение происходит очень быстро; его движущей силой является разница давлений. Чем больше разница давлений, тем больше количество пара, выпускаемого одновременно с массой, для дальнейшего использования. Когда это происходит, при этом выделяется большое количество энергии. Эту энергию предпочтительно следует рекуперировать.
Во время тепловой обработки летучие газы выделяются из биомассы и смешиваются с паром и загрязняют его. Произведенные газы в основном представляют собой органические кислоты и альдегиды, которые выделяются и вырабатываются со временем. Количество газа зависит от времени, температуры и давления. Первой и преобладающей начальной реакцией является разложение гемицеллюлозы, например, на фурфурол, муравьиную кислоту, уксусную кислоту. В смеси наблюдалось множество газовых компонентов. Эти газы имеют различные температуры кипения, и они являются либо растворимыми в воде, либо нерастворимыми в воде в различных температурных диапазонах. Некоторые из этих газов имеют сильный запах, что является характерным для данного способа, и для многих этот запах неприятен; в газах также содержится множество углеродных остатков, которые следует использовать повторно.
Общая проблема рекуперации тепла, характерная для такого способа обработки, заключается в том, что большое количество газа и пара выгружают в течение нескольких секунд, и вот почему велика потребность в теплообменной установке; помимо этого, поток продукта чрезвычайно сложен: массовая доля летучих (неконденсирующихся) и конденсируемых газов мало предсказуема. Это может привести к увеличению давления ниже по ходу технологического процесса, которое будет оказывать влияние на поток массы продукта. Дополнительно к этому, необходимо учитывать тот факт, что многие из компонентов являются необработанными в том смысле, что они имеют сильный запах, и это может привести к физическому дискомфорту персонала, занятого в процессе.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа и устройства для производства топлива из биомассы, в котором энергия повторно используется в большей мере, а недостаток, связанный с неприятными запахами, сокращен или устранен.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Вышеназванных целей достигают с помощью настоящего изобретения, которое в первом аспекте представлено способом, определенным п.1 формулы.
Согласно дополнительному аспекту, настоящее изобретение содержит устройство, определенное п.16 формулы.
Предпочтительные воплощения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Изобретение представляет собой способ и устройство, обеспечивающие преимущества inter alia в производстве гранул с применением способа парового взрыва, путем осуществления рекуперации энергии выпускаемого пара, и при этом устраняя проблему запаха, присущего газам (летучим органическим соединениям), сопровождающим пар при выгрузке.
Контейнер с адаптивным объемом может представлять собой контейнер с эластичными стенками или контейнер, имеющий хотя бы одну подвижную стенку, такой, как цилиндрический контейнер со стенкой в форме подвижного поршня.
Завершающая обработка биомассы в виде сушки и возможной грануляции дополнительно не описана в данном документе, поскольку она может быть выполнена различными способами, известными в данной области техники, и не является частью настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее изобретение описано более подробно на не имеющих ограничительного характера примерах осуществлений со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано устройство в соответствии с настоящим изобретением на определенной стадии процесса.
На фиг. 2 показано устройство, изображенное на фиг. 1, на другом этапе процесса.
На фиг. 1 показаны слева направо реактор 11 для тепловой обработки древесины/волокнистой массы/целлюлозосодержащего материала. В реакторе 11 массу нагревают под давлением в присутствии водяного пара и воздуха. Соотношение компонентов между водяным паром и воздухом может быть различным, и также может быть различным уровень заполнения реактора.
Температура и время пребывания в реакторе могут быть различными, и, как правило, находятся в диапазонах от 160 до 300°C и от 1 до 15 минут. Более высокие температуры и более длительное время обработки, как регулирующие элементы, на практике нежелательны, поскольку вызывают повышенное разложение, большую потерю массы и сложности в организации процесса ниже по ходу технологического процесса в виде нежелательных количеств неконденсируемых газов, газов с сильными запахами и т.д.
Реактор обычно включает оборудование и приспособления для регулирования и мониторинга процесса, включая клапаны для регулирования давления, средства нагревания и, соответственно, охлаждения реактора и т.д. Эти детали не показаны, поскольку то, как протекает процесс в реакторе 11, не является основным предметом настоящего изобретения.
Контейнер 12 представляет собой емкость сброса давления, куда выпускают реакционную смесь в конце обработки. По меньшей мере часть давления, существующего в реакторе 11, сбрасывают резким скачком, тем самым вытесняя реакционную смесь из реактора в контейнер 12 сброса давления.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что в реакторе могут присутствовать газы, отличные от пара и воздуха при условии, что они не оказывают негативного влияния на параметры процесса. Например, соотношение между кислородом и азотом в реакторе может отличаться от аналогичного соотношения в воздухе, например, при добавлении воздуха, обогащенного кислородом, или при потреблении кислорода в ходе процесса.
После завершения реакции реакционную смесь выпускают из реактора 11 в бак 12 сброса давления по трубопроводу 21. Это выполняется известным в данной области техники образом, и, как таковое, не представляет ничего нового. Твердая масса с определенным количеством влаги перемещается в бак 12 сброса давления и по трубопроводу 22 поступает на последующую обработку любым подходящим известным в данной области техники образом. Газ, содержащий конденсируемые компоненты, а также компоненты, которые при сложившихся условиях не являются конденсируемыми, проходит по трубопроводу 23 в верхней части бака 12 сброса давления или вблизи нее, и оттуда его направляют непосредственно по меньшей мере в один теплообменник 13.
Теплообменник 13 охлаждает поток газа и обеспечивает конденсацию компонентов газа, являющихся конденсируемыми, с тем, чтобы уменьшить объем потока газа. Тепло от конденсации, полученное охладителем, используют в качестве энергии любым подходящим образом в пределах или вне настоящего процесса. Обычно эту энергию используют для предварительного нагревания воздуха для сушильного блока или для сжигания. Конденсат из теплообменника 13 содержит помимо воды компоненты, которые необходимо удалить до того, как вода будет слита или направлена рециклом для повторного использования. Конденсат сливают по трубопроводу 25, а газ поступает по трубопроводу 26 на следующую стадию процесса.
Что касается теплообменника или теплообменников 13, он или они могут быть непрямыми теплообменниками, где охладитель находится отдельно от отходящих газов, или прямыми теплообменниками, где охлаждающая вода смешана с отходящими газами. Возможно также сочетание, где теплообмен главным образом непрямой, но где воду 24 с ограниченной скоростью распыляют в поток отходящих газов, поступающих в теплообменник 13, чтобы вызвать резкое охлаждение отработавших газов 23, тем самым обеспечив более легкую конденсацию всех конденсируемых компонентов на последующей непрямой стадии теплообмена.
Если выбрать использование только прямого теплообмена, то придется обращаться со значительно большим количеством текучей среды на выходе теплообменника. Поэтому предпочтительно производить теплообмен по меньшей мере частично как непрямой теплообмен.
На следующей стадии процесса задействован контейнер 14 с адаптивным объемом, обычно представляющий собой «воздушный шар», который, подобно другим воздушным шарам, имеет мягкие стенки, и который имеет размер, пригодный для приема выброса неконденсируемых газов, образовавшихся при спуске давления в реакторе циклического действия, работающем при нормальных рабочих условиях. На фиг. 1 реакционная смесь все еще заключена в реакторе 11, и контейнер 14 с адаптивным объемом по этой причине практически пуст, как показано на чертеже.
Рассмотрим теперь фиг. 2, где показано то же, что и на фиг. 1, за исключением того, что давление в реакторе только что было сброшено, так что реакционная смесь была вытеснена в бак 12 сброса давления, при этом газ был закачан в контейнер 14 с адаптивным объемом через теплообменник 13 и трубопроводы 23 и 26. В течение нескольких секунд после сброса давления контейнер 14 наполняется неконденсируемыми газами, как показано на фиг. 2. Контейнер 14 обычно увеличивается в размерах на требуемую величину, которую можно рассчитать на основе данных одного рабочего цикла. Кроме того, предохранительный клапан может обеспечить, что контейнер 14 не взорвется даже в случае чрезвычайно больших количеств неконденсируемых газов. Контейнер 14 при каждом рабочем цикле в течение короткого периода времени вмещает все количество неконденсируемых газов, не создавая при этом какого-либо значительного избыточного давления, и затем медленно и контролируемым образом выпускает газ по трубопроводу 27 по меньшей мере в одну камеру 15 для последующей обработки газов, при соблюдении требования исключения утечки неочищенного газа в атмосферу. На этом этапе можно сжигать любые горючие компоненты, а тепло от сгорания можно сохранить для полезного применения посредством соответствующего охлаждения камеры и/или отработанных газов.
Последующая обработка может быть проведена в ряде камер 15, установленных последовательно, параллельно или в последовательно-параллельном сочетании. Это не существенно для настоящего изобретения. Важно то, что происходит при тепловом обмене в теплообменнике/теплообменниках 13 и временное накопление неконденсируемых газов в контейнере 14 с адаптивным объемом. Это сочетание уникально и оно показывает, что тепловую энергию, которой раньше не могли воспользоваться в полезных целях в периодических процессах такого типа, теперь стало возможным рекуперировать, чтобы создать способ с более низким потреблением чистой энергии и, таким образом, получить более экономичный способ. Дополнительно достигается преимущество в том, что обеспечена обработка газов с вредными или неприятными запахами.
Кроме того, возможно уменьшить нагрузку на теплообменник, поместив контейнер с адаптивным объемом выше него по ходу процесса, чтобы снизить скорость прохождения высвобождаемых газов через теплообменник. Недостатком такого варианта будет то, что все «неочищенные» компоненты по-прежнему будут присутствовать в газе, и их частицы будут приставать к стенкам контейнера 14 с адаптивным объемом.
Относительно необходимости определения размеров: типичный реактор для рассматриваемых целей может иметь объем 10 м3, и при давлении 2,5 МПа (25 бар) сброс давления приведет к образованию приблизительно 250 м3 газа, который необходимо обработать. На практике количество газа будет несколько меньше, поскольку часть объема реактора будет занята биомассой и поскольку часть давления можно осторожно снизить перед резким сбросом давления. При надлежащем регулировании процесса объем выгрузки при одном быстром перепаде давления, который длится приблизительно 5 секунд, может быть снижен приблизительно до 70 м3. Удельная теплоемкость парообразования воды составляет 242 кДж/моль, или 13,45 МДж/кг. Если 50% от этих 70 м3 представляет собой водяной пар (примерно 1 кг/м3), количество тепла, которое необходимо немедленно передать в теплообменниках, составит:
35 кг/5 сек × 13,45 МДж/кг = 95 МВт
при условии, что все присутствующие пары конденсируются. Процессы, естественно, можно регулировать так, что этот показатель будет выше или ниже; приведенные цифры даны как пример определения соответствующих величин, но также они помогают прояснить богатые возможности, которые открываются, если найти применение таким энергетически богатым «импульсам». Если конденсационная способность оказалась недостаточной, произойдет подъем давления. Необходимым условием для предотвращения утечки из блока конденсации является настолько большая емкость блока, что перепад давления не увеличивается избыточным образом.
Частичное снижение уровня парового выброса, вызванное подводом/самостоятельной выработкой летучих газов, приводит к тому, что выброс неконденсированных газов увеличивает объем от 25 до 150 м3 на тонну биомассы, или до 30 м3 в секунду. Это следует рассматривать как большой бесполезный объем по отношению к размеру реактора. Этот выброс давления велик, и объем газа необходимо сохранить и затем вывести непрерывным потоком. Сбор и хранение большого количества газа в течение короткого времени при таком низком давлении является насущной задачей, для которой, согласно настоящему изобретению, найдено решение введением контейнера с адаптивным объемом.
Как вода, так и газ, требуют выполнения последующей обработки. Это проделывают в соответствии с известной технологией, когда процесс ведут в соответствии с настоящим изобретением.
ПРИМЕР
Если требуемый реактор имеет объем 10 м3 и в него загружают 5 м3 биомассы (древесная щепа или что-либо подобное), то это соответствует 1 тонне массы.
Изменение влажности в реакторе на тонну массы
Figure 00000001
Требуемое количество пара
Figure 00000002
Дополнительно, пар нужен для обеспечения требуемого парового давления.
Уровень заполнения 50% означает, что приблизительно 70% объема заполнено паром для обеспечения парового давления, и при снижении/выпуске давления 1 МПа (10 бар) в реакторе будет находиться 75 кг пара.
Требуемое количество пара для получения парового давления;
75% объема * 10 бар * 1 кг/м3 = 75 кг
Из этого можно рассчитать объем выброса и объем неконденсируемых газов.
Компоненты на тонну массы
Figure 00000003
Figure 00000004
Из этого следует, что для типичного объема и рабочего диапазона 180-235°C конденсируемый объем в 25-35 раз превышает объем реактора, и неконденсируемые газы соответствуют потерям массы в реакторе в диапазоне, превышающем объем реактора в 0-30 раз. Оба объема незначительно изменяются, когда оказывается, что потери массы составляет как вода, так и неконденсируемые газы (НКГ) в зависимости от давления/времени/температуры в реакторе. Пример показывает, что мгновенный выброс чрезвычайно велик.

Claims (16)

1. Способ получения топлив из биомассы, в котором биомассу подвергают тепловой обработке в температурном диапазоне от 150 до 300°С, в реакторе (11) с давлением, повышенным паром и воздухом, где давление в конце тепловой обработки сбрасывают, отличающийся тем, что увеличенный при сбросе давления объем пара и других газов временно накапливают в контейнере (14) с адаптивным объемом, при этом пар и другие газы подвергают теплообмену по меньшей мере в одном теплообменнике (13) так, что конденсируемые газы конденсируются и выделяют теплоту конденсации по меньшей мере в одном теплообменнике (13).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один контейнер (14) с адаптивным объемом используют ниже теплообменника (13) по ходу процесса.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепло, поглощаемое в теплообменнике (13), используют по меньшей мере частично для предварительного нагрева подаваемой воды.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные конденсируемые газы собирают в виде конденсата (25), который отделяют от газа (26).
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что конденсат (25) очищают перед выпуском.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газ проходит через по меньшей мере одну стадию очистки (15) до его выпуска.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что указанная стадия очистки (15) включает сжигание горючих компонентов с рекуперацией тепла камеры сгорания и отходящего газа.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биомасса содержит целлюлозный материал и что по меньшей мере частично сброс давления осуществляют мгновенно, чтобы разделить целлюлозу на волокна.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что тепловую обработку выполняют в диапазоне между 200 и 240°С в течение времени, достаточного для размягчения лигнина.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют насыщенный пар.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют перегретый пар.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подвергнутую тепловой обработке биомассу затем сушат.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подвергнутую тепловой обработке биомассу гранулируют.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепловую обработку выполняют в течение периода времени от 1 до 30 минут.
15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют биомассу с содержанием влаги от 10 до 60%.
16. Устройство для получения топлива из биомассы, в котором биомассу подвергают тепловой обработке в температурном диапазоне от 150 до 300°С, в реакторе (11) с давлением, повышенным паром и воздухом, где давление в конце тепловой обработки сбрасывают, включающее реактор (11) для тепловой обработки и бак (12) сброса давления, в который поступает материал после обработки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один теплообменник (13) для газа, который выходит из емкости сброса давления, и по меньшей мере один контейнер (14), имеющий адаптивный объем, для временного накопления выпусков неконденсируемых газов, поступающих из бака (12) сброса давления.
RU2015138996A 2013-02-20 2014-02-19 Способ и устройство для получения топлива из биомассы RU2640809C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130279 2013-02-20
NO20130279A NO342736B1 (no) 2013-02-20 2013-02-20 Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av brensel fra biomasse
PCT/NO2014/050024 WO2014129910A1 (en) 2013-02-20 2014-02-19 Method and apparatus for preparing fuel from biomass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015138996A RU2015138996A (ru) 2017-03-24
RU2640809C2 true RU2640809C2 (ru) 2018-01-12

Family

ID=51391588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015138996A RU2640809C2 (ru) 2013-02-20 2014-02-19 Способ и устройство для получения топлива из биомассы

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10287525B2 (ru)
EP (1) EP2958978B1 (ru)
JP (1) JP6420774B2 (ru)
CN (1) CN105143418B (ru)
CA (1) CA2908667C (ru)
DK (1) DK2958978T3 (ru)
ES (1) ES2723890T3 (ru)
LT (1) LT2958978T (ru)
NO (1) NO342736B1 (ru)
PL (1) PL2958978T3 (ru)
RU (1) RU2640809C2 (ru)
WO (1) WO2014129910A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766454C1 (ru) * 2021-03-22 2022-03-15 Леонид Александрович Аминов Способ переработки органических отходов

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI126555B (en) * 2015-11-26 2017-02-15 Valmet Technologies Oy Biomass-based fuel adapted to reduce the chemical and / or mechanical impact of the flue gas on heat transfer surfaces, and the process for its production
US10262295B2 (en) * 2016-05-26 2019-04-16 William L. Sharp, JR. Wireless remote monitoring of supply bins
CN106185807B (zh) * 2016-06-29 2018-09-14 清华大学 一种单塔固定床化学链制氢中试装置及制氢方法
US20200017788A1 (en) * 2016-11-25 2020-01-16 Arbaflame As Biomass Raw Material Decomposition Device, And Method For Producing Biomass Pellet Fuel
NO345925B1 (en) * 2017-08-16 2021-10-25 Arbaflame Tech As Method and apparatus for production of cellulose based fuel pellets.
SE541264C2 (en) 2017-11-09 2019-05-28 Valmet Oy Method and system for processing lignocellulose material
FR3095654B1 (fr) * 2019-05-03 2022-01-21 Europeenne De Biomasse Contrôle du vapocraquage en vue d’améliorer le PCI des granulés noirs
JP2021030113A (ja) * 2019-08-19 2021-03-01 三菱パワー株式会社 バイオマスの水熱処理方法及び水熱処理システム
RU2723938C1 (ru) * 2019-12-18 2020-06-18 Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОТОПЛИВО" Способ получения высококалорийных топливных пеллет из органического сырья с ежегодным возобновлением
EP3848468A1 (en) 2020-01-08 2021-07-14 Valmet Ab Method for cooling and detoxifying biomass
WO2022153830A1 (ja) * 2021-01-12 2022-07-21 出光興産株式会社 バイオマス固形燃料の製造方法
JP7388669B2 (ja) * 2021-07-02 2023-11-29 株式会社Ihi 固体燃料製造システム及び固体燃料製造方法
DE102022002614A1 (de) 2022-07-18 2024-03-28 Wolfgang Herbert Plückhahn Heißdampfverfahren - der Weg zu einem nachhaltigen und umweltfreundlichen biologischen Festbrennstoff
CN116978470A (zh) * 2023-06-14 2023-10-31 中材(南京)矿山研究院有限公司 一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3863710A (en) * 1972-12-11 1975-02-04 Richard M Masters Heat exchange system
US4007781A (en) * 1972-12-11 1977-02-15 Masters Richard M Heat exchange system
WO2006006863A1 (en) * 2004-07-08 2006-01-19 Arbaflame Technology As Process for producing fuel pellets
EA012806B1 (ru) * 2006-01-06 2009-12-30 Стихтинг Энергиондерзук Сентрум Недерланд Способ и устройство для обработки биомассы
EA200900892A1 (ru) * 2006-12-28 2010-02-26 Швайгер, Мартин Материал и/или топливо, получаемые из биомассы
CN102059076A (zh) * 2010-11-25 2011-05-18 东南大学 双活塞控压式物料汽爆方法及装置
RU2010109199A (ru) * 2007-08-17 2011-09-20 Милан ПТАШЕК (CZ) Топливо, способ и установка для получения тепловой энергии из биомассы

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB190206736A (en) * 1902-03-19 1902-07-10 Francis Paul Improvements in Collapsible Tanks for Supplying Air or Gas under Pressure.
JPS5286515A (en) * 1976-01-12 1977-07-19 Shibata Kogyo Kk Gas storing means
CA1141376A (en) * 1981-11-12 1983-02-15 Edward A. De Long Method of rendering lignin separable from cellulose and hemicellulose and the product so produced
CA1267407B (en) 1981-11-12 1990-04-03 Edward A. Delong Method of rendering lignin separable from cellulose and hemicellulose and the product so produced
CN1098118C (zh) * 1995-02-13 2003-01-08 恩格尔哈德公司 木材生产工艺中废气的纯化方法
WO2006119631A1 (en) * 2005-05-12 2006-11-16 Turbosonic Inc. Pollution control in wood products dryer operation
EP1843114A1 (en) * 2006-04-06 2007-10-10 Swedish Exergy Consulting AB Dryer plant
US7905990B2 (en) * 2007-11-20 2011-03-15 Ensyn Renewables, Inc. Rapid thermal conversion of biomass
KR101526840B1 (ko) * 2008-12-15 2015-06-05 질카 바이오매스 퓨얼스 아이 엘엘씨 펠릿 또는 브리켓의 생산 방법
CN201801510U (zh) * 2010-09-21 2011-04-20 广西博世科环保科技股份有限公司 沼气净化稳压装置
US20130326938A1 (en) * 2010-12-15 2013-12-12 Gtl Energy Holding Pty Limited Methods of drying biomass and carbonaceous materials
CN102172493A (zh) * 2011-03-07 2011-09-07 中国科学院过程工程研究所 一种汽爆余热回收的装置和方法
CN102166508A (zh) * 2011-03-22 2011-08-31 中国科学院过程工程研究所 微波汽爆装置
CN102784548A (zh) * 2012-08-23 2012-11-21 杭州正大空分设备制造有限公司 再生气回收吸附式干燥机及再生气回收吸附方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3863710A (en) * 1972-12-11 1975-02-04 Richard M Masters Heat exchange system
US4007781A (en) * 1972-12-11 1977-02-15 Masters Richard M Heat exchange system
WO2006006863A1 (en) * 2004-07-08 2006-01-19 Arbaflame Technology As Process for producing fuel pellets
EA012806B1 (ru) * 2006-01-06 2009-12-30 Стихтинг Энергиондерзук Сентрум Недерланд Способ и устройство для обработки биомассы
EA200900892A1 (ru) * 2006-12-28 2010-02-26 Швайгер, Мартин Материал и/или топливо, получаемые из биомассы
RU2010109199A (ru) * 2007-08-17 2011-09-20 Милан ПТАШЕК (CZ) Топливо, способ и установка для получения тепловой энергии из биомассы
CN102059076A (zh) * 2010-11-25 2011-05-18 东南大学 双活塞控压式物料汽爆方法及装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766454C1 (ru) * 2021-03-22 2022-03-15 Леонид Александрович Аминов Способ переработки органических отходов

Also Published As

Publication number Publication date
PL2958978T3 (pl) 2019-09-30
CN105143418B (zh) 2018-12-14
US20160002555A1 (en) 2016-01-07
US10287525B2 (en) 2019-05-14
NO20130279A1 (no) 2014-08-21
EP2958978A4 (en) 2016-09-14
RU2015138996A (ru) 2017-03-24
DK2958978T3 (da) 2019-05-13
ES2723890T3 (es) 2019-09-03
CA2908667A1 (en) 2014-08-28
CA2908667C (en) 2021-10-19
JP6420774B2 (ja) 2018-11-07
CN105143418A (zh) 2015-12-09
WO2014129910A1 (en) 2014-08-28
EP2958978A1 (en) 2015-12-30
NO342736B1 (no) 2018-08-06
JP2016507634A (ja) 2016-03-10
EP2958978B1 (en) 2019-01-30
LT2958978T (lt) 2019-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2640809C2 (ru) Способ и устройство для получения топлива из биомассы
DK1969099T4 (en) Process and device for treating biomass
US4477257A (en) Apparatus and process for thermal treatment of organic carbonaceous materials
AU2010203110B2 (en) Method and System for the Torrefaction of Lignocellulosic Material
EP2300574B1 (en) Method and apparatus for the manufacture of torrefied lignocellulosic material
Mujumdar 20 Superheated Steam Drying
CN103237869B (zh) 低含水的源自生物质的热解油及其生产方法
JP2003213273A (ja) 高発熱量炭化物の製造法
US20150183961A1 (en) Biomass Processing
WO2019093938A1 (en) Method and system for processing lignocellulose material
WO1992017744A1 (en) A method and a plant for heat treatment of biological material
RU2582696C1 (ru) Установка для производства древесного угля
US9631155B2 (en) Method to produce charcoal without producing bio oil through pyrolysis of woody biomass
RU2425917C1 (ru) Способ получения сульфатной целлюлозы
CN109442965B (zh) 一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统
RU2437972C1 (ru) Способ получения сульфатной целлюлозы
KR102257422B1 (ko) 물질 상변환 회수장치
CA1087129A (en) Wet combustion
EA039214B1 (ru) Способ влажной торрефикации (карбонизации) биомассы