RU2664098C2

RU2664098C2 - Система и способ периодического процесса суперобжига

Info

Publication number: RU2664098C2
Application number: RU2016148193A
Authority: RU
Inventors: Фэнь-тайр ЛУО; Майкл Дж. ЦАЙ; Фрэнк Х. ШУ
Original assignee: Академия Синика; Фрэнк Х. ШУ
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2018-08-15
Also published as: EP3140370A4; US10273411B2; TWI560265B; TW201610137A; CA2948341C; CN106488967B; WO2015171865A1; EP3140370A1; CN106488967A; CA2948341A1; EP3140370B1; US20170233658A1; RU2016148193A; RU2016148193A3

Abstract

Изобретение относится к системам для производства легковоспламеняющегося топлива (древесного угля) из биомассы. Система суперобжига 10 периодического действия включает в себя по меньшей мере один блок суперобжига 14, резервуар для жидкости 16, содержащий расплав солей, а также промывочный резервуар 20, включающий в себя множество емкостей 70, 72, 74, содержащих воду, имеющую различные температуры и различные процентные содержания соли. Резервуар для жидкости 16 и промывочный резервуар 20 последовательно подают расплав солей и воду в приемное пространство по меньшей мере одного блока суперобжига 14 для суперобжига биомассы в древесный уголь, а также для промывки и охлаждения древесного угля соответственно. Множество емкостей 70, 72, 74 промывочного резервуара 20 последовательно подают воду, имеющую различные температуры и различные процентные содержания соли, в одно и то же приемное пространство для постепенной промывки и охлаждения древесного угля. Биомасса удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига 14 во время суперобжига биомассы. Древесный уголь не перемещается во время охлаждения древесного угля. Система включает в себя дискретные блоки, которые располагаются близко друг к другу и могут быть легко соединены и отсоединены для того, чтобы сформировать компактную систему суперобжига. Система является мобильной, может легко транспортироваться, например, с помощью грузовиков к удаленным площадкам, расположенным рядом с источниками биомассы, уменьшая тем самым затраты, связанные с транспортировкой биомассы. Данная система также обеспечивает энергосберегающий процесс с увеличенной производительностью, уменьшая тем самым производственные затраты и делая получаемый древесный уголь экономически выгодным. Кроме того, система может улавливать ценные жидкие и газообразные побочные продукты, образующиеся во время процесса суперобжига, для другого использования. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет предварительной американской заявки 61/991017, поданной 9 мая 2014 г. и озаглавленной как «Система и способ периодического процесса суперобжига», содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящая патентная заявка относится к системам и способам для производства легковоспламеняющегося топлива из биомассы, и более конкретно к системам обжига и способам для преобразования биомассы в легковоспламеняющееся топливо.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Формулировки в этой секции просто обеспечивают сведения справочного характера, относящиеся к настоящему изобретению и могут не составлять предшествующий уровень техники.

[0004] Процессы обжига и пиролиза, как известно, преобразуют биомассу в легковоспламеняющееся топливо, называемое «древесным углем» или «биоуглем». Процесс обжига включает в себя термохимическую обработку биомассы без доступа кислорода при температуре от 200°C до 280°C при атмосферном давлении. Процесс пиролиза включает в себя быстрое нагревание биомассы до температуры от 700°C до 1000°C или выше, как правило при высоком давлении. Древесный уголь, производимый в результате процесса обжига или процесса пиролиза, может использоваться в качестве обычного древесного угля (называемого «экоуглем»), на существующих электростанциях, работающих на угле, в качестве удобрения (называемого «биоуглем»), или в качестве фильтрующего агента (называемого «активированным углем»).

[0005] Процесс обжига является более эффективным экономически благодаря относительно низким используемым температурам и давлениям. Однако, древесный уголь, произведенный с помощью обычного процесса обжига, не обладает желаемой размалываемостью и содержанием влаги, подходящими для использования на электростанциях, которые обычно используют пылевидный уголь с размером частиц меньше, чем 0,2 мм.

[0006] Кроме того, обычные процессы обжига или пиролиза порождают значительные затраты до и после процессов обжига или пиролиза в дополнение к затратам на собственно преобразование биомассы в древесный уголь. Например, биомасса должна быть предварительно обработана и транспортирована к оборудованию для пиролиза или обжига. Предварительная обработка биомассы включает в себя измельчение или гранулирование биомассы для того, чтобы уменьшить размер частиц сырой биомассы, а также подогревание биомассы для того, чтобы уменьшить содержание воды. Дополнительным затратам также образуются при транспортировке большого количества биомассы от источников биомассы к оборудованию/площадке обжига, а также при транспортировке древесного угля от оборудования/площадки обжига к месту коммерческого назначения. Принимая во внимание эти дополнительные затраты, древесный уголь, производимый с помощью обычного процесса обжига, может быть экономически невыгодным для коммерческого использования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящая патентная заявка предлагает компактную систему суперобжига для преобразования биомассы в древесный уголь. Эта система суперобжига включает в себя дискретные блоки, которые располагаются близко друг к другу и могут быть легко соединены и отсоединены для того, чтобы сформировать компактную систему суперобжига. Эта система суперобжига может легко транспортироваться, например, с помощью грузовиков, к удаленным площадкам, расположенным рядом с источниками биомассы, уменьшая тем самым затраты, связанные с транспортировкой биомассы. Система суперобжига также обеспечивает энергосберегающий процесс с увеличенной производительностью, уменьшая тем самым производственные затраты и делая получаемый древесный уголь экономически выгодным.

[0008] В одной форме система суперобжига в соответствии с принципами настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере один блок суперобжига, резервуар для жидкости, содержащий первый жидкий теплоноситель, и промывочный резервуар, содержащий второй жидкий теплоноситель. По меньшей мере один блок суперобжига включает в себя контейнер, образующий приемное пространство, а также удерживающий элемент для удержания в нем биомассы. Удерживающий элемент подвижно размещается в приемном пространстве. Резервуар для жидкости и промывочный резервуар последовательно подают первый и второй жидкие теплоносители в приемное пространство по меньшей мере одного блока суперобжига для того, чтобы осуществлять суперобжиг и преобразование биомассы в древесный уголь, а также для промывки и охлаждения древесного угля, соответственно. Первый жидкий теплоноситель может представлять собой расплав солей, а второй жидкий теплоноситель может представлять собой воду. Удерживающий элемент может включать в себя сетчатую корзину для того, чтобы позволить первому и второму жидким теплоносителям протекать внутри удерживающего элемента и находиться при этом в непосредственном контакте с биомассой и древесным углем, находящимися в сетчатой корзине, соответственно. Промывочный резервуар включает в себя множество емкостей, содержащих соленую воду, имеющую различные температуры и процентные содержания соли для постепенной промывки и охлаждения древесного угля. Биомасса удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига во время суперобжига биомассы. Древесный уголь удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига во время охлаждения и очистки древесного угля.

[0009] В другой форме предлагается способ периодической переработки биомассы в древесный уголь. Этот способ включает в себя: обеспечение биомассы в приемном пространстве по меньшей мере одного блока суперобжига; подачу первого жидкого теплоносителя к блоку суперобжига для суперобжига и преобразования биомассы в древесный уголь; а также подачу второго жидкого теплоносителя по меньшей мере к одному блоку суперобжига для охлаждения и промывки древесного угля. Биомасса подогревается и суперобжигается в древесный уголь в приемном пространстве блока суперобжига. Древесный уголь охлаждается в том же самом приемном пространстве блока суперобжига вторым жидким теплоносителем. Биомасса и древесный уголь удерживаются в блоке суперобжига, когда биомасса преобразуется в древесный уголь, а также когда древесный уголь промывается и охлаждается. Этот способ может дополнительно включать в себя изменяющуюся рабочую температуру, время пребывания, или предварительную пропитку биомассы для того, чтобы производить различные типы древесного угля, такие как экоуголь, биоуголь или активированный уголь.

[0010] Дополнительные области применимости станут очевидными из нижеследующего описания. Следует понимать, что это описание и конкретные примеры предназначены только для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения области охвата настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Описанные в настоящем документе чертежи предназначены только для целей иллюстрации и никоим образом не предназначены для ограничения области охвата настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 1 представляет собой схематический вид системы суперобжига в соответствии с принципами настоящего изобретения;

[0013] Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе блока суперобжига системы суперобжига, проиллюстрированной на Фиг. 1, в соответствии с принципами настоящего изобретения, в котором удерживающий элемент удален для ясности;

[0014] Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе удерживающего элемента блока суперобжига, проиллюстрированного на Фиг. 2;

[0015] Фиг. 4 представляет собой схематический вид промывочного резервуара системы суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой;

[0016] Фиг. 5 представляет собой вид сбоку скруббера системы суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой;

[0017] Фиг. 6 представляет собой частично разобранный вид в перспективе скруббера, проиллюстрированного на Фиг. 5;

[0018] Фиг. 7 представляет собой схематический вид окислителя CF/смолы системы суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой; и

[0019] Фиг. 8 представляет собой блок-схему способа для периодической переработки биомассы в древесный уголь в соответствии с принципами настоящей патентной заявки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Следующее описание является примерным по своей природе и не предназначено для ограничения настоящего изобретения, применения или использования. Следует понимать, что на всех чертежах соответствующие друг другу ссылочные цифры указывают похожие или соответствующие друг другу детали и особенности.

[0021] На Фиг. 1 система суперобжига 10 в соответствии с настоящим изобретением в целом включает в себя транспортирующее устройство 12, по меньшей мере один блок 14 суперобжига для обжига биомассы в древесный уголь, резервуар 16 для жидкости, нагревательный элемент 18, а также промывочный резервуар 20. Резервуар 16 для жидкости содержит первый жидкий теплоноситель, такой как расплав солей, и подает первый жидкий теплоноситель к блоку 14 суперобжига. Нагревательный элемент 18 может быть расположен рядом с резервуаром 16 для жидкости для того, чтобы нагревать первый жидкий теплоноситель. Промывочный резервуар 20 подает второй жидкий теплоноситель, такой как вода или соленая вода, к блоку 14 суперобжига для охлаждения и очистки древесного угля, который был преобразован из биомассы. В то время как на Фиг. 1 показан только один блок 14 суперобжига, подразумевается, что может быть предусмотрено более одного блока 14 суперобжига, находящихся в сообщении по текучей среде с резервуаром 16 для жидкости и промывочным резервуаром 20 для одновременного суперобжига множества загрузок биомассы.

[0022] Опционально система 10 суперобжига может включать в себя блок 22 летучих органических соединений (VOC) для того, чтобы собирать летучие органические соединения (VOC), выходящие из блока 14 суперобжига, первое устройство 24 фильтрации, расположенное между блоком 14 суперобжига и резервуаром 16 для жидкости, второе устройство 26 фильтрации, расположенное между промывочным резервуаром 20 и блоком 14 суперобжига, а также окислитель 50 древесноугольной пыли/смолы («окислитель CF/смолы»). Блок 22 VOC может дополнительно включать в себя скруббер 28.

[0023] Область 32 подготовки биомассы может быть предусмотрена в или около системы 10 суперобжига. Биомасса собирается и хранится в области 32 подготовки биомассы для того, чтобы транспортироваться транспортирующим устройством 12 к блоку 14 суперобжига для обжига. Биомасса может иметь форму крошки или таблеток, и может включать в себя, не ограничиваясь этим, сухие измельченные волокна сахарного тростника, кукурузную солому, рисовую солому, пшеничную солому, бамбук, древесную щепу, лесосечные отходы, скошенную траву, кожицу фруктов, оболочку пальмового ядра, кокосовую скорлупу и прутьевидное просо.

[0024] Нагревательный элемент 18 может быть расположен так, чтобы он нагревал подающую трубу 30 и таким образом нагревал первый жидкий теплоноситель до предопределенной температуры по мере того, как первый жидкий теплоноситель подается из резервуара 16 для жидкости через подающую трубу 30 к блоку 14 суперобжига. Первый жидкий теплоноситель, содержащийся в резервуаре 16 для жидкости, может представлять собой растворимую в воде расплавленную соль. Однако в качестве жидкого теплоносителя могут использоваться и другие типы жидкостей.

[0025] На Фиг. 2 и Фиг. 3 блок 14 суперобжига включает в себя контейнер 34, образующий приемное пространство 36, крышку 38 для закрытия контейнера 14, а также удерживающий элемент 40 (показанный на Фиг. 3), подвижно размещаемый в приемном пространстве 36. Удерживающий элемент 40 включает в себя захватываемую машиной ручку 42, позволяющую транспортирующему устройству 12 опускать и поднимать удерживающий элемент 40 в и из приемного пространства 36 блока 14 суперобжига. Первый жидкий теплоноситель, такой как расплав солей, и второй жидкий теплоноситель, такой как вода, может последовательно подаваться из резервуара 16 для жидкости и промывочного резервуара 20, соответственно, в одно и то же приемное пространство 36 блока 14 суперобжига для суперобжига и преобразования биомассы в древесный уголь, а также для охлаждения и промывки древесного угля. Биомасса также может быть предварительно подогрета в блоке 14 суперобжига путем использования первого жидкого теплоносителя или другого жидкого теплоносителя перед суперобжигом биомассы в древесный уголь.

[0026] Как показано на Фиг. 3, удерживающий элемент 40 определяет множество отверстий 44, через которые первый и второй жидкие теплоносители могут втекать в удерживающий элемент 40 для того, чтобы вступить в непосредственный контакт с содержащейся в нем биомассой или биоуглем. В качестве примера, удерживающий элемент 40 может иметь форму сетчатой корзины или любую другую форму, при условии, что удерживающий элемент 40 может удерживать биомассу или получаемый древесный уголь и позволяет первому и второму жидким теплоносителям находиться в непосредственном контакте с биомассой или древесным углем. Удерживающий элемент 40 может транспортироваться из области 32 подготовки биомассы к приемному пространству 36 блока 14 суперобжига с тем, чтобы перемещать биомассу для процесса суперобжига. После того, как биомасса преобразуется в древесный уголь, удерживающий элемент 40 поднимается из приемного пространства 36 блока 14 суперобжига для того, чтобы переместить древесный уголь в область сбора древесного угля (не показана). Удерживающий элемент 40 затем транспортируется из области сбора древесного угля к области 32 подготовки биомассы для следующего цикла периодического процесса суперобжига.

[0027] После того, как удерживающий элемент 40 с биомассой будет опущен в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига, первый жидкий теплоноситель, имеющий первую температуру, подается к блоку 14 суперобжига через подающую трубу 30. Нагревательный элемент 18 сначала нагревает расплав солей, служащий первым жидким теплоносителем, до первой температуры для того, чтобы предварительно подогреть биомассу. После этого расплав солей, имеющий первую температуру, выкачивается из блока 14 суперобжига. Нагревательный элемент 18 затем нагревает расплав солей до второй температуры, которая выше, чем первая температура, по мере того, как расплав солей подается через подающую трубу 30 к блоку 14 суперобжига. Расплав солей, имеющий вторую температуру, осуществляет суперобжиг биомассы в древесный уголь. Первая температура для предварительного подогрева биомассы может находиться в диапазоне от 100°C до 200°C. Вторая температура для обжига биомассы в древесный уголь может находиться в диапазоне от 300°C до 500°C в зависимости от желаемого типа конечного древесного угля, такого как экоуголь, биоуголь или активированный уголь. Временем пребывания биомассы, погруженной в блок 14 суперобжига, и предварительной пропиткой биомассы также управляют в зависимости от желаемого типа конечного древесного угля.

[0028] После предварительного подогрева биомассы и суперобжига биомассы в древесный уголь расплав солей циркулирует обратно к резервуару 16 для жидкости через возвратную трубу 31. Благодаря сетчатой структуре удерживающего элемента 40 и движению удерживающего элемента 40 вверх и вниз крошка древесного угля (CF), получаемая в результате преобразования из биомассы, может выпадать из удерживающего элемента 40 и загрязнять расплав солей в блоке 14 суперобжига. Чтобы предотвратить попадание крупной крошки древесного угля (например, с размером частиц 10 мкм) в резервуар 16 для жидкости, первое устройство 24 фильтрации может быть расположено на возвратной трубе 31 между резервуаром 16 для жидкости и блоком 14 суперобжига. Частицы CF, являющиеся более мелкими, чем предопределенный размер, могут переноситься расплавом солей в резервуар 16 для жидкости и циркулировать обратно к блоку 14 суперобжига в следующем цикле суперобжига.

[0029] Транспортирующее устройство 12 может включать в себя подъемную систему 13 для опускания и поднимания удерживающего элемента 40 в/из блока 14 суперобжига, а также для транспортировки удерживающего элемента 40 из/в область 32 подготовки биомассы, блок 14 суперобжига и область сбора древесного угля.

[0030] На Фиг. 4 промывочный резервуар 20 включает в себя множество емкостей 70, 72, 74, а также насосное устройство 27, расположенное между множеством емкостей 70, 72, 74 и блоком 14 суперобжига, и находящееся с ними в сообщении по текучей среде. Множество емкостей 70, 72, 74 содержит промывочную жидкость, имеющую различные процентные содержания соли и температуры. Например, первая емкость 70 содержит воду, имеющую самую высокую температуру и самое высокое содержание соли среди множества емкостей 70, 72, 74. Последняя емкость 74 содержит воду, имеющую самую низкую температуру и самое низкое содержание соли. Емкости 72, расположенные между первой и последней емкостями 70, 74, имеют процентные содержания соли и температуры, промежуточные между процентными содержаниями соли и температурами в первой и последней емкостях 70 и 74. В то время как в промывочном резервуаре показано двенадцать емкостей, подразумевается, что в зависимости от применения может использоваться любое количество емкостей.

[0031] После того, как биомасса будет подвергнута суперобжигу и преобразована в древесный уголь в блоке 14 суперобжига, расплав солей выкачивается из блока 14 суперобжига и возвращается в резервуар 16 для жидкости. Расплав солей остается в порах древесного угля. Вода, содержащаяся во множестве емкостей 70, 72, 74, затем последовательно закачивается в блок 14 суперобжига для того, чтобы растворить соль, которая осталась в порах древесного угля. Множество емкостей 70, 72, 74 последовательно подают соленую воду, имеющую различные процентные содержания соли и различные температуры, в указанном порядке в блок 14 суперобжига. Первая емкость 70, который содержит воду с самой высокой температурой и с самым высоким процентным содержанием соли, первым подает воду в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига для того, чтобы промыть и очистить древесный уголь с одновременным его охлаждением. Затем вода, имеющая самую высокую температуру и самое высокое процентное содержание соли, выкачивается из приемного пространства 36 блока 14 суперобжига и возвращается обратно в первую емоксть 70. После этого второй емкости 72 подает воду, имеющую вторую по величине температуру и второе по величине процентное содержание соли, в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига для того, чтобы дополнительно промыть, очистить и охладить древесный уголь. Тот же самый процесс повторяется для других емкостей 72 по порядку вплоть до последней емкости 74, которая подает воду с самой низкой температурой и с самым низким процентным содержанием соли в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига. Путем использования множества емкостей 70, 72, 74 для последовательной подачи воды различных температур и различного процентного содержания соли в блок 14 суперобжига и последовательного выкачивания этой промывочной воды из блока 14 суперобжига обратно во множество емкостей 70, 72, 74 древесный уголь постепенно охлаждается ступенчатым образом почти до температуры окружающей среды и очищается в блоке 14 суперобжига.

[0032] Когда процесс промывки с помощью промывочного резервуара 20 завершается, древесный уголь, находящийся в блоке 14 суперобжига, не содержит соли, и может быть извлечен из блока 14 суперобжига. Древесный уголь может сжигаться в качестве экоугля, или закапываться в почву в качестве биоугля, или использоваться для фильтрации в качестве активированного угля. В том случае, когда древесный уголь содержит остатки фурфурола и оксиацетона, древесный уголь может иметь увеличенную теплотворную способность. Во влажном биоугле фурфурол и оксиацетон будут разрушаться в почве, если биоуголь будет локально закапываться в почву или распределяться по ней, с почти постоянным удалением его связанного углерода. Для высокоценного активированного угля, получаемого путем предварительной обработки биомассы сильным основанием или кислотой, последующее нагревание может выводить захваченный фурфурол и оксиацетон.

[0033] Поскольку фурфурол и оксиацетон постепенно фильтруются из водного солевого раствора во время каждой стадии промывки с помощью емкостей 70, 72, 74, количество фурфурола и оксиацетона, которые высвобождаются из древесного угля в воду в последней емкости 74, становится относительно малым. Любой фурфурол или оксиацетон, оставшийся в воде, подаваемой в блок 14 суперобжига для следующего цикла периодического процесса суперобжига биомассы, может быть направлен в поток летучих органических соединений и/или подвергнуться другому циклу фильтрации древесного угля.

[0034] После того, как удерживающий элемент 40 будет опустошен в области сбора древесного угля, удерживающий элемент 40 может быть перемещен транспортирующим устройством 12 к области 32 подготовки биомассы для того, чтобы перенести очередную свежую загрузку сырой биомассы для следующего цикла периодического процесса суперобжига в блоке 14 суперобжига. Когда крышка 38 закрывается, промывочная жидкость из первой емкости 70 может быть закачана в блок 14 суперобжига. Эта промывочная жидкость имеет температуру, близкую к точке кипения насыщенного солевого раствора, благодаря предыдущему циклу периодического процесса, когда вода подается к горячему древесному углю, пропитанному расплавом солей. Кипящая соленая вода может дегидратировать биомассу. Следовательно, расплав солей с температурой от 300°C до 500°C может подаваться из резервуара 16 для жидкости в блок 14 суперобжига для того, чтобы дополнительно дегидратировать биомассу. Подача расплава солей в водный раствор, находящийся в блоке 14 суперобжига, заставляет испаряться воду, находящуюся в блоке 14 суперобжига. В результате соль, которая была перенесена в первая емкость 70 в предшествующем цикле периодического процесса, может быть регенерирована. Температура смеси непрерывно увеличивается вплоть до температуры от 300°C до 500°C для того, чтобы начать цикл суперобжига.

[0035] Измельченная сырая биомасса содержится в удерживающем элементе 40 в форме сетчатой корзины. Древесный уголь главным образом будет оставаться внутри удерживающего элемента 40, и будет извлекаться в качестве крошки древесного угля («CP»). Однако механическая обработка и термохимическая обработка могут создать древесноугольную пыль («CF»), которая попадает из удерживающего элемента 40 в расплав солей, содержащийся в блоке 14 суперобжига. Следовательно, первое устройство 24 фильтрации предусматривается между резервуаром 16 для жидкости и блоком 14 суперобжига для того, чтобы предотвратить попадание частиц CF с размером более 10 мкм в резервуар 16 для жидкости.

[0036] В дополнение к этому, второе устройство 26 фильтрации может быть предусмотрено между блоком 14 суперобжига и первой емкостью 70, который содержит воду, имеющую самую высокую температуру и самое высокое процентное содержание соли. Второе устройство фильтрации (не показано) препятствует попаданию CF в промывочный резервуар 20. Аналогичным образом второе устройство фильтрации удаляет частицы CF с размером большим, чем размер пор фильтра (10 мкм), и меньшим, чем размер ячейки сетки корзины (800 мкм или меньше), и не дает им попадать в промывочный резервуар 20, в частности, в первую емкость 70. Путем направления промывочных жидкостей из первой емкости 70 к последней емкости 74 через второе устройство фильтрации перед тем, как эти жидкости войдут в блок 14 суперобжига, частицы CF могут быть отделены от воды, текущей к промывочному резервуару 20. Фильтр может регулярно удаляться и продуваться теплым воздухом (например, дымовым газом, смешанным с нормальным воздухом) для того, чтобы удалить CF из фильтра. Высушенные частицы CF, удаленные из фильтра, могут быть опционально измельчены в порошок, и могут вдуваться в окислитель 50 CF/смолы для дополнительной обработки, что будет более подробно описано ниже.

[0037] Более мелкие частицы CF могут продолжать накапливаться в резервуаре 16 для жидкости и продолжать увеличивать вязкость расплава солей. Когда значительное количество мелких частиц CF будет накоплено в резервуаре 16 для жидкости и начнет препятствовать эффективному выкачиванию расплава солей из блока 14 суперобжига, может использоваться окислитель 50 CF/смолы для удаления мелких частиц CF из резервуара 16 для жидкости.

[0038] На Фиг. 5 и Фиг. 6 система 10 суперобжига может опционально включать в себя скруббер 28, соединяющийся с блоком 22 VOC (показанным на Фиг. 1). Блок 22 VOC включает в себя трубопроводы (не показаны), находящиеся в сообщении по текучей среде с блоком 14 суперобжига для сбора летучих органических соединений (VOC), высвобождающихся во время процесса суперобжига в блоке 14 суперобжига. Скруббер 28 сообщается по текучей среде с блоком 22 VOC для дополнительной обработки летучих органических соединений с целью удаления из летучих органических соединений вредных веществ, таких как кислоты.

[0039] Более конкретно, скруббер 28 обычно включает в себя полое цилиндрическое тело 42, входное отверстие 44, выходное отверстие 46, переливную трубу 48 и датчик уровня 49. Смесь пара и летучих компонентов, принимаемая в блоке 22 VOC, направляется через входное отверстие 44 в полое цилиндрическое тело 42 скруббера 28. Полое цилиндрическое тело 42 содержит жидкости, включая, но не ограничиваясь этим, расплавленную щелочную углекислую соль, водные щелочные гидроксиды и водные растворы щелочных карбонатов. Летучие органические соединения, являющиеся смесью пара и летучих компонентов, направляются к полому цилиндрическому телу 42, и могут химически реагировать с жидкостями, такими как щелочная углекислая соль, содержащаяся в скруббере 28. В результате щелочная углекислая соль, содержащаяся в скруббере 28, удаляет органические кислоты, такие как уксусная кислота, из потока летучих органических соединений, одновременно конденсируя часть воды, фурфурола и оксиацетона. Химическая реакция, происходящая в скруббере 28, производит отходящий газ, который удаляется из скруббера 28 через выходное отверстие 46 в конденсатор (не показан) блока 22 VOC для дальнейшей обработки. В этом конденсаторе отходящий газ конденсируется и разделяется на синтез-газ и биораствор, содержащий главным образом воду и метанол. Биораствор может также содержать небольшое количество фурфурола и оксиацетона.

[0040] Синтез-газ из блока 22 VOC может быть собран и использован в качестве химического исходного сырья, либо он может сжигаться на месте для производства дымовых газов, которые могут обеспечивать дополнительный нагрев для процесса суперобжига. Для сжигания синтез-газа система 10 суперобжига может быть опционально снабжена блоком сжигания (не показан), который может сжигать смолы, древесноугольную пыль или измельченный древесный уголь с использованием синтез-газа без выброса вредных дымов или частиц в атмосферу. Горячий дымовой газ, получаемый в результате сжигания синтез-газа, может быть использован для обеспечения дополнительного нагрева расплава солей в резервуаре 16 для жидкости, например, путем использования окислителя 50 CF/смолы.

[0041] На Фиг. 7 окислитель 50 CF/смолы может быть опционально предусмотрен в системе 10 суперобжига для обработки расплава солей, загрязненного частицами CF, с одновременным использованием тепла, выделяющегося в окислителе 50 CF/смолы, в качестве дополнительного нагрева расплава солей, подаваемого в блок 14 суперобжига и скруббер 28. Как было отмечено ранее, первое устройство 24 фильтрации фильтрует только большие частицы CF, в то время как более мелкие частицы CF остаются в расплаве солей и переносятся расплавом солей обратно в резервуар 16 для жидкости. Более мелкие частицы CF постепенно накапливаются в резервуаре 16 для жидкости и увеличивают вязкость расплава солей. Окислитель 50 CF/смолы может быть предусмотрен так, чтобы он находился в сообщении по текучей среде с возвратной трубой 31 для удаления мелких частиц CF из расплава солей на регулярной основе.

[0042] Окислитель 50 CF/смолы включает в себя бачок 57, образующий камеру, барботажную трубу 63, расположенную в камере бачка 57, пористое барботажное тело 59 расположенное на нижнем конце барботажной трубы 63, а также первый змеевик 51 и второй змеевик 52, расположенные в этой камере. Пористое барботажное тело 59 определяет множество барботажных выходов, сообщающихся по текучей среде с барботажной трубой 63. Смесь дымового газа и воздуха подается в камеру бачка 57 через верхний конец барботажной трубы 63.

[0043] Бачок 57 определяет множество входных отверстий 56, через которые расплавленная углекислая/азотнокислая соль, загрязненная частицами CF или смолой (то есть загрязненная соль 60), может подаваться в камеру бачка 57, а также первый набор монтажных отверстий 55 для крепления первого змеевика 51 к бачку 57 и второй набор монтажных отверстий 58 для крепления второго змеевика 52 к бачку 57. Первый змеевик 51 является более малым, чем второй змеевик 52, так что первый змеевик 51 и второй змеевик 52 могут быть коаксиально расположены в бачке 57. Первый змеевик 51 включает в себя холодный конец (то есть входной конец) и горячий конец (то есть выходной конец), которые вставляются в первый набор монтажных отверстий 55. Второй змеевик 52 включает в себя холодный конец (то есть входной конец) и горячий конец (то есть выходной конец), которые вставляются во второй набор монтажных отверстий 58. Первый и второй змеевики 51 и 52 переносят расплавленную углекислую соль, используемую в скруббере 28, и расплав солей, используемый в блоке 14 суперобжига, соответственно. Бачок 57 содержит загрязненную соль 60. Смесь горячего дымового газа и воздуха барботируется в загрязненную соль 60, содержащуюся в бачке 57, через барботажную трубу 63 и выходные отверстия пористого тела 59 на дне бачка 57. Горячий дымовой газ может быть получен путем сжигания синтез-газа, который производится в блоке 22 VOC.

[0044] Азотнокислые соли могут быть опционально добавлены в бачок 57 в качестве катализатора для окисления частиц CF, содержащихся в загрязненной соли 60. По мере того, как смесь горячего дымового газа и воздуха барботируется в загрязненную соль 60 через барботажную трубу 63 и пористое тело 59, частицы CF, содержащиеся в загрязненной соли 60, окисляются и выделяют тепло. Это тепло передается первому и второму змеевикам 51 и 52, которые находятся в сообщении по текучей среде с резервуаром 16 для жидкости и скруббером 28 для того, чтобы нагревать расплав солей и расплавленную углекислую соль, находящиеся в них. Тепло, выделяющееся во время окисления CF, обеспечивает дополнительный нагрев расплаву солей, подаваемому в блок 14 суперобжига, а также углекислой соли, используемой в скруббере 28, устраняя тем самым необходимость во внешней подаче ископаемого топлива с целью обеспечения тепла для суперобжига, а также для извлечения соли.

[0045] Более конкретно, по мере того, как смесь дымового газа и воздуха вводится в загрязненную соль 60, содержащуюся в бачке 57, пузырьки дымового газа проходят вверх через загрязненную соль 60, и тепло от дымового газа передается окружающей жидкости. Небольшое количество кислорода, содержащегося в смеси дымового газа и воздуха, помогает преобразовать азотистокислые ионы NO₂ ^- в бачке 57 в азотнокислые ионы NO₃ ^-, а также реагирует с углекислыми ионами CO₃ ^2- с образованием ионов перекиси O₂ ^2- и двуокиси углерода CO₂. В свою очередь азотнокислые ионы NO₃ ^- реагируют с перекисью O₂ ^2- с образованием азотистокислых ионов NO₂ ^- и ионов перекиси O₂ ^-. Именно ионы перекиси O₂ ^- атакуют углерод в CF с образованием CO₃ ^2- и оксида углерода CO с намного более высокой скоростью, чем барботируемый газ O₂ может непосредственно сжигать углерод, имеющийся в CF, и преобразовывать его в CO₂. Получаемый CO может экзотермически окисляться, преобразуясь в CO₂. Конечный результат заключается в преобразовании углерода C, содержащегося в CF, а также в преобразовании барботируемого кислорода O₂ в CO₂, причем расплавленные углекислые и азотнокислые соли действуют в качестве катализаторов для облегчения получения этого конечного результата. Именно поэтому этот процесс упоминается как «окисление», а не «сжигание».

[0046] Ответвляющиеся пути могут приводить к разложению некоторого количества нитратов/нитритов в газообразный NO/NO₂, однако барботирование с подходящей скоростью и поддержание относительно низкой рабочей температуры загрязненной соли 60 позволяют контролировать выделение таких вредных газов. Газ, выходящий из правильно работающего окислителя CF/смолы, должен состоять почти исключительно из CO₂ и H₂O (в результате реакций с участием водорода и кислорода, содержащихся в CF), но для того, чтобы гарантировать полное окисление горючих веществ, имеет смысл подвергать отходящие газы дополнительному сжиганию, с использованием получаемого в результате этого сжигания горячего дымового газа для других целей, таких как предварительная сушка холодной биомассы или последующая сушка крошки древесного угля (CP).

[0047] Идеально работающий окислитель 50 CF/смолы будет поддерживать исходные пропорции углекислых и азотнокислых ионов. Дымовой газ обеспечивает достаточное количество CO₂ для преобразования любых щелочных оксидов, образующихся в результате реакции с избыточным воздухом, в щелочные карбонаты. CO, который не был сожжен до CO₂ в окислителе 50, может преобразовывать ионы NO₃ ^-/NO₂ ^- в газообразный NO/NO₂ плюс ионы CO₃ ^2-. Если это происходит, щелочные нитраты могут быть восстановлены путем добавления в правильном молярном количестве относительно недорогой азотной кислоты HNO₃ и преобразования некоторых из щелочных карбонатов в щелочные нитраты плюс пар и двуокись углерода, которые удаляются через отверстие 64 для отходящего газа.

[0048] Для дополнительной цели окисления смол и древесноугольной пыли (и/или измельченного древесного угля, если желательно использовать окислитель 50 CF/смолы для создания большего количества тепла для блока 14 суперобжига так, чтобы можно было обойтись без внешних источников топлива для работы установки), можно выбирать из комбинаций расплавленных щелочных гидроксидов, состоящих из LiOH, NaOH, KOH, и расплавленных щелочных карбонатов, состоящих из Li₂CО₃, Na₂CО₃ и K₂CО₃. Более низкая коррозийность против обычных нержавеющих сталей и суперсплавов приводит к предпочтению карбонатов вместо гидроксидов в качестве соли окислителя, но использование общего способа не ограничивается конкретными примерами настоящего изобретения. Добавление азотной кислоты HNO₃ к Li₂CО₃, Na₂CО₃ и K₂CО₃ позволяет затем получить соответствующее количество LiNO₃, NaNO₃ и KNO₃ вместе с выделением CO₂ и пара H₂O. Лабораторные эксперименты позволяют предположить, что массовое соотношение азотнокислых/углекислых солей от 1/9 до 1/4 приводит к приемлемым скоростям окисления древесноугольной пыли (CF).

[0049] В окислителе 50 CF/смолы загрязненная соль 60 препятствует образованию летучей золы, и загрязненная соль 60 может также захватывать летучую золу, получаемую в результате неполного сгорания в сжигателе синтез-газа. Следовательно, дополнительная пылеуловительная камера для захвата летучей золы не требуется, что является значительным преимуществом по сравнению с альтернативой сжигания CF в воздухе. Кроме того, тепло, выделяемое при окислении CF/смолы, полностью поглощается расплавом солей, так что эффективность теплопередачи является значительно более высокой чем в традиционных способах, которые могут сжигать древесный уголь вне сосуда, удерживающего расплав солей. То, что было бы зольным остатком в традиционной горелке вследствие содержания небольших количеств кальция и магния, которые присутствуют во всех растениях, является осадком Mg₂О и CaCО₃ в расплаве солей окислителя CF/смолы. Эти осадки могут быть удалены механическими способами, что позволяет ожидать увеличения срока службы соли окислителя.

[0050] Если соль скруббера представляет собой расплавленную комбинацию щелочных карбонатов и щелочных ацетатов с температурой, например, 450°C, то некоторые из ацетатов будут разлагаться до карбонатов, выделяя в процессе разложения ацетон. Если пар ацетона в выходном горячем конце змеевика отделяется от жидкой соли, получающийся ацетон является относительно чистым, и может быть продан на товарном рынке. Жидкая соль возвращается обратно в скруббер 28. При правильной работе количество ацетатной соли, преобразующейся в углекислую соль в малом змеевике в одном цикле периодического процесса, будет восстанавливаться реакцией углекислой соли в скруббере с уксусной кислотой, выходящей в составе летучих органических соединений из блока 14 суперобжига в следующем цикле периодического процесса. Если игнорировать тепловые потери от изолированных металлических поверхностей, то температура скруббера будет находиться в равновесии (произвольно взятая за 450°C в вышеприведенном примере), продиктованном балансом охлаждения пузырьками летучих органических соединений от суперобжига с температурой от 300°C до 400°C и нагревания через малый змеевик расплавленной солью окислителя, имеющей температуру 500°C.

[0051] Если соль суперобжига (то есть, соль, используемая при суперобжиге в блоке 14 суперобжига) представляет собой щелочной ацетат, опять же без учета тепловых потерь от изолированных металлических поверхностей, то соль суперобжига будет достигать средней температуры, управляемой балансом тепла, передаваемого за счет непосредственного контакта с биомассой и жидкостью в автоклаве, и тепла, передаваемого через металлические стенки большого змеевика от соли окислителя, имеющей температуру 500°C, и соли суперобжига. Средней температурой соли суперобжига можно управлять так, чтобы она составляла 300°C или 400°C, путем изменения количества биомассы (и соответственно промывочной жидкости), помещаемой в автоклав в начале процесса суперобжига, а также количества измельченного CP, добавляемого к порошку CF в окислителе 50 CF/смолы. Скорость подачи соли суперобжига влияет на разность температур между горячим и холодным концами соли суперобжига, текущей между автоклавом и окислителем 50 CF/смолы. Рекомендуется управлять подачей насоса так, чтобы поддерживать эту разность не более 10°C для того, чтобы производить экоуголь или биоуголь с весьма однородным качеством.

[0052] Поскольку только тепло передается через первый и второй змеевики 51 и 52, два различных типа солей, содержащихся в первом и втором змеевиках 51 и 52, не смешиваются друг с другом. Таким образом, химические особенности этих двух солей сохраняются: например, щелочной карбонат/нитрат для соли окислителя и щелочной ацетат для соли суперобжига. Любое термическое разложение ацетатных ионов в углекислые ионы в соли суперобжига приводит к выделению ацетона, который смешивается с летучими органическими соединениями, выделяющимися в автоклаве, и в конечном счете сжигается вместе с компонентом синтез-газа летучих органических соединений. Углекислые ионы будут в свою очередь реагировать с выделяющейся уксусной кислотой HOAc, содержащейся в летучих органических соединениях, приводя к равновесному соотношению карбоната/ацетата для соли суперобжига, определяемому балансом термического разложения ацетата и формирования ацетата реакцией карбоната с уксусной кислотой. При температуре от 300°C до 400°C скорость термического разложения ацетатов является малой (особенно если не включать LiOAc в качестве дополнительного компонента соли суперобжига), так что количество уксусной кислоты, нейтрализуемой в скруббере, не сильно уменьшается за счет выделения ацетона в автоклаве вместо малого змеевика, ведущего к скрубберу.

[0053] Для того, чтобы вышеописанный набор процедур работал на практике, химический состав солей щелочного ацетата, щелочного карбоната и щелочного нитрата должен быть выбран подходящим образом. Если устройство фильтрации предотвращает накопление даже частиц CF, более мелких, чем 10 мкм, в качестве соли суперобжига рекомендуется эвтектический двойной ацетат NaOAc/KOAc в молярном соотношении 45/55 (с температурой плавления 235°C). Для соли скруббера и сжигателя смолы рекомендуется тройной карбонат Li₂CО₃/Na₂CО₃/K₂CО₃ в эвтектическом молярном соотношении 42,5/32,6/26,9 (с температурой плавления 393°C). В качестве катализатора для окисления CF рекомендуется тройной нитрат LiNO₃/NaNO₃/KNO₃, также в молярном соотношении 42,5/32,6/26,9 (с температурой плавления значительно ниже, чем у Li₂CО₃/Na₂CО₃/K₂CО₃), который будет автоматически получаться, если просто добавить азотную кислоту HNO₃ к эвтектическому тройному карбонату.

[0054] В этом случае относительно дорогие литиевые соли циркулируют в замкнутых контурах, что сохраняет количество катионов лития. Потери азотнокислых анионов (нитратов) могут происходить в соли окислителя. Эти нитраты могут быть пополнены путем добавления достаточного количества азотной кислоты HNO₃, которая является относительно дешевым товаром.

[0055] Если частицы CF с размером менее 10 мкм стабильно накапливаются в соли суперобжига, рекомендуется переключение на соль суперобжига, состоящую из неэвтектической двойной соли NaOAc/KOAc в молярном соотношении 30,6/26,9, которая имеет температуру плавления ниже 300°C. Мелкие частицы CF можно тогда оставить накапливаться в течение многих циклов суперобжига, прежде чем они будут удалены путем смешивания загрязненной соли суперобжига с солью окислителя, содержащей Li/Na/K в молярном соотношении 42,5/30,6/26,9, барботируя дымовой газ для полного преобразования в Li₂CО₃/Na₂CО₃/K₂CО₃, и подачи некоторой части тройной углекислой соли в сосуд с жидкой водой для того, чтобы сформировать кипящий водный раствор тройного щелочного карбоната, из которого относительно нерастворимый Li₂CО₃ выпадает в осадок. Твердый Li₂CО₃ затем добавляется обратно к остающейся части расплавленного тройного карбоната для того, чтобы восстановить молярное соотношение Li₂CО₃/Na₂CО₃/K₂CО₃ до 42,5/30,6/26,9, в то время как Na₂CО₃/K₂CО₃, остающийся в водном растворе, имеет молярное соотношение 30,6/26,9. Достаточное количество закупаемой HNO₃ затем добавляется для того, чтобы преобразовать часть Li₂CО₃/Na₂CО₃/K₂CО₃ в количество LiNO₃/NaNO₃/KNO₃, желаемое для расплавленной соли окислителя; в то время как достаточное количество закупаемой HOAc добавляется к Na₂CО₃/K₂CО₃ для того, чтобы получить водный раствор NaOAc/KOAc с молярным соотношением 30,6/26,9. Выпаривание воды затем восстанавливает соль суперобжига как расплавленный NaOAc/KOAc с первоначальным молярным соотношением 30,6/26,9.

[0056] На практике, поскольку Li₂CО₃ является малорастворимым в кипящей воде, соль суперобжига с течением времени будет приобретать небольшое загрязнение LiOAc (порядка 1% от NaOAc/KOAc), который является хорошо растворимым в воде и поэтому будет медленно теряться через поры промытого древесного угля, выходящего из блока 14 суперобжига. Эта потеря литиевой соли должна восполняться, так как и соответствующие части натрия и калия (которые составляют обычно <0,1 мас.% древесного угля), посредством периодического пополнения Li₂CО₃, Na₂CО₃ и K₂CО₃, которые являются самыми дешевыми и наиболее легкодоступными солями щелочных металлов.

[0057] NaOAc/KOAc, который составляет приблизительно 99% щелочной соли, которая улетучивается в окружающую среду, является относительно недорогой и неопасной солью (используемой в пищевой промышленности для придания вкуса «соли и уксуса» картофельным чипсам), которая хорошо растворима в воде и может быть использована в качестве подкормки для растений, если она входит в почву.

[0058] В расплаве солей может происходить неконтролируемое накопление смол. Смолы являются нерастворимыми в расплаве солей и остаются захваченными в частицах CF, и удаляются путем фильтрации с помощью металлических и волоконных фильтров. Смолы, которые растворяются в расплаве солей, могут сжигаться путем барботирования воздуха, при условии, что сам расплав солей может выдержать нагревание до температуры, например, 500°C. Другими словами, когда нагреватель, использующий внешнее топливо, плавит и нагревает чистую рабочую соль до желаемых рабочих характеристик, тепло, необходимое для суперобжига биомассы и испарения воды в самой соленой промывочной жидкости, может быть получено, прямо или косвенно, путем барботирования профильтрованного расплава солей горячим дымовым газом, получаемым в результате сжигания синтез-газа от суперобжига. Если желательно сжигать смолы или органические ионы в расплаве солей, дымовой газ должен содержать дополнительный кислород.

[0059] На Фиг. 8 способ 80 периодической переработки биомассы в древесный уголь начинается со стадии транспортировки биомассы с помощью удерживающего элемента к блоку суперобжига на стадии 82. Затем расплав солей или его водный аналог в диапазоне температур от 100°C до 200°C подается к блоку 14 суперобжига для предварительного подогрева и предварительной сушки исходной биомассы в дегидратированную биомассу в блоке 14 суперобжига на стадии 84. Затем расплав солей, имеющий первую температуру, выкачивается из приемного пространства блока 14 суперобжига на стадии 86, после чего расплав солей, имеющий температуру во втором диапазоне от 300°C до 500°C, подается в блок 14 суперобжига для суперобжига дегидратированной биомассы в древесный уголь в том же самом блоке 14 суперобжига на стадии 88.

[0060] После того, как биомасса будет преобразована в древесный уголь, расплав солей выкачивается из приемного пространства блока 14 суперобжига для того, чтобы опустошить блок 14 суперобжига на стадии 90. Затем водные жидкости с уменьшающимися температурой и процентным содержанием соли последовательно подаются в блок 14 суперобжига для промывки, очистки, прополаскивания и охлаждения древесного угля на стадии 92. Вода последовательно подается из множества емкостей для промывки древесного угля и растворения соли. Вода может быть позже испарена с тем, чтобы регенерировать соль для дальнейшего ее использования. Древесный уголь, который был очищен в блоке суперобжига, поднимается из блока 14 суперобжига и переносится к области сбора древесного угля. После того, как последняя емкость подаст воду, имеющую самую низкую температуру и наименьшее процентное содержание соли, в блок 14 суперобжига, древесный уголь не будет содержать остатка соли и будет охлажден почти до температуры окружающей среды. Этот древесный уголь вынимается из приемного пространства блока 14 суперобжига на стадии 94. Способ заканчивается на стадии 96.

[0061] Опционально во время процессов предварительной сушки и суперобжига летучие органические соединения (VOC) могут образовываться и удаляться через одно или более вентиляционных отверстий, расположенных, например, ниже крышки блока 14 суперобжига. Следовательно, когда система 10 суперобжига используется в регионе с недостатком воды, эти пары могут быть собраны и сконденсированы для получения воды, со специальной очисткой для удаления кислоты, содержащейся в этих парах, или без нее. Без специальной очистки эти пары могут быть сконденсированы для получения жидкости, называемой «биожидкостью», включающей в себя воду, уксусную кислоту, метанол, фурфурол и оксиацетон (также называемый ацетолом). Неконденсирующиеся или постоянные газы (при нормальных температуре и давлении), содержащиеся в парах, называются «синтез-газом», и обычно включают в себя двуокись углерода, окись углерода, метан и водород. Биожидкость может собираться для другого экономического использования, тогда как синтез-газ может либо сжигаться на месте для обеспечения дополнительного нагрева в системе 10 суперобжига, либо может собираться для будущего использования в качестве химического исходного сырья.

[0062] Способ может включать в себя дополнительные стадии фильтрования частиц CP из расплава солей между блоком 14 суперобжига и резервуаром 16 для жидкости, а также фильтрования частиц CP из воды между промывочным резервуаром 20 и блоком 14 суперобжига.

[0063] В системе 10 суперобжига периодического действия в соответствии с настоящей патентной заявкой жидкости с различными температурами и/или с различными уровнями содержания соли последовательно закачиваются в блок 14 суперобжига для их контакта с биомассой или биоуглем с различными целями. Сначала расплав солей с первой температурой закачивается в блок 14 суперобжига для того, чтобы предварительно подогреть биомассу с целью уменьшения содержания воды в биомассе. Затем расплав солей со второй температурой, более высокой, чем первая температура, закачивается в блок 14 суперобжига для того, чтобы преобразовать биомассу в биоуголь. После этого вода с постепенно уменьшающимися температурой и процентным содержанием соли закачивается в блок 14 суперобжига для промывки и охлаждения биоугля.

[0064] В настоящем способе нагреваемая и преобразуемая биомасса, а также промываемый и охлаждаемый биоуголь содержатся в неподвижном блоке 14 суперобжига, не перемещаясь во время всего процесса обжига, в отличие от обычной системы/процесса обжига, где биомасса или биоуголь непрерывно перемещаются из одной жидкости в другую для нагревания или для охлаждения. В настоящей патентной заявке жидкости различных температур и уровней содержания соли подаются из отдельных и различных источников в один и тот же блок 14 суперобжига. Подогрев биомассы для уменьшения содержания воды, суперобжиг биомассы в древесный уголь и промывка и охлаждение древесного угля происходят в одном единственном контейнере, то есть в блоке суперобжига.

[0065] Неподвижный блок 14 суперобжига делает более легким сбор летучих органических веществ за счет простого формирования отверстий в неподвижном блоке 14 суперобжига и направления летучих органических веществ через отверстия к желаемому контейнеру, где летучие органические вещества могут дополнительно конденсироваться для отделения биожидкости от синтез-газа. Кроме того, система 10 суперобжига включает в себя индивидуальные блоки, такие как блок суперобжига, нагревательный элемент, конденсатор, сжигатель синтез-газа, скруббер, окислитель CF/смолы, которые соединяются разборными трубопроводами. Следовательно, система 10 суперобжига может быть легко демонтирована, транспортирована в другое место и повторно собрана рядом с источником биомассы.

[0066] Система 10 суперобжига дополнительно включает в себя блок 22 VOC, включающий в себя конденсатор, который собирает и отделяет конденсируемые летучие органические соединения от неконденсирующихся газов. Скруббер 28 может быть предусмотрен для химического захвата уксусной кислоты как ацетатной соли для ее преобразования в углекислую соль. Окислитель 50 CF/смолы может барботироваться смесью горячего дымового газа и воздуха для разрушения древесноугольной пыли, содержащей смолы, отфильтрованные из соли, используемой в блоке 14 суперобжига. Тепло, выделяющееся в окислителе 50 CF/смолы, может выгодно обеспечивать дополнительный нагрев для процесса суперобжига, для испарения воды в первой емкости 60 с целью регенерации соли, или для преобразования ацетатной соли в углекислую соль и ацетон в блоке 22 VOC.

[0067] В широком смысле настоящее изобретение может быть осуществлено во множестве форм, включая предварительную обработку биомассы сильными неорганическими кислотами, такими как фосфорная кислота (H₃PO₄), для производства активированного угля вместо экоугля или биоугля. Ионы фосфата из H₃PO₄ в конечном счете получаются после реакции с биомассой и щелочными ацетатами как фосфатные соли. Когда ацетатные соли превращаются в углекислые соли в окислителе CF/смолы, загрязняющие фосфатные соли не растворяются в углекислых солях и выпадают в осадок как твердые частицы. Таким образом, фосфорная кислота, используемая для пропитки, может быть в конечном счете повторно использована как ценный источник фосфатных удобрений.

[0068] Путем пропитки оболочки пальмового яда (PKS) расплавленной фосфорной кислотой с температурой 150°C в течение 3 ч перед суперобжигом пропитанной PKS в NaOAc/KOAc при температуре 400°C в течение трех часов был произведен активированный уголь со значением удельной площади по Брунауэру-Эммету-Теллеру (BET), равным 2088 м²/г. Более короткие времена пропитки и более короткие времена пребывания в зоне суперобжига дают активированный уголь с более низкими значениями удельной площади по Брунауэру-Эммету-Теллеру, но все еще достаточно высокими для того, чтобы использовать его для фильтрации воды. (Стандартом Американской ассоциации гидротехнических сооружений для этой цели являются значения от 650 м²/г до 1000 м²/г). Последующее покрытие активированного угля различными сорбентами является опцией, известной в предшествующем уровне техники для специализированного захвата различных газообразных и жидких химических соединений.

[0069] Как было отмечено ранее, можно заменить водные растворы на расплавленные соли в качестве очищающей текучей среды в скруббере 28. Эта замена требует испарения воды перед преобразованием ацетата в карбонат с выделением ацетона, но водные заместители, работающие при более низких температурах, могут быть менее коррозийными для очистного оборудования.

[0070] Система 10 суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой включает в себя множество дискретных блоков, таких как транспортирующее устройство 12, блок 14 суперобжига, резервуар 16 для жидкости, нагревательный элемент 18 и промывочный резервуар 20, которые могут быть относительно легко собраны и разобраны с использованием трубопроводов, формируя тем самым компактную и мобильную систему суперобжига.

[0071] В системе суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой расплавленные соли могут создавать большую теплоемкость на единицу объема при атмосферном давлении, обеспечивая тем самым достаточное количество тепла для мобильного и компактного суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой. Система суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой также улавливает ценные жидкие и газообразные побочные продукты, образуемые во время процесса суперобжига, для другого использования.

[0072] Данное описание настоящего изобретения является чисто примерным по своей природе, и таким образом вариации, которые не отступают от существа настоящего изобретения, считаются находящимися внутри области охвата настоящего изобретения. Такие вариации не должны рассматриваться как отклонение от духа и области охвата настоящего изобретения.

Claims

1. Система суперобжига, содержащая:

по меньшей мере один блок суперобжига, образующий приемное пространство для приема биомассы;

резервуар для жидкости, находящийся в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним блоком суперобжига и содержащий первый жидкий теплоноситель; и

промывочный резервуар, находящийся в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним блоком суперобжига и содержащий второй жидкий теплоноситель,

причем по меньшей мере один блок суперобжига принимает первый жидкий теплоноситель из резервуара для жидкости для осуществления суперобжига и преобразования биомассы в древесный уголь и принимает второй жидкий теплоноситель из промывочного резервуара для промывки и охлаждения древесного угля без перемещения биомассы и древесного угля во время процессов суперобжига и охлаждения.

2. Система суперобжига по п. 1, дополнительно содержащая удерживающий элемент для переноса и перемещения биомассы к приемному пространству, а также для переноса и перемещения древесного угля из приемного пространства.

3. Система суперобжига по п. 1, в которой первый жидкий теплоноситель является расплавом соли.

4. Система суперобжига по п. 1, в которой второй жидкий теплоноситель является водой.

5. Система суперобжига по п. 2, в которой удерживающий элемент содержит сетчатую корзину.

6. Система суперобжига по п. 2, в которой первый жидкий теплоноситель находится в непосредственном контакте с биомассой в удерживающем элементе, а второй жидкий теплоноситель находится в непосредственном контакте с древесным углем в удерживающем элементе, когда удерживающий элемент размещен в приемном пространстве и когда первый и второй жидкие теплоносители поданы в приемное пространство по меньшей мере одного блока суперобжига в различное время.

7. Система суперобжига по п. 1, в которой промывочный резервуар содержит множество емкостей, содержащих соленую воду, имеющую различные температуры и процентные содержания соли.

8. Система суперобжига по п. 1, дополнительно содержащая устройство фильтрации, расположенное по меньшей мере между одним блоком суперобжига и по меньшей мере одним из резервуара для жидкости и промывочного резервуара.

9. Система суперобжига по п. 1, дополнительно содержащая блок летучих органических соединений (VOC), находящийся в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним блоком суперобжига для сбора летучих органических соединений.

10. Система суперобжига по п. 9, в которой блок VOC содержит скруббер, содержащий углекислую соль для удаления уксусной кислоты из летучих органических соединений.

11. Система суперобжига по п. 10, в которой блок VOC дополнительно содержит конденсатор для отделения конденсируемых летучих органических соединений в качестве биожидкости от неконденсирующихся газов.

12. Система суперобжига по п. 1, дополнительно содержащая окислитель для обработки первого жидкого теплоносителя, загрязненного частицами древесноугольной пыли, образующимися во время процесса суперобжига по меньшей мере в одном блоке суперобжига.

13. Система суперобжига по п. 1, в которой первый жидкий теплоноситель содержит LiOAc, NaOAc, KOAc в различных одинарных, двойных или тройных комбинациях.

14. Способ периодической переработки биомассы в древесный уголь, содержащий этапы, на которых:

обеспечивают биомассу в приемном пространстве по меньшей мере одного блока суперобжига;

подают первый жидкий теплоноситель к блоку суперобжига для суперобжига и преобразования биомассы в древесный уголь; и

подают второй жидкий теплоноситель к по меньшей мере одному блоку суперобжига для охлаждения древесного угля,

причем биомасса удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига во время суперобжига биомассы, и древесный уголь удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига во время охлаждения древесного угля.

15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий предварительный подогрев и суперобжиг биомассы в упомянутом приемном пространстве блока суперобжига, а также охлаждение древесного угля в том же самом приемном пространстве блока суперобжига.

16. Способ по п. 14, дополнительно содержащий последовательную подачу множества вторых жидких теплоносителей: каждый из множества вторых жидких теплоносителей имеет различные температуры и различные процентные содержания соли друг от друга, в блок суперобжига для постепенного охлаждения и промывки древесного угля,

причем второй жидкий теплоноситель представляет собой воду.

17. Способ по п. 14, дополнительно содержащий подачу первых жидких теплоносителей для предварительного подогрева и суперобжига биомассы в блоке суперобжига.

18. Способ по п. 14, дополнительно содержащий транспортировку биомассы в блок суперобжига прежде, чем первый жидкий теплоноситель будет подан в блок суперобжига.

19. Способ по п. 18, дополнительно содержащий обеспечение непосредственного контакта первого жидкого теплоносителя с биомассой в блоке суперобжига, а также обеспечение непосредственного контакта второго жидкого теплоносителя с древесным углем.

20. Способ по п. 19, дополнительно содержащий изменение по меньшей мере одного из рабочей температуры, времени пребывания и предварительной пропитки биомассы для производства различных типов древесного угля.