RU2690477C1 - Device for torrification of granulated biomass with air heating - Google Patents
Device for torrification of granulated biomass with air heating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690477C1 RU2690477C1 RU2018136645A RU2018136645A RU2690477C1 RU 2690477 C1 RU2690477 C1 RU 2690477C1 RU 2018136645 A RU2018136645 A RU 2018136645A RU 2018136645 A RU2018136645 A RU 2018136645A RU 2690477 C1 RU2690477 C1 RU 2690477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biomass
- loading
- heat
- gases
- reactor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
Abstract
Description
Изобретение относится к установкам по получению биотоплива с повышенными теплотехническими характеристиками из гранулированной биомассы.The invention relates to installations for the production of biofuels with enhanced thermal performance of granulated biomass.
В настоящее время в качестве одного из методов улучшения качественных показателей топлив из биомассы рассматривается низкотемпературный пиролиз (торрефикация) - термическая обработка биомассы при температурах 230-300°С в бескислородной среде. Конечным продуктом торрефикации является твердое углеводородное топливо, обладающее повышенными теплотехническими характеристиками. При торрефикации теплота сгорания топлив повышается на 20-25%, удельный вес снижается на 20-30% и, что может быть самым главным при использовании биомассы в качестве топлива, получаемый продукт становится гидрофобным, обладая низким пределом гигроскопичности (значительно упрощаются процессы хранения, перевозки, которые не требуют соблюдения специальных условий, исключающих контакт топлива с окружающей средой).At present, low-temperature pyrolysis (torrefaction) - heat treatment of biomass at temperatures of 230-300 ° C in an oxygen-free environment is considered as one of the methods for improving the quality indicators of biomass fuels. The end product of torrefaction is a solid hydrocarbon fuel with enhanced thermal performance. During torrefaction, the heat of combustion of fuels increases by 20–25%, the specific weight decreases by 20–30% and, what may be most important when using biomass as a fuel, the resulting product becomes hydrophobic, having a low hygroscopicity limit that do not require adherence to special conditions, precluding contact of the fuel with the environment).
Несмотря на кажущуюся простоту осуществления процесса до настоящего времени технология торрефикации в промышленных масштабах не реализована.Despite the seeming simplicity of the process, to date the torrefaction technology on an industrial scale has not been implemented.
Существующие схемные и конструктивные решения процесса торрефикации достаточно сложны (Патенты RU 161775 U1, 10.05.2016. RU 97727 U1, 20.09.2010. RU 144013 U1, 10.08.2014. ЕА 17739 В1, 28.02.2013). Это касается нагрева перерабатываемого материала, который, как правило, осуществляется за счет сжигания природного газа. При этом необходимо снизить температурный уровень получаемых продуктов сгорания до требуемого для процесса торрефикации, и осуществить утилизацию выделяющегося при охлаждении продуктов сгорания тепла. Определенная сложность связана с утилизацией отходящих газообразных продуктов реакции, это касается, в том числе, очищения получаемой газовой смеси от вредоносных примесей: окиси углерода, жидких высокомолекулярных соединений и т.д. Осуществление данных мероприятий требует значительных затрат. Одной из главных причин отсутствия промышленно реализованной технологии торрефикации является тот факт, что несмотря на очевидную выгодность использования торрефиката в энергетических установках, затраты на его получение не окупаются преимуществами конечного продукта.The existing schematic and design solutions of the torrefaction process are rather complicated (Patents RU 161775 U1, 05/10/2016. RU 97727 U1, 09/20/2010. RU 144013 U1, 08/10/2014. EA 17739 V1, 02.28.2013). This concerns the heating of the processed material, which, as a rule, is carried out by burning natural gas. At the same time, it is necessary to reduce the temperature level of the resulting combustion products to the torrefaction required for the process, and to dispose of the heat released during cooling of the combustion products. A certain difficulty is associated with the disposal of waste gaseous reaction products, this applies, inter alia, to purification of the resulting gas mixture from harmful impurities: carbon monoxide, liquid high-molecular compounds, etc. The implementation of these activities requires a significant investment. One of the main reasons for the lack of industrially implemented torrefaction technology is the fact that, despite the obvious advantage of using torrefication in power plants, the cost of obtaining it does not pay off the benefits of the final product.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для термической конверсии биомассы, патент РФ RU 175131 U1, 09.12.2016.Closest to the claimed technical solution is a device for thermal conversion of biomass, RF patent RU 175131 U1, 09.12.2016.
В данном техническом решении реализуется когенерационная схема получения тепла для нагрева перерабатываемого материала. Нагрев осуществляется в среде продуктов сгорания газопоршневого агрегата. Так, за счет сжигания природного газа производится электрическая энергия, затем, используя тепло отходящих продуктов сгорания газопоршневого энергоблока, осуществляется непосредственно торрефикация. Таким образом, энергия природного газа используется в данном процессе для получения электрической и тепловой энергии, что с экономической точки зрения является более выгодным по отношению к тем схемам, в которых сжигание природного газа используется только для нагрева перерабатываемого материала.This technical solution implements a cogeneration scheme for obtaining heat for heating the processed material. Heating is carried out in the environment of the combustion products of the gas piston unit. So, due to the combustion of natural gas, electrical energy is produced, then, using heat from the combustion gas exhaust products of the gas piston power unit, torrefaction is carried out directly. Thus, the energy of natural gas is used in this process to produce electrical and thermal energy, which from an economic point of view is more advantageous with respect to those schemes in which the combustion of natural gas is used only to heat the material being processed.
Кроме того, в этой установке за счет периодической выгрузки саморазогревающейся биомассы в зону охлаждения организовано использование экзотермической реакции для повышения энергоэффективности и производительности установки.In addition, the use of an exothermic reaction to increase energy efficiency and plant capacity is organized in this unit due to the periodic discharge of self-heating biomass into the cooling zone.
Недостатком известного технического решения является то, что при загрузке в реактор торрефикации биомассы при ее контакте с отходящими продуктами сгорания газопоршневой электростанции и продуктами реакции торрефикации за счет конденсации водяных паров на поверхности «холодной» гранулированной биомассы возможно образование агломератов, препятствующих движению перерабатываемой биомассы в реакторе торрефикации (закупорка загрузочного узла установки). А для сушки и подогрева загружаемой «холодной» биомассы используется тепло греющего теплоносителя.A disadvantage of the known technical solution is that when loading biomass torrefaction into the reactor when it contacts the combustion gas exhaust power plant and torrefaction reaction products due to condensation of water vapor on the surface of the "cold" biomass it is possible to form agglomerates that prevent the movement of the processed biomass in the torrification reactor (blockage of the installation boot node). And for drying and preheating of the “cold” biomass being loaded, the heat of the heating coolant is used.
Целью заявляемого изобретения является повышение тепловой эффективности процесса и обеспечение надежной работы реактора торрефикации за счет предварительного нагрева и сушки загружаемого сырья горячим воздухом, причем для нагрева воздуха используется тепло отходящих из реактора газов. При этом избыточное давление подаваемого воздуха препятствует попаданию продуктов сгорания газопоршневого агрегата и пиролизных газов, содержащих значительную концентрацию водяных паров, в зону загрузки и предварительного прогрева, тем самым исключая возможность образования агломератов, способных вывести загрузочный узел из строя.The aim of the invention is to increase the thermal efficiency of the process and ensure reliable operation of the torrefaction reactor due to preheating and drying the feed material with hot air, and to heat the air, the heat of the gases leaving the reactor is used. At the same time, the overpressure of the supplied air prevents the combustion products of the gas piston unit and pyrolysis gases containing a significant concentration of water vapor from entering the loading and preheating zone, thereby eliminating the possibility of the formation of agglomerates capable of disabling the charging unit.
Опыты, проведенные в Объединенном институте высоких температур РАН, показали, что при нагреве перерабатываемой биомассы до температур 100-150°С на ее поверхности не происходит конденсации водяных паров при контакте с отходящими газами газопоршневой электростанции и газообразными продуктами реакции торрефикации.Experiments conducted at the Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences have shown that when the processed biomass is heated to temperatures of 100-150 ° C, water vapor does not condense on its surface when the gas piston power station and the gaseous torrefaction reaction products come into contact with the exhaust gases.
Поставленная цель достигается тем, в загрузочный бункер и щели узла загрузки энерготехнологической установки термической конверсии биомассы подается горячий воздух, нагретый за счет тепла отходящих из реактора горячих газов до температуры 100-150°С, с давлением немного превышающем давление пиролизных газов в зоне торрефикации, отсекая доступ продуктам сгорания и пиролизным газам в загрузочный бункер и обеспечивая предварительную сушку и подогрев загружаемого сырья.This goal is achieved by hot air heated by the heat of hot gases from the reactor to a temperature of 100-150 ° C, with a pressure slightly higher than the pyrolysis gas pressure in the torrefaction zone, cutting off the feed bin and the slots of the loading block of the energy technology thermal biomass conversion unit. access to combustion products and pyrolysis gases in the feed hopper and providing pre-drying and preheating of the feed material.
Энерготехнологическая установка содержит: газопоршневую установку (ГПУ) 1 (Фиг. 1) и программатор, предназначенный для управления режимами работы энергоблока с возможностью получения электроэнергии и тепла одновременно в различных пропорциях путем изменения режимов работы энергоблока, исполнительный механизм регулирования расхода топлива энергоблоком для поддержания задаваемого программатором коэффициента избытка воздуха в интервале 0,95-1,00; газо-водяной теплообменник 2, в котором нагреваемой средой является вода, а охлаждаемой - задаваемая программатором часть отработанных газов энергоблока; смеситель 3 оставшейся части отработанных газов энергоблока и охлажденных в теплообменнике, прошедших сквозь слой пеллет в секции охлаждения 4; реактор 5 термической конверсии биомассы, снабженный устройствами загрузки 6, 7 и выгрузки 8, в котором теплоносителем являются газы, полученные в смесителе 3; причем, устройство выгрузки 8 открывается при достижении в зоне торрефикации заданной температуры, обеспечивая непрерывный процесс торрефикации с использованием тепла экзотермической реакции; отличающаяся тем, что дополнительно содержит трубопровод 11, через который в загрузочный бункер 7 и через перфорацию в загрузочном конусе 6, в слой загружаемой «холодной» биомассы подается нагретый, до температур 100-150°С воздух с давлением, превышающем давление пиролизных газов в зоне торрефикации, отсекая доступ продуктам сгорания и пиролизным газам в загрузочный бункер и обеспечивая предварительную сушку и подогрев загружаемого сырья; для нагрева воздуха схема дополнительно содержит: рекуперативный теплообменник 9, использующий тепло отходящих из реактора газов и воздуходувку 10.Energy technology installation contains: gas piston installation (GPU) 1 (Fig. 1) and a programmer designed to control the operating modes of the power unit with the ability to generate electricity and heat simultaneously in various proportions by changing the operating modes of the power unit, the executive mechanism for controlling fuel consumption by the power unit to maintain set by the programmer air excess factor in the range of 0.95-1.00; gas-
Таким образом, биомасса перед попаданием в зону термической конверсии предварительно подогревается до температур 100-150°С, что исключает конденсацию влаги при контакте с ней продуктов реакции и отработанных газов энергоблока.Thus, the biomass, before entering the thermal conversion zone, is preheated to temperatures of 100-150 ° C, which prevents condensation of moisture when contacting reaction products with it and the exhaust gases of a power unit.
Проведенные эксперименты на построенной в Объединенном институте высоких температур РАН полупромышленной установке термической конверсии биомассы показали, что при расходе природного газа 14 м3/ч электрическая мощность ГПУ составила 25 кВт, а производительность установки - 150 кг/ч высококачественного торрефиката. Установка проработала в непрерывном режиме 6 часов. При этом периодическая выгрузка пеллет из зоны торрефикации осуществлялась по достижению температуры 280°С.Удельная производительность составила 6 кг/час на кВт электрической энергии ГПУ, что существенно выше, чем в прототипе. Кроме того, отсутствие в прототипе предварительного подогрева и сушки загружаемого сырья не позволяло организовать непрерывный продолжительный процесс термической конверсии биомассы.The experiments performed on the semi-industrial thermal biomass conversion facility built at the Joint Institute for High Temperatures of the RAS showed that with a natural gas consumption of 14 m3 / h, the electrical power of the GPU was 25 kW, and the plant capacity was 150 kg / h of high-quality torrefaction. The installation worked in continuous mode for 6 hours. At the same time, the periodic unloading of pellets from the torrefaction zone was carried out upon reaching a temperature of 280 ° C. The specific productivity was 6 kg / h per kW of electrical power of the hcp, which is significantly higher than in the prototype. In addition, the absence in the prototype of preheating and drying of the feedstock did not allow for organizing a continuous long process of thermal conversion of biomass.
Заявляемое изобретение обеспечивает четкую работу загрузочного узла установки, предотвращая поглощение влаги исходным сырьем, сокращение тепловой энергии, затрачиваемой на проведение термической конверсии биомассы с одновременным увеличением производительности установки.The invention provides a clear operation of the boot node installation, preventing the absorption of moisture in raw materials, reducing thermal energy spent on carrying out thermal conversion of biomass with a simultaneous increase in the performance of the installation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136645A RU2690477C1 (en) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Device for torrification of granulated biomass with air heating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136645A RU2690477C1 (en) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Device for torrification of granulated biomass with air heating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2690477C1 true RU2690477C1 (en) | 2019-06-03 |
Family
ID=67037359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018136645A RU2690477C1 (en) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Device for torrification of granulated biomass with air heating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2690477C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012071163A2 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-31 | Applied Materials, Inc. | Composite removable hardmask |
RU136801U1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | ENERGY TECHNOLOGICAL COMPLEX WITH A BIOPELLET TORREFICATOR |
RU169133U1 (en) * | 2016-10-07 | 2017-03-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | THREE-SECTION TORREFICATION INSTALLATION FOR GRANULATED BIOMASS |
RU175131U1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | DEVICE FOR THERMAL CONVERSION OF BIOMASS |
-
2018
- 2018-04-06 RU RU2018136645A patent/RU2690477C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012071163A2 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-31 | Applied Materials, Inc. | Composite removable hardmask |
RU136801U1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | ENERGY TECHNOLOGICAL COMPLEX WITH A BIOPELLET TORREFICATOR |
RU169133U1 (en) * | 2016-10-07 | 2017-03-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | THREE-SECTION TORREFICATION INSTALLATION FOR GRANULATED BIOMASS |
RU175131U1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | DEVICE FOR THERMAL CONVERSION OF BIOMASS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110257575A (en) | It is a kind of that technique of the carbide for pulverized coal injection is prepared based on hydro-thermal reaction processing agriculture and forestry organic waste material | |
CN101412915B (en) | Interior heating type method for continuously preparing coal gas by pyrolysis and gasification of biomass and pyrolysis gasification furnace | |
RU2011149393A (en) | METHOD FOR THERMAL PROCESSING OF BIOMASS USING A BOILER PLANT | |
AU2010295138B2 (en) | External combustion and internal heating type coal retort furnace | |
CN104560071A (en) | Pyrolysis system and pyrolyzing method | |
CN103224234A (en) | Process for producing active carbon by cyclic utilization of high temperature flue gas | |
CN104560072A (en) | Pyrolysis system and pyrolysis method for organic wastes | |
CN102746902B (en) | Gasification method of organic wastes and special gasification furnace | |
Kuzmina et al. | Energy efficiency analysis of reactor for torrefaction of biomass with direct heating | |
RU2725434C1 (en) | Method for thermal decomposition of loose organic matter in a vertical gasification reactor | |
RU161775U1 (en) | INSTALLATION FOR TORREFICATION OF GRANULATED BIOMASS | |
RU2690477C1 (en) | Device for torrification of granulated biomass with air heating | |
RU2177977C2 (en) | Method for thermally processing biomass | |
JP4680588B2 (en) | Carbon black pellet drying | |
CN101691492A (en) | Coal carbonization technology | |
JP2007031492A (en) | Method for producing hydrogen from sludge | |
CN201520746U (en) | External-combustion internal-heating-type coal dry distillation furnace | |
RU2475677C1 (en) | Method of processing solid household and industrial wastes using synthesis gas | |
CN204438142U (en) | A kind of gasification, and combustion of recirculating fluidized bed process leather waste and bootstrap system | |
CN111960418A (en) | Integrated system for biomass gasification and activation | |
EA039334B1 (en) | Industrial complex for the production of charcoal | |
KR101845858B1 (en) | System for gasification of biomass, gasification process using thereof and power system using thereof | |
RU2408820C1 (en) | Installation for multi-phase pyrolysis of organic raw material | |
CN104004533A (en) | Granule shale gas heat carrier destructive distillation technology | |
CN204434544U (en) | Rotating bed pyrolysis oven and pyrolysis system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210218 Effective date: 20210218 |