RU2723865C1 - Method for synthesis gas production from plant biomass - Google Patents
Method for synthesis gas production from plant biomass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723865C1 RU2723865C1 RU2019125557A RU2019125557A RU2723865C1 RU 2723865 C1 RU2723865 C1 RU 2723865C1 RU 2019125557 A RU2019125557 A RU 2019125557A RU 2019125557 A RU2019125557 A RU 2019125557A RU 2723865 C1 RU2723865 C1 RU 2723865C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biomass
- gasification
- gas
- synthesis gas
- shale
- Prior art date
Links
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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
- C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения синтез-газа путем переработки биомассы растительного происхождения и может быть использовано в нефтепереработке, нефтехимии, энергетике.The invention relates to the field of production of synthesis gas by processing biomass of plant origin and can be used in oil refining, petrochemicals, energy.
Газификация является наиболее распространенным из термохимических процессов способом переработки биомассы. Целевым продуктом процессов переработки биомассы с использованием газификации является синтез - газ, представляющий собой газовую смесь, содержащую, в основном, монооксид углерода и газообразный водород. Синтез-газ используется, в частности, для производства метанола и водорода, в процессе Фишера-Тропша с целью получения синтетической нефти или сырья для органической химии и нефтехимии.Gasification is the most common of the thermochemical processes of biomass processing. The target product of biomass processing processes using gasification is synthesis gas, which is a gas mixture containing mainly carbon monoxide and hydrogen gas. Synthesis gas is used, in particular, for the production of methanol and hydrogen, in the Fischer-Tropsch process in order to obtain synthetic oil or raw materials for organic chemistry and petrochemicals.
Известны способы получения синтез-газа газификацией биомассы, описанные, например, в патентах US 9187704, 2015, ЕР 20090702727, 2009, RU 2631811, 2017, RU 2443626, 2012, RU 2519441, 2014, RU 2526387, 2017. Одна из проблем существующей технологии газификации биомассы состоит в следующем. Используемая биомасса содержит значительные количества щелочей - соединений калия и натрия. Указанные щелочи испаряются при температуре выше 800°С в процессе газификации и частично проникают в поры футеровки газогенератора. Внедрение щелочей разрушает структуру футеровки. Это явление известно как щелочное разрушение (щелочная коррозия). Часть щелочей в газообразном состоянии, образующаяся в ходе газификации биомассы, поступает и в более холодную часть установки после газогенератора, где происходят процесс конденсации газа, а также процесс отложения на внутренних поверхностях аппаратуры, в частности, например, теплообменников и фильтров нагретого газа твердых солей щелочных металлов.Known methods for producing synthesis gas by gasification of biomass, described, for example, in patents US 9187704, 2015, EP 20090702727, 2009, RU 2631811, 2017, RU 2443626, 2012, RU 2519441, 2014, RU 2526387, 2017. One of the problems of the existing technology gasification of biomass is as follows. The biomass used contains significant amounts of alkalis - potassium and sodium compounds. These alkalis evaporate at temperatures above 800 ° C during gasification and partially penetrate into the pores of the lining of the gas generator. The introduction of alkalis destroys the structure of the lining. This phenomenon is known as alkaline degradation (alkaline corrosion). Part of the alkali in the gaseous state, formed during the biomass gasification, enters the colder part of the installation after the gas generator, where the gas condensation takes place, as well as the deposition process on the internal surfaces of the equipment, in particular, for example, heat exchangers and filters of heated gas of solid alkaline salts metals.
Известен способ получения синтез-газа путем газификации, в частности, биомассы растительного происхождения, в котором содержащиеся в синтез-газе парообразные щелочи удаляют из синтез-газа путем приведения в контакт с газопоглотительным керамическим материалом. При этом синтез-газ без предварительного охлаждения направляют в шлакоотделительное устройство, в котором капельки шлака отводят в виде жидкого шлака, причем горячий синтез-газ после очистки от шлака, щелочей и, при необходимости, от содержащих серу субстанций направляют в газовую турбину, приводимую в действие горячим газом. Газификацию проводят при температуре 800-1800°С и давлении 0,1-10 МПа. (RU 2490314, 2016). Недостаток способа заключается в сложной технологической схеме.A known method of producing synthesis gas by gasification, in particular biomass of plant origin, in which the vaporous alkali contained in the synthesis gas is removed from the synthesis gas by contacting the getter ceramic material. In this case, the synthesis gas is sent without preliminary cooling to a slag separating device, in which droplets of slag are discharged in the form of liquid slag, and the hot synthesis gas after cleaning from slag, alkalis and, if necessary, from sulfur-containing substances is sent to a gas turbine driven into action of hot gas. Gasification is carried out at a temperature of 800-1800 ° C and a pressure of 0.1-10 MPa. (RU 2490314, 2016). The disadvantage of this method is the complex technological scheme.
Известен способ газификации биомассы с получением синтез-газа, в котором предварительно проводят операцию смешения биомассы и катализатора («ускорителя») газификации, в качестве которого используют глину, имеющую каталитические функции и/или функцию теплоносителя в зоне реакции газификации в условиях повышенной температуры в присутствии газифицирующего агента для превращения органического сырья в газ, пригодный для производства жидкого топлива (US 9187704, 2015). Катализатор («ускоритель») газификации предпочтительно содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из смектитовой глины, вермикулитовой глины, каолин-серпентиновой глины, хлоритовой глины и их смеси; более предпочтительно, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из смектитовой глины, вермикулитовой глины, каолинитовой глины, галлуазитовой глины и их смеси.A known method of gasification of biomass with the production of synthesis gas, in which the operation of mixing biomass and a catalyst ("accelerator") of gasification is preliminarily carried out, using clay having catalytic functions and / or a coolant function in the gasification reaction zone at elevated temperatures in the presence of gasification agent for converting organic raw materials into gas suitable for the production of liquid fuel (US 9187704, 2015). The gasification catalyst (“accelerator”) preferably contains at least one element selected from the group consisting of smectite clay, vermiculite clay, kaolin-serpentine clay, chlorite clay, and mixtures thereof; more preferably, at least one element selected from the group consisting of smectite clay, vermiculite clay, kaolinite clay, halloysite clay, and mixtures thereof.
В катализаторе газификации, включающем глину в качестве незаменимого компонента, при необходимости, по меньшей мере, один элемент выбирают из группы, состоящей из других минералов, диатомовой земли, катализаторов на основе оксида кремния-оксида алюминия, катализаторов на основе неорганического материала на основе переходного металла, катализаторов на основе оксидов металлов и их смесей.In a gasification catalyst including clay as an indispensable component, if necessary, at least one element is selected from the group consisting of other minerals, diatomaceous earth, silicon oxide-alumina catalysts, transition metal inorganic catalysts , catalysts based on metal oxides and their mixtures.
Недостатком предложенного способа является использование сложной композиции катализатора и присутствие в составе газа как летучих, так и нелетучих соединений калия и натрия, которые отлагаются на стенках в реакторной зоне газогенератора. Соединения калия и натрия откладываются в футеровке газогенератора, на стенках оборудования, что ухудшает их работу, затрудняет ведение процесса газификации и приводит к выходу оборудования из строя (щелочное разрушение). Кроме того, пониженная температура газификации не позволяет полностью конвертировать углерод биомассы в целевой продукт.The disadvantage of the proposed method is the use of a complex catalyst composition and the presence in the gas composition of both volatile and non-volatile compounds of potassium and sodium, which are deposited on the walls in the reactor zone of the gas generator. Potassium and sodium compounds are deposited in the lining of the gas generator, on the walls of the equipment, which impairs their operation, complicates the gasification process, and leads to equipment failure (alkaline destruction). In addition, the low gasification temperature does not allow the complete conversion of biomass carbon into the target product.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения синтез-газа путем переработки биомассы растительного происхождения путем газификации в псевдоожиженном слое с получением синтез-газа (RU 2639911, 2017). Согласно данному способу, с целью устранения образования щелочей в газообразном состоянии в процессе производства синтез-газа при газификации биомассы в псевдоожиженном слое, синтез-газ приводят в контакт со связывающей щелочи газопоглощающей керамикой. В качестве газопоглощающей керамики рекомендуют использовать следующие вещества: каолин, боксит, бентонит, оксид алюминия, кизельгур, пемзу, диатомовую землю, аттапульгит, пирофиллит, андалузит, силлиманит, муллит, сульфат бария, фуллерову земля, оксид кремния, активированный оксид алюминия, карбид кремния или их смеси. При этом контакт биомассы с газопоглощающей керамикой осуществляют как в устройстве, установленном до газогенератора с псевдоожиженным слоем, так и внутри последнего. Керамику, оседающую на фильтре, установленном на потоке газа, выходящего из газогенератора, возвращают в указанный газогенератор.Of the known technical solutions, the closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method for producing synthesis gas by processing plant biomass by gasification in a fluidized bed to produce synthesis gas (RU 2639911, 2017). According to this method, in order to eliminate the formation of alkalis in the gaseous state during the synthesis gas production during gasification of biomass in the fluidized bed, the synthesis gas is brought into contact with the alkali binding gas-absorbing ceramic. The following substances are recommended to be used as gas absorption ceramics: kaolin, bauxite, bentonite, alumina, kieselguhr, pumice, diatomaceous earth, attapulgite, pyrophyllite, andalusite, sillimanite, mullite, barium sulfate, fuller’s earth, silicon oxide, activated alumina, silicon carbide or mixtures thereof. In this case, the contact of the biomass with the getter ceramic is carried out both in the device installed before the gas generator with the fluidized bed, and inside the latter. Ceramics deposited on the filter mounted on the gas stream exiting the gas generator are returned to the specified gas generator.
Недостатки способа заключаются в сложности технологической схемы, связанной с необходимостью организации рециркуляции используемой газопоглощающей керамики, периодической замены газопоглощающей керамики вследствие накопления в последней соединений щелочных металлов. Кроме того, после полного заполнения пор щелочами газопоглощающая керамика теряет поглощающую способность и становится экологически опасным щелочным материалом, утилизация которого представляет собой сложный и дорогостоящий процесс.The disadvantages of the method are the complexity of the technological scheme associated with the need to organize recycling of the used getter ceramics, periodically replace the getter ceramics due to the accumulation of alkali metals in the latter. In addition, after the pores are completely filled with alkalis, the getter ceramic loses its absorption capacity and becomes an environmentally hazardous alkaline material, the disposal of which is a complex and expensive process.
Таким образом, данный способ недостаточно эффективен.Thus, this method is not effective enough.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении эффективности способа переработки биомассы с целью получения синтез - газа, а именно, в упрощении его технологии, предотвращении явления отложения соединений щелочных металлов на поверхностях оборудования и, как следствие, эффективного предотвращения щелочной коррозии оборудования.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of the biomass processing method in order to obtain synthesis gas, namely, to simplify its technology, to prevent the deposition of alkali metal compounds on equipment surfaces and, as a result, to effectively prevent alkaline corrosion equipment.
Указанная проблема решается описываемым способом получения синтез-газа из биомассы растительного происхождения путем измельчения исходной биомассы, смешивания ее с мелкодисперсным горючим сланцем с содержанием серы 4,1-16,0% масс., имеющим размер частиц 10-100 мкм, и водой, взятых в количестве, % масс.: сланец 1,0-5,0, вода 10,0-30,0, биомасса - остальное, до 100, диспергирования образованной смеси с получением суспензии, последующей газификацией полученной суспензии при температуре 800-1000° и направления образовавшегося газового потока на очистку с получением синтез-газа.This problem is solved by the described method of producing synthesis gas from biomass of plant origin by grinding the original biomass, mixing it with finely divided oil shale with a sulfur content of 4.1-16.0% by weight, having a particle size of 10-100 microns, and water taken in amount,% mass .: shale 1.0-5.0, water 10.0-30.0, biomass - the rest, up to 100, dispersing the resulting mixture to obtain a suspension, followed by gasification of the resulting suspension at a temperature of 800-1000 ° and directing the resulting gas stream to purification to produce synthesis gas.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении условий образования при нагреве суспензий до начала газификации нелетучих, при температуре газификации, солей щелочных металлов.Achievable technical result is to provide conditions for the formation of suspensions during heating prior to gasification of non-volatile, at a gasification temperature, alkali metal salts.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
В качестве биомассы растительного происхождения в рамках данной заявки возможно использовать любые остатки сельскохозяйственного производства, например, стержни початков кукурузы, кукурузную солому и стебли, лузгу, жмых и шрот от переработки подсолнечника, отходы производства льна и другие отходы, образующиеся при переработке сельскохозяйственного сырья растительного происхождения или их смеси, а также отходы лесной промышленности и другие подобные отходы. Суммарное содержание соединений щелочных металлов - оксидов K2O и Na2O может достигать в биомассе 30-35% мас.As a biomass of plant origin, it is possible to use any residues of agricultural production within the framework of this application, for example, corn cobs, corn straw and stalks, husk, cake and meal from sunflower processing, flax production wastes and other wastes generated during the processing of agricultural raw materials of plant origin or mixtures thereof, as well as waste from the forest industry and other similar waste. The total content of alkali metal compounds - oxides K 2 O and Na 2 O can reach 30-35% wt. In biomass.
Используемые сланцы в рамках настоящей заявки представляют собой различные горючие сланцы с высоким содержанием серы - от 4,1 до 16,0% масс., предпочтительно, сланцы Поволжского сланцевого бассейна.Used shales in the framework of this application are various combustible shales with a high sulfur content - from 4.1 to 16.0 wt. -%, preferably shales of the Volga shale basin.
Исходную биомассу измельчают последовательно, например, в шнековой мельнице или в дробильной машине, или в барабанном измельчителе до размера частиц 1-3 мм и затем в диспергаторе-гомогенизаторе до размера частиц 100-200 мм. Полученную измельченную биомассу загружают в бункер и хранят в атмосфере азота.The initial biomass is ground sequentially, for example, in a screw mill or in a crushing machine, or in a drum grinder to a particle size of 1-3 mm and then in a homogenizer disperser to a particle size of 100-200 mm. The resulting crushed biomass is loaded into the hopper and stored in a nitrogen atmosphere.
Используемый горючий сланец измельчают с получением мелкодисперсного сланца с размером частиц 10-100 мкм.Used oil shale is crushed to obtain fine shale with a particle size of 10-100 microns.
Затем смешивают измельченную исходную биомассу с мелкодисперсным горючим сланцем (размер частиц 10-100 мкм) с содержанием серы 4,1-16,0% мас. и водой в заданных отношениях (содержание сланца 3,0-5,0% масс., воды 10,0-30,0% масс., биомассы - остальное, до 100% масс.) с получением смеси.Then, the crushed initial biomass is mixed with finely divided oil shale (particle size 10-100 μm) with a sulfur content of 4.1-16.0% wt. and water in predetermined ratios (shale content of 3.0-5.0% wt., water 10.0-30.0% wt., biomass - the rest, up to 100% wt.) to obtain a mixture.
Полученную смесь подвергают диспергированию, например, в диспергаторе - гомогенизаторе и направляют на газификацию.The resulting mixture is subjected to dispersion, for example, in a dispersant - homogenizer and sent to gasification.
В описываемом способе процесс газификации может быть проведен традиционным способом при воздушном, воздушно-кислородном и кислородном дутье. Вследствие наличия в используемой в процессе газификации суспензии воды, использование дополнительно при газификации водяного пара нецелесообразно.In the described method, the gasification process can be carried out in the traditional way with air, air-oxygen and oxygen blasting. Due to the presence of a suspension of water used in the gasification process, the use of water vapor in addition to gasification is not practical.
Газификацию суспензии проводят в газогенераторе непрерывного действия при 800-1000°С, содержании кислорода в дутье от 20 до 95% об. и коэффициенте недостатка кислорода, равном 0,3-0,5.Gasification of the suspension is carried out in a continuous gas generator at 800-1000 ° C, the oxygen content in the blast from 20 to 95% vol. and an oxygen deficiency ratio of 0.3-0.5.
Образовавшиеся продукты газификации с температурой 800-1000°С, загрязненные твердыми органическими (сажа) и минеральными примесями (зола), поступают в систему охлаждения.The resulting gasification products with a temperature of 800-1000 ° C, contaminated with solid organic (soot) and mineral impurities (ash), enter the cooling system.
Охлажденные продукты газификации направляют в систему очистки от сажи, золы и сероводорода.Cooled gasification products are sent to the soot, ash and hydrogen sulfide purification system.
Очистку продуктов газификации от сажи первоначально осуществляют промывкой углеводородной фракцией, выкипающей выше 250°С, с выделением саже-углеводородной суспензии и ее последующим возвратом на газификацию в газогенератор.The cleaning of gasification products from soot is initially carried out by washing with a hydrocarbon fraction boiling above 250 ° C, with the release of a soot-hydrocarbon suspension and its subsequent return to gasification in a gas generator.
Последующую очистку продуктов газификации от сажи и золы осуществляют водной промывкой с отделением водной суспензии сажи и зольных компонентов.Subsequent purification of gasification products from soot and ash is carried out by water washing to separate an aqueous suspension of soot and ash components.
Окончательную очистку продуктов газификации от аммиака, роданидов и сероводорода осуществляют водным раствором щелочного сорбента, например, водным раствором этаноламинов с получением очищенного синтез-газа.The final purification of gasification products from ammonia, thiocyanates and hydrogen sulfide is carried out with an aqueous solution of an alkaline sorbent, for example, an aqueous solution of ethanolamines to obtain purified synthesis gas.
Золу, образующуюся при газификации, охлаждают и собирают в бункере.The ash generated during gasification is cooled and collected in a hopper.
Наличие органической серы в сланцах в процессе газификации позволяет преобразовать соединения калия и натрия, содержащиеся в исходной биомассе, в нелетучие, при температуре газификации, соли, в частности, сульфитные и сульфатные. Этот процесс начинается при температурах ниже температуры газификации суспензий смесей биомассы, сланца и воды. Так, конверсия горючих сланцев (например, Кашпировского месторождения Поволжья) при термической газификации начинается при температуре исходного сырья, равной 450°С и завершается практически полным превращением сланца в газ при 750°С. При этой температуре объем газа, образующегося в результате конверсии сланца, достигает максимума. В процессе термолиза происходит практически полное разложение керогена, в результате чего данный газ содержит в основном водород, окись углерода, двуокись углерода, метан, а также сероводород, образующийся из органической серы сланца.The presence of organic sulfur in shale during gasification allows the conversion of potassium and sodium compounds contained in the original biomass into non-volatile, at gasification temperature, salts, in particular, sulfite and sulfate. This process begins at temperatures below the gasification temperature of suspensions of mixtures of biomass, shale and water. Thus, the conversion of oil shale (for example, the Kashpirovsky field of the Volga region) during thermal gasification begins at a temperature of the feedstock equal to 450 ° C and ends with the almost complete conversion of shale into gas at 750 ° C. At this temperature, the volume of gas generated as a result of the conversion of oil shale reaches a maximum. In the process of thermolysis, almost complete decomposition of kerogen occurs, as a result of which this gas contains mainly hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, as well as hydrogen sulfide formed from organic sulfur shale.
При этом при достижении температуры 750-800°С, происходит возгонка щелочей - соединений натрия и калия, содержащихся в биомассе, с образованием легколетучих гидрооксидов натрия и калия. Летучие гидроксиды щелочей вступают в реакцию с сероводородом, в результате образуются нелетучие, при температуре газификации, твердые сульфаты и сульфиты натрия и калия.Moreover, when the temperature reaches 750-800 ° C, alkali is sublimated - the sodium and potassium compounds contained in the biomass, with the formation of volatile sodium and potassium hydroxides. Volatile alkali hydroxides react with hydrogen sulfide, resulting in the formation of non-volatile, at gasification temperature, solid sulfates and sulfites of sodium and potassium.
Образующиеся сульфаты и сульфиты натрия и калия выводятся из зоны реакции с образующимся газом до начала основного процесса газификации (происходящего при температурах 800-1000°С) и, как следствие, соединения калия и натрия не откладываются на стенках оборудования. Сульфаты и сульфиты натрия и калия смешиваются с золой, образующейся в процессе газификации биомассы и состоящей в основном из SiO2 (70% масс. и более), СаО (до 6,0% масс.) и MgO (до 8,0% масс.). При этом серосодержащая добавка (сланец), способствующая связыванию щелочей и предотвращению явления щелочной коррозии, не нуждается в утилизации, так как она практически полностью превращается в газ, незначительно увеличивающий суммарный объем образующихся газов газификации.The resulting sulfates and sulfites of sodium and potassium are removed from the reaction zone with the produced gas before the start of the main gasification process (occurring at temperatures of 800-1000 ° C) and, as a result, potassium and sodium compounds are not deposited on the walls of the equipment. Sulfates and sulfites of sodium and potassium are mixed with ash, formed during the biomass gasification process and consisting mainly of SiO 2 (70% by mass and more), CaO (up to 6.0% by mass) and MgO (up to 8.0% by mass) .). At the same time, the sulfur-containing additive (shale), which promotes the binding of alkalis and prevents the occurrence of alkaline corrosion, does not need to be disposed of, since it almost completely turns into gas, slightly increasing the total volume of gasification gas generated.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие, но не ограничивающие изобретение.The following are examples illustrating but not limiting the invention.
В таблице 1 приведены данные химического анализа образцов биомассы, которые используют в нижеприведенных примерах.Table 1 shows the chemical analysis data for biomass samples that are used in the examples below.
Физико-химические свойства использованных в примерах горючих сланцев приведены в таблице 2.Physico-chemical properties of oil shale used in the examples are shown in table 2.
Пример 1.Example 1
В качестве исходной биомассы используют стержни початков кукурузы. Указанные стержни измельчают последовательно в шнековой мельнице до размера частиц 1-3 мм и затем в диспергаторе - гомогенизаторе до размера частиц 100-200 мм.As the initial biomass, corn cobs are used. These rods are crushed sequentially in a screw mill to a particle size of 1-3 mm and then in a disperser - homogenizer to a particle size of 100-200 mm.
В качестве сланца используют горючий сланец Кашпирского месторождения с содержанием серы 4,1% масс.The oil shale of the Kashpirskoye field with a sulfur content of 4.1% by weight is used as oil shale.
Используемый горючий сланец измельчают с получением мелкодисперсного сланца с размером частиц 10-100 мкм. Затем смешивают измельченную исходную биомассу с мелкодисперсным горючим сланцем и водой (с учетом исходной влажности сырья), взятых в количестве, % масс.: сланец 5,0, вода 10,0, биомасса 85,0. образованную смесь подвергают диспергированию в диспергаторе - гомогенизаторе с получением суспензии. В результате механоактивации средний размер частиц воды составляет 5-20 мкм. Данную суспензию подвергают газификации при воздушном дутье. Газификацию проводят при коэффициенте недостатка кислорода 0,3, при температуре 1000°С, без использования давления.Used oil shale is crushed to obtain fine shale with a particle size of 10-100 microns. Then, the crushed initial biomass is mixed with finely divided oil shale and water (taking into account the initial moisture content of the raw material), taken in the amount,% mass .: shale 5.0, water 10.0, biomass 85.0. the resulting mixture is subjected to dispersion in a dispersant - homogenizer to obtain a suspension. As a result of mechanical activation, the average particle size of water is 5-20 microns. This suspension is gasified by air blasting. Gasification is carried out with an oxygen deficiency coefficient of 0.3, at a temperature of 1000 ° C, without using pressure.
Газ, образующийся при газификации, охлаждают, подвергают очистке с отделением сажи и золы.The gas formed during gasification is cooled, and is subjected to purification with the separation of soot and ash.
Далее газ подвергают очистке от сероводорода, аммиака и роданидов с помощью моноэтаноламина и получают целевой синтез-газ.Then the gas is purified from hydrogen sulfide, ammonia and thiocyanates using monoethanolamine and get the target synthesis gas.
Осмотр внутренней поверхности газогенератора фиксирует наличие незначительного налета на стенках и отсутствие частиц сажи. Согласно данным химического анализа золы, получаемой в результате очистки газа по ГОСТ 10538-87 Топливо твердое. Методы определения химического состава золы (с Изменением №1) в последней содержится 8,8% масс. K2O и 4,5% масс. Na2O. Таким образом, более 80% отн. соединений калия и натрия, содержащихся в исходной биомассе, при газификации были удалены из зоны реакции с образующейся золой в виде сульфатов и сульфитов и не отложились на поверхности оборудования. Состав синтез-газа, % об.: Н2 - 23,4; СО - 10,3; CO2 - 8,6; N2 - 56,2;C1 - 1,5.Inspection of the inner surface of the gas generator reveals the presence of slight plaque on the walls and the absence of soot particles. According to the chemical analysis of ash obtained as a result of gas purification according to GOST 10538-87 Solid fuel. Methods for determining the chemical composition of ash (with Change No. 1) in the latter contains 8.8% of the mass. K 2 O and 4.5% of the mass. Na 2 O. Thus, more than 80% rel. compounds of potassium and sodium contained in the original biomass, during gasification were removed from the reaction zone with the resulting ash in the form of sulfates and sulfites and did not deposit on the surface of the equipment. The composition of the synthesis gas,% vol .: H 2 - 23.4; СО - 10.3; CO 2 - 8.6; N 2 - 56.2; C 1 - 1.5.
Пример 2Example 2
В качестве исходной биомассы используют лузгу подсолнечника. Указанные стержни измельчают последовательно в барабанном измельчителе до размера частиц 1-3 мм и затем в диспергаторе - гомогенизаторе до размера частиц 100-200 мм.As the initial biomass, sunflower husk is used. These rods are crushed sequentially in a drum grinder to a particle size of 1-3 mm and then in a disperser - homogenizer to a particle size of 100-200 mm.
В качестве сланца используют горючий сланец Савельевского месторождения с содержанием серы 16,0% масс.As oil shale, oil shale from the Savelyevskoye field with a sulfur content of 16.0% by mass is used.
Физико-химические свойства горючего сланца Савельевского месторождения приведены в таблице 2.Physico-chemical properties of oil shale of the Savelyevsky field are shown in table 2.
Затем смешивают измельченную исходную биомассу с мелкодисперсным горючим сланцем и водой (с учетом исходной влажности сырья), взятых в количестве, % масс.: сланец 3,0, вода 15,0, биомасса 82,0. Образованную смесь подвергают диспергированию в диспергаторе - гомогенизаторе с получением суспензии.Then, the crushed initial biomass is mixed with finely divided oil shale and water (taking into account the initial moisture content of the raw material), taken in the amount,% mass: shale 3.0, water 15.0, biomass 82.0. The resulting mixture is subjected to dispersion in a dispersant - homogenizer to obtain a suspension.
При этом в результате процессов механоактивации, проходящих в диспергаторе - гомогенизаторе средний размер частиц воды в суспензии составляет 5-20 мкм.Moreover, as a result of mechanical activation processes taking place in a dispersant - homogenizer, the average particle size of water in suspension is 5-20 microns.
Данную суспензию подвергают газификации при воздушном дутье. Газификацию проводят при коэффициенте недостатка кислорода 0,4 при температуре 800°С, без использования давления.This suspension is gasified by air blasting. Gasification is carried out with an oxygen deficiency coefficient of 0.4 at a temperature of 800 ° C, without using pressure.
Газ, образующийся при газификации, охлаждают, подвергают очистке с отделением сажи и золы.The gas formed during gasification is cooled, and is subjected to purification with the separation of soot and ash.
Далее газ подвергают очистке от сероводорода, аммиака и роданидов с помощью моноэтаноламина.The gas is then purified from hydrogen sulfide, ammonia and thiocyanates using monoethanolamine.
Осмотр внутренней поверхности газогенератора фиксирует наличие незначительного налета на стенках и отсутствие частиц сажи. Согласно данным химического анализа золы, получаемой в результате очистки газа по ГОСТ 10538-87 Топливо твердое. Методы определения химического состава золы (с Изменением №1) в последней содержится 17,8% масс. K2O и 0,6% масс. Na2O. Таким образом, около 90% отн. соединений калия и натрия, содержащихся в биомассе, при газификации со сланцем были удалены из зоны реакции в виде сульфатов и сульфитов с образующейся золой и не отложились на поверхности оборудования.Inspection of the inner surface of the gas generator reveals the presence of slight plaque on the walls and the absence of soot particles. According to the chemical analysis of ash obtained as a result of gas purification according to GOST 10538-87 Solid fuel. Methods for determining the chemical composition of ash (with Change No. 1) in the latter contains 17.8% of the mass. K 2 O and 0.6% of the mass. Na 2 O. Thus, about 90% rel. potassium and sodium compounds contained in the biomass, during gasification with shale, were removed from the reaction zone in the form of sulfates and sulfites with ash formed and did not deposit on the surface of the equipment.
Состав полученного синтез-газа, % об.: Н2 - 22,4; СО - 9,8; CO2 - 7,6; N2 - 58,9; С1 - 1,3.The composition of the obtained synthesis gas,% vol .: H 2 - 22.4; СО - 9.8; CO 2 - 7.6; N 2 - 58.9; C 1 - 1.3.
Пример 3 (сопоставительный).Example 3 (comparative).
В качестве исходной биомассы используют стержни початков кукурузы. Указанные стержни измельчают последовательно в барабанном измельчителе до размера частиц 1-3 мм и затем в диспергаторе - гомогенизаторе до размера частиц 100-200 мм.As the initial biomass, corn cobs are used. These rods are crushed sequentially in a drum grinder to a particle size of 1-3 mm and then in a disperser - homogenizer to a particle size of 100-200 mm.
В качестве сланца используют горючий сланец Ленинградского месторождения с содержанием серы 0,91% масс.The oil shale of the Leningrad field with a sulfur content of 0.91% by weight is used as oil shale.
Физико-химические свойства горючего сланца Ленинградского месторождения, г. Сланцы приведены в таблице 2.Physico-chemical properties of oil shale of the Leningrad field, Slantsy are shown in table 2.
Используемый горючий сланец измельчают с получением мелкодисперсного сланца с размером частиц 10-100 мкм.Used oil shale is crushed to obtain fine shale with a particle size of 10-100 microns.
Затем смешивают измельченную исходную биомассу с мелкодисперсным горючим сланцем и водой (с учетом исходной влажности сырья), взятых в количестве, % масс.: сланец 5,0, вода 30,0, биомасса 65,0. Образованную смесь подвергают диспергированию в диспергаторе - гомогенизаторе с получением суспензии. В результате процессов механоактивации, проходящих в диспергаторе-гомогенизаторе, средний размер частиц воды в последней составляет 5-20 мкм.Then, the crushed initial biomass is mixed with finely divided oil shale and water (taking into account the initial moisture content of the raw material), taken in the amount,% mass .: shale 5.0, water 30.0, biomass 65.0. The resulting mixture is subjected to dispersion in a dispersant - homogenizer to obtain a suspension. As a result of mechanical activation processes taking place in a dispersant-homogenizer, the average particle size of water in the latter is 5-20 microns.
Полученную суспензию подвергают газификации при воздушном дутье. Газификацию проводят при коэффициенте недостатка воздуха 0,5 в пересчете на кислород, при температуре 800°С, без использования давления. Газ, образующийся при газификации, охлаждают, подвергают очистке с отделением сажи и золы.The resulting suspension is gasified by air blasting. Gasification is carried out with a coefficient of air deficiency of 0.5 in terms of oxygen, at a temperature of 800 ° C, without using pressure. The gas formed during gasification is cooled, and is subjected to purification with the separation of soot and ash.
Далее газ подвергают очистке от сероводорода, аммиака и роданидов с помощью моноэтаноламина и получают целевой синтез-газ.Then the gas is purified from hydrogen sulfide, ammonia and thiocyanates using monoethanolamine and get the target synthesis gas.
Осмотр внутренней поверхности газогенератора фиксирует наличие незначительного налета на стенках и отсутствие частиц сажи. Согласно данным химического анализа золы, получаемой в результате очистки газа по ГОСТ 10538-87 Топливо твердое. Методы определения химического состава золы (с Изменением №1) в последней содержится 7,8% масс. K2O и 4,6% масс. Na2O. Следовательно, не более 70% соединений калия и натрия, содержащихся в биомассе, при газификации со сланцем в виде сульфатов и сульфитов были удалены из зоны реакции с образующейся золой и не отложились на поверхности оборудования. Остальная часть отложилась на стенках оборудования.Inspection of the inner surface of the gas generator reveals the presence of slight plaque on the walls and the absence of soot particles. According to the chemical analysis of ash obtained as a result of gas purification according to GOST 10538-87 Solid fuel. Methods for determining the chemical composition of ash (with Change No. 1) in the latter contains 7.8% of the mass. K 2 O and 4.6% of the mass. Na 2 O. Therefore, not more than 70% of the potassium and sodium compounds contained in the biomass, during gasification with shale in the form of sulfates and sulfites, were removed from the reaction zone with the resulting ash and did not deposit on the equipment surface. The rest was deposited on the walls of the equipment.
Состав полученного синтез-газа, % об.: Н2 - 20,7; СО - 9,8; CO2 - 8,0; N2 - 60,4; С1 - 1,1.The composition of the obtained synthesis gas,% vol .: H 2 - 20.7; СО - 9.8; CO 2 - 8.0; N 2 - 60.4; C 1 - 1.1.
Пример 4 (сопоставительный).Example 4 (comparative).
Способ проводят аналогично примеру 1. При этом способ проводят без использования сланца.The method is carried out analogously to example 1. The method is carried out without the use of oil shale.
В качестве биомассы растительного происхождения используют стержни початков кукурузы или лузгу подсолнечника.As plant biomass, corn cobs or sunflower husks are used.
Измельченные стержни початков кукурузы смешивают с водой, в количестве 90% масс. биомассы и 10 масс. воды (с учетом исходной влажности сырья). Указанную смесь подвергают диспергированию в диспергаторе-гомогенизаторе.Ground corn cobs are mixed with water in an amount of 90% of the mass. biomass and 10 mass. water (taking into account the initial moisture content of the raw material). The specified mixture is subjected to dispersion in a dispersant-homogenizer.
Полученную суспензию подвергают газификации при воздушном дутье. Газификацию проводят при температуре 800°С, коэффициенте недостатка кислорода 0,3, без использования давления.The resulting suspension is gasified by air blasting. Gasification is carried out at a temperature of 800 ° C, an oxygen deficiency coefficient of 0.3, without using pressure.
Газ, образующийся при газификации, охлаждают, подвергают очистке с отделением сажи и золы.The gas formed during gasification is cooled, and is subjected to purification with the separation of soot and ash.
Далее газ подвергают очистке от сероводорода, аммиака и роданидов с помощью моноэтаноламина. Состав синтез-газа, % об.: Н2 - 18,4; СО - 10,5; CO2 - 7,9; N2 - 62,3; С1 - 0,9.Next, the gas is purified from hydrogen sulfide, ammonia and thiocyanates using monoethanolamine. The composition of the synthesis gas,% vol .: H 2 - 18.4; СО - 10.5; CO 2 - 7.9; N 2 - 62.3; C 1 - 0.9.
При осмотре внутренней поверхности газогенератора фиксируют наличие отложения золы на стенках с включениями отдельных частиц сажи. Согласно данным химического анализа золы, получаемой в результате очистки газа, в последней содержится 2,4% масс. K2O и 1,3% масс. Na2O.When examining the inner surface of the gas generator, the presence of ash deposits on the walls with the inclusion of individual soot particles is recorded. According to the chemical analysis of ash obtained by gas purification, the latter contains 2.4% of the mass. K 2 O and 1.3% of the mass. Na 2 O.
При использовании в качестве биомассы лузги подсолнечника измельченную лузгу подсолнечника смешивают с водой в количестве 85% масс. биомассы и 15 масс. воды (с учетом исходной влажности сырья).When using sunflower husk as biomass, the crushed sunflower husk is mixed with water in an amount of 85% of the mass. biomass and 15 mass. water (taking into account the initial moisture content of the raw material).
Указанную смесь подвергают диспергированию в диспергаторе-гомогенизаторе.The specified mixture is subjected to dispersion in a dispersant-homogenizer.
Полученную суспензию подвергают газификации при воздушном дутье. Газификацию проводят при коэффициенте недостатка кислорода 0,4 при температуре 800°С, без использования давления.The resulting suspension is gasified by air blasting. Gasification is carried out with an oxygen deficiency coefficient of 0.4 at a temperature of 800 ° C, without using pressure.
Газ, образующийся при газификации, охлаждают, подвергают очистке с отделением сажи и золы.The gas formed during gasification is cooled, and is subjected to purification with the separation of soot and ash.
Далее газ подвергают очистке от сероводорода, аммиака и роданидов с помощью моноэтаноламина. Состав полученного синтез-газа, % об.: Н2 - 17,4; СО - 9,3; CO2 - 10,8;N2 - 61,5; С1 - 1,0.The gas is then purified from hydrogen sulfide, ammonia and thiocyanates using monoethanolamine. The composition of the obtained synthesis gas,% vol .: H 2 - 17.4; СО - 9.3; CO 2 10.8; N 2 61.5; C 1 - 1.0.
Осмотр внутренней поверхности газогенератора показал наличие отложений на стенках с включениями отдельных частиц сажи. Химический анализ золы по ГОСТ 10538-87 Топливо твердое. Методы определения химического состава золы (с Изменением №1) показал, что в ней содержится 4,1% масс. K2O и 0% масс.Na2O.Inspection of the inner surface of the gas generator showed the presence of deposits on the walls with inclusions of individual soot particles. Chemical analysis of ash according to GOST 10538-87 Solid fuel. Methods for determining the chemical composition of ash (with Change No. 1) showed that it contains 4.1% of the mass. K 2 O and 0% wt. Na 2 O.
Сопоставление данных по содержанию соединений калия и натрия в исходной биомассе (таблица 1) и в золе, полученной в результате газификации вышеуказанных биомасс в смеси с водой без использования сланца, показывает, что в последней содержится около 20% соединений калия и натрия от их исходного содержания в биомассе, следовательно, не менее 80% отн щелочей, содержавшихся в исходной биомассе, отложилось на стенках внутренних поверхностях оборудования.A comparison of the data on the content of potassium and sodium compounds in the initial biomass (table 1) and in the ash obtained as a result of gasification of the above biomass in a mixture with water without using shale shows that the latter contains about 20% of the potassium and sodium compounds from their initial content in biomass, therefore, at least 80% of the relative alkalis contained in the original biomass was deposited on the walls of the internal surfaces of the equipment.
Таким образом, описываемый способ, проводимый по более простой технологической схеме, исключающей необходимость рециркуляции, замены и утилизации добавки, способствующей устранению щелочей в газообразном состоянии, позволяет за счет возможности преобразования соединений щелочных металлов - калия и натрия, содержащихся в подвергаемом газификации сырье, в нелетучие, при температуре газификации, соли щелочных металлов, позволяет, практически, полностью (до ~90% отн.) предотвратить явления отложений соединений щелочных металлов на поверхностях оборудования и, как следствие, эффективно предотвратить щелочную коррозию оборудования.Thus, the described method, carried out according to a simpler technological scheme, eliminating the need for recycling, replacing and disposing of an additive that helps to remove alkalis in a gaseous state, allows due to the possibility of converting alkali metal compounds - potassium and sodium contained in the raw material to be gasified to non-volatile , at a gasification temperature, alkali metal salts, it allows, almost completely (up to ~ 90% rel.) to prevent the occurrence of deposits of alkali metal compounds on the equipment surfaces and, as a result, effectively prevent alkaline corrosion of the equipment.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019125557A RU2723865C1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Method for synthesis gas production from plant biomass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019125557A RU2723865C1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Method for synthesis gas production from plant biomass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2723865C1 true RU2723865C1 (en) | 2020-06-17 |
Family
ID=71096216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019125557A RU2723865C1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Method for synthesis gas production from plant biomass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723865C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040115492A1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-06-17 | Galloway Terry R | Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions |
| RU2405025C1 (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" | Gas-generator installation with reverse combustion process for producing synthetic gas from carbonaceous material and carbon dioxide |
| RU2555046C2 (en) * | 2009-09-25 | 2015-07-10 | Стихтинг Энергиондерзук Сентрум Недерланд | Method and device for tar removal from synthesis gas resulted from biomass gasification |
| US9187704B2 (en) * | 2001-07-31 | 2015-11-17 | Hitoshi Inoue | Method of biomass gasification |
| RU2639911C2 (en) * | 2011-09-19 | 2017-12-25 | Тюссенкрупп Индастриал Солюшнс Аг | Method and installation for synthesis-gas production by gasification of biomassis in pseudofluidized layer |
| RU2668447C1 (en) * | 2017-09-25 | 2018-10-01 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation |
-
2019
- 2019-08-12 RU RU2019125557A patent/RU2723865C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9187704B2 (en) * | 2001-07-31 | 2015-11-17 | Hitoshi Inoue | Method of biomass gasification |
| US20040115492A1 (en) * | 2002-06-27 | 2004-06-17 | Galloway Terry R | Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions |
| RU2405025C1 (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" | Gas-generator installation with reverse combustion process for producing synthetic gas from carbonaceous material and carbon dioxide |
| RU2555046C2 (en) * | 2009-09-25 | 2015-07-10 | Стихтинг Энергиондерзук Сентрум Недерланд | Method and device for tar removal from synthesis gas resulted from biomass gasification |
| RU2639911C2 (en) * | 2011-09-19 | 2017-12-25 | Тюссенкрупп Индастриал Солюшнс Аг | Method and installation for synthesis-gas production by gasification of biomassis in pseudofluidized layer |
| RU2668447C1 (en) * | 2017-09-25 | 2018-10-01 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rios et al. | Reduction of tar generated during biomass gasification: A review | |
| Abu El-Rub et al. | Review of catalysts for tar elimination in biomass gasification processes | |
| CN101959996B (en) | Particulate composition for gasification, preparation and continuous conversion thereof | |
| US8709239B2 (en) | Process for converting carbon-based energy carrier material | |
| AU699600B2 (en) | Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
| RU1836408C (en) | Method of obtaining liquid products from carbon-containing meterials | |
| EP2321387B1 (en) | Two stage entrained gasification system and process | |
| RU2663745C2 (en) | Method for catalytic gasification of carbonaceous feed | |
| AU2006304019A1 (en) | Catalytic steam gasification of petroleum coke to methane | |
| CN110848697A (en) | Waste plastic cleaning treatment process based on pyrolysis and gasification mechanism and application thereof | |
| CA2901767A1 (en) | Method of hydrogasification of biomass to methane with low depositable tars | |
| KR20240005780A (en) | Biocarbon composition with optimized fixed carbon and process for producing the same | |
| CN117916204A (en) | Method for producing biochar pellets with high fixed carbon content and optimized reactivity and biochar pellets obtained therefrom | |
| WO2010053555A1 (en) | Conversion of carbon based material to natural gas and activated carbon | |
| JPH04502340A (en) | Improved method for producing coal by short residence time hydrogen disproportionation | |
| WO2014017955A2 (en) | Method for processing combustible carbon-containing and/or hydrocarbon-containing products, reactor for implementing same (variants) and apparatus for processing combustible carbon-containing and/or hydrocarbon-containing products | |
| FR2609039A1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING ENERGY USING HYDROPYROLYSIS | |
| RU2723865C1 (en) | Method for synthesis gas production from plant biomass | |
| EP4086328A1 (en) | Method and apparatus for industrial production of renewable synthetic fuels | |
| El-Rub et al. | Tar removal in an Entrained Flow Cracker (EFC) with application to biomass gasification | |
| CA1090729A (en) | Process for the production of fuel values from carbonaceous materials | |
| HU231257B1 (en) | Improved process for producing hydrogen rich gaseous mixture | |
| US10934498B1 (en) | Combustion of spent adsorbents containing HPNA compounds in a membrane wall partial oxidation gasification reactor | |
| CN117940534A (en) | Method for producing biochar pellets with high fixed carbon content and optimized reactivity and biochar pellets obtained therefrom | |
| CN114207088A (en) | Depolymerization process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201109 Effective date: 20201109 |