RU2736538C2 - Установка и способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты - Google Patents

Установка и способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты Download PDF

Info

Publication number
RU2736538C2
RU2736538C2 RU2017139551A RU2017139551A RU2736538C2 RU 2736538 C2 RU2736538 C2 RU 2736538C2 RU 2017139551 A RU2017139551 A RU 2017139551A RU 2017139551 A RU2017139551 A RU 2017139551A RU 2736538 C2 RU2736538 C2 RU 2736538C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
screw
screws
suspension
auger
organic components
Prior art date
Application number
RU2017139551A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017139551A (ru
RU2017139551A3 (ru
Inventor
Герард Корнелис Отто Бернард ЭССИНГ
Дуглас Скотт ХЕНДРИ
Original Assignee
Скв Системс Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Скв Системс Б.В. filed Critical Скв Системс Б.В.
Publication of RU2017139551A publication Critical patent/RU2017139551A/ru
Publication of RU2017139551A3 publication Critical patent/RU2017139551A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2736538C2 publication Critical patent/RU2736538C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06—Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation
    • C02F11/08—Wet air oxidation
    • C02F11/086—Wet air oxidation in the supercritical state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/008—Processes carried out under supercritical conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/0066—Stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/20—Stationary reactors having moving elements inside in the form of helices, e.g. screw reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/121—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering
    • C02F11/125—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering using screw filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/02—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00092—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00094—Jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1011—Biomass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для переработки суспензий, содержащих органические компоненты, например биомассы, содержащей более 50% воды. Установка (1) включает сепаратор (2) для обезвоживания суспензии, бак (3) для обезвоженной суспензии, насос (4), теплообменник (5), насос высокого давления (6), ловушку (9) для твердых веществ, сепаратор (12) для выделения газообразных продуктов из жидкости, теплообменник (7) для нагревания суспензии и реактор (8) для преобразования по меньшей мере части органических компонентов, оснащённые трубами, в которых размещён по меньшей мере один шнековый винт с открытым центром. Шнековые винты могут быть выполнены в виде спирального элемента или винтовой ленты и содержать агент, способный преобразовывать органические компоненты. Шнековые винты приводят в движение посредством магнитного взаимодействия с помощью двигателя. Установка (1) может быть оборудована двумя шнековыми винтами с противоположной спиральностью. Внешний диаметр шнекового винта на 0 - 15% меньше внутреннего диаметра трубы, в которой он расположен. По меньшей мере один шнековый винт проходит вдоль или поверх ловушки (9) и выполнен с возможностью обеспечения беспрепятственного потока суспензии или по меньшей мере жидкости в суспензии через центр соответствующей трубы, в которой увеличивают давление и температуру для доведения воды, содержащейся в суспензии, до сверхкритического состояния и преобразования по меньшей мере части органических компонентов. Осаждающиеся из суспензии твердые вещества перемещают по трубам с помощью указанных шнековых винтов. Изобретение позволяет снизить риск засорения, увеличить технологический промежуток очистки труб, улучшить теплообмен. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к установке и способу переработки суспензии, содержащей органические компоненты, например, биомассы, имеющей содержание воды по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 60%, предпочтительно по меньшей мере 70%. Установка содержит теплообменник для нагревания суспензии, предпочтительно для доведения жидкости, например, воды, в суспензии до сверхкритического состояния (для воды сверхкритические давление и температура составляют 22,1 МПа (221 бар) и 374°С, соответственно) и реактор для преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии, например, в неконденсируемые газы, такие как водород и/или метан, например, путем дальнейшего нагревания потока в реактора, где по меньшей мере один из теплообменника и реактора содержит одуе или более труб.
Сырьевые материалы, содержащие органические компоненты, представляют собой неисчерпаемый ресурс для обеспечения возобновляемой энергии и продуктов с высокой добавленной стоимостью, особенно в сельскохозяйственных районах, богатых отходами биомассы, и/или там, где предназначенные для выработки энергии сельскохозяйственные культуры можно производить дешево и эффективно.
Как объясняется в Marrone, Ph. A., "Supercritical water oxidation - Current status of full-scale commercial activity for waste destruction", Journal of Supercritical Fluids 79 (2013), pages 283-288, сверхкритическая вода является уникальной средой, которая изучалась для увеличивающегося и все более разнообразного числа приложений. Выше своей термодинамической критической точки (374°С, 22,1 МПа (221 бар)) вода, подобно всем сверхкритическим текучим средам, существует в виде единой плотной фазы, свойства переноса которой сравнимы с характеристиками свойств газа, а свойства растворителя сравнимы со свойствами жидкости. Однако в отличие от других сверхкритических текучих сред, вода подвергается значительному изменению в свойствах растворителя при переходе от обычных условий к сверхкритическим. Поскольку воду нагревают под давлением, она теряет значительное количество своих водородных связей с переходом от сильнополярного растворителя в неполярный растворитель. В результате сверхкритическая вода становится очень хорошим растворителем для неполярных материалов.
В статье Bermejo, M.D., et al. " Supercritical Water Oxidation: A Technical Review ", AIChE Journal, November 2006, Vol. 52, No. 11, pages 3933-3951, обсуждаются особенности технологии сверхкритического водного окисления (SCWO), включая типы реакторов для SCWO процесса. "Из-за своей простоты трубчатый реактор является наиболее широко используемым реактором SCWO, особенно в небольших лабораторных установках, таких как те, которые предназначены для оценки рентабельности новых SCWO применений или для определения кинетических параметров или теплот реакции.... Однако трубчатые реакторы имеют также важные недостатки. Прежде всего, они имеют склонность загрязняться в результате осаждения солей. Другим важным недостатком является то, что быстрые экзотермические реакции могут давать нерегулируемые горячие точки внутри реактора."
US 2003/075514 относится к способу и системе для проведения гидротермальной обработки, которая включает скребок, образованный в виде полого цилиндра. Скребок помещают в реакторном сосуде, причем ось скребка по существу колинеарна продольной оси цилиндрического реакторного сосуда. Предусмотрен механизм вращения скребка вокруг продольной оси реакторного сосуда. Одну или более удлиненных скребковых пластин помещают внутри реакторного сосуда между скребком и продольной осью реакторного сосуда. Каждая скребковая пластина может оставаться неподвижной по отношению к реакторному сосуду или каждая скребковая пластина может вращаться относительно оси, проходящей через скребковую пластину, для удаления любых твердых веществ, которые налипли на скребке или на скребковой пластине.
US 2013/0338382 относится к реакционной установке, "использующей сверхкритическую воду или субкритическую воду." Согласно пункту 1 US 2013/0338382, установка имеет "цилиндрический путь потока смешивания для смешивания по меньшей мере одной текучей среды сырьевого материала, выбранной из группы, состоящей из глицерина, целлюлозы и лигнина, с по меньшей мере одной из сверхкритической воды и субкритической воды;... и перемешивающую лопатку, имеющую вращающийся вал, установленный на центральном валу пути потока смешивания."
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить усовершенствованную установку и способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты, такой как биомасса.
В этой части, устройство по настоящему изобретению отличается признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. Обнаружили, что применение одного или более шнековых винтов обеспечивает эффективное непрерывное перемещение твердых веществ, которые иначе имели бы склонность накапливаться в системе, например, путем налипания на стенках труб(ы) или осаждения на дне труб(ы). Твердые вещества предпочтительно перемещают к ловушке для твердых веществ и внутрь нее и оттуда удаляются из системы. Таким образом, настоящее изобретение способствует непрерывной переработке сырьевых материалов, улучшает теплообмен, снижает риск засорения труб и/или увеличивает продолжительность технологических интервалов между очисткой труб теплообменника и/или реактора.
В одном из воплощений настоящего изобретения предложена установка по переработке суспензии, содержащей органические компоненты, такой как биомасса, имеющей содержание воды по меньшей мере 50%, включающая теплообменник для нагревания суспензии и реактор для преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии, где по меньшей мере один из теплообменника и реактора содержит одну или более труб, и отличающаяся тем, что по меньшей мере один шнековый винт, имеющий открытый центр, размещен в трубе или по меньшей мере в одной из труб.
В одном из воплощений, каждый из теплообменника и реактора содержит одну или более труб, а шнековый винт размещен по меньшей мере в одной трубе теплообменника и по меньшей мере в одной трубе реактора.
В одном из воплощений, шнековый винт размещен во всех трубах теплообменника и реактора.
В одном из воплощений, часть шнековых винтов или все шнековые винты имеет открытый центр.
В одном из воплощений, по меньшей мере один из шнековых винтов, обеспечивает беспрепятственный поток суспензии или по меньшей мере жидкости в суспензии через центр соответствующей трубы, тем самым, например, допуская существенные изменения скорости потока.
В одном из воплощений, по меньшей мере один из шнековых винтов, предпочтительно часть шнековых винтов или все шнековые винты, имеет (имеют) спиральный элемент, предпочтительно винтовую ленту.
В другом воплощении, по меньшей мере один шнековый винт, предпочтительно часть шнековых винтов или все шнековые винты, имеет, например, покрыт(ы) или содержит агент, например, катализатор, который взаимодействует с преобразованием органических компонентов в суспензии. Такой агент можно применять, например, для улучшения преобразования и/или для образования больше метана при более низких температурах. Примеры включают покрытие из металла, например, меди или никеля.
Еще одно воплощение включает по меньшей мере один двигатель для приведения в движение шнекового винта или шнековых винтов. В одном из уточняющих воплощений, установка содержит зону высокого давления, включающую по меньшей мере реактор и теплообменник, где по меньшей мере один двигатель расположен за пределами зоны высокого давления, например, вблизи реактора, при атмосферном давлении. В еще одном развивающем воплощении, зона высокого давления герметизируется и по меньшей мере один двигатель соединяется с шнековым винтом или шнековыми винтами путем магнитного взаимодействия. В примере шнековые винты имеют выступающие удлиненные трубки, которые являются частью герметичной зоны, и двигатели расположены вблизи или вокруг этих удлиненных трубок для установления достаточно сильного магнитного взаимодействия между шнековыми винтами (их удлиненными трубками) в зоне высокого давления и двигателями снаружи зоны высокого давления.
В другом уточняющем воплощении, двигатель соединятся, через трансмиссию, расположенную в зоне высокого давления, с двумя или более шнековыми винтами, предпочтительно всеми шнековыми винтами. Таким образом, в принципе, требуется только один двигатель и, следовательно, лишь одно уплотнение высокого давления.
В одном воплощении, установка содержит два шнековых винта с противоположной спиральностью.
В одном из воплощений внешний диаметр указанного шнекового винта или по меньшей мере одного шнекового винта, предпочтительно части шнековых винтов или всех шнековых винтов, находится в диапазоне от 0% до 15% меньше, чем внутренний диаметр трубы, в которой он размещен, предпочтительно давая достаточно свободы для обеспечения расширения шнековых винтов за счет изменений температуры или вращения.
В одном воплощении, установка содержит ловушку для твердых веществ, где указанный шнековый винт или по меньшей мере один шнековый винт проходит вдоль или поверх ловушки для твердых веществ.
Изобретение также относится к способу переработки суспензии, содержащей органические компоненты, такой как биомасса, имеющей содержание воды по меньшей мере 50%, включающему стадии увеличения давления и температуры суспензии для доведения воды в суспензии до сверхкритического состояния и преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии, где по меньшей мере одно из увеличения давления и температуры и преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии проводят в трубе, и отличающемуся тем, что твердые вещества, осаждающиеся из суспензии, перемещают по трубе или трубам с помощью по меньшей мере одного шнекового винта, имеющего открытый центр и размещенного в трубе или по меньшей мере одной из труб.
В одном из воплощений, как увеличение давления и температуры, так и преобразование по меньшей мере части органических компонентов в суспензии проводят в трубе.
В одном из воплощений, по меньшей мере один из шнековых винтов, имеющих открытый центр, обеспечивает беспрепятственный поток суспензии или по меньшей мере жидкости в суспензии через центр соответствующей трубы.
В Boukis, N., et al. " Gasification of wet biomass in supercritical water. Results of pilot plant experiments.", 14th European Biomass Conference, Paris, France 2005, упоминается, что влажная биомасса реагирует с водой в сверхкритических условиях с образованием газа, богатого водородом.
В Boukis, N., et al. " Biomass gasification in supercritical water. Experimental progress achieved with the VERENA pilot plant." 15th European Biomass Conference & Exhibition 2007, упоминается, что водорастворимые соли будут образовывать твердые вещества в условиях сверхкритической воды.
Kruse, A., "Supercritical water gasification", Society of Chemical Industry и John Wiley & Sons, Ltd, 2008, pages 415-437, рассматривает работы, относящиеся к сверхкритической водной газификации биомассы, делая акцент на производстве водорода.
US 2014/0115955 относится к установке синтеза углеводородов. В некоторых воплощениях, углеродное сырье можно подвергать процессу экструзии. На Фиг. 2 приведена схематическая диаграмма экструзионного реактора, обозначенного под номером 200. Реактор 200 включает корпус 206 экструзионного реактора, образующий впускной порт 216 и выпускной порт 218. Сырьевой материал перемещают и смешивают с помощью шнекового винта 208 для экструзии.
DE 29913370 относится к установке по переработке твердых веществ в сверхкритической воде. На Фиг. 2 показан шнековый винт 2.
JP 5600203 относится к непрерывной обработке горячей водой суспензии целлюлозной биомассы в реакторе непрерывного действия. Суспензию интенсивно перемешивают на передней ступени реактора непрерывного действия и перемешивают с помощью мешалки, имеющей слабую движущую силу, на последующей ступени, так что поддерживается вытеснительный поток.
ЕР 1829920 относится к реакционной установке для переработки разложением термореактивной смолы. В примере, показанном на Фиг. 1, секция 3 подачи включает смешивающее устройство 31 для смешивания полимерной композиции и растворителя и устройство 32 для обеспечения давления для принудительной подачи смеси из смешивающего устройства 31 в основную массу 21 реакции.
Далее изобретение будет представлено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых схематично показано воплощение настоящего изобретения.
На Фиг. 1 представлена схема воплощения установки/способа гидротермического превращения, такого как, сверхкритическая водная газификация, согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 2 схематично представлено поперечное сечение установки, содержащей, согласно настоящему изобретению, шнековый винт.
На Фиг. 1 показана система 1 для переработки суспензии, содержащей органические компоненты, такой как биомасса, имеющей содержание воды по меньшей мере 50%, содержащая жидкость-твердофазный сепаратор 2, такой как винтовой пресс, фильтр-пресс, центрифуга или вытеснитель влаги, для обезвоживания загружаемой суспензии и бак 3 для вмещения обезвоженной суспензии. Бак соединен с насосом 4, который, в свою очередь, соединен или интегрирован с теплообменником 5 для добавления оставшегося тепла в суспензию. Ниже по потоку от теплообменника 5 расположены насос 6 высокого давления и теплообменник 7 для сжатия и нагревания воды в суспензии до сверхкритического или около сверхкритического состояния.
В представленном примере, теплообменник содержит одну или более противоточных секций 7А теплообменника типа «труба в трубе» (англ. - pipe-in-pipe), например, две, четыре или более секций теплообменника типа «труба в трубе», проходящих горизонтально и параллельно одна другой и соединенных последовательно. Ниже по потоку от насоса 6 и теплообменника 7 расположен дополнительный теплообменник, который служит в качестве реактора 8. В представленном примере, реактор содержит одну или более труб 8А, например, две трубы 8А, которые нагревают посредством внешнего нагревания.
Конец реактора, расположенный ниже по потоку, и вероятно также теплообменника 7 соединен с ловушкой 9 для твердых веществ для удаления твердых веществ, таких как неорганические вещества и/или осажденные минералы и соли, из системы.
Как показано сплошной линией 10 на Фиг. 1, конец реактора 8, расположенный ниже по потоку, соединен с ловушкой 9 для твердых веществ и внешней трубой теплообменника 7 для обеспечения противоточного теплообмена между (относительно горячей) суспензией после преобразования и (относительно холодной) суспензией перед преобразованием. Внешние трубы теплообменника 7 соединены с жидкость-твердофазным сепаратором 12 для выделения газообразных продуктов из жидкости.
Как более подробно показано на Фиг. 2, шнековый винт, в представленном примере - винтовая лента 15, размещен во всех трубах 7А и 8А теплообменника 7 и реактора 8.
Система дополнительно включает зону высокого давления, включающую по меньшей мере реактор 8 и теплообменник 7, а также двигатель 16, расположенный вне зоны высокого давления. Двигатель соединен через трансмиссию 17, которая может быть расположена в зоне высокого или низкого давления, со всеми шнековыми винтовыми лентами 15 для приведения их всех в движение в одинаковом направлении вращения. Для гарантии, что перемещение твердых веществ происходит в направлении потока суспензии (показан стрелками), в данном примере спиральность шнековых винтов меняется от одного шнекового винта к следующему.
В процессе работы, согласно примеру, влажная биомасса (перегной), имеющая содержание воды 90%, обезвоживается с помощью винтового пресса 2 до содержания воды 70% (общее количество твердых веществ 30%) и сгущенную и вязкую суспензию подают в бак 3. Отсюда суспензию перекачивают (со скоростью 1000 литров/час) в теплообменник 5 и смешивают с водой до содержания воды 75% и объема 2000 нл/ч. Затем суспензию сжимают и нагревают (240-250 бар и 370-390°С) и подают в реактор, где суспензию дополнительно нагревают (до 550-600°С) для преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии в газообразный продукт, такой как, водород и метан. В процессе нагревания и преобразования как в субкритическом состоянии, так и в сверхкритическом состоянии, твердые вещества, осаждающиеся из суспензии, непрерывно перемещают по трубам 7А и 8А с помощью шнековых винтов 15, которые вращаются со скоростью, например, 5-10 оборотов/мин, и в ловушку 9 для твердых веществ. Воду подают в теплообменник 7 для рекуперации тепла высокой температуры, т.е. для нагревания более холодной суспензии, расположенной выше по потоку. После выхода из теплообменника (при 2000 нл/ч, 240-250 бар и 250-300°С), жидкость подают в газожидкостный сепаратор, чтобы обеспечить выпуск газообразного продукта и возможность осуществления сбора. Ловушку для твердых веществ опорожняют через равные промежутки времени.
Способ и система по изобретению обеспечивают непрерывную переработку сырьевых материалов с относительно высоким содержанием органических компонентов и/или твердых веществ, снижая при этом риск засорения и/или удлиняя технологические промежутки для очистки труб теплообменника и/или реактора, и/или улучшая теплообмен между вязкой, с высоким содержанием твердых веществ, относительно холодной суспензией во внутренних трубах с относительно горячей текучей средой во внешних трубах.
Изобретение не ограничивается описанными выше воплощениями, которые можно изменять различными способами в объеме формулы изобретения. Например, шнековый винт может иметь трубу с последовательностью отверстий в ее стенке и со спиральным элементом, например проволокой, намотанной вокруг и прикрепленной, например, приваренной к ней. Шнековый винт может быть выполнен из металла или, например, из синтетического материала, такого как технический полимер.

Claims (22)

1. Установка (1) по переработке суспензии, содержащей органические компоненты, такой как биомасса, имеющей содержание воды по меньшей мере 50%, включающая теплообменник (7) для нагревания суспензии и реактор (8) для преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии, где по меньшей мере один из теплообменника (7) и реактора (8) содержит одну или более труб (7А; 8А), и отличающаяся тем, что по меньшей мере один шнековый винт (15), имеющий открытый центр, размещен в трубе (7А; 8А) или по меньшей мере в одной из труб (7А; 8А).
2. Установка (1) по п. 1, в которой каждый из теплообменника (7) и реактора (8) содержит одну или более труб (7А; 8А), а шнековый винт (15) размещен по меньшей мере в одной трубе (7А) теплообменника (7) и по меньшей мере в одной трубе (8А) реактора (8).
3. Установка (1) по п. 2, в которой шнековый винт (15) размещен во всех трубах (7А; 8А) теплообменника (7) и реактора (8).
4. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой часть шнековых винтов или все шнековые винты (15) имеют открытый центр.
5. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой указанный шнековый винт или по меньшей мере один шнековый винт, предпочтительно часть шнековых винтов или все шнековые винты содержат спиральный элемент (15).
6. Установка (1) по п. 5, в которой указанный шнековый винт или по меньшей мере один шнековый винт, предпочтительно часть шнековых винтов или все шнековые винты содержат винтовую ленту (15).
7. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой по меньшей мере один шнековый винт (15), предпочтительно часть шнековых винтов или все шнековые винты (15) содержат агент, который взаимодействует с преобразованием органических компонентов в суспензии.
8. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, содержащая по меньшей мере один двигатель (16) для приведения в движение шнекового винта или винтов (15).
9. Установка (1) по п. 8, содержащая зону высокого давления, включающую, по меньшей мере, реактор (8) и теплообменник (7), в которой по меньшей мере один двигатель (16) расположен вне зоны высокого давления.
10. Установка (1) по п. 9, в которой зона высокого давления герметизирована, а по меньшей мере один двигатель (16) соединен со шнековым винтом или винтами (15) посредством магнитного взаимодействия.
11. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, содержащая два шнековых винта (15) с противоположной спиральностью.
12. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой внешний диаметр указанного шнекового винта (15) или по меньшей мере одного шнекового винта (15), предпочтительно части шнековых винтов или всех шнековых винтов (15) на от 0 до 15% меньше, чем внутренний диаметр трубы (7А; 8А), в которой он расположен.
13. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, содержащая ловушку (9) для твердых веществ, где указанный шнековый винт (15) или по меньшей мере один шнековый винт (15) проходит вдоль или поверх ловушки (9) для твердых веществ.
14. Установка (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой по меньшей мере один из шнековых винтов (15), имеющих открытый центр, выполнен с возможностью обеспечения беспрепятственного потока суспензии или по меньшей мере жидкости в суспензии через центр соответствующей трубы.
15. Способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты, такой как биомасса, имеющей содержание воды по меньшей мере 50%, включающий стадии
увеличения давления и температуры суспензии для доведения воды в суспензии до сверхкритического состояния,
преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии, и
причем по меньшей мере одно из увеличения давления и температуры и преобразования по меньшей мере части органических компонентов в суспензии проводят в трубе (7А; 8А),
отличающийся тем, что
твердые вещества, осаждающиеся из суспензии, перемещают по трубе или трубам (7А; 8А) с помощью по меньшей мере одного шнекового винта (15), имеющего открытый центр и размещенного в трубе (7А; 8А) или по меньше мере одной из труб (7А; 8А).
16. Способ по п. 15, в котором как увеличение давления и температуры, так и преобразование по меньшей мере части органических компонентов в суспензии проводят в трубе (7А; 8А).
17. Способ по п. 15 или 16, в котором по меньшей мере один из шнековых винтов (15), имеющих открытый центр, обеспечивает беспрепятственный поток суспензии или, по меньшей мере, жидкости в суспензии через центр соответствующей трубы.
RU2017139551A 2015-04-29 2016-04-28 Установка и способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты RU2736538C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15165677.4A EP3088368A1 (en) 2015-04-29 2015-04-29 Apparatus for and method of processing a slurry containing organic components
EP15165677.4 2015-04-29
PCT/EP2016/059546 WO2016174163A1 (en) 2015-04-29 2016-04-28 Apparatus for and method of processing a slurry containing organic components

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017139551A RU2017139551A (ru) 2019-05-29
RU2017139551A3 RU2017139551A3 (ru) 2019-08-06
RU2736538C2 true RU2736538C2 (ru) 2020-11-17

Family

ID=53177106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017139551A RU2736538C2 (ru) 2015-04-29 2016-04-28 Установка и способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты

Country Status (14)

Country Link
US (1) US11498861B2 (ru)
EP (3) EP3088368A1 (ru)
JP (1) JP7084141B2 (ru)
CN (1) CN107531534A (ru)
AU (1) AU2016256565B2 (ru)
BR (1) BR112017023174B1 (ru)
CA (1) CA2984006A1 (ru)
DK (1) DK3288904T3 (ru)
ES (1) ES2743953T3 (ru)
PL (1) PL3288904T3 (ru)
PT (1) PT3288904T (ru)
RU (1) RU2736538C2 (ru)
WO (1) WO2016174163A1 (ru)
ZA (1) ZA201707045B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2825758C1 (ru) * 2023-10-18 2024-08-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Ростовской академии наук Устройство для гидротермальной обработки

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220024012A (ko) 2019-06-28 2022-03-03 바텔리 메모리얼 인스티튜트 산화 공정을 통한 pfas의 파괴 및 오염된 장소로의 운송에 적합한 장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29913370U1 (de) * 1999-07-30 1999-09-23 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe Anlage zur Behandlung von Feststoffen in überkritischem Wasser
US6054103A (en) * 1997-06-25 2000-04-25 Ferro Corporation Mixing system for processes using supercritical fluids
RU2181126C2 (ru) * 1997-03-03 2002-04-10 Иван МАДАР Способ термического и/или каталитического разложения и/или деполимеризации низших органических веществ и устройство для его осуществления
EP1829920A1 (en) * 2004-11-09 2007-09-05 Sumitomo Bakelite Company, Limited Decomposition reaction apparatus, system for producing raw material for recycled resin composition, method for producing raw material for recycled resin composition, raw material for recycled resin composition, and formed article
RU2493513C2 (ru) * 2008-06-19 2013-09-20 КЛААС Зельбстфаренде Эрнтемашинен ГмбХ Устройство и способ для получения энергоносителя из влажной биомассы
US20130338382A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-19 Hitachi, Ltd. Reaction apparatus and method using supercritical water or subcritical water
US20140115955A1 (en) * 2012-07-03 2014-05-01 Sartec Corporation Hydrocarbon synthesis methods, apparatus, and systems

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5337995A (en) 1976-09-20 1978-04-07 Katsuji Kinugawa System to finish surface of block for use in gate post
JPS5852522B2 (ja) 1979-06-18 1983-11-24 戸田工業株式会社 金属鉄又は鉄を主成分とする合金磁性粉末の製造法
US5030348A (en) 1986-11-03 1991-07-09 Roto-Sieve Ab Arrangement for an inlet and outlet in a rotating drum sieve
SU1468872A1 (ru) 1987-07-06 1989-03-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Биоэнергокомплекс
US5216821A (en) * 1991-04-10 1993-06-08 Remediation Technologies, Incorporated System and method for removing a volatile component from a matrix
US5461648A (en) * 1994-10-27 1995-10-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Supercritical water oxidation reactor with a corrosion-resistant lining
JP3400691B2 (ja) * 1997-11-06 2003-04-28 株式会社日立製作所 超臨界流体を用いた有機物酸化処理装置
JP2001046854A (ja) 1999-08-05 2001-02-20 Kurita Water Ind Ltd 耐圧反応装置
DK1259466T3 (da) * 2000-02-17 2009-01-05 Univ Denmark Tech Dtu Fremgangsmåde til fremstilling af lignocellulosemateriale
FR2810312A1 (fr) * 2000-06-16 2001-12-21 Etienne Sennesael Procede et dispositif de valorisation thermique des boues issues du traitement des eaux usees
US6773581B2 (en) 2001-10-18 2004-08-10 General Atomics System and method for solids transport in hydrothermal processes
JP2004160333A (ja) 2002-11-12 2004-06-10 Nippon Tmi Co Ltd Ｐｃｂ処理方法、ｐｃｂ処理装置およびｐｃｂ処理車両
JP2004313936A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Ngk Insulators Ltd 高温高圧処理装置用予熱装置
JP2005246153A (ja) 2004-03-02 2005-09-15 Ngk Insulators Ltd 有機性廃棄物の高温高圧処理方法
CA2522384C (en) * 2004-10-25 2012-03-06 Ronald Keith Giercke Biomass conversion by combustion
JP2007198614A (ja) 2006-01-23 2007-08-09 Hitachi Ltd 廃棄物熱分解装置に使用する分離装置と、この分離装置を備える廃棄物熱分解装置
JP2008013377A (ja) 2006-07-03 2008-01-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd 炭化物製造装置
CN101138686A (zh) * 2007-07-23 2008-03-12 沈军 提取天然产物有效成分的方法及其应用
GB2453111B (en) 2007-09-25 2010-12-08 Refgas Ltd Gasification
AU2011200090B2 (en) * 2008-06-12 2016-01-07 Winwick Business Solutions Pty Ltd System for cultivation and processing of microorganisms, processing of products therefrom, and processing in drillhole reactors
JP5600203B1 (ja) * 2013-12-26 2014-10-01 川崎重工業株式会社 バイオマスを原料とする糖化液製造方法及び糖化液製造装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2181126C2 (ru) * 1997-03-03 2002-04-10 Иван МАДАР Способ термического и/или каталитического разложения и/или деполимеризации низших органических веществ и устройство для его осуществления
US6054103A (en) * 1997-06-25 2000-04-25 Ferro Corporation Mixing system for processes using supercritical fluids
DE29913370U1 (de) * 1999-07-30 1999-09-23 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 76133 Karlsruhe Anlage zur Behandlung von Feststoffen in überkritischem Wasser
EP1829920A1 (en) * 2004-11-09 2007-09-05 Sumitomo Bakelite Company, Limited Decomposition reaction apparatus, system for producing raw material for recycled resin composition, method for producing raw material for recycled resin composition, raw material for recycled resin composition, and formed article
RU2493513C2 (ru) * 2008-06-19 2013-09-20 КЛААС Зельбстфаренде Эрнтемашинен ГмбХ Устройство и способ для получения энергоносителя из влажной биомассы
US20130338382A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-19 Hitachi, Ltd. Reaction apparatus and method using supercritical water or subcritical water
US20140115955A1 (en) * 2012-07-03 2014-05-01 Sartec Corporation Hydrocarbon synthesis methods, apparatus, and systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2825758C1 (ru) * 2023-10-18 2024-08-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Ростовской академии наук Устройство для гидротермальной обработки

Also Published As

Publication number Publication date
EP3288904A1 (en) 2018-03-07
EP3542895B1 (en) 2024-06-12
JP7084141B2 (ja) 2022-06-14
US11498861B2 (en) 2022-11-15
DK3288904T3 (da) 2019-09-02
WO2016174163A1 (en) 2016-11-03
CN107531534A (zh) 2018-01-02
EP3542895A1 (en) 2019-09-25
CA2984006A1 (en) 2016-11-03
PT3288904T (pt) 2019-09-17
BR112017023174B1 (pt) 2022-06-21
RU2017139551A (ru) 2019-05-29
US20180354834A1 (en) 2018-12-13
AU2016256565B2 (en) 2021-08-19
EP3088368A1 (en) 2016-11-02
AU2016256565A1 (en) 2017-11-30
ES2743953T3 (es) 2020-02-21
PL3288904T3 (pl) 2019-11-29
EP3542895C0 (en) 2024-06-12
BR112017023174A2 (ru) 2018-10-02
JP2018517547A (ja) 2018-07-05
RU2017139551A3 (ru) 2019-08-06
EP3288904B1 (en) 2019-06-12
ZA201707045B (en) 2020-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2715530C2 (ru) Способ и устройство для обработки суспензии, содержащей органические компоненты
DE102007062810A1 (de) Anlage zur Erzeugung von Energie aus Biomasse
JP5382679B2 (ja) リン酸塩回収方法
JP5688724B2 (ja) バイオマス処理方法
US11661552B2 (en) Hydrothermal liquefaction system
RU2736538C2 (ru) Установка и способ переработки суспензии, содержащей органические компоненты
JP2007271146A (ja) 二重管構造
US8361175B2 (en) Method and device for converting biomass into gaseous products
JP2009242696A (ja) バイオマス付着防止方法
EP2484434B1 (de) Kontinuierlicher reaktor zur hydrothermalen karbonisierung
JP5317163B2 (ja) リン酸塩回収方法
US20240199967A1 (en) System and method for hydrothermal carbonization
CN216513621U (zh) 一种植物秸秆三氧化硫连续磺化系统