RU2761821C1 - Reactor for steam-heat carbonisation of biomass - Google Patents
Reactor for steam-heat carbonisation of biomass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761821C1 RU2761821C1 RU2020137936A RU2020137936A RU2761821C1 RU 2761821 C1 RU2761821 C1 RU 2761821C1 RU 2020137936 A RU2020137936 A RU 2020137936A RU 2020137936 A RU2020137936 A RU 2020137936A RU 2761821 C1 RU2761821 C1 RU 2761821C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vertical
- reactor
- processed
- particles
- gas distribution
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 239000010867 poultry litter Substances 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007817 Olea europaea Species 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 238000005899 aromatization reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L9/00—Treating solid fuels to improve their combustion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области коммунального хозяйства, сельскохозяйственного производства и энергетики, в частности к устройствам для паротермальной карбонизации биомассы с целью получения биочара.The invention relates to the field of utilities, agricultural production and energy, in particular to devices for steam-thermal carbonization of biomass in order to obtain biochar.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
Биомасса широко используется как продукт питания или как возобновляемое сырье для производства энергии, а также как сырье для производства различных химических веществ и активированных углей. В последние годы такой метод обработки биомассы, как гидротермальная карбонизация, стал привлекать внимание исследователей, благодаря возможности получения твердого продукта, который называют биочар [Z. Liu, F.S. Zhang, Removal of lead from water using biochars prepared from hydrothermal liquefaction of biomass, J. Hazard. Mater. 167 (2009) 933-939, Z. Liu, F.S. Zhang, J. Wu, Characterization and application of chars produced from pinewood pyrolysis and hydrothermal treatment, Fuel 89 (2010) 510- 514].Biomass is widely used as a food product or as a renewable raw material for energy production, as well as a raw material for the production of various chemicals and activated carbons. In recent years, this method of processing biomass, as hydrothermal carbonization, began to attract the attention of researchers, due to the possibility of obtaining a solid product, which is called biochar [Z. Liu, F.S. Zhang, Removal of lead from water using biochars prepared from hydrothermal liquefaction of biomass, J. Hazard. Mater. 167 (2009) 933-939, Z. Liu, F.S. Zhang, J. Wu, Characterization and application of chars produced from pinewood pyrolysis and hydrothermal treatment, Fuel 89 (2010) 510-514].
Последний может быть в дальнейшем использован для синтеза активированного угля [M. Sevilla, A. Fuertes, R. Mokaya, High density hydrogen storage in superactivated carbons from hydrothermally carbonized renewable organic materials, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1400-1410, M. Sevilla, A.B. Fuertes, Sustainable porous carbons with a superior performance for CO2 capture, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1765-1771. 802 A. Jain et al. / Chemical Engineering Journal 283 (2016) 789-805, Sevilla, J.A. A.B. Fuertes, Hydrothermal carbonization of biomass as a route for the sequestration of CO2: chemical and structural properties of the carbonized products, Biomass Bioenergy 35 (2011) 3152- 3159].The latter can be further used for the synthesis of activated carbon [M. Sevilla, A. Fuertes, R. Mokaya, High density hydrogen storage in superactivated carbons from hydrothermally carbonized renewable organic materials, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1400-1410, M. Sevilla, AB Fuertes, Sustainable porous carbons with a superior performance for CO2 capture, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1765-1771. 802 A. Jain et al. / Chemical Engineering Journal 283 (2016) 789-805, Sevilla, JA AB Fuertes, Hydrothermal carbonization of biomass as a route for the sequestration of CO2: chemical and structural properties of the carbonized products, Biomass Bioenergy 35 (2011) 3152-3159].
Отмечается, что гидротермальная карбонизация биомассы позволяет получить биочар с более высокой концентрацией кислородных функциональных групп и низкой степенью ароматизации, что делает полученный биочар более пригодным для дальнейшей химической активации [M. Sevilla, A. Fuertes, R. Mokaya, High density hydrogen storage in superactivated carbons from hydrothermally carbonized renewable organic materials, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1400-1410, M. Sevilla, A. Fuertes, The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose, Carbon 47 (2009) 2281-2289].It is noted that the hydrothermal carbonization of biomass makes it possible to obtain biochar with a higher concentration of oxygen functional groups and a low degree of aromatization, which makes the resulting biochar more suitable for further chemical activation [M. Sevilla, A. Fuertes, R. Mokaya, High density hydrogen storage in superactivated carbons from hydrothermally carbonized renewable organic materials, Energy Environ. Sci. 4 (2011) 1400-1410, M. Sevilla, A. Fuertes, The production of carbon materials by hydrothermal carbonization of cellulose, Carbon 47 (2009) 2281-2289].
Биочар рекомендуется также к использованию как чистое твердое топливо [Zhao P, Shen Y, Ge S, Chen Z, Yoshikawa K. Clean solid biofuel production from high moisture content waste biomass employing hydrothermal treatment. Appl Energy 2014; 131:345-67, Bach Q-V, Skreiberg ∅. Upgrading biomass fuels via wet torrefaction: a review and comparison with dry torrefaction. Renew Sustain Energy Rev 2016; 54:665-577, Nizamuddin S, Baloch HA, Griffin GJ, Mubarak NM, Bhutto AW, Abro R, et al. An overview of effect of process parameters on hydrothermal carbonization of biomass. Renew Sustain Energy Rev 2017; 73: 1289-1299, Volpe M, Fiori L. From olive waste to solid biofuel through hydrothermal carbonization: the role of temperature and solid load on secondary char formation and hydrochar energy properties. J Anal Appl Pyrolysis 2017; 124:63-72], благодаря снижению влажности полученного биотоплива, снижению содержания в нем соединений хлора и азота, что уменьшает вредные выбросы при сжигании [Zhao P, Shen Y, Ge S, Chen Z, Yoshikawa K. Clean solid biofuel production from high moisture content waste biomass employing hydrothermal treatment. Appl Energy 2014; 131: 345-367].Biochar is also recommended for use as a clean solid fuel [Zhao P, Shen Y, Ge S, Chen Z, Yoshikawa K. Clean solid biofuel production from high moisture content waste biomass employing hydrothermal treatment. Appl Energy 2014; 131: 345-67, Bach Q-V, Skreiberg ∅. Upgrading biomass fuels via wet torrefaction: a review and comparison with dry torrefaction. Renew Sustain Energy Rev 2016; 54: 665-577, Nizamuddin S, Baloch HA, Griffin GJ, Mubarak NM, Bhutto AW, Abro R, et al. An overview of effect of process parameters on hydrothermal carbonization of biomass. Renew Sustain Energy Rev 2017; 73: 1289-1299, Volpe M, Fiori L. From olive waste to solid biofuel through hydrothermal carbonization: the role of temperature and solid load on secondary char formation and hydrochar energy properties. J Anal Appl Pyrolysis 2017; 124: 63-72], due to a decrease in the moisture content of the obtained biofuel, a decrease in the content of chlorine and nitrogen compounds in it, which reduces harmful emissions during combustion [Zhao P, Shen Y, Ge S, Chen Z, Yoshikawa K. Clean solid biofuel production from high moisture content waste biomass employing hydrothermal treatment. Appl Energy 2014; 131: 345-367].
Процесс гидротермальной карбонизации реализован в реакторах периодического действия и включает следующие стадии [Chen W-H, Ye S-C, Sheen H-K. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresour Technol 2012;118: 195-203, Bach Q-V, Tran K-Q, Khalil RA, Skreiberg ∅, Seisenbaeva G. Comparative assessment of wet torrefaction. Energy Fuels 2013; 27: 6743-6753]:The hydrothermal carbonization process is implemented in batch reactors and includes the following stages [Chen W-H, Ye S-C, Sheen H-K. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresour Technol 2012; 118: 195-203, Bach Q-V, Tran K-Q, Khalil RA, Skreiberg ∅, Seisenbaeva G. Comparative assessment of wet torrefaction. Energy Fuels 2013; 27: 6743-6753]:
- загрузка воды и биомассы в реактор в необходимом соотношении,- loading water and biomass into the reactor in the required ratio,
- нагрев реактор до необходимой температуры с подъемом давления внутри реактора для исключения вскипания воды,- heating the reactor to the required temperature with a rise in pressure inside the reactor to prevent boiling of water,
- процесс гидротермальной карбонизации в течение заданного времени (3-12 часов),- the process of hydrothermal carbonization for a given time (3-12 hours),
- быстрое охлаждение реактора,- rapid cooling of the reactor,
- сброс давления и выгрузка биочара с последующей сушкой.- release of pressure and unloading of biochar followed by drying.
Из изложенного выше очевидны недостатки технологии гидротермальной карбонизации при ее реализации известным способом:From the above, the disadvantages of the hydrothermal carbonization technology are obvious when it is implemented in a known way:
- периодичность процесса,- the frequency of the process,
- необходимость применения реакторов, работающих под высоким давлением,- the need to use reactors operating under high pressure,
- большой объем загрязненной воды, которая требует дальнейшей переработки,- a large volume of contaminated water that requires further processing,
- большая продолжительность процесса и, соответственно, малая производительность установки или ее большая металлоемкость.- long duration of the process and, accordingly, low productivity of the installation or its high metal consumption.
Были проведены предварительные исследования процесса гидротермальной карбонизации измельченной биомассы в кипящем слое в среде перегретого водяного пара [R.L. Isemin, A.V. Mikhalev, N.S. Muratova, V.S. Kogh-Tatarenko, , Yu. S. Teplitskii, E.K. Buchilko, A.Zh. Greben'kov and E.A. Pitsukha Improving the Efficiency of Biowaste Torrefaction // Thermal Engineering, 2019, Vol. 66, No. 7, pp. 521-526]. Этот процесс назван паротермальной карбонизацией.Preliminary studies of the process of hydrothermal carbonization of crushed biomass in a fluidized bed in an environment of superheated steam have been carried out [R.L. Isemin, A.V. Mikhalev, N.S. Muratova, V.S. Kogh-Tatarenko,, Yu. S. Teplitskii, E.K. Buchilko, A.Zh. Greben'kov and E.A. Pitsukha Improving the Efficiency of Biowaste Torrefaction // Thermal Engineering, 2019, Vol. 66, No. 7, pp. 521-526]. This process is called steam thermal carbonation.
Исследования показали, что продолжительность процесса паротермальной карбонизации в кипящем слое может быть снижена до 15-20 мин. (против 4-12 часов при проведении гидротермальной карбонизации по известной технологии). При этом паротермальная карбонизация позволяет получать биоуголь, характеристики которого сопоставимы с характеристикам биоуглей, полученных методами гидротермальной карбонизации по известной технологии [B. Ghanim, D. Pandey, W. Kwapinski, J. Leahy, Hydrothermal carbonisation of poultry litter: effects of treatment temperature and residence time on yields and chemical properties of hydrochars., Bioresource Technology 216 (2016) 373-380, P.J. Arauzo, P.A. Maziarka, M.P. Olszewski, R.L. Isemin, N.S. Muratova, F. Ronsse, A. Kruse Valorization of the poultry litter through wet torrefaction and different activation treatments, Science of the Total Environment, 732, 2020, 1-10, 139288].Studies have shown that the duration of the process of steam-thermal carbonization in a fluidized bed can be reduced to 15-20 minutes. (versus 4-12 hours when carrying out hydrothermal carbonation using a known technology). At the same time, steam-thermal carbonization makes it possible to obtain biochar, the characteristics of which are comparable to the characteristics of biochar obtained by hydrothermal carbonization methods according to the known technology [B. Ghanim, D. Pandey, W. Kwapinski, J. Leahy, Hydrothermal carbonisation of poultry litter: effects of treatment temperature and residence time on yields and chemical properties of hydrochars., Bioresource Technology 216 (2016) 373-380, P.J. Arauzo, P.A. Maziarka, M.P. Olszewski, R.L. Isemin, N.S. Muratova, F. Ronsse, A. Kruse Valorization of the poultry litter through wet torrefaction and different activation treatments, Science of the Total Environment, 732, 2020, 1-10, 139288].
При проведении процесса паротермальной карбонизации в кипящем слое возникает проблема обеспечения однородности обработки дисперсного материала, т.к. кипящий слой работает в режиме идеального смешения, т.е. после ввода частиц исходной биомассы в реактор эти частицы могут быть сразу же выведены из реактора (при работе реактора в непрерывном режиме) задолго до завершения процесса их полной термической обработки.When carrying out the process of steam-thermal carbonization in a fluidized bed, the problem arises of ensuring the homogeneity of the processing of dispersed material, because the fluidized bed operates in the ideal mixing mode, i.e. after introducing particles of the initial biomass into the reactor, these particles can be immediately removed from the reactor (when the reactor is operating in a continuous mode) long before the completion of the process of their complete thermal treatment.
Известен реактор для термической обработки сырья в кипящем слое, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, газораспределительную решетку, узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода термообработанного материала, причем в пространстве между узлом ввода и узлом вывода расположена спиральная вертикальная вставка, исключающая перемещение дисперсного материала от узла ввода к узлу вывода поверх спиральной вставки и обеспечивающая движение дисперсного материала от узла ввода к узлу вывода вдоль поверхности витков спиральной вставки [Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л. Химия, 1979 - с. 150, рисунок III.31].There is a known reactor for heat treatment of raw materials in a fluidized bed, containing a vertical cylindrical body, a gas distribution grid, an input unit for the initial finely dispersed raw material and an output unit for the heat-treated material, and in the space between the input unit and the output unit there is a spiral vertical insert that excludes the movement of dispersed material from the input unit to the output node on top of the spiral insert and ensuring the movement of dispersed material from the input node to the output node along the surface of the turns of the spiral insert [PG Romankov, NB Rashkovskaya. Drying in suspension. - L. Chemistry, 1979 - p. 150, Figure III.31].
Недостатком данного реактора является его низкая эффективность и большие габариты, т.к. при скорости перемещения частиц в кипящем слое 2-5 см/с для обеспечения необходимого времени пребывания в течении 15-30 минут потребуется реактор очень большого размера. В противном случае высока вероятность вывода из реактора твердых частиц с низкой степенью обработки.The disadvantage of this reactor is its low efficiency and large dimensions, since at a speed of movement of particles in a fluidized bed of 2-5 cm / s, a very large reactor will be required to provide the required residence time for 15-30 minutes. Otherwise, there is a high likelihood of removing solids from the reactor with a low degree of treatment.
Известен реактор для термической обработки сырья в кипящем слое, содержащем вертикальный корпус, газораспределительную решетку, узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода термообработанного материала, причем корпус реактора имеет прямоугольную форму, на противоположных меньших сторонах прямоугольника расположен узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода термообработанного материала, а вдоль большей стороны прямоугольника по ходу движения мелкодисперсного сырья расположены вертикальные вставки, параллельные меньшим сторонам прямоугольного корпуса реактора, причем каждая предыдущая вставка установлена с зазором по отношению к одной из больших сторон прямоугольного корпуса реактора, а каждая последующая за ней вставка установлена с зазором по отношению к противоположной большой стороне прямоугольника, следующая за ней вставка установлена с зазором по отношению к первой из больших сторон прямоугольного и т.д., так, что обеспечивается петлеобразное движение термообрабатываемого мелкодисперсного материала от узла ввода исходного мелкодисперсного сырья к узлу вывода термообработанного материала [Романков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. - Л. Химия, 1979 - с. 150, рисунок III.23].There is a known reactor for thermal treatment of raw materials in a fluidized bed, containing a vertical housing, a gas distribution grid, an input unit for the initial finely dispersed raw materials and an output unit for heat-treated material, and the reactor vessel has a rectangular shape, on the opposite smaller sides of the rectangle there is an input unit for the initial finely dispersed raw material, and along the larger side of the rectangle in the direction of movement of the finely dispersed raw material, there are vertical inserts parallel to the smaller sides of the rectangular reactor vessel, and each previous insert is installed with a gap in relation to one of the large sides of the rectangular reactor vessel, and each subsequent insert is installed with a gap in relation to the opposite large side of the rectangle, the next insert is installed with a gap in relation to the first of the large sides of the rectangular, etc., so that a loop-like movement of ter of the finely dispersed material to be processed from the input unit of the initial finely dispersed raw material to the output unit of the heat-treated material [Romankov P.G., Rashkovskaya NB. Drying in suspension. - L. Chemistry, 1979 - p. 150, Figure III.23].
Недостатком указанного реактора являются его большие габариты и высокая металлоемкость, т.к. при скорости перемещения частиц в кипящем слое 2-5 см/с для обеспечения необходимого времени пребывания в течении 15-30 минут потребуется реактор с общей длиной пути мелкодисперсных частиц от узла ввода до узла вывода 45-90 м. В противном случае высока вероятность вывода из реактора твердых частиц с низкой степенью обработки.The disadvantages of this reactor are its large dimensions and high metal consumption, since at a speed of movement of particles in a fluidized bed of 2-5 cm / s, to ensure the required residence time for 15-30 minutes, a reactor with a total path length of fine particles from the inlet to the outlet of 45-90 m is required.Otherwise, there is a high probability of withdrawal from a solids reactor with a low degree of processing.
Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является реактор для обработки мелкодисперсного сырья в кипящем слое, содержащим вертикальный корпус, газораспределительную решетку, узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода обработанного материала, причем в пространстве между узлом ввода и узлом вывода обработанного материала расположен пакет вертикальных вставок, установленных так, что каждая первая по ходу движения мелкодисперсного материала от узла загрузки к узлу выгрузки вставка установлена с зазором над газораспределительной решеткой, вторая - без зазора над газораспределительной решеткой, третья - с зазором над газораспределительной решеткой и т.д., что обеспечивает петлеобразное движение обрабатываемого дисперсного материала от узла загрузки к узлу выгрузки [Leina Hua, Hu Zhao, Jun Li, Qingshan Zhu, Junwu Wang Solid residence time distribution in a cross-flow dense fluidized bed with baffles, Chemical Engineering Science 200 (2019) 320-335].The closest to the proposed one (prototype) is a reactor for processing finely dispersed raw materials in a fluidized bed, containing a vertical body, a gas distribution grid, an input unit for an initial finely dispersed raw material and an output unit for processed material, and a package of vertical inserts is located in the space between the input unit and the output unit of the processed material installed so that each insert, first in the direction of movement of fine material from the loading unit to the unloading unit, is installed with a gap above the gas distribution grid, the second - without a gap above the gas distribution grid, the third - with a gap above the gas distribution grid, etc., which provides a loop-like movement of the processed particulate material from the loading unit to the unloading unit [Leina Hua, Hu Zhao, Jun Li, Qingshan Zhu, Junwu Wang Solid residence time distribution in a cross-flow dense fluidized bed with baffles, Chemical Engineering Science 200 (2019) 320-335 ].
Недостатком указанного реактора являются его большие габариты и высокая металлоемкость, т.к. т.к. при скорости перемещения частиц в кипящем слое 2-5 см/с для обеспечения необходимого времени пребывания в течении 15-30 минут потребуется реактор с общей длиной пути мелкодисперсных частиц от узла ввода до узла вывода 45-90 м. В противном случае высока вероятность вывода из реактора твердых частиц с низкой степенью обработки.The disadvantages of this reactor are its large dimensions and high metal consumption, since since at a speed of movement of particles in a fluidized bed of 2-5 cm / s, to ensure the required residence time for 15-30 minutes, a reactor with a total path length of fine particles from the inlet to the outlet of 45-90 m is required.Otherwise, there is a high probability of withdrawal from a solids reactor with a low degree of processing.
Технической задачей изобретения является повышение однородности обработки мелкодисперсного материала при паротермальной карбонизации при уменьшении габаритов и массы реактора.The technical objective of the invention is to improve the uniformity of the processing of finely dispersed material during steam-thermal carbonization while reducing the size and weight of the reactor.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Для решения поставленной задачи предложен реактор для паротермальной карбонизации биомассы в кипящем слое, содержащим цилиндрический вертикальный корпус, газораспределительную решетку, узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода обработанного материала, причем в пространстве между узлом ввода и узлом вывода обработанного материала расположен пакет вертикальных вставок, установленных так, что каждая первая по ходу движения мелкодисперсного материала от узла загрузки к узлу выгрузки вставка установлена с зазором над газораспределительной решеткой, вторая - без зазора над газораспределительной решеткой, третья - с зазором над газораспределительной решеткой и т.д., что обеспечивает петлеобразное движение обрабатываемого дисперсного материала от узла загрузки к узлу выгрузки, отличающийся тем, что с целью повышения однородности обработки мелкодисперсного материала при одновременном уменьшении габаритов и массы реактора упомянутые вертикальные вставки, обеспечивающие петлеобразное движение мелкодисперсного материала, установлены в зазорах между вертикальными перегородками перпендикулярно им, а сами вертикальные перегородки свою очередь установлены по хордам поперечного сечения цилиндрического реактора, причем каждая вертикальная перегородка опирается на газораспределительную решетку и имеет в своей нижней части в пространстве между вертикальной стенкой реактора и последней по ходу движения мелкодисперсного материала вертикальной вставкой, примыкающей к данной перегородке, отверстие для выхода мелкодисперсного материала. При этом упомянутые отверстия имеют диаметр равный 25-40 средним диаметрам обрабатываемых частиц, вертикальные перегородки установлены с шагом равным 0,5-0,75 высоты слоя частиц мелкодисперсного материала в неподвижном состоянии, высота вертикальных вставок равна 1,5-2,5 высоты слоя частиц обрабатываемого материала в неподвижном состоянии, вертикальные вставки установлены с шагом равным 25-40 средним диаметрам частиц обрабатываемых частиц, а зазор между вертикальными вставками и газораспределительной решеткой составляет 25-40 диаметров обрабатываемых частиц.To solve this problem, a reactor for steam-thermal carbonization of biomass in a fluidized bed is proposed, containing a cylindrical vertical body, a gas distribution grid, an input unit for the initial finely dispersed raw material and an output unit for processed material, and in the space between the input unit and the processed material output unit there is a package of vertical inserts installed so that each insert, first in the direction of movement of fine material from the loading unit to the unloading unit, is installed with a gap above the gas distribution grid, the second - without a gap above the gas distribution grid, the third - with a gap above the gas distribution grid, etc., which ensures the loop-like movement of the processed dispersed material from the loading unit to the unloading unit, characterized in that in order to increase the homogeneity of the processing of finely dispersed material while reducing the dimensions and weight of the reactor, the mentioned vertical inserts providing a loop the movement of fine material are installed in the gaps between the vertical partitions perpendicular to them, and the vertical partitions themselves are installed along the chords of the cross-section of the cylindrical reactor, and each vertical partition rests on the gas distribution grid and has in its lower part in the space between the vertical wall of the reactor and the latter in the direction of movement of the finely dispersed material with a vertical insert adjacent to this partition, an opening for the exit of the finely dispersed material. In this case, the said holes have a diameter equal to 25-40 average diameters of the processed particles, the vertical partitions are installed with a step equal to 0.5-0.75 of the height of the layer of particles of finely dispersed material in a stationary state, the height of the vertical inserts is equal to 1.5-2.5 of the height of the layer particles of the processed material in a stationary state, the vertical inserts are installed with a step equal to 25-40 average particle diameters of the processed particles, and the gap between the vertical inserts and the gas distribution grid is 25-40 diameters of the processed particles.
На фигуре 1 и фигуре 2 изображены продольный и поперечный разрезы предлагаемого реактора.Figure 1 and figure 2 show longitudinal and cross sections of the proposed reactor.
Реактор для паротермальной карбонизации биомассы в кипящем слое содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, в нижней части которого расположен приемник 2 для перегретого водяного пара. Реактор содержит газораспределительную решетку 3, на которую опирается слой 4 мелкодисперсных частиц обрабатываемой биомассы. Для ввода исходной биомассы и вывода обработанной биомассы имеются узлы 5 и 6 соответственно. В реакторе 1 расположены вертикальные вставки 7, расположенные в пространстве между вертикальными перегородками 8, перпендикулярно им. Вертикальные перегородки 8 расположены по хордам поперечного сечения цилиндрического корпуса реактора 1, опираются на газораспределительную решетку 3 и имеют отверстия 9 для входа и выхода обрабатываемого мелкодисперсного материала.The reactor for steam-thermal carbonization of biomass in a fluidized bed contains a vertical cylindrical body 1, in the lower part of which there is a
Реактор для паротермальной карбонизации работает следующим образом.The reactor for steam thermal carbonization works as follows.
В реактор 1 подается исходная мелкодисперсная биомасса через узел ввода 5 и после паротермальной карбонизации выводится через узел вывода 6. При своем движении через реактор 1 биомасса образует в реакторе 1 слой дисперсного материала 4, который опирается на газораспределительную решетку 3 и переводится в псевдоожиженное состояние с помощью перегретого водяного пара, который подается через приемник 2.The initial finely dispersed biomass is fed into the reactor 1 through the
Перегретый водяной пар имеет необходимую температуру, достаточную для проведения процесса паротермальной карбонизации биомассы в кипящем слое 4.Superheated water vapor has the required temperature sufficient for carrying out the process of steam-thermal carbonization of biomass in a fluidized bed 4.
Исходная мелкодисперсная биомасса движется от узла ввода 5 к узлу вывода 6 через вертикальные вставки 7, которые через одну описаются на газораспределительную решетку 3. Зазор между вертикальной вставкой 7 и газораспределительной решеткой 3 должен составлять 25-40 средних диаметров обрабатываемых частиц. Увеличение этого соотношения приводит к тому, увеличивается проскок необработанного материала, уменьшение этого соотношения приводит к торможению обрабатываемого мелкодисперсного материала и созданию застойных зон.The initial finely dispersed biomass moves from the
Высота вертикальных вставок 7 равна 1,5-2,5 высоты слоя частиц обрабатываемого материала в неподвижном состоянии. Это соотношение является оптимальным, т.к. при уменьшении высоты вставок увеличивается проскок необработанной мелкодисперсной биомассы, а при увеличении - неоправданно тормозится движение биомассы и снижается производительность реактора для паротермальной карбонизации.The height of the
Вертикальные вставки установлены с шагом равным 25-40 средним диаметрам частиц обрабатываемых частиц. Увеличение этого соотношения приводит к тому, увеличивается проскок необработанного материала, уменьшение этого соотношения приводит к торможению обрабатываемого мелкодисперсного материала и созданию застойных зон.Vertical inserts are installed with a step equal to 25-40 average particle diameters of the processed particles. An increase in this ratio leads to an increase in the slip of the untreated material, a decrease in this ratio leads to inhibition of the processed fine material and the creation of stagnant zones.
Вертикальные вставки 7 расположены перпендикулярно вертикальным перегородкам 8, которые установлены по хордам поперечного сечения цилиндрического корпуса реактора 1 и имеют в своей нижней части в пространстве между вертикальной стенкой реактора 1 и последней по ходу движения мелкодисперсного материала вертикальной вставкой 7, примыкающей к данной перегородке 8, отверстие 9 для выхода мелкодисперсного материала. При этом упомянутое отверстие 9 имеет диаметр равный 25-40 средним диаметрам обрабатываемых частиц. Увеличение этого соотношения приводит к тому, увеличивается проскок необработанного материала, уменьшение этого соотношения приводит к торможению обрабатываемого мелкодисперсного материала и созданию застойных зон.
Вертикальные перегородки 8 установлены с шагом друг к другу, равным 0,5-0,75 высоты слоя частиц мелкодисперсного материала в неподвижном состоянии. Такое соотношение является оптимальным, т.к. при его уменьшении возможно поршнеобразование в кипящем слое, заключенным в пространстве между двумя смежными перегородками 8. При увеличении соотношения неоправданно увеличиваются габариты реактора 1.
Таким образом обеспечивается необходимое время обработки для всех исходных частиц биомассы, повышается однородность обработки при уменьшении габаритов и массы реактора.Thus, the required processing time is provided for all the initial particles of biomass, the uniformity of processing increases with a decrease in the size and weight of the reactor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020137936A RU2761821C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Reactor for steam-heat carbonisation of biomass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020137936A RU2761821C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Reactor for steam-heat carbonisation of biomass |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761821C1 true RU2761821C1 (en) | 2021-12-13 |
Family
ID=79175064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020137936A RU2761821C1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Reactor for steam-heat carbonisation of biomass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761821C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2003137765A (en) * | 2001-06-28 | 2005-05-20 | Пасифик Карбон енд Графит ЛЛСи (US) | METHOD FOR CARBONIZING BIOMASS |
EA022177B1 (en) * | 2009-04-01 | 2015-11-30 | Санкоуль Индустрис Гмбх | Method for hydrothermally carbonizing renewable raw materials and organic residual products |
RU2688620C2 (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-21 | Александр Викторович Ходос | Method for hydrothermal carbonisation of renewable raw materials and organic wastes |
-
2020
- 2020-11-19 RU RU2020137936A patent/RU2761821C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2003137765A (en) * | 2001-06-28 | 2005-05-20 | Пасифик Карбон енд Графит ЛЛСи (US) | METHOD FOR CARBONIZING BIOMASS |
EA022177B1 (en) * | 2009-04-01 | 2015-11-30 | Санкоуль Индустрис Гмбх | Method for hydrothermally carbonizing renewable raw materials and organic residual products |
RU2688620C2 (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-21 | Александр Викторович Ходос | Method for hydrothermal carbonisation of renewable raw materials and organic wastes |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
B. Ghanim, D. Pandey, W. Kwapinski, J. Leahy, "Hydrothermal carbonisation of poultry litter: effects of treatment temperature and residence time on yields and chemical properties of hydrochars", Bioresource Technology, 216 (2016), р. 373-380. * |
Leina Hua, Hu Zhao, Jun Li, Qingshan Zhu, Junwu Wang "Solid residence time distribution in a cross-flow dense fluidized bed with baffles", Chemical Engineering Science, 200 (2019), р. 320-335. * |
Leina Hua, Hu Zhao, Jun Li, Qingshan Zhu, Junwu Wang "Solid residence time distribution in a cross-flow dense fluidized bed with baffles", Chemical Engineering Science, 200 (2019), р. 320-335. B. Ghanim, D. Pandey, W. Kwapinski, J. Leahy, "Hydrothermal carbonisation of poultry litter: effects of treatment temperature and residence time on yields and chemical properties of hydrochars", Bioresource Technology, 216 (2016), р. 373-380. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bai et al. | Gasification of coal char in H2O/CO2 atmospheres: Evolution of surface morphology and pore structure | |
Zhang et al. | Fast microwave-assisted pyrolysis of wastes for biofuels production–A review | |
RU2455344C2 (en) | Method of preparing mixed charge containing biomass and heavy hydrocarbon fraction for further gasification | |
Bach et al. | Combustion kinetics of wet-torrefied forest residues using the distributed activation energy model (DAEM) | |
MX2013000885A (en) | Low water biomass-derived pyrolysis oils and processes for producing the same. | |
US9347005B2 (en) | Methods and apparatuses for rapid thermal processing of carbonaceous material | |
Westover et al. | Impact of thermal pretreatment on the fast pyrolysis conversion of southern pine | |
BRPI1013885A2 (en) | process for the production of high quality high-quality bio-oil | |
EP3093271A1 (en) | Apparatus and method for increasing biomass pyrolysis and gas production speed and obtaining nano-scale silica material | |
Zaidi et al. | Catalytic pyrolysis of rice husk over defect-rich beta zeolites for biofuel production | |
CN113387355A (en) | Method for preparing porous carbon spheres from biomass raw material | |
RU2336296C2 (en) | Method and unit to recover synthesis gas from biomass | |
BRPI0611898A2 (en) | process for preparing fuels from biogenic raw materials as well as plants and catalyst composition for process execution | |
RU2761821C1 (en) | Reactor for steam-heat carbonisation of biomass | |
Saifuddin et al. | Microwave-assisted co-pyrolysis of Bamboo biomass with plastic waste for hydrogen-rich syngas production | |
Sun et al. | Review of torrefaction reactor technology | |
US20080286175A1 (en) | Reformer for converting biomass into synthesis gas | |
JP6502532B2 (en) | Cooling method of half carbonized biomass | |
Larichev et al. | Porous carbon-silica composites and carbon materials from rice husk: production technology, texture, and dispersity | |
KR101845858B1 (en) | System for gasification of biomass, gasification process using thereof and power system using thereof | |
EA039214B1 (en) | Method for wet torrefication (carbonization) of biomass | |
Oladosu et al. | Optimization of hhv and energy yield from torrefaction of Albizia zygia wood-calcium hydrogen phosphate catalyst blends using optimal combined design | |
Teo et al. | Internally heated screw pyrolysis reactor (ihspr) heat transfer performance study | |
RU2777169C1 (en) | Method for hydrothermal carbonation or wet torrefication of biomass, including biowaste | |
Khasri et al. | Microwave assisted pyrolysis of Imperata Cylindrica with ionic liquids pre-treatment |