RU2761821C1 - Reactor for steam-heat carbonisation of biomass - Google Patents

Reactor for steam-heat carbonisation of biomass Download PDF

Info

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
Application number
RU2020137936A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Кузьмин
Олег Юрьевич Милованов
Дмитрий Владимирович КЛИМОВ
Светлана Леонидовна Михалёва
Михаил Ефимович Ковалерчик
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Специализированное монтажно-наладочное управление «Воскресенское» (ООО СМНУ "Воскресенское")
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 Общество с ограниченной ответственностью Специализированное монтажно-наладочное управление «Воскресенское» (ООО СМНУ "Воскресенское") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Специализированное монтажно-наладочное управление «Воскресенское» (ООО СМНУ "Воскресенское")
Priority to RU2020137936A priority Critical patent/RU2761821C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761821C1 publication Critical patent/RU2761821C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS 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
    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34Methods of heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of public utilities, agricultural production and power engineering, in particular, to apparatuses for steam-heat carbonisation of biomass for the purpose of producing biochar. Proposed is a reactor for steam-heat carbonisation of biomass in a fluidised bed, containing a cylindrical vertical body, a gas distribution grid, an input unit for the initial finely-dispersed raw materials and an output unit for the processed material, characterised by the fact that in order to increase the uniformity of processing of the finely-dispersed material with a simultaneous reduction in the dimensions and mass of the reactor, said vertical inserts providing loop-like movement of the finely-dispersed material, are installed in the gaps between the vertical partitions perpendicular thereto, and the vertical partitions are, in turn, installed along the cross-sectional chords of the cylindrical reactor, wherein each vertical partition is supported by the gas distribution grid and has an outlet for the finely-dispersed material in the lower part thereof in the space between the vertical wall of the reactor and the last vertical insert adjacent to said partition in the course of movement of the finely-dispersed material. Said outlets therein have a diameter of 25 to 40 average diameters of the processed particles, the vertical partitions are installed at a pitch of 0.5 to 0.75 of the height of the layer of particles of the finely-dispersed material in a stationary state, the height of the vertical inserts is 1.5 to 2.5 of the height of the layer of particles of the processed material in a stationary state, the vertical inserts are installed at a pitch of 25 to 40 average particle diameters of the processed particles, and the gap between the vertical inserts and the gas distribution grid is 25 to 40 diameters of the processed particles.
EFFECT: creation of a reactor for steam-heat carbonisation of biomass for the purpose of producing biochar.
1 cl, 2 dwg

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.

Figure 00000001
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
Figure 00000001
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 receiver 2 for superheated water vapor. The reactor contains a gas distribution grid 3, on which a layer 4 of fine particles of the processed biomass rests. For the input of the initial biomass and the output of the processed biomass, there are nodes 5 and 6, respectively. In the reactor 1 there are vertical inserts 7 located in the space between the vertical partitions 8, perpendicular to them. Vertical partitions 8 are located along the chords of the cross-section of the cylindrical reactor vessel 1, rest on the gas distribution grid 3 and have holes 9 for the entry and exit of the processed finely dispersed material.

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 inlet unit 5 and, after steam-thermal carbonization, is removed through the outlet unit 6. When it moves through the reactor 1, the biomass forms a layer of dispersed material 4 in the reactor, which rests on the gas distribution grid 3 and is brought into a fluidized state using superheated water vapor supplied through receiver 2.

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 input unit 5 to the output unit 6 through the vertical inserts 7, which through one are described on the gas distribution grid 3. The gap between the vertical insert 7 and the gas distribution grid 3 should be 25-40 average 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.

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 vertical inserts 7 is equal to 1.5-2.5 of the height of the layer of particles of the processed material in a stationary state. This ratio is optimal because with a decrease in the height of the inserts, the slip of untreated finely dispersed biomass increases, and with an increase, the movement of biomass is unjustifiably inhibited and the productivity of the reactor for steam thermal carbonization decreases.

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.Vertical inserts 7 are located perpendicular to vertical partitions 8, which are installed along the chords of the cross-section of the cylindrical reactor vessel 1 and have a hole 9 for the exit of fine material. Moreover, said hole 9 has a diameter equal to 25-40 average 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 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.Vertical partitions 8 are installed with a step to each other equal to 0.5-0.75 of the height of the layer of particles of finely dispersed material in a stationary state. This ratio is optimal because when it decreases, piston formation is possible in a fluidized bed enclosed in the space between two adjacent baffles 8. With an increase in the ratio, the dimensions of the reactor 1 unjustifiably increase.

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)

Реактор для паротермальной карбонизации биомассы в кипящем слое, содержащий цилиндрический вертикальный корпус, газораспределительную решетку, узел ввода исходного мелкодисперсного сырья и узел вывода обработанного материала, при этом 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, причем 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 в 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.A reactor for steam-thermal carbonization of biomass in a fluidized bed, 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, while in the space between the input unit and the output unit of the processed material there is a package of vertical inserts installed so that each the first in the direction of movement of fine material from the loading unit to the unloading unit, the insert 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 dispersed material from the unit loading to the unloading unit, and 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-like movement of finely dispersed material, are installed in the gaps between the vertical partitions perpendicular to them, and the vertical partitions themselves, in turn, 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 a vertical by an insert adjacent to this partition, an opening for the exit of finely dispersed material, while the said holes have a diameter equal to 25–40 average diameters of the processed particles, vertical partitions are installed with a step equal to 0.5–0.75 of the height of a layer of finely dispersed material particles in a stationary condition, the height of the vertical inserts is equal to 1.5–2.5 of the height of the layer of particles of the processed material in a stationary state, the vertical inserts are installed with a step equal to 25–40 average diameters of the particles of the processed particles, and the gap between the vertical inserts and the gas distribution the casting grid is 25–40 diameters of processed particles.
RU2020137936A 2020-11-19 2020-11-19 Reactor for steam-heat carbonisation of biomass RU2761821C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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.
Hong et al. Experimental study of the effect of acid-washing pretreatment on biomass pyrolysis
US9347005B2 (en) Methods and apparatuses for rapid thermal processing of carbonaceous material
EP3093271A1 (en) Apparatus and method for increasing biomass pyrolysis and gas production speed and obtaining nano-scale silica material
Yeoh et al. Upgrading agricultural wastes using three different carbonization methods: Thermal, hydrothermal and vapothermal
RU2011152323A (en) METHOD FOR CARRYING OUT PYROLYSIS AND DEVICE FOR PYROLYSIS
CN113387355A (en) Method for preparing porous carbon spheres from biomass raw material
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
Lago et al. Mixing and operability characteristics of mechanically fluidized reactors for the pyrolysis of biomass
US3951856A (en) Process for making activated carbon from agglomerative coal
Zaidi et al. Catalytic pyrolysis of rice husk over defect-rich beta zeolites for biofuel production
Saifuddin et al. Microwave-assisted co-pyrolysis of Bamboo biomass with plastic waste for hydrogen-rich syngas production
Xu et al. Synthesis of zeolite-based porous catalysts from coal gasification fine slag for steam reforming of toluene
JP4997546B2 (en) Supercritical water biomass gasifier and system including the same
Sun et al. Review of torrefaction reactor technology
US20080286175A1 (en) Reformer for converting biomass into synthesis gas
JP2018506637A (en) Method for cooling semi-carbonized biomass
KR101845858B1 (en) System for gasification of biomass, gasification process using thereof and power system using thereof
Larichev et al. Porous carbon-silica composites and carbon materials from rice husk: production technology, texture, and dispersity
EA039214B1 (en) Method for wet torrefication (carbonization) of biomass
RU2783747C1 (en) Method for synthesising 5-hydroxymethylfurfural and furfural from biomass