RU2773424C2 - Method for hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste - Google Patents
Method for hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773424C2 RU2773424C2 RU2020121040A RU2020121040A RU2773424C2 RU 2773424 C2 RU2773424 C2 RU 2773424C2 RU 2020121040 A RU2020121040 A RU 2020121040A RU 2020121040 A RU2020121040 A RU 2020121040A RU 2773424 C2 RU2773424 C2 RU 2773424C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrothermal carbonization
- raw materials
- photocatalytic oxidation
- gas
- carbonization
- Prior art date
Links
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- -1 shale Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002023 wood Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003415 peat Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N methanethiol Chemical compound SC LSDPWZHWYPCBBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- ZFRKQXVRDFCRJG-UHFFFAOYSA-N skatole Chemical compound C1=CC=C2C(C)=CNC2=C1 ZFRKQXVRDFCRJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 4
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 4
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- DNJIEGIFACGWOD-UHFFFAOYSA-N Ethanethiol Chemical compound CCS DNJIEGIFACGWOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940074386 Skatole Drugs 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N formic acid Chemical compound OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K Aluminium chloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M Lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 240000005332 Sorbus domestica Species 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- PQLAYKMGZDUDLQ-UHFFFAOYSA-K Aluminium bromide Chemical compound Br[Al](Br)Br PQLAYKMGZDUDLQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 229910016876 Fe(NH4)2(SO4)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003608 Feces Anatomy 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K Iron(III) chloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 description 1
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003250 coal slurry Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O oxonium Chemical compound [OH3+] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки органического сырья, например древесины, торфа, сланцев, угля, промышленных и бытовых отходов, содержащих органические составляющие, отходов растениеводства, животноводства и т.п., и может найти применение в химической, лесо- и нефтеперерабатывающих отраслях, коммунальном, сельском хозяйстве и других отраслях промышленности методом гидротермальной карбонизации.The invention relates to the field of processing of organic raw materials, such as wood, peat, shale, coal, industrial and domestic waste containing organic components, plant growing waste, animal husbandry, etc., and can be used in the chemical, timber and oil processing industries, municipal , agriculture and other industries by hydrothermal carbonization.
Процесс гидротермальной карбонизации начинается с подготовки биомассы: из нее удаляют механические примеси (песок, камни и т.п.), затем измельчают и смачивают. Далее биомассу отправляют в реактор (реторту), в котором при помощи пара создается давление 10-25 бар и температура 180-220°C.The process of hydrothermal carbonization begins with the preparation of biomass: mechanical impurities (sand, stones, etc.) are removed from it, then crushed and moistened. Next, the biomass is sent to the reactor (retort), in which steam creates a pressure of 10-25 bar and a temperature of 180-220°C.
В ходе реакции образуются гидроксоний (гидроксоний, оксоний, гидроний) НзО+ (комплексный ион, соединение протона с молекулой воды), которые снижают рН реакционной смеси до 5 и ниже. Этот процесс можно ускорить, добавив в реактор катализатор.During the reaction, hydroxonium (hydroxonium, oxonium, hydronium) H 3 O + (complex ion, a combination of a proton with a water molecule) is formed, which lowers the pH of the reaction mixture to 5 and below. This process can be accelerated by adding a catalyst to the reactor.
В качестве катализатора могут быть использованы: 1)неорганические кислоты Бренстеда: HNO3, НО;The following can be used as a catalyst: 1) Bronsted inorganic acids: HNO3, HO;
2) органические кислоты Бренстеда: муравьиная кислота, уксусная кислота, лимонная кислота, NH4Cl;2) Bronsted organic acids: formic acid, acetic acid, citric acid, NH4Cl;
3) кислоты Льюиса, такие как, например, галогениды металлов: FeCl3, FeBr3, AlCl3, AlBr3;3) Lewis acids, such as, for example, metal halides: FeCl3, FeBr3, AlCl3, AlBr3;
4) общие галогениды и оксиды металлов: NaCl, FeO, Fe2O3, LiCl, [Fe(NH4)2(SO4)2]-6 H2O.4) common metal halides and oxides: NaCl, FeO, Fe2O3, LiCl, [Fe(NH4)2(SO4)2]-6 H2O.
Причем нужно учесть, что при низких рН большее количество углерода переходит в жидкую фазу. Реакция экзотермическая, то есть протекает с выделением энергии. Через 12 ч 90-99% углерода переходит в водную суспензию в виде пористых зерен карбонизата (С6Н2О)N с размером пор от 8 до 20 нм.Moreover, it should be taken into account that at low pH, a greater amount of carbon passes into the liquid phase. The reaction is exothermic, that is, it proceeds with the release of energy. After 12 hours, 90-99% of carbon passes into an aqueous suspension in the form of porous grains of carbonizate (C 6 H 2 O) N with a pore size of 8 to 20 nm.
Остальная часть углерода (от 1 до 10%) частично остается в жидкой фазе в виде водной суспензии, частично выбрасывается в атмосферу в виде углекислоты. Уравнение реакции в упрощенном виде можно записать в такой форме:The rest of the carbon (from 1 to 10%) partially remains in the liquid phase in the form of an aqueous suspension, and is partially emitted into the atmosphere in the form of carbon dioxide. The reaction equation in a simplified form can be written in the following form:
C6H2O6→C6H6O3+3H2O→C6H2O+5H2OC 6 H 2 O 6 → C 6 H 6 O 3 + 3H 2 O → C 6 H 2 O + 5H 2 O
Реакцию можно остановить и раньше с получением при этом других промежуточных продуктов. К примеру, через 8 ч можно получить продукт, схожий по составу с торфом, а в течение первого часа - гидрофобные промежуточные продукты.The reaction can be stopped earlier to give other intermediates. For example, after 8 hours, a product similar in composition to peat can be obtained, and within the first hour, hydrophobic intermediates can be obtained.
Охлажденная угольная суспензия с помощью механического прессования обезвоживается до такого состояния, когда в ней остается 50-60% от исходного содержания воды. Большая часть сепарированной воды используется в последующих циклах производства. После механического обезвоживания продукт подлежит дальнейшей сушке до влажности, требуемой заказчиком; обычно это 5-25%.The cooled coal slurry is dehydrated by mechanical pressing to such a state that 50-60% of the original water content remains in it. Most of the separated water is used in subsequent production cycles. After mechanical dehydration, the product is subject to further drying to the moisture required by the customer; usually it is 5-25%.
Описанная технология гидротермальной карбонизации используется в той или иной степени в известных способах переработки органических отходов.The described technology of hydrothermal carbonization is used to varying degrees in the known methods of processing organic waste.
Известен способ термической переработки древесины (патент РФ №2083633, 24.11.1995, С10В 53/02). Способ включает предварительную сушку древесины и последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон досушивания, пиролиза с образованием древесного угля, его прокалки и охлаждения при противоточной подаче охлаждающего агента, в качестве которого используют дымовые газы от полного сгорания топлива с содержанием в них кислорода 1,5-7,0%, при этом указанные газы после прохождения ими зоны охлаждения используют в качестве теплоносителя в зонах прокалки, пиролиза и подсушки.A known method of thermal processing of wood (RF patent No. 2083633, 24.11.1995, C10B 53/02). The method includes preliminary drying of wood and subsequent heat treatment in the presence of a gaseous heat carrier in a continuous process with the passage of successively zones of final drying, pyrolysis with the formation of charcoal, its calcination and cooling with countercurrent supply of a cooling agent, which is used as flue gases from the complete combustion of fuel containing oxygen in them is 1.5-7.0%, while these gases after passing through the cooling zone are used as a heat carrier in the zones of calcination, pyrolysis and drying.
Описанные выше способ являются низко производительными, требуют дополнительного топлива и не позволяют перерабатывать древесину с влажностью выше 25%.The methods described above are low productive, require additional fuel and do not allow processing wood with a moisture content above 25%.
Известен способ производства древесного угля и установка для производства древесного угля (патент РФ №2166527, 02.01.2000, С10В 53/02). Способ включает предварительную сушку сырья и последующую термическую обработку в присутствии газообразного теплоносителя в непрерывном процессе с прохождением последовательно зон сушки, пиролиза с образованием древесного угля и его прокалки. Применение газового теплоносителя в зоне пиролиза резко снижает концентрацию древесно-смоляных продуктов в парогазах термического разложения сырья, повышает их температуру и усложняет конденсационную систему выделения биомасел.A known method for the production of charcoal and installation for the production of charcoal (RF patent No. 2166527, 02.01.2000, C10V 53/02). The method includes preliminary drying of raw materials and subsequent heat treatment in the presence of a gaseous heat carrier in a continuous process with successive passage of zones of drying, pyrolysis to form charcoal and its calcination. The use of a gas heat carrier in the pyrolysis zone sharply reduces the concentration of wood-resin products in the vapor gases of the thermal decomposition of raw materials, increases their temperature and complicates the condensation system for the extraction of bio-oils.
Известен также способ и устройство дегидратации биомассы вместе с водой при температурах свыше 100°C (ЕР 1970431 А1) в котором биомассу при необходимости, подогревают и вводят с помощью насоса или шлюзового затвора в горизонтальный реактор под давлением, по которому ее перемещают с помощью шнекового транспортера. Реактор под давлением нагревается извне. Вступившую в реакцию биомассу выводят в конце реактора под давлением или с помощью насоса, или переходного шлюза. Недостатком этого технического решения является использование шнекового транспортера для того, чтобы передвигать содержимое реактора по трубообразному реактору. Из-за высоких температур шнек быстро изнашивается, и из-за высокого давления возникают трудности при изоляции от атмосферы.There is also known a method and device for dehydration of biomass together with water at temperatures above 100°C (EP 1970431 A1), in which the biomass, if necessary, is heated and injected using a pump or a sluice gate into a horizontal pressurized reactor, through which it is moved using a screw conveyor . The pressurized reactor is heated from the outside. The reacted biomass is removed at the end of the reactor under pressure or by means of a pump or a sluice. The disadvantage of this technical solution is the use of a screw conveyor in order to move the contents of the reactor in a tubular reactor. Due to high temperatures, the screw wears out quickly, and due to high pressure, it is difficult to isolate from the atmosphere.
Наиболее близким по технологии к заявляемому объекту является способ гидротермальной карбонизации возобновляемого сырья и органических отходов (патент РФ №2688620, 25.10.2017, С10В 53/00). Способ осуществляют путем размельчения и увлажнения исходного сырья с концентрацией воды в образовавшейся смеси до 30-99% и последующей подачи образованной смеси с помощью насоса в реактор для обработки при температуре 200°C и давлении 20 бар без доступа воздуха и с добавлением катализатора до стадии карбонизации с образованием карбонизата, который обезвоживается и брикетируется. При обезвоживании карбонизата выделенную жидкость под действием электродиализа разделяют на кислоту и воду, после чего кислоту по линии обратной связи в качестве катализатора возвращают в реактор, а воду сливают.The closest in technology to the claimed object is the method of hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste (RF patent No. 2688620, 10/25/2017, C10B 53/00). The method is carried out by crushing and moistening the feedstock with a water concentration in the resulting mixture up to 30-99% and then feeding the resulting mixture with a pump into the reactor for treatment at a temperature of 200°C and a pressure of 20 bar without air and with the addition of a catalyst to the stage of carbonization with the formation of carbonizate, which is dehydrated and briquetted. During the dehydration of the carbonizate, the separated liquid is separated into acid and water by electrodialysis, after which the acid is returned to the reactor as a catalyst through the feedback line, and the water is drained.
Данный способ гидротермальной карбонизации органических отходов был выбран в качестве прототипа.This method of hydrothermal carbonization of organic waste was chosen as a prototype.
Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является наличие неприятного запаха конечного продукта, который могут вызывать аммиак, сероводород и другие газы.The disadvantage of the method chosen as a prototype is the presence of an unpleasant odor of the final product, which can cause ammonia, hydrogen sulfide and other gases.
Целью изобретения является создание способа гидротермальной карбонизации возобновляемого сырья и органических отходов, который отличается высокой экологичностью технологии, предотвращающей загрязнение окружающей среды,The aim of the invention is to create a method for the hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste, which is characterized by a high environmental friendliness of the technology that prevents environmental pollution,
Технический результат изобретения выражается в расширении арсенала методов и технических средств гидротермальной карбонизации возобновляемого сырья и органических отходов. Он достигается тем, что в способе гидротермальной карбонизации возобновляемого сырья и органических отходов, предусматривающем размельчение и увлажнение исходного сырья с концентрацией воды в образовавшейся пульпе до 30-99% и последующей подачи образованной смеси с помощью насоса в реактор для обработки при температуре 200°C и давлении 20 бар без доступа воздуха и с добавлением катализатора до стадии карбонизации с образованием карбонизата, который обезвоживается и брикетируется, газ и жидкая суспензия, после процесса гидротермальной карбонизации подвергаются процессу фотокаталитического окисления.The technical result of the invention is expressed in the expansion of the arsenal of methods and technical means of hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste. It is achieved by the fact that in the method of hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic wastes, which involves crushing and moistening of the feedstock with a water concentration in the resulting pulp up to 30-99% and subsequent feeding of the resulting mixture using a pump into the reactor for processing at a temperature of 200°C and pressure of 20 bar without access to air and with the addition of a catalyst to the stage of carbonization with the formation of carbonizate, which is dehydrated and briquetted, gas and liquid suspension, after the hydrothermal carbonization process, are subjected to a photocatalytic oxidation process.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления предложенного способа, а на фиг. 2 схематично показан блок фотокаталитического окисления.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for implementing the proposed method, and FIG. 2 schematically shows a photocatalytic oxidation unit.
Предложенный способ осуществляется следующим образом. Из бака 1 сырье насосом 2 через клапан 3 поступает в теплообменник 4, откуда насосом 5 через клапан 6 поступает далее в реактор 7 (фиг. 1). В реакторе 7 проходит процесс гидротермальной карбонизации. Пар с реактора 7 через клапан 8 поступает в ресивер 9. В ресивере 9 находится блок фотокаталитического окисления 10. Кислород из установки короткоцикловой адсорбции 11 через насос 12 и клапан 13 поступает в блок фотокаталитического окисления 10. В блоке фотокаталитического окисления 10 происходит фотокаталитическое окисление таких веществ как метилмеркаптан, этилмеркаптан, скатол, сероводород, аммиак и другие летучие вещества, за счет кислорода, катализатора (см. фиг. 2, где рабочее вещество А подвергается окислению под действием ультрафиолета (лампы Б). Из блока фотокаталитического окисления 10 газ, состоящий в основном из CO2 и H20, насосом 14 через клапан 15 поступает на клапаны 16 и 17. Через клапан 16 лишний газ сбрасывается фотокаталитического окисления 18. Через клапан 17 газ поступает в блок флотации 19. Газ проходя через блок флотации 19 в виде пузырьков сорбирует в пузырьки растворенные в суспензии карбонизата летучие вещества, такие как метилмеркаптан, этилмеркаптан, скатол, сероводород, аммиак и другие, поступая затем на клапан 8. В процессе фотокатализа выделяется тепловая энергия, которая поддерживает реакцию карбонизации. Из реактора 7 суспензия насосом 20 через клапан 21 поступает в блок отжима 22, где разделяется на жидкую составляющую и отжатый продукт. Отжатый продукт насосом 23 через клапан 24 поступает в емкость 25. Жидкая фракция из блока отжима 22 через клапан 26 поступает в блок фотокаталитического окисления 27, где жидкая фракция окисляется кислородом, подающимся из блока короткоцикловой адсорбции 28 насосом 29 через клапан 30. Газожидкостная суспензия образовавшаяся в процессе окисления кислородом в блоке фотокаталитического окисления 27 через клапан 31 поступает в блок сепарации 32, где жидкая фракция отделяется от газовой фракции. Газовая фаза через клапан 33 поступает на сброс 34. Жидкая фаза из блока сепарации 32 насосом 35 через клапан 36 поступает в теплообменник 4. В теплообменнике 4 жидкая фаза отдает тепло образовавшееся в результате реакции фотокатализа поступающему в реактор 7 через клапан 3 сырью. Жидкая фаза пройдя блок теплообменника 4, через клапан 37 поступает в емкость 38.The proposed method is carried out as follows. From
Ниже показаны возможности предложенного способа при переработке отходов животноводства.The possibilities of the proposed method in the processing of animal waste are shown below.
Биомасса в виде коровьего навоза из лагуны с влажностью 98% насосом прокачивается через теплообменник в реактор. В реакторе при температуре 220°C и давлении 20 атм. производится процесс гидротермальной карбонизации, при котором за 10 часов биомасса превращается в карбонизат. В процессе гидротермальной карбонизации выделяется пар, который подается в блок фотокаталитического окисления. В процессе фотокаталитического окисления такие органические вещества как метилмеркаптан, этилмеркаптан, скатол, сероводород, аммиак и другие, обладающие неприятным запахом и находящиеся в биомассе, распадаются с выделением тепловой энергии. Из блока фотокатализа газ поступает обратно в реактор, на блок флотации, а лишний чистый газ сбрасывается. Выходя из блока флотации газ сорбирует в пузырьки летучие вещества, которые поступают в виде пара на блок фотокаталитического окисления. Циркуляция газа между реактором и блоком фотокаталитического окисления позволяет поддерживать реакцию гидротермальной карбонизации и избавляться от всех летучих органических соединений, вызывающих неприятный запах. Переработанная биомасса после процесса гидротермальной карбонизации представляет собой суспензию, которая затем отжимается. После отжима жидкая фракция поступает на блок фотокаталитического окисления, а отжатый продукт поступает в емкость. Жидкая фаза после блока фотокаталитического окисления представляет из себя газожидкостную суспензию, которая разделяется на газ и жидкость в блоке сепарации. Затем газ сбрасывается, а жидкая фракция поступает через теплообменник в емкость, отдавая тепло вновь поступающей биомассе, в емкость.Biomass in the form of cow dung from the 98% humidity lagoon is pumped through a heat exchanger into the reactor. In a reactor at a temperature of 220°C and a pressure of 20 atm. a hydrothermal carbonization process is carried out, in which the biomass is converted into carbonizate in 10 hours. The hydrothermal carbonization process releases steam, which is fed into the photocatalytic oxidation unit. In the process of photocatalytic oxidation, organic substances such as methyl mercaptan, ethyl mercaptan, skatole, hydrogen sulfide, ammonia and others that have an unpleasant odor and are in biomass decompose with the release of thermal energy. From the photocatalysis unit, the gas flows back to the reactor, to the flotation unit, and the excess pure gas is discharged. Leaving the flotation unit, the gas sorbs volatile substances into bubbles, which enter the photocatalytic oxidation unit in the form of steam. The circulation of gas between the reactor and the photocatalytic oxidation unit allows the hydrothermal carbonation reaction to be maintained and all odor-causing VOCs to be eliminated. The processed biomass after the hydrothermal carbonization process is a suspension, which is then squeezed out. After squeezing, the liquid fraction enters the photocatalytic oxidation unit, and the squeezed product enters the container. The liquid phase after the photocatalytic oxidation unit is a gas-liquid suspension, which is separated into gas and liquid in the separation unit. Then the gas is discharged, and the liquid fraction enters the tank through the heat exchanger, giving off heat to the newly incoming biomass, into the tank.
Предложенный способ гидротермальной карбонизации положительно отличается от всех известных способов производства карбонизата более высоким качеством конечного продукта, отсутствием необходимости предварительной сушки биомассы, возможностью использования самых разных видов биомассы, включая низкокачественную, которая может быть утилизирована только методом компостирования, простотой обслуживания оборудования и низкими эксплуатационными расходами, высокой экологичностью технологии, предотвращающей загрязнение окружающей среды, возможностью использования смеси, состоящей из различных видов биомассы.The proposed method of hydrothermal carbonization positively differs from all known methods for the production of carbonizate by the higher quality of the final product, the absence of the need for pre-drying of biomass, the possibility of using a wide variety of types of biomass, including low-quality, which can only be utilized by composting, ease of maintenance of equipment and low operating costs, high environmental friendliness of technology that prevents environmental pollution, the possibility of using a mixture consisting of various types of biomass.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020121040A RU2773424C2 (en) | 2020-06-25 | Method for hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020121040A RU2773424C2 (en) | 2020-06-25 | Method for hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020121040A3 RU2020121040A3 (en) | 2021-12-27 |
| RU2020121040A RU2020121040A (en) | 2021-12-27 |
| RU2773424C2 true RU2773424C2 (en) | 2022-06-03 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010112230A1 (en) * | 2009-04-01 | 2010-10-07 | Suncoal Industries Gmbh | Method for hydrothermally carbonizing renewable raw materials and organic residual products |
| RU2481386C2 (en) * | 2008-10-08 | 2013-05-10 | Сергей Петрович Хмеленко | Method for continuous thermochemical treatment of different types of carbon-containing material |
| 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)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481386C2 (en) * | 2008-10-08 | 2013-05-10 | Сергей Петрович Хмеленко | Method for continuous thermochemical treatment of different types of carbon-containing material |
| WO2010112230A1 (en) * | 2009-04-01 | 2010-10-07 | Suncoal Industries Gmbh | 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 (1)
| Title |
|---|
| ИТС 8-2015. Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях. Москва, Бюро НДТ, 2015. ИТС 22-2016. Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях. Москва, Бюро НТД, 2016. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mau et al. | Phases’ characteristics of poultry litter hydrothermal carbonization under a range of process parameters | |
| RU2741550C2 (en) | Method of producing low-ash activated charcoal | |
| US8637718B2 (en) | Biomass to biochar conversion in subcritical water | |
| CN100484648C (en) | Household gabbage chemical stability treatment method | |
| CN102260506B (en) | Novel method for comprehensively utilizing waste materials of rubber tree processing sheets | |
| JP4703728B2 (en) | Rapid non-equilibrium decompression of microbial waste streams | |
| DE102009015257B4 (en) | Process for the hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic residues | |
| JP6240508B2 (en) | Process for treating treated water from plants for hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic residue materials | |
| CN101177264A (en) | Method for combined production of activative carbon, white carbon black and soda by employing biomass power plant waste | |
| CN111646671B (en) | Method for cooperatively treating sludge by using cement kiln | |
| Wang et al. | Fly ash and H2O2 assisted hydrothermal carbonization for improving the nitrogen and sulfur removal from sewage sludge | |
| Yek et al. | Production of value-added hydrochar from single-mode microwave hydrothermal carbonization of oil palm waste for de-chlorination of domestic water | |
| Zhou et al. | Sustainable production of value-added sulfonated biochar by sulfuric acid carbonization reduction of rice husks | |
| RU2338769C1 (en) | Method of processing plant raw material | |
| RU2688620C2 (en) | Method for hydrothermal carbonisation of renewable raw materials and organic wastes | |
| Chen et al. | Speciation and transformation of nitrogen for sewage sludge hydrothermal carbonization-influence of temperature and carbonization time | |
| RU2773424C2 (en) | Method for hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic waste | |
| CN101659889B (en) | Methane purifying comprehensive utilization technology | |
| KR102647976B1 (en) | Method for manufacturing high-calorie sludge fuel coal with reduced odor using hybrid hydrothermal carbonization of sewage sludge and sludge fuel coal manufactured by the method | |
| CN109879579A (en) | A kind of recycling sludge recycling treatment process | |
| Mezmur et al. | Simulation and experimental analysis of biogas upgrading. | |
| US2668099A (en) | Process of dewatering lignocellulosic materials in the production of fuel | |
| CN111804277A (en) | Method for preparing charcoal activated carbon combustible gas bio-oil from crop straws | |
| Deliyanni | Low-cost activated carbon from rice wastes in liquid-phase adsorption | |
| CN115583630A (en) | Method for preparing synthesis gas by photo-thermal catalytic decomposition of hydrogen sulfide and carbon dioxide |