RU2787359C1 - Установка для производства биотоплива - Google Patents
Установка для производства биотоплива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787359C1 RU2787359C1 RU2022113091A RU2022113091A RU2787359C1 RU 2787359 C1 RU2787359 C1 RU 2787359C1 RU 2022113091 A RU2022113091 A RU 2022113091A RU 2022113091 A RU2022113091 A RU 2022113091A RU 2787359 C1 RU2787359 C1 RU 2787359C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inlet
- outlet
- hydrothermal liquefaction
- controlled valve
- unit
- Prior art date
Links
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002906 microbiologic Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 3
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 2
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 241000192542 Anabaena Species 0.000 description 1
- 235000016425 Arthrospira platensis Nutrition 0.000 description 1
- 240000002900 Arthrospira platensis Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241001536324 Botryococcus Species 0.000 description 1
- 241000488537 Bracteacoccus Species 0.000 description 1
- 241000195649 Chlorella <Chlorellales> Species 0.000 description 1
- 241000195634 Dunaliella Species 0.000 description 1
- 241000168525 Haematococcus Species 0.000 description 1
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 description 1
- 229940082787 Spirulina Drugs 0.000 description 1
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технологии получения биотоплива из природных источников сырья биологического происхождения, в частности, к установке для производства биотоплива в процессе гидротермального сжижения микроводорослей. Установка содержит камеру подготовки исходного сырья, блок гидротермального сжижения, средства нагрева сырья, блок охлаждения и сепарации биотоплива, коммутирующие элементы. Между камерой подготовки исходного сырья и блоком гидротермального сжижения расположены, по крайней мере, одна буферная емкость высокого давления для накопления и подогрева подготовленной биомассы и рекуперативный теплообменник. Выход камеры подготовки исходного сырья соединен через насос низкого давления и первый управляемый клапан с первым входом буферной емкости, второй вход которой соединен через второй управляемый клапан с выходом газового баллона, содержащим нейтральный газ при давлении, соответствующем давлению сжижения биомассы. Выход буферной емкости соединен через третий управляемый клапан с входом в тракт установки, включающий нагреваемую полость рекуперативного теплообменника, рабочий объем блока гидротермального сжижения и греющую полость рекуперативного теплообменника. Выход теплообменника соединен через четвертый управляемый клапан с входом емкости для приема продуктов гидротермального сжижения, снабженной механической мешалкой и трубчатым охладителем. При этом первый выход емкости для приема продуктов гидротермального сжижения по газовой фазе соединен через пятый управляемый клапан с первым входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения. Второй выход емкости для приема продуктов гидротермального сжижения по жидкой фазе соединен через шестой управляемый клапан с входом нутч-фильтра. Первый выход нутч-фильтра посредством шнека для транспортировки твердой фазы соединен через блок формирования пеллет со вторым входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения. Второй выход нутч-фильтра по жидкой фазе соединен через седьмой управляемый клапан с первым входом декантера, второй вход которого соединен с выходом компрессора для сепарации биотоплива и воды. Выход декантера соединен через восьмой управляемый клапан с входом накопительной емкости полученного биотоплива и через девятый управляемый клапан - с третьим входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения. Технический результат изобретения заключается в увеличении выхода целевого продукта и снижении тепловых потерь в блоке гидротермального сжижения при одновременном повышении производительности, технологичности и энергетической эффективности установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологии получения биотоплива из природных источников сырья биологического происхождения, в частности, к установке для производства биотоплива в процессе гидротермального сжижения микроводорослей.
Постоянно возрастающий спрос на энергоресурсы является движущим фактором изыскания новых способов получения энергии и энергоносителей. Важным направлением в биотехнологии является комплексная переработка органических отходов фермерских хозяйств и лесопереработки для получения товарных количеств энергоносителя в виде биогаза и других целевых продуктов. Низкотемпературная переработка органических субстанций с помощью термофильного и мезофильного анаэробного разложения отходов обеспечивает получение метана или продуцирование биогаза сложного состава с возможностью последующей переработки в целевые продукты. При этом возможно использование фототрофных микроорганизмов, в том числе, пурпурных, циановых или зеленых бактерий. Другим перспективным направлением в области биоэнергетики является использование в качестве сырья для получения дополнительной энергии природных видов флоры, таких как микроскопические и воспроизводимые естественным или искусственным способом водоросли. При этом в качестве сырья для получения биотоплива используется биомасса различных видов микроводорослей, таких как Spirulina, Chlorella, Haematococcus, Dunaliella, Botryococcus, Bracteacoccus, Anabaena и некоторые другие (см., например, http://www.cleandex.ru/articles/2016/01/19/aglaebiofuels).
Известна система комплексной переработки органических отходов, содержащая средства подготовки отходов и вывода продуктов переработки, реакторный блок для выработки биогаза, блок газоразделения, трубопроводную и запорную арматуру, аппаратуру контроля и управления, отличающаяся тем, что реакторный блок содержит средства для поддержания уровня рабочих температур и концентрации газов в массе отходов, выход реакторного блока по биогазу соединен через блоки осушки, очистки и накопительный приемник с входом блока газоразделения, включающего, по крайней мере, один мембранный контакторный модуль для селективного выделения из биогаза метана, диоксида углерода и дополнительных компонентов (см. патент RU 65048, опублик. 27.07.2007).
Известная система комплексной переработки органических отходов методом анаэробного разложения обеспечивает получение метана или биогаза сложного состава с возможностью последующей переработки в целевые продукты. К недостаткам известного технического решения следует отнести несовершенство имеющихся средств управления термодинамическими параметрами процесса анаэробного разложения отходов различного происхождения и малую глубину газоразделения исходного биогаза для получения товарных количеств целевых продуктов, в том числе, метана с отделением токсичных веществ, например, сероводорода.
Известна установка для производства биотоплива, описанная в способе производства биотоплива, включающая блок приготовления суспензии из лигнита или древесно-волокнистой биомассы и воды, двухступенчатую систему нагнетания суспензии с первой ступенью насоса низкого давления для подачи суспензии во вторую ступень насоса высокого давления, пятиступенчатую концентрическую трубную систему нагрева суспензии, каждая ступень которой имеет удлиненную реакторную установку непрерывного потока с высокой площадью поверхности, при этом каждая ступень нагрева снабжена блоком управления для регулирования температур процесса и скоростей нагрева, и реактор для поддержания режима ламинарного потока в течение определенного времени пребывания. В реактор включены ряды из нескольких трубчатых реакционных сосудов, которые могут соединяться и разъединяться с целью регулировки общего времени пребывания в зависимости от природы исходного сырья, природы используемого водного растворителя и/или наличия/отсутствия в суспензии добавочных катализаторов. При этом реактор использует внешний спутниковый нагрев для управления профилем температуры (см. патент RU № 2575707, опублик. 20.02.2016).
Недостатками известной установки для производства биотоплива являются высокие энергетические затраты, сложность схемной и конструктивной реализации, использование дорогостоящих реактивов и небезопасных органических растворителей. При этом биотопливо, получаемое на выходе, может иметь повышенное содержание кислорода по сравнению с традиционными топливами, что снижает его удельную энергию и стабильность при длительном хранении.
Известно устройство для получения бионефти из микроводорослей путем гидротермального сжижения, содержащее узел подачи водной суспензии биомассы в реактор, блок гидротермального сжижения, состоящий из одного проточного реактора, узел нагрева реактора, выполненный в виде песчаной бани, и узел охлаждения, состоящий из двух последовательных теплообменников. Процесс гидротермального сжижения основан на некаталитической обработке водной суспензии микроводорослей в проточном реакторе, нагрев которого обеспечивается внешним электрическим нагревателем, передающим тепло песчаной засыпке, от которой тепло затем передается реактору (см. С. Jazrawi, P. Biller, А.В. Ross, A. Montoya, Т. Maschmeyer, B.S. Haynes, Algal Research, 2 (2013) 268-277).
Недостатками данного устройства для получения бионефти из микроводорослей являются низкие производительность и энергетическая эффективностьвследствие больших тепловых потерь. Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена утилизация газообразных продуктов гидротермального сжижения, что отрицательно отражается на показателях экологичности работы установки.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для производства биотоплива, содержащая камеру подготовки исходного сырья, блок гидротермального сжижения, средства нагрева сырья, устройства охлаждения и сепарации биотоплива, коммутирующие элементы (см. патент RU № 2689325, опублик. 27.05.2019 - прототип).
Известная установка для производства биотоплива характеризуется тем, что содержит камеру предварительной обработки исходного сырья с установленными в ней мешалкой и источником светового излучения и с линиями ввода воды и биомассы водорослей, емкость с водой, блок гидротермального сжижения, состоящий из двух реакторов, заполненных гетерогенным катализатором и работающих поочередно в режиме гидротермального сжижения и в режиме регенерации катализатора, узел нагрева реакторов, выполненный в виде установленных в полостях реакторов горелок, и блок сбора и сепарации биотоплива с размещенным в нем узлом охлаждения в виде змеевика, при этом выходы емкости с водой и камеры предварительной обработки исходного сырья через регулируемые клапаны подсоединены к насосу высокого давления, выход которого подключен посредством байпасной линии с установленным на ней управляемым клапаном к камере предварительной обработки исходного сырья и к одному из концов змеевика, другой конец которого подсоединен через управляемые клапаны к входам реакторов с образованием замкнутого контура циркуляции полученного продукта предварительной обработки исходного сырья, нижние выходы реакторов через регулируемые клапаны подключены к входу блока сбора и сепарации биотоплива и к линии вывода продуктов сгорания, а линия выхода газообразных продуктов из блока сбора и сепарации биотоплива совместно с линиями подачи топлива и воздуха подсоединена к линии питания горелок, на которой установлены регулируемые задвижки горелок, связанные с коммутирующим элементом, осуществляющим поочередное включение и отключение горелок.
К недостаткам известной установки для получения биотоплива следует отнести сложность выполнения блока гидротермального сжижения, состоящего из двух реакторов, заполненных гетерогенным катализатором и работающих поочередно в режиме сжижения и регенерации катализатора при давлении 10-30 МПа и температуры 455-600°С в течение 1-9 минут до образования продуктов сжижения. Это приводит к значительным тепловым потерям, снижению производительности и энергетической эффективности установки. В известной установке не предусмотрены средства для эффективной утилизация твердых, жидких и газообразных продуктов гидротермального сжижения, что снижает технологические показатели работы установки, причем подача исходного сырья в ее зону реакции организована с помощью насоса высокого давления, ресурс и надежность которого при работе с дисперсной фазой сильно ограничены.
Технический результат изобретения заключается в устранении недостатков известных установок для производства биотоплива, увеличении выхода целевого продукта и снижении тепловых потерь в блоке гидротермального сжижения при одновременном повышении производительности, технологичности и энергетической эффективности установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для производства биотоплива, содержащей камеру подготовки исходного сырья, блок гидротермального сжижения, средства нагрева сырья, блок охлаждения и сепарации биотоплива, коммутирующие элементы, согласно изобретению, между камерой подготовки исходного сырья и блоком гидротермального сжижения расположены, по крайней мере, одна буферная емкость высокого давления для накопления и подогрева подготовленной биомассы и рекуперативный теплообменник, причем выход камеры подготовки исходного сырья соединен через насос низкого давления и первый управляемый клапан с первым входом буферной емкости, второй вход которой соединен через второй управляемый клапан с выходом газового баллона, содержащим нейтральный газ при давлении, соответствующем давлению сжижения биомассы, выход буферной емкости соединен через третий управляемый клапан с входом в тракт установки, включающий нагреваемую полость рекуперативного теплообменника, рабочий объем блока гидротермального сжижения и греющую полость рекуперативного теплообменника, выход которого соединен через четвертый управляемый клапан с входом емкости для приема продуктов гидротермального сжижения, снабженной механической мешалкой и трубчатым охладителем, причем первый выход емкости для приема продуктов гидротермального сжижения по газовой фазе соединен через пятый управляемый клапан с первым входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения, второй выход емкости для приема продуктов гидротермального сжижения по жидкой фазе соединен через шестой управляемый клапан с входом нутч-фильтра, первый выход которого посредством шнека для транспортировки твердой фазы соединен через блок формирования пеллет с вторым входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения, второй выход нутч-фильтра по жидкой фазе соединен через седьмой управляемый клапан с первым входом декантера, второй вход которого соединен с выходом компрессора для сепарации биотоплива и воды, а выход декантера соединен через восьмой управляемый клапан с входом накопительной емкости полученного биотоплива и через девятый управляемый клапан - с третьим входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения.
Кроме того, между камерой подготовки исходного сырья и блоком гидротермального сжижения могут быть расположены две буферные емкости высокого давления для поочередного накопления и подогрева подготовленной биомассы и подачи в рекуперативный теплообменник.
Предложенное выполнение установки для производства биотоплива обеспечивает достижение технического результата изобретения, заключающемся в устранении недостатков известных установок аналогичного назначения. Увеличение выхода биотоплива обеспечивается совокупностью существенных признаков изобретения, обеспечивающих снижение тепловых потерь при функционировании узлов и блоков установки в процессе гидротермального сжижения сырья, обеспечивающих повышение технологичности и производительности установки по целевому продукту, а также ее энергетической эффективности при утилизации побочных продуктов гидротермального сжижения.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема установки для производства биотоплива.
Установка для производства биотоплива содержит камеру 1 подготовки исходного сырья, блок 2 гидротермального сжижения, средства нагрева сырья, блок охлаждения и сепарации биотоплива, коммутирующие элементы. Между камерой 1 подготовки исходного сырья и блоком 2 гидротермального сжижения расположены, по крайней мере, одна буферная емкость 3 высокого давления для накопления и подогрева подготовленной биомассы и рекуперативный теплообменник 4. При этом выход камеры 1 подготовки исходного сырья соединен через насос 5 низкого давления и первый управляемый клапан 6 с первым входом буферной емкости 3. Второй вход буферной емкости 3 соединен через второй управляемый клапан 7 с выходом газового баллона 8, содержащим нейтральный газ (воздух или азот) при давлении, соответствующем давлению сжижения биомассы.
Выход буферной емкости 3 соединен через третий управляемый клапан 9 с входом в тракт 10 установки, включающий нагреваемую полость 11 рекуперативного теплообменника 4, рабочий объем 12 блока гидротермального сжижения и греющую полость 13 рекуперативного теплообменника 4. Указанный выход рекуперативного теплообменника 4 соединен через четвертый управляемый клапан 14 с входом емкости 15 для приема продуктов гидротермального сжижения, снабженной механической мешалкой 16 и трубчатым охладителем 17. При этом первый выход емкости 15 для приема продуктов гидротермального сжижения по газовой фазе соединен через пятый управляемый клапан 18 с первым входом мультитопливного нагревателя 19 блока 2 гидротермального сжижения.
Второй выход емкости 15 для приема продуктов гидротермального сжижения по жидкой фазе соединен через шестой управляемый клапан 20 с входом нутч-фильтра 21, первый выход которого посредством шнека 22 для транспортировки твердой фазы соединен через блок 23 формирования пеллет с вторым входом мультитопливного нагревателя 19 блока 2 гидротермального сжижения. Второй выход нутч-фильтра 21 по жидкой фазе соединен через седьмой управляемый клапан 24 с первым входом декантера 25, второй вход которого соединен с выходом компрессора 26 для сепарации биотоплива и воды, а выход декантера 25 по биотопливу соединен через восьмой управляемый клапан 27 с входом накопительной емкости 28 биотоплива и через девятый управляемый клапан 29 - с третьим входом мультитопливного нагревателя 19 блока 2 гидротермального сжижения.
На Фиг. 1 дополнительными позициями обозначены: поз. 30 - емкость для подачи воды в камеру 1 подготовки исходного сырья; поз. 31 - насос подачи воды; поз. 32 - насос низкого давления для подачи в камеру 1 исходного сырья; поз. 33, 34 - управляемые клапаны; поз. 35 - трубчатый нагреватель для подогрева биомассы в буферной емкости 3 в период ее наполнения; поз. 36 - управляемый клапан для вывода воды из декантера 25; поз. 37 - привод мешалки в камере 1 исходного сырья; поз. 38, 39 - датчики давления и температуры; поз. 40 - управляемый клапан вывода биотоплива из накопительной емкости 28; поз. 41 - управляемый клапан подвода сетевой воды горячего водоснабжения для предварительного подогрева биомассы в буферной емкости; поз. 42 - управляемый клапан подвода сетевой воды холодного водоснабжения для охлаждения продуктов гидротермального сжижения в емкости 15. Жидкий продукт через фильтр поступает в нижнюю часть нутч-фильтра 21 за счет создаваемого под фильтром разрежения, которое поддерживается вакуумным компрессором 43.
Установка для производства биотоплива функционирует следующим образом.
В камеру 1 подготовки исходного сырья с помощью насосов 31, 32 подают необходимое количество воды и исходного сырья. Согласно проведенным исследованиям количество воды после разбавления исходного сырья может составлять до 90-97 масс. %. Биомассу микроводорослей смешивают с водой в количестве, достаточном для уменьшения гидравлического сопротивления в тракте при вводе и выводе продуктов из блока 2 гидротермального сжижения. В установке используется биомасса микроводорослей, наиболее пригодных для промышленного производства из перечня штаммов, указанных выше. С помощью мешалки 37, по заданным техническим условиям обеспечивают получение микробиологической суспензии с заданными характеристиками по температуре, давлению, плотности, влажности и вязкости. Подготовленную суспензию исходного сырья подают с помощью насоса 5 низкого давления через открытый управляемый клапан 6 на первый вход буферной емкости 3 до ее заполнения, при этом управляемые клапаны 7, 9 закрыты.
В процессе заполнения буферной емкости 3 исходное сырье подогревают с помощью трубчатого нагревателя 35 протекающей в нем сетевой воды горячего водоснабжения. За время заполнения буферной емкости 3 и в период ожидания подачи в тракт10 установки подготовленное сырье может подогреваться на 50-70°С и выше. После заполнения буферной емкости 3 управляемый клапан 6 закрывают, а клапаны 7, 9 открывают. Под действием давления нейтрального газа из газового баллона 8, соответствующем давлению сжижения (6-26 МПа), микробиологическая суспензия поступает через управляемый клапан 9 в тракт 10 установки, включающий нагреваемую полость 11 рекуперативного теплообменника 4, рабочий объем 12 блока гидротермального сжижения, нагретого до заданной максимальной температуры (240-550°С).
Затем продукты сжижения поступают через греющую полость 13 рекуперативного теплообменника 4 на вход емкости 15 для приема продуктов гидротермального сжижения при давлении и температуре, меньших по сравнению с условиями гидротермального сжижения. В рекуперативном теплообменнике 4 исходное сырье дополнительно подогревается на несколько десятков градусов за счет охлаждения выходящими из блока 2 продуктами гидротермального сжижения. Благодаря наличию дополнительного трубчатого охладителя 17 и перемешивающему воздействию мешалки 16 частично охлажденные продукты гидротермального сжижения разделяются на газовую и жидкую фракции. Выделяющийся биогаз направляют через пятый управляемый клапан 18 на газовые горелки первого входа мультитопливного нагревателя 19 блока 2 гидротермального сжижения.
Жидкие продукты гидротермального сжижения поступают через шестой управляемый клапан 20 на вход нутч-фильтра 21, в котором происходит разделение указанных продуктов на твердую и жидкую фазы. Жидкий продукт через фильтр поступает в нижнюю часть нутч-фильтра за счет создаваемого под фильтром разрежения, которое поддерживается вакуумным компрессором 43. Посредством шнека 22 твердая фаза транспортируется через блок 23 формирования пеллет на второй вход мультитопливного нагревателя 19 блока 2 гидротермального сжижения. Остальная часть жидких продуктов гидротермального сжижения из нутч-фильтра 21 поступает через седьмой управляемый клапан 24 на первый вход декантера 25, в котором давлением компрессора 26 происходит сепарация биотоплива и воды. Отделенное биотопливо из декантера 25 поступает через восьмой управляемый клапан 27 на вход накопительной емкости 28 биотоплива и через девятый управляемый клапан 29 - на горелки третьего входа мультитопливного нагревателя 19 блока 2 гидротермального сжижения.
Как было указано, буферная емкость 3 предназначена для накопления, подогрева и подачи подготовленной биомассы в тракт 10 установки и блок 2 гидротермального сжижения. Буферная емкость 3 имеет рабочий объем, соизмеримый с объемом камеры 1 исходного сырья, объемом блока 2 гидротермального сжижения и объемом емкости 15 для приема продуктов гидротермального сжижения. Эти объемы могут варьироваться в широких пределах: от десятков литров, в случае лабораторных установок, до сотен и тысяч литров для установок промышленного производства биотоплива в процессе гидротермального сжижения микроводорослей. Буферная емкость 3 высокого давления для накопления и подогрева подготовленной биомассы может быть снабжена внешней теплоизоляционной рубашкой и выполнена с возможностью предварительного нагрева биомассы до температуры 60 - 85°C с помощью трубчатого нагревателя 35 для подогрева биомассы в буферной емкости 3 в период ее наполнения.
Наличие нагревателя 35 в буферной емкости сокращает расход топлива на процесс гидротермального сжижения подготовленного сырья в блоке 2. При этом обеспечивается дополнительная безопасность работы установки гидротермального сжижения в аварийном режиме при отключении электроэнергии, поскольку подача сырья в блок 2 гидротермального сжижения осуществляется под действием давления вытесняющего газа из газового баллона 8. Настоящим изобретением предусмотрен вариант выполнения установки для производства биотоплива, в которой между камерой 1 подготовки исходного сырья и блоком 2 гидротермального сжижения расположены две одинаковые буферные емкости 3 высокого давления, оснащенные газовыми баллонам, содержащими нейтральный газ (воздух или азот) при давлении, соответствующем давлению сжижения биомассы, а также необходимыми коммутирующими управляемыми клапанами для поочередного накопления, подогрева подготовленной биомассы и ее подачи в рекуперативный теплообменник. Таким образом производство биотоплива проводят в более экономичном повторно непрерывном режиме. Управляемые клапаны рабочего и вспомогательных трактов установки также должны поддерживать заданный уровень давления на участке внутри рекуперативного теплообменника 4 на указанном уровне 6-26 МПа.
Наличие мультитопливного нагревателя 19 в основании блока 2 гидротермального сжижения, в свою очередь, обеспечивает эффективную утилизацию твердых, жидких и газообразных продуктов гидротермального сжижения, повышающей технологические показатели работы установки и выход целевого продукта при одновременном повышении производительности, технологичности и энергетической эффективности установки. Нагреватель по существу представляет собой мультитопливный либо комбинированный котел, подходящий для сжигания различного органического топлива, в другом варианте исполнения нагреватель может представлять собой комплекс из нескольких котлов, каждый из которых подходит для сжигания газообразного, жидкого или твердого топлива либо их сочетаний. В качестве органического топлива для нагревателя могут выступать также сетевой природный газ. В настоящее время мультитопливные котлы отопления хорошо известны и прекрасно себя зарекомендовали простотой использования, экономичностью и универсальностью. Мультитопливный нагреватель 19 блока 2 гидротермального сжижения способен работать на различных видах газообразного, жидкого и твердого топлива, например, в виде пеллет, брикетов или опилок при установке соответствующих горелок. Подача топлива и воздуха в камеру сгорания мультитопливного нагревателя 19 должна происходить с использованием автоматических приспособлений и управляющих программ, которые обеспечивают замеры температур, дозирование топлива, регулирование процесса горения и др. (не показаны). Это позволяет функционировать блоку 2 гидротермального сжижения заданное время без участия человека.
Сопоставление разработанного объекта техники с известными аналогами показало, что предложенное изобретение обладает новизной, связанной с наличием указанных блоков и узлов в установке для производства биотоплива. Как следует из описания, графических материалов и формулы изобретения, сущность разработанного объекта техники представляет собой единое техническое решение, включающее буферную емкость высокого давления, рекуперативный теплообменник, нутч-фильтр с шнековым транспортером и мультитопливный нагреватель блока гидротермального сжижения, которые в совокупности обеспечивают повышение экономичности и энергоэффективности предложенного технического решения. Промышленная применимость разрабатываемого объекта техники подтверждается, в том числе, практикой патентования способов и устройств гидротермального сжижения биомассы растительного происхождения. Сопоставление с известными аналогами показало, что разработанный объект техники является более совершенным, поскольку позволяет обеспечивать эффективное разделение получаемых продуктов при переработке биомассы высокой влажности без необходимости предварительной сушки.
Предложенное техническое решение в совокупности существенных признаков обеспечивает достижение технического результата изобретения, заключающегося в повышении выхода биотоплива при гидротермальном сжижении микробиологического сырья, в том числе, благодаря существенному снижению тепловых потерь в указанном процессе. Предложенное выполнение установки для производства биотоплива одновременно обеспечивает повышение ее технологичности, производительности по целевому продукту и энергетической эффективности при утилизации побочных продуктов гидротермального сжижения биомассы растительного происхождения.
Claims (2)
1. Установка для производства биотоплива, содержащая камеру подготовки исходного сырья, блок гидротермального сжижения, средства нагрева сырья, блок охлаждения и сепарации биотоплива, коммутирующие элементы, отличающаяся тем, что между камерой подготовки исходного сырья и блоком гидротермального сжижения расположены, по крайней мере, одна буферная емкость высокого давления для накопления и подогрева подготовленной биомассы и рекуперативный теплообменник, причем выход камеры подготовки исходного сырья соединен через насос низкого давления и первый управляемый клапан с первым входом буферной емкости, второй вход которой соединен через второй управляемый клапан с выходом газового баллона, содержащим нейтральный газ при давлении, соответствующем давлению сжижения биомассы, выход буферной емкости соединен через третий управляемый клапан с входом в тракт установки, включающий нагреваемую полость рекуперативного теплообменника, рабочий объем блока гидротермального сжижения и греющую полость рекуперативного теплообменника, выход которого соединен через четвертый управляемый клапан с входом емкости для приема продуктов гидротермального сжижения, снабженной механической мешалкой и трубчатым охладителем, причем первый выход емкости для приема продуктов гидротермального сжижения по газовой фазе соединен через пятый управляемый клапан с первым входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения, второй выход емкости для приема продуктов гидротермального сжижения по жидкой фазе соединен через шестой управляемый клапан с входом нутч-фильтра, первый выход которого посредством шнека для транспортировки твердой фазы соединен через блок формирования пеллет со вторым входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения, второй выход нутч-фильтра по жидкой фазе соединен через седьмой управляемый клапан с первым входом декантера, второй вход которого соединен с выходом компрессора для сепарации биотоплива и воды, а выход декантера соединен через восьмой управляемый клапан с входом накопительной емкости полученного биотоплива и через девятый управляемый клапан - с третьим входом мультитопливного нагревателя блока гидротермального сжижения.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между камерой подготовки исходного сырья и блоком гидротермального сжижения расположены две буферные емкости высокого давления для поочередного накопления и подогрева подготовленной биомассы и подачи в рекуперативный теплообменник.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787359C1 true RU2787359C1 (ru) | 2023-01-09 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575707C2 (ru) * | 2010-04-07 | 2016-02-20 | Лайселла Пти Лтд. | Способы производства биотоплива |
RU2689325C1 (ru) * | 2018-12-26 | 2019-05-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Установка для производства биотоплива |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575707C2 (ru) * | 2010-04-07 | 2016-02-20 | Лайселла Пти Лтд. | Способы производства биотоплива |
RU2689325C1 (ru) * | 2018-12-26 | 2019-05-27 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" | Установка для производства биотоплива |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
C. JAZRAWI ET AL. PILOT PLANT TESTING OF CONTINUOUS HYDROTERMAL LIQUEFACTION OF MICROALGAE. ALGAL RESEARCH. 2013. N2(3). P. 268-277. M.S.VLASKIN ET AL. HYDROTHERMAL LIQUEFACTION OF MICROALGAE AFTER DIFFERENT PRE-TREATMENTS. ENERGY EXPLORATION & EXPLOITATION. 2018. N36(6). P. 1546-1555. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8735139B2 (en) | System and method for continuous fermentation of algae | |
Andriani et al. | A review on optimization production and upgrading biogas through CO 2 removal using various techniques | |
Ni et al. | A review on fast hydrothermal liquefaction of biomass | |
CN106795022B (zh) | 优化能源效率的水热碳化方法和装置 | |
CN102071042B (zh) | 智能化生物质及其废弃物连续快速微波裂解装置 | |
CN106687418B (zh) | 污泥与蒸汽最佳混合的水热碳化方法和装置 | |
US20090081742A1 (en) | High efficiency separations to recover oil from microalgae | |
CN105602844B (zh) | 餐厨废弃物中高温联合厌氧消化设备及厌氧消化方法 | |
CN105710114B (zh) | 一种生活垃圾及农林废弃物炭化循环综合处理系统及方法 | |
US11015136B2 (en) | Supercritical water gasification with decoupled pressure and heat transfer modules | |
US10329494B2 (en) | System and process for production of biofuel | |
El Bast et al. | A review on continuous biomass hydrothermal liquefaction systems: Process design and operating parameters effects on biocrude | |
RU2787359C1 (ru) | Установка для производства биотоплива | |
CN101525551A (zh) | 一种利用烟道气为原料制备生物燃料的方法 | |
Pandey et al. | Carbon dioxide fixation and lipid storage of Scenedesmus sp. ASK22: A sustainable approach for biofuel production and waste remediation | |
KR101181834B1 (ko) | 발전소 배가스의 폐열을 이용한 미세조류 전열처리와 고온 고효율 수소 및 메탄발효장치 | |
RU2794959C1 (ru) | Способ получения биотоплива | |
RU2689325C1 (ru) | Установка для производства биотоплива | |
RU2344344C1 (ru) | Способ биотермофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, выделяемой при сгорании обогащенного биогазового топлива, и устройство для его осуществления | |
CN113817492B (zh) | 连续制备生物原油的装置及方法 | |
CN217809144U (zh) | 一种热水解污泥处理系统 | |
CN219239484U (zh) | 用于有机废弃物的厌氧发酵及产物利用系统 | |
CN215161004U (zh) | 一种生物质焦油水汽重整制备富氢可燃气的装置 | |
Bukhmirov et al. | Increase Methane Emission of Biogas Plant Using Combined Charging Raw Materials | |
US20230045512A1 (en) | Biopowerplant: third generation biorefinery with improved capacity to use domestic wastewater, landfill leachate and sea salt water as an input to generate green energy, water for reuse, biofuel, organic fertilizers and capture atmospheric co2 |