RU2806323C1 - Carbon-neutral energy system with liquid energy carrier - Google Patents

Carbon-neutral energy system with liquid energy carrier Download PDF

Info

Publication number
RU2806323C1
RU2806323C1 RU2022117812A RU2022117812A RU2806323C1 RU 2806323 C1 RU2806323 C1 RU 2806323C1 RU 2022117812 A RU2022117812 A RU 2022117812A RU 2022117812 A RU2022117812 A RU 2022117812A RU 2806323 C1 RU2806323 C1 RU 2806323C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
stage
biomass
carbon
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2022117812A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Зайченко
Владимир Александрович Лавренов
Иосиф Израилевич Лищинер
Наиль Ульфатович Маганов
Ольга Васильевна Малова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединённый институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН)
ПУБЛИЧНОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ТАТНЕФТЬ ИМЕНИ В.Д. ШАШИНА (ПАО "Татнефть")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединённый институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН), ПУБЛИЧНОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ТАТНЕФТЬ ИМЕНИ В.Д. ШАШИНА (ПАО "Татнефть") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединённый институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2806323C1 publication Critical patent/RU2806323C1/en

Links

Abstract

FIELD: energy.
SUBSTANCE: invention is related to alternative energy, and can be used in the production of energy from biomass, in particular to a carbon-neutral energy system. The system includes a process of two-stage thermal conversion of biomass into synthesis gas, combining pyrolysis with high-temperature cracking of volatile products on the coke residue of the processed raw materials and a methanol synthesis unit. Moreover, a two-stage purification is used, where in the first stage the reduction of sulphur-containing compounds to hydrogen sulphide is carried out, and in the second stage the adsorption of hydrogen sulphide is carried out.
EFFECT: increase of accuracy of the composition of the resulting synthesis gas.
2 cl, 2 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно - к области альтернативной энергетики, и может быть использовано при производстве энергии из биомассыThe invention relates to the field of energy, namely to the field of alternative energy, and can be used in the production of energy from biomass

Главным направлением развития современной энергетики является переход к низкоуглеродным технологиям получения энергии. Приоритетное значение в этом направлении отводится водородной энергетике. Известны углероднейтральные энергетические системы на базе использования водорода. Такие системы защищены блоками патентов на изобретения. В принципе, прототипом заявляемого технического решения может быть принята энергетическая система, описанная в [А. Кочетов. В России собираются осуществить самый масштабный проект в истории мировой энергетики / Энергетика и промышленность России. - 09.08.2021.]. Данная система содержит генератор, производящий энергоноситель, устройства для его накопления, устройства транспорта энергоносителя к потребителям и устройства генерации электрической и тепловой энергии из энергоносителя на территории потребителей.The main direction of development of modern energy is the transition to low-carbon technologies for energy production. Priority in this direction is given to hydrogen energy. Carbon-neutral energy systems based on the use of hydrogen are known. Such systems are protected by blocks of patents for inventions. In principle, the energy system described in [A. Kochetov. Russia is about to implement the largest project in the history of world energy / Energy and Industry of Russia. - 08/09/2021]. This system contains a generator that produces energy, devices for its accumulation, devices for transporting energy to consumers, and devices for generating electrical and thermal energy from energy on the territory of consumers.

Преимуществами известной системы является ее высокая экологическая эффективность: водород, используемый в качестве топлива для тепловых машин, при генерации электрической и тепловой энергии не дает вредных выбросов в атмосферу.The advantage of the known system is its high environmental efficiency: hydrogen, used as fuel for heat engines, does not produce harmful emissions into the atmosphere when generating electrical and thermal energy.

Известен (RU, патент 2596605, опубл. 10.01.2016) водородный генератор электрической энергии, содержащий последовательно соединенные преобразователь воды в водород, камеру сжигания водорода и преобразователь тепловой энергии продуктов горения водорода в электрическую энергию, причем камера сжигания водорода выполнена в виде плазменной горелки, снабженной воздухозаборными прорезями, а преобразователь тепловой энергии продуктов горения водорода в электрическую энергию выполнен в виде магнитного преобразователя, содержащего диэлектрическую трубу прямоугольного сечения, внутри которой с двух противоположных сторон установлены разноименные по заряду пластины электрического конденсатора, а на внешней стороне трубы с двух других противоположных сторон - магниты, которые ориентированы друг к другу разноименными полюсами, причем плазменная горелка соединена соосно и встык с диэлектрической трубой магнитного преобразователя, электрический конденсатор которого по потенциальным выходам соединен с электрическими выходами водородного генератора.Known (RU, patent 2596605, publ. 01/10/2016) is a hydrogen generator of electrical energy containing a series-connected converter of water into hydrogen, a hydrogen combustion chamber and a converter of thermal energy of hydrogen combustion products into electrical energy, and the hydrogen combustion chamber is made in the form of a plasma torch, equipped with air intake slots, and the converter of thermal energy of hydrogen combustion products into electrical energy is made in the form of a magnetic converter containing a dielectric pipe of rectangular cross-section, inside of which plates of an electric capacitor of opposite charge are installed on two opposite sides, and on the outside of the pipe on two other opposite sides - magnets that are oriented to each other with opposite poles, and the plasma torch is connected coaxially and end-to-end with the dielectric tube of the magnetic converter, the electrical capacitor of which is connected through the potential outputs to the electrical outputs of the hydrogen generator.

Известен также (RU, патент 2510876, опубл. 10.04.2014) автономный генератор водорода, работающий за счет реакции восстановления водорода из воды алюминием, имеющий реакционный сосуд, магистраль подачи водного раствора кристаллогидрата метасиликата натрия, магистраль выдачи водорода. Он состоит из двух сочлененных камер, нижняя камера представляет собой реакционный сосуд с гидрореакционной гетерогенной композицией, верхняя камера содержит водный раствор кристаллогидрата метасиликата натрия, который с помощью резьбового регулятора подается в реакционный сосуд.Also known (RU, patent 2510876, publ. April 10, 2014) is an autonomous hydrogen generator that operates through the reaction of hydrogen reduction from water with aluminum, having a reaction vessel, a supply line for an aqueous solution of sodium metasilicate crystalline hydrate, and a hydrogen supply line. It consists of two articulated chambers, the lower chamber is a reaction vessel with a hydroreaction heterogeneous composition, the upper chamber contains an aqueous solution of sodium metasilicate crystalline hydrate, which is fed into the reaction vessel using a threaded regulator.

Использование водорода, получаемого по существующим технологиям, имеет ряд ограничений. В первую очередь это ценовые показатели. Стоимость электроэнергии, получаемой с использованием водорода, производимого по существующим технологиям, будет выше тех цен, по которым электроэнергия отпускается потребителям в настоящее время. Производство водорода из природного газа, нефти или угля связано со значительными выбросами двуокиси углерода. Экологически безопасных технологий утилизации данных газов не существует. Идея о подземном захоронении СО2 не может быть признана правомерной. Выбросы СО2 в атмосферу считаются вредными для экологического равновесия. При этом подземное захоронение данного газа считается безвредным и рассматривается в качестве решения проблемы утилизации данного газа. Очевидно, что эта процедура не может быть безвредной с точки зрения исходного природного равновесия для внутренних слоев земли. В принципе, объяснение процессов, приводящих к изменению природного равновесия в толще земли при закачке двуокиси углерода в литературе изложено в [. В.М. Батенин, Л.А Вытнова, В.М. Зайченко и др. Комплексная переработка природного газа: новые подходы и перспективы применения. Препринт ОИВТ РАН №8-455, М. 2001. Стр. 18-22]. Существенным ограничением использования водорода в качестве топлива в электропроизводящем оборудовании является возникновение детонационных явлений. Это характерно, в частности, для газопоршневых установок (ГПУ), являющихся основой распределенной энергетики [В.М. Зайченко, А.А. Чернявский. Создание систем гарантированного энергообеспечения с использованием комбинированных источников энергии / Энергетическая политика. - 2020. - №10, с. 90-103]. Не менее серьезным ограничением использования водорода в качестве топлива выступает явление так называемого водородного охрупчивания, разрушение элементов металлических конструкций при взаимодействии с водородом при повышенных температурах.The use of hydrogen produced using existing technologies has a number of limitations. First of all, these are price indicators. The cost of electricity produced using hydrogen produced using existing technologies will be higher than the prices at which electricity is currently supplied to consumers. Producing hydrogen from natural gas, oil or coal involves significant carbon dioxide emissions. There are no environmentally friendly technologies for recycling these gases. The idea of underground disposal of CO 2 cannot be considered legitimate. CO 2 emissions into the atmosphere are considered harmful to the ecological balance. At the same time, underground burial of this gas is considered harmless and is considered as a solution to the problem of utilization of this gas. Obviously, this procedure cannot be harmless from the point of view of the initial natural balance for the internal layers of the earth. In principle, the explanation of the processes leading to changes in the natural equilibrium in the earth's thickness during the injection of carbon dioxide in the literature is set out in [. V.M. Batenin, L.A. Vytnova, V.M. Zaichenko et al. Integrated processing of natural gas: new approaches and application prospects. Preprint JIHT RAS No. 8-455, M. 2001. Pp. 18-22]. A significant limitation to the use of hydrogen as fuel in electrical generating equipment is the occurrence of detonation phenomena. This is typical, in particular, for gas piston units (GPU), which are the basis of distributed energy [V.M. Zaichenko, A.A. Chernyavsky. Creation of guaranteed energy supply systems using combined energy sources / Energy Policy. - 2020. - No. 10, p. 90-103]. An equally serious limitation to the use of hydrogen as a fuel is the phenomenon of so-called hydrogen embrittlement, the destruction of elements of metal structures when interacting with hydrogen at elevated temperatures.

В рассматриваемом техническом решении предлагается заменить водород на метанол, который производится из синтез-газа, получаемого по технологии двухстадийной термической конверсии биомассы (ДТКБ) [Батенин В.М., Бессмертный А.В., Зайченко В.М. и др., Термические методы переработки древесины и торфа в энергетических целях. // Теплоэнергетика. 2010. №11. С. 36-42; Батенин В.М., Зайченко В.М., Косов В.Ф. и др. Пиролитическая конверсия биомассы в газообразное топливо // Доклады Академии наук. 2012. Т. 446. №2. С. 179; Larina О.М., Sinelshchikov V.A., Sitchev G.A. Comparison of Thermal Conversion Methods of Different Biomass Types into Gaseous Fuel // Journal of Physics Conference Series. T 774, №1, 2016], предложенной Объединенным институтом высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) и ПАО «Татнефть», являющейся аналогом заявляемого технического решения.In the technical solution under consideration, it is proposed to replace hydrogen with methanol, which is produced from synthesis gas obtained using the technology of two-stage thermal conversion of biomass (DTCB) [Batenin V.M., Bessmertny A.V., Zaichenko V.M. et al., Thermal methods for processing wood and peat for energy purposes. // Thermal power engineering. 2010. No. 11. pp. 36-42; Batenin V.M., Zaichenko V.M., Kosov V.F. and others. Pyrolytic conversion of biomass into gaseous fuel // Reports of the Academy of Sciences. 2012. T. 446. No. 2. P. 179; Larina O.M., Sinelshchikov V.A., Sitchev G.A. Comparison of Thermal Conversion Methods of Different Biomass Types into Gaseous Fuel // Journal of Physics Conference Series. T 774, No. 1, 2016], proposed by the Joint Institute of High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS) and PJSC Tatneft, which is an analogue of the proposed technical solution.

В качестве исходного сырья для получения синтез-газа используется биомасса, в основном, в виде отходов различных производств: лесообработки, деревопереработки, сельхозпереработки, пищевой промышленности, органической части твердых коммунальных отходов, отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота, сельхоз птицы и т.п.Такое сырье является либо практически бесплатным, либо за его вывоз, как отходов (мусора), предприятия производят плату по установленным для каждого из регионов тарифам. В соответствии с этим себестоимость синтез-газа, получаемого по технологии ДТКБ, оказывается значительно меньше, чем стоимость синтез-газа, получаемого традиционным способом, например, из природного газа.Biomass is used as a feedstock for the production of synthesis gas, mainly in the form of waste from various industries: forestry, wood processing, agricultural processing, food industry, organic part of municipal solid waste, cattle waste, poultry, etc. raw materials are either practically free, or for their removal as waste (garbage), enterprises pay according to the tariffs established for each region. In accordance with this, the cost of synthesis gas obtained using the DTKB technology is significantly less than the cost of synthesis gas obtained in a traditional way, for example, from natural gas.

Ближайшим аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2674158, опубл. 05.12.2018), характеризующий установку для получения жидких углеводородов из биомассы, содержащую последовательно соединенные блоки: блок получения синтез-газа (СГ), блок очистки и осушки СГ и блок синтеза углеводородов, причем в блоке получения СГ реализован процесс двухстадийной термической конверсии биомассы в синтез-газ, сочетающий пиролиз с высокотемпературным крекингом летучих продуктов на коксовом остатке перерабатываемого сырья, а блок синтеза углеводородов включает в себя два последовательно соединенных реактора - реактор синтеза оксигенатов (метанола, ДМЭ) и легких углеводородов бензинового ряда (Р1) и реактор синтеза ароматических углеводородов (Р2) из оксигенатов, образующихся в первом реакторе, после их отделения от углеводородной части продукта, при этом ароматические углеводороды, образующиеся в Р2, в различных пропорциях смешивают с углеводородами бензинового ряда, образующимися в первом реакторе, с образованием углеводородной (у/в) смеси, используемой в дальнейшем как исходный компонент авиабензина.The closest analogue of the developed technical solution can be recognized (RU, patent 2674158, published 12/05/2018), which characterizes an installation for the production of liquid hydrocarbons from biomass, containing series-connected blocks: a synthesis gas (SG) production block, a SG purification and drying block and a synthesis of hydrocarbons, and in the SG production block a process of two-stage thermal conversion of biomass into synthesis gas is implemented, combining pyrolysis with high-temperature cracking of volatile products on the coke residue of the processed raw materials, and the hydrocarbon synthesis block includes two series-connected reactors - a reactor for the synthesis of oxygenates (methanol, DME) and light gasoline hydrocarbons (P1) and a reactor for the synthesis of aromatic hydrocarbons (P2) from oxygenates formed in the first reactor, after their separation from the hydrocarbon part of the product, while the aromatic hydrocarbons formed in P2 are mixed in various proportions with gasoline hydrocarbons series formed in the first reactor, with the formation of a hydrocarbon (h/c) mixture, which is subsequently used as the initial component of aviation gasoline.

В известном патенте предложена схема установки для конверсии биомассы в жидкие топлива. В качестве метода конверсии рассматривается технология ДТКБ. Установка включает блок получения синтез-газа, блок очистки, сушки синтез газа и блок синтеза углеводородов. В установке реализуется процесс двухстадийной термической конверсии биомассы в синтез-газ, сочетающий пиролиз с высокотемпературным крекингом летучих продуктов на коксовом остатке перерабатываемого сырья, и блок синтеза углеводородов.A well-known patent proposes a design for a plant for converting biomass into liquid fuels. DTCB technology is considered as a conversion method. The installation includes a synthesis gas production unit, a synthesis gas purification and drying unit and a hydrocarbon synthesis unit. The installation implements a process of two-stage thermal conversion of biomass into synthesis gas, combining pyrolysis with high-temperature cracking of volatile products on the coke residue of the processed raw materials, and a hydrocarbon synthesis unit.

Синтез-газ, получаемый по технологии ДТКБ, включает два основных горючих компонента - водород (Н2) и монооксид углерода (СО). Режим работы реакторов получения синтез-газа (вид обрабатываемой биомассы, температура, давление, скорость подачи биомассы) устанавливают таким образом, чтобы получить соотношение компонентов по объему порядка 2,0 к 1,0. Опыты по исследованию режимных параметров данной технологии показали, что для некоторых видов биомассы, данное соотношение может быть получено, в частности при переработке осадков сточных вод и некоторых видов древесных отходов.Synthesis gas produced using DTKB technology includes two main flammable components - hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). The operating mode of synthesis gas production reactors (type of biomass being processed, temperature, pressure, biomass feed rate) is set in such a way as to obtain a ratio of components by volume of the order of 2.0 to 1.0. Experiments to study the operating parameters of this technology have shown that for some types of biomass, this ratio can be obtained, in particular when processing sewage sludge and some types of wood waste.

Из синтез-газа, получаемого по технологии ДТКБ, в генераторе энергоносителя в присутствии катализатора синтезируется метанол, который может запасаться в соответствующих емкостях.From the synthesis gas produced using the DTKB technology, methanol is synthesized in an energy carrier generator in the presence of a catalyst, which can be stored in appropriate containers.

Метанол далее используется в качестве жидкого топлива для работы дизель-генераторных установок (ДГУ). Такие ДГУ широко используются в составе маломощных автономных электростанций на удаленных территориях, не обеспеченных централизованным энергоснабжением. При этом доставка дизельного топлива в районы их размещения часто оказывается дороже стоимости самого топлива, и себестоимость получаемой электроэнергии становится весьма высокой, и доходит до 40-100 руб./кВтч [Фортов В.Е., Попель О.С. Энергетика в современном мире. - Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект». - 2011. 168 с., ил.]. В то же время, в каждом из этих удаленных районов всегда имеются те или иные виды биомассы и ее отходов, пригодные для получения синтез-газа и синтеза из него метанола.Methanol is further used as liquid fuel to operate diesel generator sets (DGS). Such diesel generator sets are widely used as part of low-power autonomous power plants in remote areas not provided with a centralized energy supply. At the same time, the delivery of diesel fuel to the areas where they are located often turns out to be more expensive than the cost of the fuel itself, and the cost of the generated electricity becomes very high, reaching 40-100 rubles/kWh [Fortov V.E., Popel O.S. Energy in the modern world. - Dolgoprudny: Publishing house "Intelligence". - 2011. 168 p., ill.]. At the same time, in each of these remote areas there are always certain types of biomass and its waste suitable for producing synthesis gas and synthesizing methanol from it.

Биомасса является углерод-нейтральным продуктом, количество углекислого газа, которое выделяется при сжигании биомассы или получаемых из нее биотоплив равно количеству поглощенного из атмосферы углекислого газа при росте растений. Использование биомассы в энергетике не нарушает природного экологического равновесия на Земле, в отличие от использования ископаемого углеводородного топлива, добываемого из глубинных слоев земли. Так, при сгорании метанола образуются пары воды и углекислый газ. Но, поскольку, последний имеет в своей основе углероднейтральную биомассу, то процесс сжигания метанола (точнее - биометанола) также является углероднейтральным.Biomass is a carbon-neutral product; the amount of carbon dioxide that is released when burning biomass or biofuels obtained from it is equal to the amount of carbon dioxide absorbed from the atmosphere during plant growth. The use of biomass in energy does not violate the natural ecological balance on Earth, unlike the use of fossil hydrocarbon fuels extracted from the deep layers of the earth. So, when methanol burns, water vapor and carbon dioxide are formed. But, since the latter is based on carbon-neutral biomass, the process of combustion of methanol (more precisely, biomethanol) is also carbon-neutral.

Недостатком известного технического решения следует признать получение загрязненного сернистыми соединениями продукта.A disadvantage of the known technical solution is the production of a product contaminated with sulfur compounds.

Техническая проблема решаемая с использованием разработанной системы, состоит в получении чистого синтез-газа.The technical problem solved using the developed system is to obtain pure synthesis gas.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанной энергетической системы, состоит в повышении точности состава полученного синтез-газа.The technical result achieved by implementing the developed energy system is to increase the accuracy of the composition of the resulting synthesis gas.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную углероднейтральную энергетическую систему. Система включает процесс двухстадийной термической конверсии биомассы в синтез-газ, сочетающий пиролиз с высокотемпературным крекингом летучих продуктов на коксовом остатке перерабатываемого сырья и блок синтеза метанола, при этом используют двухстадийную очистку, причем на первой стадии проводят восстановление серосодержащих соединений до сероводорода, а на второй стадии проводят адсорбцию сероводорода.To achieve the specified technical result, it is proposed to use the developed carbon neutral energy system. The system includes a process of two-stage thermal conversion of biomass into synthesis gas, combining pyrolysis with high-temperature cracking of volatile products on the coke residue of the processed raw materials and a methanol synthesis unit, while two-stage purification is used, and at the first stage the reduction of sulfur-containing compounds to hydrogen sulfide is carried out, and at the second stage carry out the adsorption of hydrogen sulfide.

В некоторых вариантах реализации разработанной системы для корректировки состава синтез-газа, полученного двухстадийной конверсией биомассы и очищенного от сернистых соединений, используют низкотемпературную паровую конверсию монооксида углеродаIn some embodiments of the developed system, low-temperature steam reforming of carbon monoxide is used to adjust the composition of the synthesis gas obtained by two-stage conversion of biomass and purified from sulfur compounds

Использование в энергетике метанола, получаемого из биомассы, является экологически чистым процессом: метанол, синтезируемый при использовании технологии ДТКБ, может заменить водород, применяемый в качестве топлива в водородной энергетике. При этом системы с использованием метанола будут экономически более эффективными, чем системы с применением водорода в процессах и аппаратах водородной энергетики.The use of methanol obtained from biomass in the energy sector is an environmentally friendly process: methanol synthesized using DTKB technology can replace hydrogen used as fuel in hydrogen energy. At the same time, systems using methanol will be more cost-effective than systems using hydrogen in hydrogen energy processes and apparatus.

Технология ДТКБ получения горючего газа из биомассы, значительно более эффективна, чем известные технологии пиролиза и газификации. Данная технология осуществляется следующим образом. На первой стадии производится пиролиз биомассы при температурах до 900°С с образованием газообразных, жидких и твердых продуктов реакции. Жидкие продукты пиролиза состоят из набора высокомолекулярных углеводородных соединений CnHm и пирогенетической воды. Эти продукты находятся в паровой фазе.The DTKB technology for producing combustible gas from biomass is much more effective than the known technologies of pyrolysis and gasification. This technology is carried out as follows. At the first stage, biomass is pyrolyzed at temperatures up to 900°C with the formation of gaseous, liquid and solid reaction products. Liquid pyrolysis products consist of a set of high molecular weight hydrocarbon compounds C n H m and pyrogenetic water. These products are in the vapor phase.

На второй технологической стадии газообразные продукты реакции пиролиза, состоящие из конденсируемой и неконденсируемой частей, продуваются при температуре около 1000°С через получаемую в данном процессе твердую углеродную фазу. При этом, пирогенетическая вода, находящаяся в паровой фазе, взаимодействует с углеродом с образованием водорода и окиси углерода:At the second technological stage, gaseous products of the pyrolysis reaction, consisting of condensable and non-condensable parts, are blown at a temperature of about 1000°C through the solid carbon phase obtained in this process. At the same time, pyrogenetic water, located in the vapor phase, interacts with carbon to form hydrogen and carbon monoxide:

С+H2O=CO+H2.C+H 2 O=CO+H 2 .

Высокомолекулярные соединения, входящие в состав конденсируемой части, пиролизируются при прохождении через засыпку высокотемпературного углерода с образованием водорода и окиси углерода:High-molecular compounds included in the condensed part are pyrolyzed when passing through the backfill of high-temperature carbon to form hydrogen and carbon monoxide:

CnHm+H2O=СО+H2.C n H m +H 2 O=СО+H 2 .

Таким образом, осуществляется конверсия жидких и твердых продуктов реакции пиролиза в водород и окись углерода. Это обеспечивает безотходную переработку биомассы с получением высококалорийных энергетических газов. Свойства этих газов в зависимости от температуры ведения процессов изменяются, как показано в табл. 1.Thus, the conversion of liquid and solid products of the pyrolysis reaction into hydrogen and carbon monoxide is carried out. This ensures waste-free processing of biomass to produce high-calorie energy gases. The properties of these gases change depending on the temperature of the processes, as shown in table. 1.

Основным достоинством технологии ДТКБ является высокая степень конверсии перерабатываемой биомассы в энергетический газ - промежуточный энергоноситель. В существующих технологиях, например пиролиза, эта величина не превышает 18%, в технологии ДТКБ порядка 80%. Суммарный выход горючих газов составляет 1,4 м3 на 1 кг биомассы, а средняя теплота сгорания - около 11,5 МДж/нм3.The main advantage of the DTKB technology is the high degree of conversion of the processed biomass into energy gas - an intermediate energy carrier. In existing technologies, for example pyrolysis, this value does not exceed 18%, in DTKB technology it is about 80%. The total yield of combustible gases is 1.4 m 3 per 1 kg of biomass, and the average heat of combustion is about 11.5 MJ/nm 3 .

Последующий синтез метанола из синтез-газа происходит по реакции (упрощенно):The subsequent synthesis of methanol from synthesis gas occurs according to the reaction (simplified):

CO+2H2→CH3OH.CO+2H 2 →CH 3 OH.

Метанол, в качестве энергоносителя, в сравнении с водородом имеет ряд положительных свойств. Топливное использование метанола не связано с возникновением детонационных явлений, использование метанола не приводит к коррозионному разрешению металлических конструкций. Метанол может храниться в резервуарах большой емкости (до 10-20 тысяч кубических метров) практически без потерь массы. Транспортировка метанола, как и водорода, может осуществляться по трубопроводам, перевозками с помощью автотранспорта и железнодорожного транспорта, а также водным путем. Объемные теплотворные способности у топливовоздушных горючих стехиометрических смесей метанола и водорода имеют примерно равные значения - порядка 7-8 МДж/кг. Метанол может производиться непосредственно в местах его потребления с использованием многих распространенных повсеместно видов биомассы или ее отходов. Недостатком существующих технических решений, получения метанола из биомассы является то, что при переработке различных видов биомассы образуются азот- и серосодержащие примеси при этом соотношение в реакционных продуктах водорода и окиси углерода может быть различным. Отличием заявляемого технического решения от известных является то, что с целью удаления серосодержащих соединений используется двухстадийная очистка. На первой стадии проводится восстановление серосодержащих соединений до сероводорода. На второй стадии проводится адсорбция сероводорода. Возможно совмещение стадий гидрирования и адсорбции в одном аппарате при послойной загрузке катализаторов. Соотношение объемов послойной загрузки в одном аппарате определяется концентрацией сернистых соединений в полученном синтез-газе.Methanol, as an energy carrier, has a number of positive properties in comparison with hydrogen. The fuel use of methanol is not associated with the occurrence of detonation phenomena; the use of methanol does not lead to corrosion of metal structures. Methanol can be stored in large capacity tanks (up to 10-20 thousand cubic meters) with virtually no weight loss. Methanol, like hydrogen, can be transported via pipelines, by road and rail, and by water. The volumetric calorific values of fuel-air combustible stoichiometric mixtures of methanol and hydrogen have approximately equal values - about 7-8 MJ/kg. Methanol can be produced directly at the point of consumption using many common types of biomass or biomass waste. The disadvantage of existing technical solutions for producing methanol from biomass is that during the processing of various types of biomass, nitrogen and sulfur-containing impurities are formed, while the ratio of hydrogen and carbon monoxide in the reaction products may be different. The difference between the proposed technical solution and the known ones is that in order to remove sulfur-containing compounds, a two-stage purification is used. At the first stage, the reduction of sulfur-containing compounds to hydrogen sulfide is carried out. At the second stage, hydrogen sulfide is adsorbed. It is possible to combine the stages of hydrogenation and adsorption in one apparatus with layer-by-layer loading of catalysts. The ratio of volumes of layer-by-layer loading in one apparatus is determined by the concentration of sulfur compounds in the resulting synthesis gas.

В заявляемом техническом решении в отличии от известных с целью корректировки состава получаемого синтез-газа, получаемого двухстадийной конверсией биомассы, используется низкотемпературная паровая конверсия монооксида углерода СО+H2O→H2+CO2.In the claimed technical solution, in contrast to the known ones, in order to adjust the composition of the resulting synthesis gas obtained by two-stage conversion of biomass, low-temperature steam conversion of carbon monoxide CO+H 2 O→H 2 +CO 2 is used.

С использованием данного процесса осуществляется изменение содержания водорода в получаемой смеси газов с целью получения оптимального для синтеза метанола соотношения водорода и окиси углерода. Для паровой конверсии монооксида углерода в данном случае можно использовать низкотемпературные катализаторы, которые применяются для удаления остаточного содержания монооксида углерода в дымовых газах. Соотношение синтез-газ/водяной пар является определяющим параметром регулирования конверсии монооксида углерода и получения реакционного газа требуемого состава. Состав синтез-газа для различных исходных соотношений СО и Н2 по результатам проведенных экспериментов по корректировке состава приведен в таблице 2.Using this process, the hydrogen content in the resulting mixture of gases is changed in order to obtain the optimal ratio of hydrogen and carbon monoxide for the synthesis of methanol. For steam reforming of carbon monoxide in this case, low-temperature catalysts can be used, which are used to remove residual carbon monoxide content in flue gases. The synthesis gas/water vapor ratio is the determining parameter for regulating the conversion of carbon monoxide and obtaining a reaction gas of the required composition. The composition of synthesis gas for various initial ratios of CO and H 2 according to the results of experiments carried out to adjust the composition is given in Table 2.

Существуют значительные перспективы топливного использования метанола в нашей стране. Метанол, согласно разрабатываемым технологиям, может быть получен экономически оправданными методами непосредственно из местных топливно-энергетических ресурсов, к которым относятся различные виды биомассы. Для многих регионов нашей страны это гораздо выгодней, чем использование сетевой электроэнергии и дизельных электростанций.There are significant prospects for the fuel use of methanol in our country. Methanol, according to the technologies being developed, can be obtained by economically viable methods directly from local fuel and energy resources, which include various types of biomass. For many regions of our country, this is much more profitable than using grid electricity and diesel power plants.

Claims (2)

1. Углероднейтральная энергетическая система, включающая процесс двухстадийной термической конверсии биомассы в синтез-газ, сочетающий пиролиз с высокотемпературным крекингом летучих продуктов на коксовом остатке перерабатываемого сырья и блок синтеза метанола, отличающаяся тем, что используют двухстадийную очистку, причем на первой стадии проводят восстановление серосодержащих соединений до сероводорода, а на второй стадии проводят адсорбцию сероводорода.1. Carbon-neutral energy system, including a process of two-stage thermal conversion of biomass into synthesis gas, combining pyrolysis with high-temperature cracking of volatile products on the coke residue of processed raw materials and a methanol synthesis unit, characterized in that a two-stage purification is used, and at the first stage the reduction of sulfur-containing compounds is carried out to hydrogen sulfide, and in the second stage hydrogen sulfide is adsorbed. 2. Углероднейтральная энергетическая система по п. 1, отличающаяся тем, что для корректировки состава синтез-газа, полученного двухстадийной конверсией биомассы и очищенного от сернистых соединений, используют низкотемпературную паровую конверсию монооксида углерода.2. Carbon-neutral energy system according to claim 1, characterized in that low-temperature steam reforming of carbon monoxide is used to adjust the composition of the synthesis gas obtained by two-stage conversion of biomass and purified from sulfur compounds.
RU2022117812A 2022-06-30 Carbon-neutral energy system with liquid energy carrier RU2806323C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806323C1 true RU2806323C1 (en) 2023-10-31

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489348C2 (en) * 2007-11-09 2013-08-10 Юпм-Киммене Ойй Application of biomethanol for production of hydrogen and biofuel, method of biohydrogen production and plant to this end
RU176510U1 (en) * 2017-06-20 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" Small-capacity methanol plant
RU2674158C1 (en) * 2018-01-22 2018-12-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Installation for producing liquid hydrocarbons from biomass

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489348C2 (en) * 2007-11-09 2013-08-10 Юпм-Киммене Ойй Application of biomethanol for production of hydrogen and biofuel, method of biohydrogen production and plant to this end
RU176510U1 (en) * 2017-06-20 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" Small-capacity methanol plant
RU2674158C1 (en) * 2018-01-22 2018-12-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Installation for producing liquid hydrocarbons from biomass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.М. Зайченко, А.А. Чернявский, "Создание систем гарантированного энергообеспечения с использованием комбинированных источников энергии" // "Энергетическая политика", N 10(152), 2020, с. 90-103. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dahmen et al. The bioliq process for producing synthetic transportation fuels
US8236072B2 (en) System and method for producing substitute natural gas from coal
US8637299B2 (en) Method for capture carbon and storage (CCS process) from coal fuel gas and the storage as biofuels: oil, gasoline, biodiesel, jet fuel, ethanol, and methane
TWI522454B (en) Thermal and chemical utilisation of carbonaceous substances, in particular for emission-free generation of energy
CN101519604B (en) Multilevel-control polyradical biomass-gasification energy regeneration system
US20080016770A1 (en) Method for high energy density biomass-water slurry
US5416245A (en) Synergistic process for the production of methanol
JP3572176B2 (en) Combined cycle power generation method and power generation device
US20080021122A1 (en) Operation of a steam methane reformer by direct feeding of steam rich producer gas from steam hydro-gasification
CN103013568B (en) Plasma gasification treatment system of solid organic waste
Choi et al. Integration of thermochemical conversion processes for waste-to-energy: A review
Demirbaş et al. Catalytic steam reforming of biomass and heavy oil residues to hydrogen
US20080021120A1 (en) Operation of a steam hydro-gasifier in a fluidized bed reactor
RU2806323C1 (en) Carbon-neutral energy system with liquid energy carrier
KR102086651B1 (en) System of distributed energy production plant using cal
Batenin et al. Thermal methods of reprocessing wood and peat for power engineering purposes
Ivanin et al. Two-Stage Pyrolytic Conversion of Biomass
Khan et al. The Biogas Use
CN108865285A (en) It is a kind of using coal and natural gas as the oil of raw material-Electricity Federation production. art
Aleksandrovich et al. Two-Stage Pyrolytic Conversion of Biomass
JPH10331609A (en) Combined cycle power generation and device thereof
Demin et al. Environmental characteristics of thermochemical conversion of agricultural residues
RU2776579C1 (en) Fuel and energy system with a low carbon footprint
Shcheklein et al. Production of liquid fuel from wood
Fainberg et al. Oil shale as an energy source in Israel