EA034502B1 - Способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол - Google Patents
Способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол Download PDFInfo
- Publication number
- EA034502B1 EA034502B1 EA201800579A EA201800579A EA034502B1 EA 034502 B1 EA034502 B1 EA 034502B1 EA 201800579 A EA201800579 A EA 201800579A EA 201800579 A EA201800579 A EA 201800579A EA 034502 B1 EA034502 B1 EA 034502B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- temperature
- pyrolysis
- biomass
- low
- reactor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 title abstract description 8
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 68
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 41
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 36
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 8
- 244000020551 Helianthus annuus Species 0.000 abstract description 2
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 abstract description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 abstract description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 abstract description 2
- 244000062793 Sorghum vulgare Species 0.000 abstract description 2
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 abstract description 2
- 239000010903 husk Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 abstract description 2
- 235000019713 millet Nutrition 0.000 abstract description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 abstract 1
- -1 dropping Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 4
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 3
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- UERIWNMZWSIKSK-ZCFIWIBFSA-N (2r)-2-azaniumyl-3-(1h-benzimidazol-2-yl)propanoate Chemical compound C1=CC=C2NC(C[C@@H](N)C(O)=O)=NC2=C1 UERIWNMZWSIKSK-ZCFIWIBFSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 1
- 208000035415 Reinfection Diseases 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000010807 litter Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/02—Biological treatment
- C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области коммунального хозяйства, сельскохозяйственного производства и энергетики, в частности к способу получения из биомассы, включая такие виды биоотходов, как твердые бытовые отходы, навоз, помет, древесные отходы, лузга подсолнечника, проса, риса и т.п., гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол.
Description
Область техники
Данное изобретение относится к области коммунального хозяйства, сельскохозяйственного производства и энергетики, в частности к способу получения из биомассы, включая такие виды биоотходов, как твердые бытовые отходы, навоз, помет, древесные отходы, лузга подсолнечника, проса, риса и т.п., гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол.
Уровень техники
Биоотходы подвергаются термохимической обработке, которая заключается в предварительной сушке и низкотемпературном пиролизе биомассы, т.е. в нагреве биомассы до температуры 150-300°C в реакторе в газовой среде с низким содержанием кислорода.
При низкотемпературном пиролизе биомассы из нее удаляются негорючие компоненты: влага и, в значительной степени, кислород. Потери водорода при этом оказываются незначительными, благодаря чему повышается теплота сгорания термообработанной биомассы.
При низкотемпературном пиролизе из биомассы начинают выделяться смолы, которые заполняют поры в биомассе, а при ее охлаждении застывают, придавая биомассе гидрофобные свойства.
Кроме того, в биомассе погибают патогенные бактерии, а гидрофобные свойства биомассы препятствуют адсорбции атмосферной влаги и повторному размножению бактерий.
Прессование биомассы происходит в пресс-грануляторах, в которых биомасса проталкивается с помощью роллеров через фильеры определенного диаметра и длины, обеспечивающие необходимое ее сжатие.
Процессы сушки, прессования, низкотемпературного пиролиза требуют больших затрат тепловой и электрической энергии. Например, только для прессования биомассы требуется порядка 200 кВт электрической энергии на 1 т получаемых гранул.
С другой стороны, в процессе сушки и низкотемпературного пиролиза биомассы образуются вторичные источники тепловой энергии, использование которых может существенно повысить энергоэффективность процесса.
Также в процессе низкотемпературного пиролиза образуется не только твердый продукт, который не содержит патогенной микрофлоры, обладает более высокой теплотой сгорания и гидрофобностью, но и жидкие и газообразные продукты, которые содержат некоторое количество горючих веществ и которые могут быть соответствующим образом переработаны в синтез-газ.
Синтез-газ, в свою очередь, может быть использован как сырье для производства синтетического топлива, электрической и тепловой энергии.
Однако полученный таким образом синтез-газ должен быть очищен от твердых частиц и смол, концентрация которых должна быть снижена до 100 мг/м3. Очистка синтез-газа от твердых продуктов и, главным образом, от смол необходима потому, что смолы начинают конденсироваться при температуре ниже 200°C, что приводит к быстрому росту твердых отложений на всех необогреваемых поверхностях оборудования, что в значительной степени усложняет эксплуатацию оборудования для производства биотоплива и синтез-газа, а также оборудования для хранения и транспортировки синтез-газа и оборудования для его дальнейшей переработки.
Также очевидно, что синтез-газ, содержащий значительное количество твердых частиц и смол, невозможно сжигать в двигателях внутреннего сгорания по причине быстрого износа цилиндров и поршневой группы этих двигателей.
В патенте RU 2516533 C10J3/66, C10J3/48, C01B3/02 раскрыт способ и устройство для получения синтез-газа с низким содержанием смол.
Способ предусматривает последовательную термохимическую обработку биомассы в реакторах с кипящим слоем, установленных друг за другом по ходу выделяющихся при термохимической обработке газов.
При этом в первом реакторе происходит аллометрический процесс пиролиза в среде водяного пара при температуре 600-700°C, причем в реактор подводится дополнительная тепловая энергия с помощью электронагревателей.
Во втором реакторе происходит процесс пиролиза при температуре 800-1000°C (предпочтительно 850-950°C), причем слой состоит из частиц кокса, вынесенных из первого реактора, которые поддерживаются в псевдоожиженном состоянии газообразными продуктами пиролиза, полученными в первом реакторе, а тепло в слой подается с помощь электронагревателей.
Недостатками способа и устройства являются низкая степень конверсии смол и газообразных продуктов в синтез-газ во втором реакторе, в котором происходит процесс пиролиза при температуре 800-1000°C (предпочтительно 850-950°C), т.к. общеизвестно, что работа химических реакторов с кипящим слоем характеризуется проскоком газовой фазы через реактор до завершения полного превращения;
низкая энергоэффективность, выражающаяся в необходимости ввода тепловой энергии во второй по ходу газов, выделяющихся при термохимической обработке биомассы, реактор для пиролиза;
низкая энергоэффективность, выражающаяся в необходимости затрат тепловой энергии на разложение водяного пара, попадающего во второй реактор для пиролиза вместе с газообразными продуктами
- 1 034502 пиролиза, полученными в первом реакторе;
низкая надежность работы второго по ходу газов реактора для пиролиза, т.к. поддержание слоя частиц кокса в псевдоожиженном состоянии зависит от расхода газообразных продуктов пиролиза, полученных в первом реакторе, тогда как этот количество может меняться при переходе от обработки одного вида биомассы на другой.
Технической задачей изобретения являются повышение эффективности переработки газообразных продуктов пиролиза в синтез-газ; повышение энергоэффективности процесса;
повышение надежности работы установки, реализующей предлагаемый процесс.
Описание изобретения
Указанная цель достигается тем, что способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол заключается в термохимической обработке биомассы методом низкотемпературного пиролиза в реакторе с кипящим слоем, переводимым в псевдоожиженное состояние водяным паром с последующей термохимической обработкой полученных газообразных продуктов, где целью является повышение эффективности переработки газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ, повышение энергоэффективности процесса и надежности работы установки, реализующей процесс, после обработки методом низкотемпературного пиролиза полученный твердый продукт отделяют от газопарового потока известным способом, например, в циклоне или фильтре и отправляют на гранулирование, очищенный от основной массы твердых частиц газопаровой поток подвергается охлаждению и конденсации, полученный конденсат, содержащий органические частицы, направляется в метатенк для анаэробного сбраживания с целью получения метана, полученный метан, подвергнутый осушке и очистке известными способами, сжигается как топливо в двигателе внутреннего сгорания электрогенерирующей установки, полностью или частично снабжающей электроэнергией комплекс оборудования, отходящие газы от двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки вместе с неконденсируемыми газообразными продуктами низкотемпературного пиролиза с температурой не ниже 250-300°C подают в реактор для пиролиза сверху в плотный слой гранул биоугля, полученного в результате пиролиза части гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, температура в слое биоугля поддерживается не ниже 800 и не выше 1000°C.
На фиг. 1 изображена схема комплекса оборудования, реализующего способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол.
Комплекс состоит из котла для производства водяного пара 1, пароперегревателя 2, реактора для низкотемпературного пиролиза биомассы 3, циклона 4 для отделения подвергнутой низкотемпературному пиролизу биомассы от газопарового потока, устройства для охлаждения перегретого водяного пара 5, метатенка 6, оборудования для гранулирования биомассы 7, электрогенерирующей установки 8 с двигателем внутреннего сгорания, реактора для пиролиза биомассы и конверсии газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ 9.
Предлагаемый способ реализуется на описанном комплексе оборудования следующим образом.
В котле 1 за счет сжигания исходной биомассы или другого вида топлива генерируется водяной пар, который перегревается в пароперегревателе 2 до температуры 250-300°C.
Пароперегреватель 2 имеет традиционную конструкцию, например выполнен в виде змеевикового теплообменника, установленного в топке котла 1.
После пароперегревателя 2 перегретый пар с температурой 300°C поступает в реактор 3 для низкотемпературного пиролиза биомассы.
Реактор 3 (фиг. 2) представляет собой аппарат 1 с кипящим слоем инертного материала 2, например кварцевого песка, опирающегося на решетку 3 для распределения вводимого в кипящий слой перегретого водяного пара. Реактор снабжен узлом ввода перегретого пара 4 под решетку 3, узлом вывода 5 газопаровой смеси, размещенного в верхней части аппарата 1, узлом 6 для подачи исходной биомассы на обработку, имеющего известную конструкцию, например, в виде шнека.
В реакторе 3 происходит процесс сушки и низкотемпературного пиролиза биомассы, то есть пиролиза при температуре 250-300°C, в результате которого, как показывают эксперименты с таким видом биоотходов, как куриный помет с подстилкой, содержание углерода может быть увеличено в 1,16 раз, а содержание кислорода снижено в 2,8 раза. При этом низшая теплота сгорания полученного топлива может быть увеличена в 1,13 раза до 18,8 МДж/кг.
Так же, как показывают результаты экспериментов, при низкотемпературном пиролизе происходит полное обеззараживание биомассы и биогранулы приобретают гидрофобные свойства, что препятствует повторному заражению биомассы.
Кроме твердого продукта при низкотемпературном пиролизе образуются газообразные продукты, которые подразделяются на конденсируемые и неконденсируемые.
- 2 034502
К конденсируемым продуктам относятся пары воды, выделившиеся из биомассы, смолы, некоторые органические кислоты и другие органические продукты, которые конденсируются при температуре ниже
200°C. К неконденсируемым газам относится диоксид углерода, оксид углерода, водород, метан и другие газы.
В результате сушки и низкотемпературного пиролиза в реакторе 3 (фиг. 1) исходная биомасса теряет, как показывают эксперименты с пометом с подстилкой, до 50% начального веса.
Поэтому термообработанные частицы биомассы уносятся из реактора 3 (фиг. 1) вместе с газопаровым потоком в циклон 4 (фиг. 1), где происходит отделение твердых частиц (термообработанной биомассы) от газопарового потока.
Далее газопаровой поток подвергается охлаждению до температуры конденсации водяного пара в устройстве для охлаждения 5 (фиг. 1), которое представляет собой традиционную конструкцию, например воздушный конденсатор, кожухотрубный теплообменник пар-вода.
Полученный конденсат содержит, как показывают эксперименты, порядка 3-4% органических веществ (частицы биомассы, смолы), наличие которых, как следует из литературных данных, позволяют получить биогаз (метан) методом анаэробного сбраживания. Для этих целей конденсат направляется в метатенк 6 (фиг. 1), где происходит процесс производства метана методом анаэробного сбраживания.
Подвергнутая сушке и низкотемпературному пиролизу обеззараженная биомасса направляется в комплекс для гранулирования биомассы 7 (фиг. 1). Это комплекс традиционной конструкции, состоящий из дробилки биомассы, бункера-накопителя измельченной биомассы, пресс-гранулятора биомассы, устройства для охлаждения измельченной биомассы.
Полученный в результате анаэробного сбраживания конденсата, содержащего органические частицы, метан, после обработки известными методами (осушка, удаление механических примесей) используется как топливо для двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки 8 (фиг. 1). Произведенная установкой 8 электроэнергия используется для полного или частичного снабжения электроэнергией всего комплекса оборудования, используемого для осуществления способа.
Установка 8 (фиг. 1) также производит тепловую энергию, содержащуюся в отходящих газах двигателя внутреннего сгорания установки 8 (фиг. 1).
Полученная гранулированная термически обработанная биомасса с более высокой теплотой сгорания, обладающая гидрофобными свойствами и не содержащая патогенной микрофлоры, разделяется на два потока: большая часть этой биомассы как биотопливо отправляется потребителю, а меньшая часть направляется в реактор 9 (фиг. 1) для пиролиза биомассы и конверсии газообразных неконденсируемых продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ, содержащий минимальное количество смол.
Реактор 9 (фиг. 3) представляет собой аппарат 1 для пиролиза известной конструкции с плотным движущимся сверху вниз слоем гранул 2, опирающегося на решетку 3. Реактор снабжен узлом 4 для загрузки гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, расположенным в верхней части аппарата 1, и узлом выгрузки золы 5, расположенным в нижней части аппарата 1, а также узлом ввода 6 смеси отходящих газов двигателя внутреннего сгорания установки 8 (фиг. 1) и неконденсируемых газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза, расположенным в верхней части аппарата 1, и узлом 7 для вывода полученного синтез-газа, расположенным в нижней части аппарата 1.
В реакторе 9 происходят следующие процессы.
Как известно, основными компонентами биомассы являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. При нагреве биомассы происходит деструкция этих компонентов: при температуре 180-300°C наблюдается деструкция гемицеллюлозы, в интервале температур 270-370°C - деструкция целлюлозы, в интервале температур 200-540°C наблюдается деструкция лигнина. При этом деструкция гемицеллюлозы и лигнина является экзотермическим процессом, тогда как процесс деструкции целлюлозы до 450°C является эндотермическим процессом, а при более высокой температуре - экзотермическим процессом. При этом свободная теплота экзотермических реакций достигает 1000-1150 кДж/кг. Как следует из литературных источников, этого теплового эффекта оказывается достаточным, чтобы нагретая до температуры 240250°C сухая биомасса, в отсутствие потерь тепла, саморазогревалась до 800°C и выше.
Саморазогрев биомассы, как показывают эксперименты, наблюдается в плотном слое практически сухих (влажность менее 8%) гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, нагретого до температуры 240-250°C.
Такой нагрев происходит при подаче в верхнюю часть слоя гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза 2 (фиг. 3) смеси отходящих газов двигателя внутреннего сгорания, имеющих температуру 550-650°C, и неконденсирующихся газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза, имеющих температуру 250-300°C.
Затем, по мере продвижения газового потока сверху вниз, происходит саморазогрев всего слоя гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, находящегося в реакторе 9, до температуры 800-1000°C и выше.
В этом диапазоне температур происходит процесс пиролиза гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза, находящегося в реакторе 9, в результате которого этот продукт превращается в биоуголь.
- 3 034502
При взаимодействии с горячим биоуглем неконденсирующихся газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза биомассы происходят следующие реакции:
СО2 + С 2 СО (1)
Н2О + С СО + Н2 (2)
С4Н4О2 2 СО + 2 Н2 (3) СН2О2 + С 2 СО + Н2 (4) СзНбОз 3 СО + 3 Н2 (5) СзН6О СО + 3 Н2 + 2 С (6) С5Н4О2^ 2 СО + 2 Н2 + 3 С (7)
Степень гетерогенного разложения газообразных продуктов зависит как от температуры в зоне их контакта с биоуглем, так и от времени пребывания летучих в этой зоне.
Экспериментально доказано, что при температуре в слое биоугля 1000°C и времени контакта биоугля с газообразными продуктами порядка 4 с происходит практически полное преобразование газообразных продуктов в синтез-газ.
Реакционная способность биоугля при такой температуре настолько высока, что практически весь объем CO2 был преобразован в CO.
При более низкой температуре увеличение коэффициента преобразования может быть достигнуто путем увеличения толщины слоя биоугля и увеличения времени пребывания газообразных продуктов в слое биоугля.
В табл. 1 приведен состав и теплота сгорания синтез-газа, полученного из двух видов биомассы (древесина и торф), прошедшего низкотемпературный пиролиз и термообработку в слое горячего биоугля.
Таблица 1
| Режим, материал | Состав синтез -газа, % (объемные) | Теплота сгорания | ||
| Н | СО | СН4 | МДж/м3 | |
| Температура биоугля 850 °C Древесина | 39 | 28 | 10 | 11,3 |
| Торф | 40 | 27 | 8 | 10,6 |
| Температура биоугля 950 °C Древесина | 47 | 41 | 1 | 10,6 |
| Торф | 43 | 40 | 2 | 10,4 |
| Температура биоугля 1000 °C Древесина | 46 | 46 | 0,4 | 10,9 |
| Торф | 49 | 41 | 0,1 | 10,8 |
Как следует из табл. 1, в плотном слое горячего биоугля происходит глубокая переработка газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза биомассы и может быть получен синтез-газ, на 90% и более состоящий из смеси окиси углерода и водорода. Этот синтез-газ может быть использован для производства синтетического жидкого топлива или, например, он может быть использован как топливо для котла 1 (фиг. 1) в описанном комплексе оборудования.
Плотный слой горячего биоугля исключает проскок газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза без термообработки. Кроме того, применение гранулированных частиц биоугля снижает содержание твердых частиц в полученном синтез-газе, что упрощает его дальнейшее использование, т.к. требует меньших затрат на очистку от механических примесей.
Эксперименты показывают, что из-за саморазогрева биомассы в реакторе 9 затраты тепловой энергии на процесс пиролиза биомассы в этом реакторе и поддержания температуры биоугля в реакторе 9 (фиг. 1) на заданном уровне сокращаются примерно в 5 раз в сравнении с затратами тепловой энергии, которые имели бы место на эти процессы без учета саморазогрева.
Поддержание температуры биоугля в реакторе 9 происходит за счет непрерывно проходящего процесса саморазогрева и пиролиза вновь поступающего в реактор 9 (фиг. 1) гранулированного твердого продукта низкотемпературного пиролиза. Этот вновь поступающий в реактор 9 твердый гранулированный продукт низкотемпературного пиролиза компенсирует убыль биоугля в реакторе 9 (фиг. 1), срабатываемого в результате протекания реакций (1)-(7).
Зола из реактора 9 (фиг. 1) выгружается через узел выгрузки золы 5 (фиг. 3).
Таким образом, предлагаемый способ получения из биомассы гранулированного биотоплива или удобрения с улучшенными характеристиками и не содержащего патогенной микрофлоры и реализующий этот способ комплекс оборудования обеспечивают повышение эффективности переработки газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ за счет исключения проскока газообразного продукта низкотемпературного пиролиза через
- 4 034502 слой биоугля без обработки. Эффективность процесса переработки газообразных продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ обуславливается также тем, что благодаря использованию для процесса низкотемпературного пиролиза перегретого водяного пара с последующей его конденсацией, полученные газообразные продукты низкотемпературного пиролиза не содержат балласта в виде азота или его окислов;
повышение энергоэффективности процесса за счет использования тепловой энергии экзотермического эффекта, наблюдаемого при пиролизе биомассы, а также за счет выработки биогаза из конденсата перегретого водного пара и использования этого биогаза в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки, полностью или частичной возмещающей потребности всего комплекса оборудования в электроэнергии;
повышение надежности работы установки, реализующей предлагаемый процесс, поскольку стабильная работа реактора для пиролиза и переработки газообразных неконденсируемых продуктов низкотемпературного пиролиза в синтез-газ не зависит от производительности реактора для низкотемпературного пиролиза по неконденсируемым газообразным продуктам.
Claims (4)
1. Способ получения синтез-газа с низким содержанием смол из биомассы, включающий:
а) термохимическую обработку биомассы методом низкотемпературного пиролиза при температуре 250-300°C в реакторе с кипящим слоем, переводимым в псевдоожиженное состояние водяным паром, с получением твердого продукта и газопаровой смеси;
б) отделение твердого продукта от газопаровой смеси и его гранулирование;
в) подачу части гранулированного твердого продукта в реактор для пиролиза с проведением пиролиза и образованием биоугля;
г) охлаждение и конденсацию отделенной газопаровой смеси с получением конденсированного продукта и неконденсируемого газообразного продукта;
д) направление полученного конденсированного продукта, содержащего органические частицы, в метатенк для анаэробного сбраживания с получением метана;
е) сжигание полученного метана в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания электрогенерирующей установки с выработкой электроэнергии, полностью или частично снабжающей оборудование для осуществления способа;
ж) подачу отходящих газов от двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки вместе с неконденсируемыми газообразными продуктами при температуре 250-300°C в упомянутый реактор для пиролиза сверху в слой биоугля, полученного на стадии в), с образованием синтез-газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы от двигателя внутреннего сгорания электрогенерирующей установки вместе с неконденсируемыми газообразными продуктами низкотемпературного пиролиза подают в реактор для пиролиза с температурой не ниже 250-300°C и не выше 650°C.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру биоугля поддерживают не ниже 800 и не выше 1000°C.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение твердого продукта от газопаровой смеси осуществляют с помощью циклона или фильтра.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800579A EA034502B1 (ru) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800579A EA034502B1 (ru) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800579A1 EA201800579A1 (ru) | 2020-02-13 |
| EA034502B1 true EA034502B1 (ru) | 2020-02-14 |
Family
ID=69636632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800579A EA034502B1 (ru) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA034502B1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100270505A1 (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | Range Fuels, Inc. | Integrated, high-efficiency processes for biomass conversion to synthesis gas |
| US20130280792A1 (en) * | 2010-11-08 | 2013-10-24 | Key Group Holding S.R.O. | Processing equipment for organic waste |
| RU137086U1 (ru) * | 2013-04-01 | 2014-01-27 | Открытое Акционерное Общество "Румо" | Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов |
| RU2516533C2 (ru) * | 2008-07-08 | 2014-05-20 | Карл-Хайнц ТЕТЦЛАФ | Способ и устройство для получения синтез-газа с низким содержанием смол из биомассы |
| WO2015003273A1 (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Anaergia Inc. | Anaerobic digestion and pyrolysis system |
-
2018
- 2018-11-06 EA EA201800579A patent/EA034502B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516533C2 (ru) * | 2008-07-08 | 2014-05-20 | Карл-Хайнц ТЕТЦЛАФ | Способ и устройство для получения синтез-газа с низким содержанием смол из биомассы |
| US20100270505A1 (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | Range Fuels, Inc. | Integrated, high-efficiency processes for biomass conversion to synthesis gas |
| US20130280792A1 (en) * | 2010-11-08 | 2013-10-24 | Key Group Holding S.R.O. | Processing equipment for organic waste |
| RU137086U1 (ru) * | 2013-04-01 | 2014-01-27 | Открытое Акционерное Общество "Румо" | Энергетический комплекс по переработке твердых бытовых и промышленных отходов |
| WO2015003273A1 (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Anaergia Inc. | Anaerobic digestion and pyrolysis system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800579A1 (ru) | 2020-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111212889B (zh) | 制备焦炭产物和合成气混合物的工艺 | |
| EP1278813B1 (en) | A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials | |
| EP2430122B1 (en) | A method for the thermal treatment of biomass in connection with a boiler plant | |
| CN102875005B (zh) | 一种基于水热反应的污泥生物炭化工艺 | |
| NL2019553B1 (en) | Process to prepare an activated carbon product and a syngas mixture | |
| CN102245739A (zh) | 生物质转化的逆流过程 | |
| CN101108970A (zh) | 生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法 | |
| US7951212B2 (en) | Method and apparatus for producing synthesis gas from biomass | |
| CN101747943A (zh) | 一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法和装置 | |
| CN103074093A (zh) | 一种褐煤直接干燥和热解一体化工艺和系统 | |
| Hu et al. | A novel pilot-scale production of fuel gas by allothermal biomass gasification using biomass micron fuel (BMF) as external heat source | |
| KR101069574B1 (ko) | 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기 및이를 구비한 가스화 장치 | |
| JPWO2012014277A1 (ja) | 水素含有ガスの製造方法 | |
| Nisamaneenate et al. | Advanced reforming of agro-waste by modular gasifier for fuel generation | |
| RU2451880C2 (ru) | Способ переработки углеродсодержащих твердых веществ методом быстрого пиролиза (варианты) | |
| CN107987890A (zh) | 有机污泥热解气化系统和热解气化方法 | |
| US11414322B1 (en) | Methods and systems for producing an enhanced surface area biochar product | |
| CN101636473A (zh) | 干燥和气化方法 | |
| CN104817056A (zh) | 一种利用中药渣制取生物氢的方法 | |
| CN102361962A (zh) | 在固定床气化工艺中使用秸秆类生物质的方法和装置 | |
| KR100636616B1 (ko) | 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법 | |
| EA034502B1 (ru) | Способ получения из биоотходов гранулированного биотоплива и синтез-газа с низким содержанием смол | |
| RU2718051C1 (ru) | Способ окислительной торрефикации биоотходов в кипящем слое | |
| JP2024503769A (ja) | 炭化水素とエネルギーのクリーンな生産のための多相連続垂直反応器、及びそこで実行される熱化学的方法 | |
| RU2763291C1 (ru) | Способ производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника и установка для его реализации |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |