Способ и устройство для торрефикации биомассы

Авторы патента:


Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы
Способ и устройство для торрефикации биомассы

 


Владельцы патента RU 2559491:

ТОРКАППАРАТЕР-ТЕРМИСК ПРОСЕССУТРУСТНИНГ АБ (SE)

Изобретение относится к способу и устройству для торрефикации (высушивания) биомассы при низкой температуре так, чтобы получить продукт с высоким содержанием углерода, обладающий возможными гидрофобными свойствами. Способ торрефикации биомассы при низкой температуре содержит этапы: создание тонкоизмельченной биомассы, подачу упомянутой тонкоизмельченной биомассы, по меньшей мере, в один нагреватель для высушивания и нагрева упомянутой биомассы, подачу упомянутой высушенной биомассы, по меньшей мере, в один вращающийся реактор торрефикации, при этом упомянутый реактор оснащен нагреваемой рубашкой, а также разнесенными на равные расстояния в окружном направлении внутренними охлаждающими трубами, причем упомянутые охлаждающие трубы расположены так, что, по меньшей мере, некоторые из них в процессе вращения упомянутого, по меньшей мере, одного реактора контактируют с торрефицированной биомассой и охлаждают ее. Изобретение обеспечивает исключение образования липкого смолистого вещества на внутренних поверхностях реактора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для торрефикации (высушивания) биомассы при низкой температуре так, чтобы получить продукт с высоким содержанием углерода, обладающий возможными гидрофобными свойствами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Торрефикация (высушивание) биомассы - давно известная технология, при этом получаемый продукт обладает высоким содержанием углерода. Торрефицированный продукт может использоваться для замены угля во многих областях практического применения и имеет множество преимуществ в плане его эксплуатационных характеристик. Например, он представляет собой гидрофобный материал, а значит, имеет низкое содержание влаги. Кроме того, он не подвержен воздействию погодных условий и ветра и не требует особых условий для хранения.

Торрефикация биомассы - главным образом экзотермическая реакция, начинающаяся примерно при 260°C и проводимая в инертной атмосфере, таким образом, она представляет собой газификацию биомассы при низкой температуре. Поскольку реакция в большинстве случаев является экзотермической, скорость реакции должна контролироваться. Обычно это осуществляется путем охлаждения рубашки реактора. Однако при проведении торрефикации образуется пиролитический газ. Этот пиролитический газ при охлаждении образует липкое смолистое вещество, соответственно налипающее на внутренние поверхности реактора и наносящее вред образованному торрефицированному продукту.

Однако заявитель обнаружил, что при торрефикации биомассы определенного вида вместо охлаждения может потребоваться нагрев упомянутого материала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства, благодаря которым исключается образование липкого смолистого вещества на внутренних поверхностях реактора.

Согласно изобретению это достигается с помощью способа торрефикации (высушивания) биомассы при низкой температуре, содержащего этапы:

- создание тонкоизмельченной биомассы,

- подачу упомянутой тонкоизмельченной биомассы, по меньшей мере, в один нагреватель для высушивания и нагрева упомянутой биомассы,

- подачу упомянутой высушенной биомассы, по меньшей мере, в один вращающийся реактор торрефикации, при этом упомянутый реактор оснащен нагреваемой рубашкой, а также разнесенными на равные расстояния в окружном направлении охлаждающими трубами, расположенными на некотором расстоянии в радиальном направлении от рубашки, причем упомянутые охлаждающие трубы расположены так, что, по меньшей мере, некоторые из них в процессе вращения упомянутого, по меньшей мере, одного реактора соприкасаются с торрефицированной биомассой и охлаждают ее.

Предпочтительно упомянутая торрефикация выполняется в отсутствие воздуха или кислорода.

Предпочтительно температура обработки в реакторе торрефикации лежит в интервале от 250 до 320°C, предпочтительно в интервале от 270 до 300°C.

Предпочтительно подают охлаждающую текучую среду только в охлаждающие трубы (15), частично или полностью контактирующие с торрефицированной биомассой.

Предпочтительно биомасса выбирается из группы, состоящей из материалов, имеющих соответствующее содержание органических соединений.

Согласно изобретению это также достигается с помощью устройства для торрефицирования (высушивания) биомассы при низкой температуре, содержащего средство подачи тонкоизмельченной биомассы, по меньшей мере, в один нагреватель для высушивания и нагрева упомянутой биомассы, по меньшей мере, один реактор торрефикации, соединенный с упомянутым, по меньшей мере, одним нагревателем, а также средство для сбора, охлаждения и транспортировки образованного торрефицированного продукта в соответствующий бункер для хранения, при этом реактор содержит вращающийся реактор, имеющий наружный стационарный корпус и внутреннюю рубашку, а также оснащенный разнесенными на равные расстояния в окружном направлении охлаждающими трубами, расположенными на некотором расстоянии в радиальном направлении относительно рубашки, причем внутренняя рубашка реактора выполнена с возможностью нагрева, а охлаждающие трубы выполнены с возможностью охлаждения путем подачи в них охлаждающей текучей среды так, чтобы охлаждать высушенную биомассу.

Предпочтительно упомянутая торрефикация выполняется в отсутствие воздуха или кислорода.

Предпочтительно температура обработки в реакторе (10) торрефикации лежит в интервале от 250 до 320°C, предпочтительно в интервале от 270 до 300°C.

Предпочтительно охлаждающая текучая среда подается только в охлаждающие трубы (15), частично или полностью контактирующие с торрефицированной биомассой.

Предпочтительно, что биомасса выбирается из группы, состоящей из материалов, имеющих соответствующее содержание органических соединений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

- на Фигуре 1 показан схематичный вид устройства для торрефикации биомассы согласно изобретению;

- на Фигуре 2 показан схематичный вид сбоку, в сечении, выполненном по линии II-II на Фигуре 3, реактора, использованного в устройстве на Фигуре 1;

- на Фигуре 3 показан схематичный вид с торца, в сечении, выполненном по линии III-III на Фигуре 2, реактора, представленного на Фигуре 2.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В приведенном ниже описании под биомассой понимаются любые материалы, имеющие соответствующее содержание органических соединений, такие как растительные материалы, отходы и т.д.

Как показано на Фигурах 1-3, устройство 1 для торрефикации (высушивания) биомассы при низкой температуре содержит средство 2 подачи тонкоизмельченной биомассы в загрузочный конец 3, по меньшей мере, одного нагревателя 4, предпочтительно, по меньшей мере, одного трубчатого нагревателя, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, одного вращающегося трубчатого нагревателя, для высушивания и нагрева упомянутой биомассы. Нагреватель 4 соединен на своем разгрузочном конце 5 с загрузочным концом 11, по меньшей мере, одного реактора 10 торрефикации (высушивания). На разгрузочном конце 12 реактора 10 расположено соответствующее средство (не показано), предназначенное, с одной стороны, для сбора, охлаждения и транспортировки образованного торрефицированного продукта в соответствующий бункер для хранения (не показан), а, с другой стороны, - для сбора возможного образуемого технологического газа.

Реактор 10 предпочтительно представляет собой ротационный реактор 10, имеющий наружный стационарный корпус 13, а также внутреннюю вращающуюся рубашку 14, установленную внутри в окружном направлении и имеющую разнесенные на равные расстояния охлаждающие трубы 15, расположенные на расстоянии в радиальном направлении относительно рубашки (Фиг. 2 и 3). Внутренняя рубашка 14 реактора 10 выполнена с возможностью нагрева соответствующей нагревательной текучей средой при торрефикации (высушивании) биомассы в реакторе 10 так, чтобы торрефицировать биомассу в инертной атмосфере, т.е. без доступа воздуха или кислорода в реактор. Температура обработки в реакторе 10 лежит в интервале от 250 до 320°C, предпочтительно в интервале от 270 до 300°C.

Как схематично показано на Фигурах 2 и 3, нагревательная текучая среда подается в реактор предпочтительно в его нижней части в точке A, а выводится предпочтительно в его верхней части в точке B. Нагревательная текучая среда предпочтительно представляет собой нагретый газ. При выполнении этой операции в биомассе начинается экзотермическая реакция. Для управления скоростью реакции биомасса должна охлаждаться. Согласно изобретению это осуществляется с помощью разнесенных на равные расстояния в окружном направлении охлаждающих труб 15, выполненных с возможностью охлаждения соответствующей охлаждающей текучей средой, подаваемой в трубы в точке C реактора и выводимой из трубок в точке D реактора. Точнее говоря, охлаждающие трубы 15, разнесенные на равные расстояния в окружном направлении, в реакторе 10 расположены так, что они проходят между соответствующими концами 15, 16 реактора и размещены вблизи внутренней поверхности внутренней рубашки 14 так, что когда реактор с биомассой совершает вращение, биомасса поступательно накрывает нижние охлаждающие трубы реактора, благодаря чему охлаждается. Торрефицированный продукт предпочтительно охлаждается в противоточном потоке.

Однако, как говорилось выше, при торрефицировании биомассы в таких условиях образуется пиролитический газ. Следовательно, температура внутренней поверхности внутренней вращающейся рубашки 14 должна оставаться на уровне, превышающем температуру сжижения пиролитического газа. Поскольку охлаждающие трубы 15 являются холодными, пиролитический газ сжижается на трубах и образует липкое смолистое вещество. Торрефицированный продукт, таким образом, налипает на охлаждающие трубы 15, но стирается при прохождении охлаждающих труб через торрефицированный продукт в нижней части вращающегося реактора.

Что же касается охлаждения охлаждающих труб 15, охлаждающая текучая среда предпочтительно подается только в трубы, частично или полностью соприкасающиеся с торрефицированным продуктом, следовательно, в охлаждающие трубы в нижней части реактора.

Согласно заявленному изобретению можно осуществить способ высушивания биомассы при низкой температуре. Для этого в, по меньшей мере, один нагреватель (4) для высушивания и нагрева упомянутой биомассы подают тонкоизмельченную биомассу. Затем упомянутую высушенную биомассу подают в, по меньшей мере, один вращающийся реактор (10) торрефикации, при этом упомянутый реактор оснащен нагреваемой внутренней вращающейся рубашкой (14), а также разнесенными на равные расстояния в окружном направлении внутренними охлаждающими трубами (15). Упомянутые охлаждающие трубы (15) располагают так, что, по меньшей мере, некоторые из них во время вращения упомянутого, по меньшей мере, одного реактора (10) контактируют с торрефицированной биомассой и охлаждают ее.

Ниже приведены результаты из отчета «Конечная оценка опытной установки по торрефикации в г. Клинтехамн, Готланд, Швеция, Авторы: Жозефина Карлссон (Josefine Karlsson) и др. АВ TORKAPPARATER».

Тепловое технологическое оборудование

4.1.3 Испытания, проведенные 19-го июня

В испытаниях, проведенных 19-го июня, использовали смесь Latgran, смесь твердой древесины и мягкой древесины. Материал был высушен перед доставкой в Готланд, содержание в нем влаги составляло приблизительно 12 вес. %. Сырьевой материал был взят из хранилища, забор образцов продукта осуществляли перед поступлением в дробильную мельницу. При проведении испытаний установка работала при двух различных температурах торрефикации, 250°C и 260°C, при каждой температуре брали по два образца, результаты анализа представлены ниже в Таблице 4.6

4.1.4 Испытания, проведенные 19-го сентября

Дополнительные испытания проводили в сентябре, при этом в первом испытании в этот период смесь Latgran использовали в качестве сырьевого материала. Установка работала при температурах 260-290°C, забор всех образцов осуществляли после гранулятора. Результаты анализа представлены ниже в Таблице 4.7

1. Способ высушивания биомассы при низкой температуре, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:
- обеспечивают тонкоизмельченную биомассу,
- подают упомянутую тонкоизмельченную биомассу в, по меньшей мере, один нагреватель (4) для высушивания и нагрева упомянутой биомассы,
- подают упомянутую высушенную биомассу в, по меньшей мере, один вращающийся реактор (10) торрефикации, при этом упомянутый реактор оснащен нагреваемой внутренней вращающейся рубашкой (14), а также разнесенными на равные расстояния в окружном направлении внутренними охлаждающими трубами (15), причем упомянутые охлаждающие трубы (15) расположены так, что, по меньшей мере, некоторые из них во время вращения упомянутого, по меньшей мере, одного реактора контактируют с торрефицированной биомассой и охлаждают ее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутая торрефикация выполняется в отсутствие воздуха или кислорода.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температура обработки в реакторе торрефикации лежит в интервале от 250 до 320°С, предпочтительно в интервале от 270 до 300°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают охлаждающую текучую среду только в охлаждающие трубы (15), частично или полностью контактирующие с торрефицированной биомассой.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомасса выбирается из группы, состоящей из материалов, имеющих соответствующее содержание органических соединений.

6. Устройство (1) для торрефикации биомассы при низкой температуре, содержащее средство (2) подачи тонкоизмельченной биомассы в, по меньшей мере, один нагреватель (4) для высушивания и нагрева упомянутой биомассы, по меньшей мере, один реактор (10) торрефикации, соединенный с упомянутым, по меньшей мере, одним нагревателем, а также средство для сбора, охлаждения и транспортировки образованного торрефицированного продукта в соответствующий бункер для хранения, отличающееся тем, что реактор (10) содержит вращающийся реактор (10), имеющий наружный стационарный корпус (13) и нагреваемую внутреннюю вращающуюся рубашку (14), а также оснащенный разнесенными на равные расстояния в окружном направлении внутренними охлаждающими трубами (15), причем внутренняя вращающаяся рубашка (14) реактора (10) выполнена нагреваемой, а охлаждающие трубы (15) выполнены охлаждаемыми с помощью подачи в них охлаждающей текучей среды так, чтобы охлаждать торрефицированную биомассу.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что упомянутая торрефикация выполняется в отсутствие воздуха или кислорода.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что температура обработки в реакторе (10) торрефикации лежит в интервале от 250 до 320°С, предпочтительно в интервале от 270 до 300°С.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что охлаждающая текучая среда подается только в охлаждающие трубы (15), частично или полностью контактирующие с торрефицированной биомассой.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что биомасса выбирается из группы, состоящей из материалов, имеющих соответствующее содержание органических соединений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу подготовки неспекающегося угля с содержанием летучих веществ не более 16%, при котором осуществляют нагрев неспекающегося угля до температуры 200-395°C для разрушения нетермостойких компонентов кусков угля, последующее охлаждение и классификацию.

Изобретения могут быть использованы в области переработки лигноцеллюлозного материала. Способ обжига лигноцеллюлозного материала включает сушку лигноцеллюлозного материала в осушителе (2).

Изобретение относится к способу активирования угольных частиц в вертикальной осесимметричной кольцевой камере путем порционной загрузки надподового участка предварительно фракционированными по размеру частицами, нагрева, вывода влаги и летучих веществ, а также охлаждения при организованном подъемно-опускном кольцевом циркуляционном движении частиц нагретыми и охлажденными дымовыми газами и паром, вводимыми со стороны потолочного перекрытия осевыми вертикально-опускными потоками, отводом в процессе активирования и сбросом в топку теплопроизводящей установки газообразных продуктов активирования, порционной выгрузки активированных охлажденных частиц из надподового участка, характеризующемуся тем, что циркуляцию частиц в подъемно-опускном кольцевом потоке организуют вводимыми в кольцевую камеру осевыми вертикально-опускными потоками вначале нагретых дымовых газов, затем смеси нагретых дымовых газов и пара, по окончании охлажденных дымовых газов, при этом объем загружаемых порций угольных частиц составляет Vу=(0,1-0,7)Vк объема кольцевой камеры, м3, скорость среды в подъемной ветви циркулирующего кольцевого потока равна wп=(0,1-0,6)w0 скорости осевого вертикально-опускного потока дымовых газов и пара, м/с, а долю кислорода во вводимых осевых вертикально-опускных потоках поддерживают на уровне O2=(0,04-0,16).

Изобретение относится к технологии прокалки нефтяного кокса и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к повышению качества углеродсодержащих материалов с помощью термической обработки методом непосредственного контакта материала с теплонесущей средой и удаления из материала влаги.
Изобретение относится к способу брикетирования угля, преимущественно бурого, в регионах, удаленных от потребителя. .

Изобретение относится к получению прокаленных углеродосодержащих материалов в производстве графитированных электродов и анодной массы и может быть использовано в металлургической, нефтеперерабатывающей, коксохимической промышленности.
Изобретение относится к технологии получения коксового сырья для электродной промышленности, в частности для изготовления электродов сталеплавильных печей, а также анодов, применяемых для получения алюминия путем электролиза криолит-глиноземных расплавов, и может найти применение в производстве широкого ассортимента изделий на основе конструкционных графитов различных марок.

Изобретение относится к способу производства угольных агломератов, в котором мелкодисперсный уголь агломерируют при высокой температуре. .

Изобретение относится к производству электродной продукции, а именно к прокалке углеродистых материалов для получения графитированных электродов электродуговых печей.
Изобретение относится к способу глубокой переработки древесных опилок и листьев без использования химических скрепляющих компонентов, характеризующийся тем, что их пропускают через сито для удаления крупноразмерных элементов, загружают в сушилку для снижения влажности до 10%, измельчают до получения смеси из частиц менее 15 мм и объемом отдельных частиц не более 0,5-1,0 см3, формуют, прессуют под давлением при 120-140 кг/см2 и температуре 250-350°С без доступа воздуха.

Изобретение описывает систему супервысушивания биомассы, которая содержит множество резервуаров, включая, по меньшей мере, один высушивающий резервуар, содержащий расплавленную соль в качестве жидкого средства теплопередачи, которое находится в контакте с биомассой и превращает ее в биоуголь; и, по меньшей мере, один резервуар с водой, содержащий воду для промывки соли, которая находится в контакте с биоуглем и охлаждает биоуголь, для удаления соли, прилипшей к биоуглю, и систему транспортирования, перемещающую биомассу через множество резервуаров в первом направлении при перемещении биоугля во втором направлении, противоположном первому направлению, таким образом, что, по меньшей мере, один резервуар с водой, содержащий воду для промывки соли, предварительно нагревает биомассу и одновременно охлаждает биоуголь.

Изобретение относится к средству для розжига, включающему множество свитых по спирали волокон горючего материала, покрытому улучшающим горение агентом, нанесенным методом распыления, при этом средство для розжига содержит внутреннюю часть и внешнюю часть, и плотность внешней части составляет от 0,03 до 0,13 кг/м3, а плотность внутренней части - примерно от 0,15 до 0,5 г/см3, при этом горючим материалом является древесина, а улучшающим горение агентом является воск.

Изобретение относится к термической обработке биомассы. Изобретение касается способа, включающего стадии подачи биомассы (6) в реактор (16), в котором биомассу (6) нагревают до температуры от 180 до 350°C при условиях с низкой концентрацией кислорода, с получением компонентов, инертных по отношению к процессам биологического разложения, с образованием газообразных продуктов (10) реакции и термически обработанной биомассы (8), газообразные продукты (10) реакции подают в процесс (13) сжигания, а горячие дымовые газы (11) из процесса (13) сжигания подают в реактор (16) для осуществления термической обработки.

Изобретение относится к спрессованной основе для применения в энергоустановках совместного сжигания и обогреве дома, содержащей первые частицы, представляющие собой материал биомассы, выбранный из группы, включающей посадочный материал соевых бобов, шалфей, посадочный материал кукурузы и посадочный материал подсолнечника, и вторые частицы, представляющие собой частицы угля, где спрессованная основа, содержащая первые и вторые частицы, а также связующее, которое представляет собой водоросли или воск, является устойчивой к фрагментации.

Изобретение относится к способу получения топлива из прессованной биомассы, при котором влажную биомассу перед процессом прессования в форме подвергают процессу сушки, перед процессом сушки процессу механического обезвоживания для уменьшения содержания влаги и перед механическим процессом обезвоживания процессу измельчения, при этом в процессе измельчения посредством размалывания, доведения до пюреобразного состояния, протирания через сито, приготовления мезги или аналогично механического измельчения биомассу подвергают тонкому измельчению так, что в значительной степени разрушаются клеточные структуры и образуется биомасса с консистенцией от кашеобразной до жидкой.
Изобретение относится к способу получения топливных окатышей, включающий смешивание наполнителя, содержащего отходы обработки древесного сырья, горючего компонента в виде отходов нефтепродуктов и связующего, где в качестве горючего компонента используют также масложировые отходы пищевой промышленности, горючий компонент служит одновременно связующим, в смешиваемую массу добавляют порошкообразный загуститель из горючего материала, при этом вначале производят в течение 1,5-2 минут смешивание загустителя и горючего связующего в соотношении 0,2-1,0:1 для загущения последнего, затем в загущенную массу постепенно вводят наполнитель, составляющий в целом 0,5-1,0:1 к горючему связующему и снова перемешивают в течение 35-40 мин до образования окатышей устойчивой формы, затем снова добавляют загуститель в количестве 10-20% его первоначальной массы для предотвращения слипания окатышей и перемешивают еще 2-4 мин до получения готового продукта в виде округлых окатышей.
Изобретение относится к применению брикета экструзионного (БРЭКСа), полученного методом жесткой вакуумной экструзии, включающего отходы обогащения угля и, по необходимости, угольные отсевы, минеральное связующее и бетонит, в качестве топлива для промышленных топок и бытовых печей.

Изобретение относится к способу и устройству для производства твердого углеводородного топлива. .

Изобретение относится к способу получения биодизельного топлива из илов и/или осадков очистных сооружений, включающему предварительную обработку сырья, экстракцию липидной фракции, переэтерификацию липидной фракции, разделение полученных фракций и осушение биодизеля.

Изобретение может быть использовано в промышленности для переработки древесных отходов. Углевыжигательная печь содержит корпус (1), газовый проход (3), топочную камеру (2), установленную под газовым проходом (3), сопло (14) с воздуховодом (15), врезанное в патрубок (7), прикрепленный к топочной камере (2), по меньшей мере, две герметичные реторты (4) для древесного сырья, расположенные по периметру газового прохода (3), каждая из которых имеет загрузочную дверцу (16), и соединенные с корпусом (1) проходным каналом (5), предназначенным для движения газов.
Наверх