СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРРЕФИКАЦИИ БИОМАССЫ Российский патент 2015 года по МПК C10B47/30 C10B53/02 C10L5/40 C10L9/08 

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

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.

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.