УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА ИЗ БИОМАССЫ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2022 года по МПК C10B47/30 C10B53/02 C10L5/44 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для получения твёрдого топлива из биомассы и к способу получения твёрдого топлива из биомассы.

Уровень техники

В прошлом, в Патентном документе 1, проводили полукарбонизацию (полукоксование) путем формования под давлением при нагревании измельченной в порошок (пылевидной, пульверизованной) биомассы, и таким образом, получали биококс, имеющий отличную прочность.

Список цитирования

Патентная литература

Патентный документ 1: Опубликованный патент Японии № 4088933

Краткое изложение изобретения

Техническая проблема

Для твёрдого топлива важно подавить генерирование тепла (саморазогревание) при обращении с ним, но в вышеупомянутом Патентном документе 1 не описана проблема саморазогревания и решение этой проблемы.

Настоящее изобретение выполнено для решения вышеуказанной проблемы, и

цель настоящего изобретения заключается в разработке твёрдого топлива из биомассы, в котором саморазогревание подавлено.

Решение проблемы

Настоящее изобретение отличается тем, что устройство включает в себя: карбонизационную печь для карбонизации сформованного блока биомассы, чтобы получить твёрдое топливо из биомассы; калькулятор выхода для расчета выхода твёрдого топлива из биомассы и/или датчик температуры для измерения температуры карбонизационной печи; и регулятор для управления источником тепла карбонизационной печи; где регулятор управляет источником тепла на основе соотношения между (i) характеристикой саморазогревания твёрдого топлива из биомассы и (ii) выхода и/или температурой карбонизационной печи.

Преимущества изобретения

Согласно настоящему изобретению, разработано твёрдое топливо из биомассы, в котором подавлено саморазогревание.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую процесс получения продукта из исходного материала биомассы с использованием устройства для получения твёрдого топлива по настоящему изобретению.

На Фигуре 2 показана схема, иллюстрирующая один вариант осуществления конфигурации системы производственного устройства настоящего изобретения.

Фигура 3 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между характеристикой саморазогревания и выходом твёрдого топлива, когда в качестве исходного материала используется каучуконосное дерево.

Фигура 4 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между характеристикой саморазогревания и выходом твёрдого топлива, когда в качестве исходного материала используется акация.

Фигура 5 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между характеристикой саморазогревания и выходом твёрдого топлива, когда в качестве исходного материала используется древесина из вида Dipterocarpaceae.

Фигура 6 представляет собой график, демонстрирующий соотношение между характеристикой саморазогревания и выходом твёрдого топлива, когда в качестве исходного материала используется сосна Pinus radiata.

Фигура 7A представляет собой график, демонстрирующий соотношение между характеристикой саморазогревания и выходом твёрдого топлива, когда в качестве исходного материала используется смесь лиственницы, ели и березы.

Фигура 7B представляет собой график, демонстрирующий соотношение между характеристикой саморазогревания и выходом твёрдого топлива, когда в качестве исходного материала используется смесь ели, сосны и пихты.

Фигура 8 является схемой регулирования технологического процесса по варианту осуществления 1.

Фигура 9 представляет собой схему регулирования технологического процесса по варианту осуществления 2.

Фигура 10 является схемой регулирования технологического процесса по варианту осуществления 3.

Описание вариантов осуществления

Варианты осуществления

Общая конфигурация

На Фигуре 1 показана схема технологического процесса для получения твёрдого топлива из исходного материала биомассы (в последующем называется PBT), который необязательно является сортированным и охлажденным продуктом. Исходный материал биомассы подвергается дроблению и измельчению в порошок (пульверизации) на стадии 110, и затем формуется в форме гранул на стадии формования 120 (в последующем называется WP), и в последующем нагревается на стадии нагревания 130. На стадии формования 120 не добавляется связующий материал, такой как связующее, и формование осуществляется просто путем сжимания и прессования измельченной в порошок биомассы. Твёрдое топливо из биомассы (в последующем называется PBT), полученное после стадии нагревания 130, становится продуктом, который может быть подвергнут классифицированию и охлаждению на стадии 140 в случае необходимости.

Сформованный продукт ненагретой биомассы (Белая гранула: в последующем называется WP), который получен сразу после прохода через стадию формования 120, обладает низкой прочностью и легко разрушается во время обращения с ним, поскольку измельченная в порошок биомасса просто сформована под давлением. Кроме того, она набухает и разрушается в результате поглощения воды.

Поэтому в настоящем изобретении, сформованный продукт биомассы (WP) нагревают от 150 до 400 °C (карбонизация при низкой температуре) на стадии нагревания 130 (вращающаяся печь 2), чтобы получить твёрдое топливо из биомассы, имеющее прочность и водостойкость, при сохранении формы сформованного продукта (Гранулирование до высушивания: в последующем называется PBT). Для вышеуказанной стадии дробления и измельчения в порошок 110, стадии формования 120 и стадии нагревания 130, могут быть использованы стадии производства твёрдого топлива из биомассы, описанные в международной заявке № PCT/JP2015/78552.

Фигура 2 является схемой конфигурации одного варианта осуществления системы для стадии нагревания 130. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы настоящего изобретения включает в себя загрузочный бункер 1, вращающуюся печь 2 в качестве карбонизационной печи и регулятор 3. WP, находящийся на хранении в загрузочном бункере 1, поступает во вращающуюся печь 2 и нагревается с получением PBT (твёрдое топливо из биомассы). Полученный PBT транспортируется с использованием конвейера 5.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, вращающаяся печь 2 является печью с внешним типом нагревания, причем нагретый газ из внешнего источника тепла 6 поступает из входного патрубка 21 на внешней стороне корпуса печи 20 и выходит из выходного патрубка 22, и таким образом, происходит косвенное нагревание. Регулятор 3 контролирует внешний источник тепла 6, чтобы надлежащим образом изменять температуру нагретого газа во входном патрубке 21 (температура на входе нагретого газа Tgin) и регулирует температуру вращающейся печи 2. Показанная на Фигуре 2 вращающаяся печь имеется противоточная система, в которой поток нагреваемого объекта (PBT) и поток нагретого газа направлены противоположно друг другу. Однако прямоточная система также может быть использована. Концентрация кислорода во вращающейся печь 2 регулируется на уровне 10% или ниже.

Измерительный прибор 31 для измерения количества сырья, измеряющий количество V1 сырья WP, предусмотрен выше по потоку от вращающейся печи 2, и измерительный прибор 32 для измерения количества продукта, измеряющий количество V2 продукта PBT, предусмотрен ниже по потоку от вращающейся печи 2. Измеренное количество V1 сырья WP и количество V2 продукта PBT выводятся в регулятор 3, и калькулятор выхода 3a рассчитывает выход Y во вращающейся печи 2 (стадия нагревания 130). В настоящем изобретении выход Y означает выход твёрдого вещества (равен массовому выходу).

Количество V1 сырья WP и количество V2 продукта PBT можно определить путем расчета с использованием объёмной плотности WP и PBT, которые измерены заранее, и изменения объема в течение заданного времени, или можно определить путем измерения массы твёрдого топлива. Измерительный прибор 31, измеряющий количество сырья, и измерительный прибор 32, измеряющий количество продукта могут соответствующим образом изменяться согласно соответствующим способам.

Датчик температуры 41 предусмотрен внутри корпуса 20 вращающейся печи 2 с целью измерения температуры T1 внутри вращающейся печи. Датчик температуры 42 предусмотрен на выходе из вращающейся печи 2 с целью измерения температуры Т2 на выходе вращающейся печи (то есть, температуры PBT, сразу после его производства). Значения T1, а также T2 выводятся в регулятор 3. В одном варианте осуществления настоящего изобретения температуру вращающейся печи 2 можно определить на основе только одного значения температуры T1 внутри вращающейся печи и температуры Т2 на выходе вращающейся печи. При использовании одной температуры T1 внутри вращающейся печи, датчик температуры 42 может отсутствовать в промышленном устройстве. При использовании только температуры T2 на выходе вращающейся печи, датчик температуры 41 может отсутствовать в промышленном устройстве.

Регулятор 3 регулирует температуру нагретого газа на входе 21 (температура входящего нагретого газа). Используется известный способ регулирования температуры нагретого газа. В этом способе регулирование температуры входящего нагретого газа Tgin осуществляется на основе, по меньшей мере, одного параметра, выбранного из выхода Y, температуры T1, и температуры T2. В варианте осуществления 1, описанном ниже, регулирование осуществляется на основе выхода Y. В варианте осуществления 2, регулирование осуществляется на основе температуры (температур) T1 и/или T2. В варианте осуществления 3, регулирование осуществляется на основе (i) выхода Y и (ii) температуры T1 и/или T2.

Регулирование характеристики саморазогревания

При обращении с твёрдым топливом необходимо решить проблему уменьшения генерирования тепла (саморазогревания) во время хранения и транспортировки. В качестве показателя характеристики саморазогревания известен тест характеристики саморазогревания, описанный в "UNITED NATIONS Recommendations on the TRANSPORT OF DANGEROUS GOODS: Manual of Test и Criteria: 5^th revised Edition: Test method for Саморазогревания substances" (Рекомендации ООН по транспорту опасных товаров: Справочник по испытаниям и критериям: 5е переработанное издание: Метод испытания для саморазогревающихся веществ), и подробности для твёрдого топлива изложены ниже.

Образец загружают в контейнер из нержавеющей стали (куб с длиной стороны 100 мм) и контейнер подвешивают внутри термостатируемого шкафа при температуре 140 °C, и температуру материала непрерывно измеряют в течение 24 часов. Наивысшую температуру твёрдого топлива определяют как “максимально достижимую температуру”. Материал, который воспламеняется или в котором наблюдается повышение температуры до 200°C или выше определяется как саморазогревающий материал.

Характеристику саморазогревания твёрдого топлива из биомассы можно контролировать путем регулирования выхода Y и/или температуры вращающейся печи 2, которая будет находиться в заданном диапазоне, как описано в следующих вариантах осуществления 1 - 3.

Вариант осуществления 1: регулирование по выходу

На Фигурах 3 - 7B и в Таблице 1, приведенных ниже, показана взаимосвязь между максимально достижимой температурой образца, при проведении вышеуказанного испытания характеристики саморазогревания, и выходом Y (также называется "Выход твёрдого вещества Y") для PBT, с использованием в качестве необработанного материала различных биомасс. Выход Y представляет собой величину, рассчитанную по формуле (100 × сухая масса после нагревания / сухая масса до нагревания) (%). На Фигуре 3 показана взаимосвязь между выходом твёрдого вещества и максимально достижимой температурой PBT с использованием каучуконосного дерева в качестве исходного материала.

Оценка на основе указанных показателей демонстрирует определенную взаимосвязь между выходом Y и характеристикой саморазогревания (повышение температуры в вышеуказанном испытании) PBT. Например, на Фигуре 3 и в Таблице 1 установлено, что, когда выход Y равен или превышает нижний предел величины Yмин (приблизительно больше чем 76,8% и 83,4% или меньше), максимально достижимая температура в испытании характеристики саморазогревания снижается до значения меньше, чем 200°C.

Таким образом, возможно получение PBT, имеющего пониженную температуру саморазогревания, путем назначения нижнего предела величины Yмин для выхода Y как заданного порогового значения и регулирования температуры нагретого газа таким образом, чтобы выход Y был равен или превышал это значение нижнего предела Yмин. Поскольку выход Y снижается с увеличением температуры вращающейся печи 2 (стадия нагревания 130), устанавливается, что температура вращающейся печи 2 является слишком высокой, если выход Y меньше, чем значение нижнего предела. Поэтому принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть снижена.

Кроме того, в Таблице 1, ниже, показана взаимосвязь между повышением температуры, вызванным саморазогреванием твёрдого топлива, и количеством летучего вещества (в сухой беззольной массе) в твёрдом топливе. Другими словами, при малом содержании летучего вещества (в сухой беззольной массе) в твёрдом топливе максимально достижимая температура в испытании характеристики саморазогревания становится выше, это указывает на то, что эффект саморазогревания возрастает. Поэтому при осуществлении выбора значения Yмин можно принимать во внимание количество летучего вещества (в сухой беззольной массе).

С другой стороны, чрезмерно высокое значение выхода Y означает, что температура вращающейся печи 2 является низкой, и по поэтому карбонизация PBT становится недостаточной, приводя к таким проблемам, как прочность, водостойкость, и загрязнение отработанной воды во время хранения PBT (смотрите вышеуказанную заявку PCT/JP2015/78552). Следовательно, верхний предел величины Yмакс выхода Y задается заранее, и если величина Y превышает Yмакс, принимается решение о повышении температуры нагретого газа на входе, то есть, температуры Tgin.

В одном варианте осуществления, Yмакс можно определить на основе водостойкости, когда твёрдое топливо погружают в воду (независимо от того, может ли сохраняться форма гранулы или нет при погружении в воду). Твёрдое топливо, которое не может сохранить форму гранулы после погружения в воду, может разрушаться дождевой водой, или тому подобным, когда топливо хранится на открытом воздухе, что приводит к проблемам при обращении с ним. Таким образом, предпочтительно, чтобы твёрдое топливо сохраняло форму гранулы, даже в случае погружения в воду твёрдого топлива. Как показано ниже в Таблице 1, в случае, когда выход Y является слишком высоким (то есть, температура нагревания при производстве PBT является слишком низкой), невозможно сохранение взаимного связывания или адгезии между измельченными в порошок частицами биомассы, и гранула разрушается в случае погружения в воду твёрдого топлива. Следовательно, величина Yмакс может определяться таким образом, чтобы при максимальном выходе твёрдое топливо не разрушалось при погружении в воду (другими словами, твёрдое топливо обладает водостойкостью). Кроме того, величина Yмакс может определяться с учетом значения механической долговечности после погружения в воду твёрдого топлива. Если выход превышает величину Yмакс, то повышается температура нагретого газа на входе Tgin, и таким образом, может быть получено твёрдое топливо из биомассы с улучшенной водостойкостью.

Величина Yмакс для PBT может определяться на основе химического потребления кислорода (ХПК) при погружении в воду и/или индекса измельчаемости Hardgrove (HGI), или тому подобного, дополнительно или вместо вышеуказанных критериев на основе водостойкости твёрдого топлива. Химическое потребление кислорода означает величину ХПК, найденную в соответствии со стандартом JIS K0102 (2010)-17 для образца воды погружения для определения ХПК, полученную согласно сообщению Японского Агентства по окружающей среде №13 "(A) Способ определения металлов или тому подобного, содержащихся в промышленных сточных водах", 1973. Когда выход Y является слишком высоким (то есть, температура нагревания при производстве PBT является слишком низкой), величина ХПК становится высокой, и таким образом, во время хранения PBT на открытом воздухе могут возникать проблемы, такие как увеличение элюирования органического вещества, в том числе смолистого компонента под действием дождевой воды или тому подобного. Поэтому, например, когда исходный материал биомассы представляет собой каучуконосное дерево, можно определить Yмакс как максимальный выход при значении ХПК предпочтительно равном 1000 мг/л или меньше. Если выход превышает величину Yмакс, то принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть повышена, и таким образом, можно получить твёрдое топливо из биомассы с пониженным значением ХПК.

В некоторых случаях, например, когда твёрдое топливо получают с использованием акации или Pinus radiata в качестве исходного материала, как показано ниже в Таблице 1, когда температура нагревания является сравнительно низкой, ХПК может повышаться во время нагревания. Предположительно это вызвано тем, что смолистый компонент в исходном материале не подвергается испарению из-за относительно низкой температуры нагревания, и смолистый компонент легче элюируется из-за разложения целлюлозы и тому подобного путем карбонизации.

Индекс измельчаемости Hardgrove (HGI) соответствует стандарту JIS M 8801, причем более высокий индекс твёрдого топлива указывает на лучшую измельчаемость. Когда выход Y является слишком высоким (иными словами, температура нагревания при производстве PBT является слишком низкой), индекс HGI становится маленьким, что может затруднять применение материала в качестве топлива. Следовательно, когда исходный материал биомассы представляет собой, например, каучуконосное дерево, можно определить Yмакс как максимальный выход при предпочтительном значении HGI, равном 20 или больше. Если выход превышает значение Yмакс, то принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть повышена, и таким образом, может быть получено твёрдое топливо из биомассы с повышенным индексом HGI.

Как описано выше, путем регулирования температуры нагретого газа на входе Tgin таким образом, чтобы она находилась в диапазоне Yмин≤ Y ≤ Yмакс, возможно получение топлива PBT, имеющего желательные свойства.

На Фигурах 4 - 7B демонстрируется взаимосвязь между выходом твёрдого вещества и максимально достижимой температурой PBT, с использованием следующих исходных материалов, соответственно. Используемым исходным материалом является акация для Фигуры 4, древесина, относящаяся к виду Dipterocarpaceae для Фигуры 5, сосна Pinus radiata для Фигуры 6, смесь 50 масс.% лиственницы, 45 масс.% ели и 5 масс.% берёзы для Фигуры 7A, и смесь 30 масс.% ели, 45 масс.% сосны и 25 масс.% пихты для Фигуры 7B. Аналогично, в случае указанных исходных материалов, когда выход Y был равен или превышал заданное значение, максимально достижимая температура в испытании характеристики саморазогревания снижалась до величины меньше, чем 200 °C. Таким образом, аналогично случаю на Фигуре 3, где каучуконосное дерево используется в качестве исходного материала, возможно снижение показателя саморазогревания PBT путем осуществления регулирования заданного значения нижнего предела Yмин для выхода Y. Верхний предел значения выхода Y определяется, например, на основе показателей водостойкости при погружении PBT в воду, ХПК (химическое потребление кислорода) при погружении в воду и/или HGI (индекс измельчаемости Hardgrove) топлива PBT и тому подобного, при рассмотрении прочности и водостойкости PBT, загрязнения отработанной воды и тому подобного, как в случае каучуконосного дерева. Таким же образом, в случае использования исходного материала биомассы, отличающегося от рассмотренных, может быть осуществлен соответствующий контроль с использованием взаимосвязи между выходом и максимально достижимой температурой.

Фигура 8 представляет собой схему регулирования технологического процесса по варианту осуществления 1. В первом варианте осуществления регулирование температуры вращающейся печи 2 осуществляется на основе выхода Y топлива PBT, как описано выше.

На стадии S11 рассчитывают выход Y.

На стадии S12 определяют, является ли рассчитанный выход Y меньше, чем значение нижнего предела Yмин. Если ответ Да, то выход Y является низким, и температура вращающейся печи 2 считается слишком высокой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть снижена на стадии S16. Если ответ Нет (отрицательный), то поток направляется на стадию S13.

На стадии S13 определяют, является ли выход Y больше, чем верхний предел значения Yмакс. Если ответ Да, то выход Y является высоким, температура вращающейся печи 2 считается слишком низкой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть повышена на стадии S14. Если ответ Нет, это соответствует условию Yмин ≤ Y ≤ Yмакс, и температура вращающейся печи 2 считается подходящей, и таким образом, на стадии S15 поддерживается температура нагретого газа на входе Tgin.

Поток в первом варианте осуществления может быть осуществлен периодически и многократно, как в случае известного автоматического регулирования, или может повторяться в случае необходимости.

Вариант осуществления 2: Регулирование температуры в карбонизационной печи

В Таблице 1 приведены значения выхода PBT, температуры нагревания на стадии нагревания 130, максимально достижимой температуры при испытании характеристики саморазогревания и тому подобное для различных биомасс в качестве исходного материала.

Таблица 1

*сух.: в сухом состоянии

**daf: сухая беззольная масса

В Таблице 1, механическую долговечность (DU) после погружения в воду определяют на основе следующего уравнения, в соответствии с Сельскохозяйственным стандартом США, ASAE S 269,4 и Стандартом Германии для каждого твёрдого топлива, погруженного в воду в течение 168 часов.

DU = (m1 / m0) × 100

В этом уравнении m0 означает массу образца до обработки вращением, m1 означает массу образца на сите после обработки вращением, где используется ситовидная пластина, имеющая круглые отверстия диаметром 3,15 мм. Термин "разрушается", указанный в Таблице, означает состояние, в котором гранулы твёрдого топлива из биомассы разрушились по той причине, что невозможно сохранение взаимного связывания или адгезии между измельченными в порошок частицами биомассы из-за погружения в воду, и измерение механической долговечности становится невозможным.

Из Таблицы 1 следует, поскольку температура T вращающейся печи 2 (температура нагревания на стадии нагревания 130) коррелирует с характеристикой саморазогревания (и выходом Y) PBT, что в варианте осуществления 2, контроль осуществляется на основе температуры вращающейся печи 2 (в одном аспекте, внутренней температуры T1 вращающейся печи). В качестве температуры вращающейся печи 2, может быть использована температура на выходе из вращающейся печи T2, или обе температуры T1 и T2. При одновременном применении T1 и T2 может быть использовано их среднее значение.

Конкретно, наивысшая температура среди температур нагревания T1, где характеристика саморазогревания ниже, чем 200 °C, устанавливается заранее как Tмакс. Например, в случае каучуконосного дерева, когда температура нагревания составляет 250 °C или ниже, характеристика саморазогревания подавляется до значения меньше, чем 200 °C, и поэтому контроль осуществляется при значении Tмакс = 250°C. С другой стороны, когда температура нагревания T1 является слишком низкой, возникают проблемы, такие как прочность и водостойкость PBT и загрязнение отработанной воды, как описано выше. Поэтому значение нижнего предела Tмин для температуры нагревания T1 устанавливается заранее (например, Tмин =200 °C для каучуконосной древесины), и регулирование осуществляется так, чтобы выполнялось условие Tмин ≤ T1 ≤ Tмакс. Например, Tмин может быть наименьшей температурой среди температур нагревания, приводящих к топливу PBT, которое не разрушается, когда его погружают в воду, и обладает водостойкостью. Кроме того, может учитываться показатель механической долговечности после погружения в воду. В качестве альтернативы, Tмин может быть определена на основе ХПК (химическое потребление кислорода) при погружении в воду и/или HGI (показатель измельчаемости) PBT. Например, когда исходный материал биомассы представляет собой каучуконосное дерево, Tмин может быть наименьшей температурой среди температур T1, при которой показатель ХПК предпочтительно составляет 1000 мг/л или меньше. В качестве альтернативы, когда биомасса исходного материала представляет собой каучуконосное дерево, Tмин быть наименьшей температурой среди температур T1, при которой показатель HGI предпочтительно равен 20 или больше. Вариант осуществления 2 будет описан с использованием внутренней температуры T1 вращающейся печи, но вместо этого может быть использована температура T2 на выходе из вращающейся печи, или T1 и T2 могут быть использованы вместе, если это целесообразно.

Фигура 9 представляет собой схему регулирования для второго варианта осуществления технологического процесса.

На стадии S21 измеряется температура T1 внутри вращающейся печи.

На стадии S22 определяется, является ли T1 меньше, чем значение нижнего предела Tмин. Если ответ Да, то температура вращающейся печи 2 является слишком низкой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть повышена на стадии S26. Если ответ Нет, то поток направляется на стадию S23.

На стадии S23, определяется является ли T1 больше верхнего предельного значения Tмакс. Если ответ Да, то температура вращающейся печи 2 считается слишком высокой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть снижена на стадии S24. Если ответ Нет, это удовлетворяет условию Tмин ≤ T1 ≤ Tмакс, температура вращающейся печи 2 является подходящей, и таким образом, температура нагретого газа на входе Tgin поддерживается на стадии S25.

Поток во втором варианте осуществления может быть осуществлен периодически и многократно, как в случае известного автоматического регулирования, и может повторяться в случае необходимости.

Вариант осуществления 3: Контроль по выходу и температуре

Фигура 10 является схемой регулирования технологического процесса третьего варианта осуществления. В этом варианте осуществления выполняется регулирование с высокой точностью с использованием показателей выхода, а также температуры вращающейся печи 2. Хотя на Фигуре 10 описано использование внутренней температуры T1 вращающейся печи таким же образом, как во втором варианте осуществления, может быть использована температура T2 на выходе из вращающейся печи, или T1, а также T2 могут быть целесообразно использованы. При одновременном применении T1 и T2 может быть использовано их среднее значение. В варианте осуществления 3, верхнее предельное значение Yмакс и значение нижнего предела Yмин для выхода Y можно определить таким же образом, как в варианте осуществления 1, и верхнее предельное значение температуры Tмакс и нижний предел температуры Tмин можно определить таким же образом, как в варианте осуществления 2. Эти значения предварительно устанавливают в регуляторе устройства для получения твёрдого топлива из биомассы.

На стадии S31 рассчитывается выход Y.

На стадии S32 определяется, является ли рассчитанный выход Y меньше, чем значение нижнего предела Yмин. Если ответ Да, то выход Y является низким, и температура вращающейся печи 2 является слишком высокой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть снижена на стадии S39. Если ответ Нет, то поток направляется на стадию S33.

На стадии S33 определяется, является ли выход Y больше верхнего предельного значения Yмакс. Если ответ Да, то выход Y является высоким, и температура вращающейся печи 2 считается слишком низкой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть повышена на стадии S37. Если ответ Нет, это соответствует условию Yмин ≤ Y ≤ Yмакс, и выход Y находится в соответствующем диапазоне, но с целью осуществления регулирования на основе внутренней температуры T1 вращающейся печи, поток направляется на стадию S34.

На стадии S34, измеряется внутренняя температура T1 в печи.

На стадии S35, определяется является ли T1 меньше, чем значение нижнего предела Tмин. Если ответ Да, то температура вращающейся печи 2 считается слишком низкой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть повышена на стадии S37. Если ответ Нет, то поток направляется на стадию S36.

На стадии S36 определяется, является ли T1 больше, чем верхний предел значения Тмакс. Если ответ Да, то температура вращающейся печи 2 считается слишком высокой, и таким образом, принимается решение, что температура нагретого газа на входе Tgin должна быть понижена на стадии S39. Если ответ Нет, это соответствует условию Tмин≤ T1 ≤ Tмакс, и температура вращающейся печи 2 считается подходящей, и таким образом, на стадии S38 поддерживается температура нагретого газа на входе Tgin.

Как описано выше, в варианте осуществления 3, даже если выход Y находится в подходящем диапазоне, температура нагретого газа на входе Tgin может регулироваться, когда внутренняя температура T1 вращающейся печи не находится в подходящем диапазоне, и поэтому улучшается точность контроля.

Поток в третьем варианте осуществления может быть осуществлен периодически и многократно, как в случае известного автоматического регулирования, и может повторяться в случае необходимости.

Достигаемые результаты

Будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и их результаты. Кроме того, предпочтительно комбинировать множество вариантов осуществления из следующих пунктов (1) - (6).

(1) Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы включает:

карбонизационную печь (вращающаяся печь 2) для карбонизации сформованного блока биомассы для того, чтобы получить твёрдое топливо из биомассы; калькулятор выхода 3a для расчета выхода Y твёрдого топлива из биомассы и/или датчики температуры 41 и 42 для измерения температуры карбонизационной печи (T1, T2); и регулятор 3 для регулирования источника тепла 6 карбонизационной печи; причем

регулятор 3 регулирует источник тепла на основе взаимосвязи между (i) характеристикой саморазогревания твёрдого топлива из биомассы и (ii) выходом Y и/или температурой карбонизационной печи T1 (которая может быть T2 или обе температуры T1 и T2).

В результате возможно получение хорошего топлива, в котором подавлено саморазогревание.

(2) В регуляторе 3 хранится заданное значение нижнего предела Yмин выхода Y, и когда выход меньше, чем значение нижнего предела Yмин, регулятор снижает температуру источника тепла (температура нагретого газа на входе Tgin). Поскольку существует строгая взаимосвязь между выходом и характеристикой саморазогревания, значение нижнего предела выхода, при котором характеристика саморазогревания приобретает желательное значение или меньше, устанавливается заранее, и таким образом, возможно эффективное производство путем регулирования температуры источника тепла на основе значения нижнего предела.

(3) В регуляторе 3 хранится заданное значение верхнего предела температуры Tмакс карбонизационной печи, и когда температура карбонизационной печи превышает верхнее предельное значение температуры Tмакс, принимается решение, что температура источника тепла должна быть снижена. Поскольку существует строгая взаимосвязь между характеристикой саморазогревания и температурой карбонизационной печи, верхнее предельное значение температуры карбонизационной печи, при котором характеристика саморазогревания приобретает желательное значение или меньше, устанавливается заранее, и таким образом, возможно эффективное производство путем регулирования температуры источника тепла на основе верхнего предельного значения температуры.

(4) В регуляторе 3 хранится заданное значение верхнего предельного значения Yмакс выхода Y, и когда выход Y превышает верхнее предельное значение Yмакс, принимается решение, что температура источника тепла должна быть повышена. Если выход является излишне высоким, то ухудшаются характеристики PBT (прочность, водостойкость, загрязнение отработанной воды и тому подобное). Следовательно, желательное топливо PBT может быть получено путем задания верхнего предельного значения Yмакс.

(5) В регуляторе 3 хранится заданное значение нижнего предела температуры Tмин карбонизационной печи, и когда температура карбонизационной печи меньше, чем нижний предел температуры Tмин, принимается решение, что температура источника тепла должна быть повышена. Если температура карбонизационной печи является низкой, то ухудшаются характеристики PBT (прочность, водостойкость, загрязнение отработанной воды и тому подобное). Следовательно, желательное топливо PBT может быть получено путем задания нижнего предела температуры Tмин.

(6) Датчики температуры 41 и 42 соответственно измеряют температуру внутри карбонизационной печи T1 и температуру на выходе из карбонизационной печи T2.

Регулирующая способность может быть усовершенствована с использованием температуры внутри карбонизационной печи (внутренняя температура печи) T1 и/или температуры (температура на выходе из печи) T2. Температура внутри карбонизационной печи T1 имеет преимущество по точности, а температура T2 на выходе имеет преимущество в том, что температура твёрдого топлива из биомассы может быть измерена непосредственно, причем могут быть достигнуты хорошие характеристики регулирования с соответствующим использованием каждой из температур или их комбинации. Например, регулирование может быть осуществлено на основе среднего значения T1 и T2.

Объяснение позиций на чертежах

2 вращающаяся печь

3 регулятор

3a калькулятор выхода

6 источник тепла

41, 42 датчики температуры.

Изобретение относится к получению твердому топливу из биомассы. Предложено устройство для получения твёрдого топлива из биомассы, включающее: карбонизационную печь для карбонизации сформованного блока биомассы для того, чтобы получить продукт твёрдого топлива из биомассы; калькулятор выхода для расчета выхода продукта твёрдого топлива из биомассы и/или датчик температуры для измерения температуры карбонизационной печи; и регулятор для регулирования источника тепла карбонизационной печи; причем регулятор регулирует источник тепла на основе взаимосвязи между (i) характеристикой саморазогревания продукта твёрдого топлива из биомассы, полученного после карбонизации, и (ii) выходом продукта твердого топлива из биомассы и/или температурой карбонизационной печи. Также раскрывается способ получения твердого топлива из биомассы. Технический результат - получение твердого топлива из биомассы, которое не подвержено саморазогреванию. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 ил.

1. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы, включающее:

карбонизационную печь для карбонизации сформованного блока биомассы для того, чтобы получить продукт твёрдого топлива из биомассы;

калькулятор выхода для расчета выхода продукта твёрдого топлива из биомассы и/или датчик температуры для измерения температуры карбонизационной печи; и

регулятор для регулирования источника тепла карбонизационной печи; причем

регулятор регулирует источник тепла на основе взаимосвязи между (i) характеристикой саморазогревания продукта твёрдого топлива из биомассы, полученного после карбонизации, и (ii) выходом продукта твердого топлива из биомассы и/или температурой карбонизационной печи.

2. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы по п. 1, где

в регуляторе хранится заданное значение нижнего предела выхода продукта твердого топлива из биомассы, и

когда выход продукта твердого топлива из биомассы, рассчитанный калькулятором выхода, меньше, чем значение нижнего предела, регулятор снижает температуру источника тепла.

3. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы по п. 1 или 2, где

в регуляторе хранится заданное значение верхнего предела температуры карбонизационной печи, и

когда температура, измеренная датчиком температуры, превышает верхнее предельное значение температуры, регулятор снижает температуру источника тепла.

4. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы по п. 2 или 3, где

в регуляторе хранится заданное значение верхнего предела выхода, и

когда выход, рассчитанный калькулятором выхода, больше верхнего предельного значения, регулятор повышает температуру источника тепла.

5. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы по п. 3 или 4, где

в регуляторе хранится заданное значение нижнего предела температуры карбонизационной печи, и

когда температура карбонизационной печи меньше, чем значение нижнего предела температуры, регулятор повышает температуру источника тепла.

6. Устройство для получения твёрдого топлива из биомассы по любому из пп. 1-5, в котором

датчик температуры измеряет температуру внутри карбонизационной печи и/или температуру на выходе из карбонизационной печи.

7. Способ карбонизации сформованного блока биомассы в карбонизационной печи для получения продукта твёрдого топлива из биомассы, где источник тепла карбонизационной печи регулируется на основе взаимосвязи между (i) характеристикой саморазогревания продукта твёрдого топлива из биомассы, полученного после карбонизации, и (ii) выходом продукта твёрдого топлива из биомассы и/или температурой карбонизационной печи.