способ получения углеводородного топлива и углеродных материалов из биомассы

Формула изобретения

Способ получения углеводородного топлива и углеродных материалов из биомассы, в котором исходную биомассу с влажностью 15-25% подают в первый аппарат, где нагревают до температуры 350-450°С, затем угольный остаток из первого аппарата подают во второй, отличающийся тем, что во втором аппарате материал нагревают до 850-1000°С и выводят из него в третий аппарат, парогазы из первого аппарата направляют в третий аппарат, где их фильтруют через угольный остаток, затем подают в охладитель-конденсатор, а парогазы из второго аппарата подают в охладитель, где их охлаждают до 350-400°С, из него в охладитель-конденсатор, где получают охлажденный высококалорийный газ, не содержащий конденсирующиеся вещества, и жидкое топливо, которое направляют на сжигание с коэффициентом расхода воздуха =0,8÷1, продукты сгорания смешивают с парогазами первого и второго аппаратов и подают полученную смесь для нагрева твердого материала в первом и втором аппаратах, а охлажденный газ направляют на охлаждение угольного остатка в четвертый аппарат, совмещенный с третьим, и подают внешним потребителям, причем управление соотношением жидкого и газообразного топлив, получаемых в конденсаторе-охладителе, осуществляют изменением температуры во втором аппарате.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и производству углеродных материалов и может быть использовано для получения энергетического топлива и углеродных материалов из биомассы.

Известен способ переработки органических веществ, заключающийся в их измельчении, нагреве без доступа кислорода, причем нагрев осуществляют последовательно в двух раздельных камерах до 250÷375°С в камере удаления влаги и до 650÷750°С в камере переработки в присутствии холодно-плазменного высокочастотного разряда реактивного тока с напряжением 1-500 кВ и частотой 1-300 кГц (Патент РФ № 2203922, классы 7 С10В 53/02, F23G 5/02, F23G 5/027). Недостатком этого способа является применение электрической энергии для нагрева угольного остатка биомассы, что удорожает процесс.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ термической переработки биомассы, в котором пиролиз предварительно просушенной биомассы осуществляют при температуре 650÷950°С в среде восстановительного газа, подают насыщенный пар после окончания пиролиза и выделяют твердый остаток, причем восстановительный газ получают сжиганием углеводородного топлива с коэффициентом расхода воздуха 0,85-1,1 и смешением полученных продуктов горения с газами пиролиза биомассы при их температуре 230-350°С (Патент РФ № 2177977, класс 7 С10В 53/02, прототип).

Недостатками этого способа являются повышенные затраты энергии для получения насыщенного пара и использование дополнительного углеводородного топлива для получения восстановительного газа, а также необходимость замкнутого на пиролизную установку теплового агрегата, например котла, в который подаются парогазы пиролиза, содержащие большое количество конденсирующихся паров веществ, выделяющихся при пиролизе.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу снижения энергоемкости процесса при полном сокращении использования углеводородного топлива и получения высококалорийного газообразного топлива, не содержащего конденсирующиеся вещества, которое может подаваться отдаленным внешним потребителям.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе получения углеводородного топлива и углеродных материалов из биомассы исходную биомассу с влажностью 15÷25% подают в первый аппарат, где нагревают до температуры 350÷450°С, затем угольный остаток из первого аппарата подают во второй, во втором аппарате материал нагревают до 850÷1000°С и выводят из него в третий аппарат, парогазы из первого аппарата направляют в третий аппарат, где их фильтруют через угольный остаток, затем подают в охладитель-конденсатор, а парогазы из второго аппарата подают в охладитель, где их охлаждают до 350÷400°С, из него в охладитель-конденсатор, где получают охлажденный высококалорийный газ, не содержащий конденсирующиеся вещества, и жидкое топливо, которое направляют на сжигание с коэффициентом расхода воздуха =0,8÷1, продукты сгорания смешивают с парогазами первого и второго аппаратов и подают полученную смесь для нагрева твердого материала в первом и втором аппаратах, а охлажденный газ направляют на охлаждение угольного остатка в четвертый аппарат, совмещенный с третьим, и подают внешним потребителям, причем управление соотношением жидкого и газообразного топлив, получаемых в конденсаторе-охладителе, осуществляют изменением температуры во втором аппарате.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется чертежом.

Измельченную биомассу с влажностью 15÷25% подают из расходного бункера 1 в аппарат 2, в котором происходит нагрев до температуры 350÷450°С, сушка биомассы и выделение основного количества паров конденсирующихся смолистых веществ, из него в аппарат 3, где твердый остаток нагревают до 850÷1000°C с выделением в основном неконденсирующихся веществ, из последнего твердый материал с высокой температурой 850÷1000°С - в аппарат 4, угольный остаток из последнего - в аппарат охлаждения угольного остатка 5. Парогазы из аппарата 2 фильтруют через высокотемпературный слой угля в аппарате 4, где происходит разложение высокомолекулярных смолистых веществ с получением более простых неконденсирующихся газов. Кроме того, в аппарате 4 происходит активация угольного остатка за счет содержащихся в парогазах водяных паров и углекислого газа с получением дополнительного количества горючих газов по реакциям С+Н₂О СО+Н₂ и С+СО₂ 2СО. Газы из аппарата 4 и охлажденные в охладителе 6 до температуры 350÷400°С парогазы из аппарата 3 направляют в охладитель-конденсатор 7, в котором получают не содержащие конденсирующихся веществ высококалорийные газы и жидкое топливо, а охлажденные газы поступают в аппарат 5 охлаждения угольного материала. Полученное в охладителе-конденсаторе 7 жидкое топливо направляют на сжигание в топки 8 и 9, продукты сгорания смешивают с газами рецикла в смесителях 10 и 11 и полученные восстановительные газы направляют на нагрев материала в аппаратах 2 и 3. Управление соотношением неконденсирующихся газов и жидкого топлива в конденсаторе-охладителе 7 осуществляют изменением температуры нагрева материала в аппарате 3. Воздух, подогретый в охладителе 6 и охладителе-конденсаторе 7, направляют на горение в топки 8 и 9 в количествах, обеспечивающих горение с коэффициентом расхода воздуха =0,8÷1.

Углеродный материал выводят из аппарата 5 и отправляют на склад.

Достоинством предлагаемого способа является низкая энергоемкость, гибкость по конечным целевым продуктам, полное сокращение использования углеводородного топлива и возможность подачи высококалорийного газового топлива отдаленным потребителям.