EA 025670B1 20170130

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025670b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Устройство (100; 302) для непрерывной конверсии биомассы (102; 304), включающее область (104) подачи для приема подвижного слоя из биомассы (102), особенно древесины; с верхней секцией (140) для сушки, средней секцией (142) - областью горения для удаления газов и нижней секцией (146) - зоной тления для обугливания биомассы (102; 304) до твердого продукта (158; 306) переработки, особенно древесного угля; решетку (110), которая служит опорой для подвижного слоя и которая пропускает вниз твердый продукт (158; 306) переработки; предусмотрен сборный резервуар (136) для сбора твердого продукта (158; 306) переработки, который расположен под решеткой (110); соединен с возможностью отсоединения и выполнен с возможностью герметичного по отношению к окружающей среде соединения с областью (104) подачи; снабжен в области стенки охлаждающим средством (160) и соединен с разгрузочным механизмом на сборном резервуаре с целью выгрузки твердого продукта (158) переработки, при этом сборный резервуар содержит съемный сменный модуль для сбора твердого продукта переработки, размещенный в сборном резервуаре с возможностью его извлечения и замены его другим, отличающееся тем, что во внутренней части (106) устройства (100; 302) под подвижным слоем предусмотрено по меньшей мере одно улавливающее средство (124), выполненное в виде желоба, для приема и отвода наружу жидкого продукта (156) переработки.

2. Устройство (100; 302) по п.1, которое рассчитано на конверсию биомассы различного размера или насыпной плотности.

3. Устройство (100; 302) по п.1 или 2, которое включает изменяемую по размеру область подачи, и/или управление высотой наполнения, и/или устройство для прессования и/или разрыхления, и/или решетку регулируемого размера.

4. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором сборный резервуар через расширяющуюся к области подачи (104) воронку (122) и/или трубопровод (130; 201, 211) соединен с областью подачи (104).

5. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором предусмотрено по меньшей мере одно средство (134; 200, 208) подачи воздуха между решеткой (110) и сборным резервуаром (136), выполненное с возможностью подачи через него регулируемого количества воздуха.

6. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором охлаждающее средство является пассивным средством (160) теплопередачи, таким как определенная форма или поверхность стенки; и/или активным средством теплопередачи, таким как электрическая холодильная установка.

7. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором охлаждающее средство является охлаждающим средством с текучей средой.

8. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором жидкий продукт (156) переработки, конденсирующийся на вертикальной боковой стенке устройства, представляет собой древесный уксус, воду, уксусную кислоту, ацетон, метиловый эфир уксусной кислоты, ацетальдегид или метанол.

9. Устройство (100; 302) по п.8, в котором жидкий продукт (156) переработки отводят отводным средством, в частности герметичным сифоном.

10. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором газообразные отходы (144) в процессе работы отводят вверх через область (104) подачи, над областью (104) подачи направляют в колонну (118) или дистиллятор, выполненные с возможностью, по меньшей мере, частичного отделения по меньшей мере одного летучего продукта переработки (148, 150, 152, 154) из газообразных отходов (144), и предусмотрено отводное средство, в частности герметичный сифон, через который отводят отделенный продукт переработки (148, 150, 152, 154).

11. Устройство (100; 302) по п.10, в котором через колонну (118) или дистиллятор дистиллируют древесный уксус.

12. Способ непрерывной конверсии биомассы с использованием устройства по п.1, включающий следующие стадии: подача подвижного слоя из биомассы, в частности древесины, в область подачи; сушка подвижного слоя в верхней секции области подачи; удаление газов из подвижного слоя в области горения в средней секции области подачи; карбонизация подвижного слоя в зоне тления в нижней секции области подачи до твердого продукта переработки, в частности древесного угля; удерживание подвижного слоя на решетке, расположенной в нижней части шахты; пропускание твердого продукта переработки вниз, отличающийся тем, что твердый продукт переработки собирают в сборном резервуаре, сборный резервуар располагается под решеткой, где сборный резервуар соединен с возможностью отсоединения и герметично соединен с областью подачи, и стенку сборного резервуара охлаждают, сборный резервуар соединен с разгрузочным механизмом с целью выгрузки твердого продукта (158) переработки, при этом сборный резервуар содержит съемный сменный модуль для сбора твердого продукта переработки, размещенный в сборном резервуаре с возможностью его извлечения и замены его другим.

13. Способ по п.12, в котором биомасса (102) включает измельченную лесную древесину, и/или древесину с плантаций, и/или деловую древесину, и/или потребительскую древесину или их смеси.

14. Способ по п.12 или 13, в котором биомасса (102) включает щепу высокой влажности с ограниченным сроком хранения, в особенности щепу с влажностью более 30%.

15. Система (300) для непрерывной конверсии биомассы, содержащая устройство (100; 302) для конверсии по любому из пп.1-11 и биогазовую установку (314) и/или блочную тепловую электростанцию (310), при этом жидкий продукт (156) переработки из конверсии биомассы (102; 304), особенно древесный уксус или уксусная кислота, поступает в биогазовую установку (314) и/или твердый продукт (158) переработки из конверсии биомассы (102; 304), особенно древесный уголь, поступает в блочную тепловую электростанцию (310).

16. Устройство (100; 302) по любому из пп.1-11, в котором в качестве биомассы используют щепу, а твердый продукт переработки представляет собой древесный уголь.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

11. Устройство (100; 302) по п.10, в котором через колонну (118) или дистиллятор дистиллируют древесный уксус.

Евразийское
патентное
ведомство
025670
(13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201190263
(22) Дата подачи заявки 2010.03.08
(51) Int. Cl.
C10B 53/02 (2006.01) C10B 49/06 (2006.01) C10B 39/02 (2006.01) C10C 5/00 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО, СПОСОБ И СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОЙ КОНВЕРСИИ БИОМАССЫ
(56) FR-A-881921 DE-C-372941 DE-B3-102005038135 CH-A-219891
(31) 10 2009 019 060.0; 10 2009 030 013.9
(32) 2009.04.27; 2009.06.23
(33) DE
(43) 2012.04.30
(86) PCT/EP2010/001432
(87) WO 2010/124761 2010.11.04
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ЕУРОПИАН ЧАКОУЛ АГ (CH)
(72) Изобретатель:
Шоттдорф Бернд (DE)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(57) Изобретение относится к устройству (100; 302), его применению, способу и системе непрерывной конверсии биомассы (102; 304). Устройство (100; 302) содержит область (104) подачи для приема подвижного слоя из биомассы (102; 304), особенно древесины, с верхней секцией (140) для сушки, средней секцией (142) - областью горения для удаления газов, и нижней секцией (146) - зоной тления для обугливания биомассы (102; 304) до твердого продукта переработки (158; 306), особенно древесного угля; решетки (110), которая служит опорой для подвижного слоя и пропускает вниз твердый продукт переработки (158; 306). Также предусмотрен сборный резервуар (136) для сбора твердого продукта (158; 306) переработки, который расположен под решеткой (110), выполнен с возможностью герметичного по отношению к окружающей среде соединения с областью подачи (104) и снабжен в области стенки охлаждающим средством (160). Система (300) включает устройство (100; 302), биогазовую установку (314) и/или блочную тепловую электростанцию (310), причем жидкий продукт (156) переработки, полученный путем конверсии биомассы (102; 304), особенно древесный уксус или уксусная кислота, может поступать в биогазовую установку (314) и/или твердый продукт (158) переработки, полученный путем конверсии биомассы (102; 304), особенно древесный уголь может поступать в блочную тепловую электростанцию (310).
Изобретение относится к устройству, его применению, способу и системе непрерывной конверсии биомассы. В частности, изобретение относится к устройству, его применению, способу и системе, в которой биомассу высушивают, дегазируют, превращают в уголь и собирают.
Далее кратко описан уровень техники.
DE 102005038135 В3 описывает устройство для непрерывного производства древесного угля в подвижном слое из угля или другой биомассы. Устройство включает в себя подающий механизм для древесины либо другой биомассы, шахту, в которой подвижный слой из угля или другой биомассы захватывают, высушивают, дегазируют и превращают в уголь, одно или более средства подвода воздуха, расположенные в нижней части шахты, и решетку, расположенную в нижней части шахты. Древесный уголь, проходящий через решетку, собирают внизу в водном резервуаре, охлаждают, извлекают из водного резервуара, и перед дальнейшим использованием он должен быть высушен.
DE 3517972 А1 описывает комбинированное устройство для обработки и охлаждения древесного угля из устройств по производству угля противоточного типа. Для снижения термической нагрузки на обрабатывающий механизм и во избежание подсоса побочного воздуха в контейнер для образования угля и связанного с этим неконтролируемого сгорания древесного угля древесный уголь предварительно охлаждают на охлаждаемых водой стенках бака перед тем, как он попадает в районе днища бака в разгрузочный шнек, который выгружает древесный уголь из бака, открытого с одной стороны.
ЕР 1473351 А1 описывает способ и систему для бездымного производства угля. Исходное сырье, например древесину или бамбук, подвергают действию высокой температуры. Тепло получают путем сгорания газов, которые высвобождаются вследствие нагрева материалов. Материал полностью не сгорает, однако выгорание регулируется подачей воздуха. Эта система охватывает люк для загрузки материала, через который загружается материал. Затем материал последовательно карбонизируют в камере, причем его сначала дегазируют и/или высушивают. При этом высвобождается диоксид углерода, монооксид углерода и древесный уксус, причем газообразные отходы отводят вверх из нижней части камеры по боковой трубе для отвода газов, проходящей параллельно камере. Пористый углеродный продукт (древесный уголь) падает через решетку в днище камеры на ведущий желоб и затем по транспортному устройству в контейнер-сборник. Стенка желоба омывается охлаждающей жидкостью и охлаждает за счет этого пористый углеродный продукт. Наполненный контейнер-сборник извлекают наружу для опорожнения через откидную крышку.
В ЕР 1508697 описан реактор для производства древесного угля. Реактор сверху постоянно заполняют наполнителем (древесиной), в нижней части реактора происходит выгрузка карбонизированного продукта по транспортеру в плотно закрываемый приемный резервуар. Процессом карбонизации в реакторе управляют с помощью устройства для подачи воздуха. В нижней части реактора находится перфорированный короб, в котором образуется уголь из карбонизируемого сырья. Отверстия в перфорированном коробе обеспечивают поступление свежего воздуха. Короб имеет коническую форму и снабжен внизу небольшим отверстием. Коническая форма предназначена для управления временем пребывания сырья для получения угля в области корзины. Дымовой газ, образующийся в процессе карбонизации, отводят в верхней части реактора через дымоотвод и направляют к сепаратору, в котором отделяют древесное масло.
Задачей данного изобретения является создание улучшенного и упрощенного устройства, способа его применения и системы для непрерывной конверсии биомассы.
Согласно изобретению эта задача решается посредством объектов, заявленных в независимых пунктах формулы изобретения. Варианты и предпочтительные формы исполнения изобретения выявляются из формулы изобретения, последующего описания и чертежей.
Устройство в соответствии с п.1 формулы изобретения включает область подачи для приема подвижного слоя из биомассы, предпочтительно древесины, включающую верхнюю секцию для сушки, среднюю секцию - зону горения для удаления газов и нижнюю секцию - зону тления для обугливания биомассы до стадии твердого продукта переработки, в частности древесного угля; решетку, которая служит опорой для подвижного слоя и пропускает вниз твердый продукт переработки, при этом предусмотрен сборный резервуар для сбора твердого продукта переработки, который расположен под решеткой, соединяемый с областью подачи герметично по отношению к окружающей среде и снабженный в области стенки охлаждающим средством.
Вместе с этим может отсутствовать водный резервуар для остановки процесса карбонизации. Необходим только непроницаемый, охлаждающий сборный резервуар. Твердый продукт переработки - концентрат углерода, т.е. продукт переработки, который в основном содержит углерод, например древесный уголь, не приходится брать в мокром виде из охлаждающего водного резервуара и затем высушивать, а можно сразу использовать его дальше после охлаждения в сборном резервуаре.
Кроме того, расположение сборного резервуара (непосредственно) под решеткой допускает, что твердый продукт переработки падает в сборный резервуар сам под силой тяжести. В данном случае может также не быть дополнительного конвейера и его возможно требуемой при необходимости системы охлаждения, как реализовано в DE 3517972 А1, или охлаждаемого ведущего желоба, как в ЕР 1473351
А1.
Вследствие простой конструкции предложенного устройства конверсии легко реализовать уплотнение на стыке сборного резервуара и области подачи. Оно способствует тому, что процесс конверсии в сборном резервуаре надежно останавливается; при этом, с одной стороны, снижается температура, с другой стороны, горючие газы или кислород воздуха остаются в области подачи (вытяжной эффект); таким образом, процесс карбонизации прерывается двумя способами.
В основном для этого подходит любой тип биологического твердого топлива согласно DIN preEN 14961-1:2009, особенно класса происхождения измельченная лесная древесина, древесина с плантаций, деловая или потребительская древесина, а также их смеси. Эти классы происхождения могут дальше различаться в отношении формы выпуска: мелкая древесина, например поленья; дробленка (далее также обозначается как щепа), например древесина, измельченная режущими инструментами; измельченный материал, например древесина, измельченная тупым измельчающим инструментом; гранулы или брикеты.
Лесная древесина и/или древесина с плантаций включает в основном цельные деревья, бревна, лесосечные отходы, пни, кору и древоподобную биомассу из сельского хозяйства. Деловая (балансовая) древесина может включать химически необработанные остатки древесины, химически обработанные остатки древесины и волокнистые отходы из целлюлозной и бумажной промышленности. Потребительская древесина включает в основном химически обработанную и необработанную древесину.
Измельченная древоподобная биомасса недорога, поскольку она может быть изготовлена машинным способом, например, из отходов лесозаготовительной промышленности. Измельченная древоподоб-ная биомасса может быть менее объемной, чем неизмельченная, и вследствие этого ее легче транспортировать.
Наряду с древоподобной биомассой подходит также стебельчатая биомасса, например зерновые, злаки и т.д., а также биомасса фруктов.
Также подходит щепа высокой влажности с ограниченным сроком хранения, особенно щепа с влажностью более 30%.
Если щепа произведена, например, из свежей, только что заготовленной древесины высокой влажности - более 30 или более 50%, то при хранении сложенная в кучу щепа может нагреться вследствие обменных процессов до самовозгорания. Кроме того, могут появиться опасные для здоровья плесневые грибки. Разлагающие древесину грибки при высокой влажности могут оказаться в хороших условиях и вследствие этого снизить энергетическую ценность щепы.
По этой причине неизмельченную древесину часто предварительно просушивают, а затем подвергают дальнейшей сушке уже в виде измельченной щепы. Это, однако, требует затрат времени, значительных крытых и проветриваемых складских мощностей, так же, как и уже изготовленная высококачественная щепа, т.е. щепа с влажностью менее 30%, крупной, остроконечной формы, с длиной кромки около 5 см, у которой отсортированы зеленые щепки и мелкий материал, так чтобы при навалочном хранении оставалось достаточно пространства для циркуляции воздуха и дальнейшей просушки.
Предложенное устройство должно также преобразовывать в ценный древесный уголь худшую по качеству щепу, т.е. щепу с влажностью более 30% и/или мелкий материал и/или зеленые щепки и/или в расплющенном состоянии и/или с большим количеством игл и/или листьев. Вследствие этого предложенное устройство экономит или, вернее, снижает, например, время предварительной сушки неизмель-ченной древесины, дальнейшую сушку щепы, выбраковку возможных мелких, зеленых частей, игл и листьев, а также временные и складские ресурсы. Кроме того, соотношение массы и теплотворной способности продукта переработки древесного угля ниже, чем у щепы, поэтому в целом для древесного угля требуются меньшие транспортные расходы.
Размер составных частей биомассы и/или насыпная плотность биомассы (что означает соотношение массы и объема биомассы в насыпанном состоянии) могут влиять на текучесть подвижного слоя из биомассы. Особенно высокая насыпная плотность биомассы в области подачи приводит к более высокому давлению на решетку, чем биомасса с низкой насыпной плотностью (при одинаковых объемах). Давление на решетку может быть снижено, в частности, следующими мерами: увеличение или уменьшение области подачи; высокий или низкий уровень наполнения потребляемой в области подачи биомассы; сжатие или разрыхление биомассы с помощью устройства для уплотнения (например, измельчитель, пресс) или устройства для разрыхления (например, грабли) или изменение размера отверстий решетки. Для этого отверстия решетки в области подачи выполнены, например, с возможностью регулирования таким образом, что можно регулировать размер углей или скорость потока биомассы через отверстия. Кроме того, решетку можно заменить на другую или дополнить еще одной, чтобы сформировать отверстия различного размера.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием сборный резервуар соединен с областью подачи через расширяющуюся к ней воронку и/или трубопровод.
Можно выделить три альтернативные формы исполнения того, как сборный резервуар связан с областью подачи.
Во-первых, сборный резервуар соединен с областью подачи через трубопровод. В данном случае сохраняется преимущество того, что твердый продукт переработки падает в сборный резервуар под дей
ствием силы тяготения и может там собираться. Однако при использовании трубопровода, в случае его небольшого поперечного сечения, повышается разность температур между охлажденным сборным резервуаром и зоной тления в области подачи, так что лучше экранируется теплота излучения из зоны тления. Благодаря этому облегчается процесс охлаждения в сборном резервуаре, а процесс превращения в области подачи происходит с незначительными термическими потерями.
Во-вторых, сборный резервуар может быть связан с областью подачи через воронку, расширяющуюся к ней. В данном случае преимущество состоит в том, что в резервуаре нужно только небольшое герметичное отверстие, а твердый продукт переработки падает в сборный резервуар под действием силы тяжести и может там собираться. Это упрощает конструкцию, а также улучшает термическое разделение между сборным резервуаром и областью подачи.
В-третьих, сборный резервуар может быть связан с областью подачи через трубопровод и воронку, примыкающую к трубопроводу и расширяющуюся к области подачи. Благодаря этому можно комбинировать преимущества первого и второго способа.
Далее в области воронки и трубопровода могут быть расположены дополнительные устройства (для разгрузки, вентиляции, измерения температуры и т.д.).
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием, с целью выгрузки твердого продукта переработки, сборный резервуар соединен с областью подачи с возможностью его снятия и/или к сборному резервуару присоединено разгрузочное приспособление. Преимущественно сборный резервуар может быть также снабжен сменным модулем.
Сборный резервуар может быть соединен с областью подачи известными механизмами (такими как, например, втулка, уплотнительная пластина, манжета). В случае необходимости механизм открывается или убирается для отсоединения сборного резервуара от области подачи.
Сборный резервуар может быть, в частности, оборудован колесами, роликами или подобными устройствами, так что первый сборный резервуар, когда он наполнен твердым продуктом переработки и охлаждается внутри, может быть заменен на второй, пустой сборный резервуар. Преимущество сменного сборного резервуара состоит в том, что такой резервуар может также использоваться как транспортный резервуар.
В дальнейшем твердый продукт переработки, собранный и охлажденный в сборном резервуаре, может быть выгружен с помощью разгрузочного механизма, расположенного на или в сборном резервуаре, такого как, например, клапана, задвижки, шлюзового затвора и т.п.
Кроме того, сборный резервуар может содержать съемный сменный модуль. Сменный модуль может выглядеть как открытый сверху резервуар (ковш), который размещен в сборном резервуаре так, что в нем можно собирать и/или охлаждать твердый продукт переработки. Сменный модуль может быть извлечен из сборного резервуара через расположенный там герметичный клапан или подобное средство и заменен на другой, пустой сменный модуль. Пространство между сборным резервуаром и сменным модулем может дополнительно содержать охлаждающую среду.
Сборный резервуар может быть выполнен, например, в виде вращающегося сменного магазина. В этом случае часть магазина, когда он наполнен твердым продуктом переработки, и этот продукт переработки там охлажден, может быть отвинчена от трубопровода, воронки и/или области подачи, и одновременно прикручивают и герметично присоединяют пустую часть магазина. Таким образом, возможна, по существу, непрерывная работа без потерь.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием между решеткой и сборным резервуаром предусмотрено отверстие для подачи воздуха, через которое подают регулируемое количество воздуха. Отверстие для подачи воздуха преимущественно образовано двумя трубами, расположенными одна в другой, у каждой из которых на стенках имеются продольные щели.
Труба, например, расположенная внутри, может быть присоединена к другой, например внешней, с возможностью вращения и/или перемещения вдоль ее длины. Одна из труб закрыта с торцевой стороны. Продольные щели обеих труб могут быть расположены на боковых стенах так, что при определенном положении труб они располагаются на одной прямой. Подача воздуха открыта. В другом поворотном положении промежуточные пространства одной трубы могут закрывать щели другой. Подача воздуха закрыта.
Если щели обеих труб расположены на одной прямой, то образуется максимальное отверстие для допуска воздуха в устройство. Расположенная внутри труба может быть так далеко повернута или перемещена, что больше не будет перекрывания щелей, т.е. больше не будет отверстия для пропускания воздуха.
Средство подачи воздуха может управлять количеством поступающего в устройство воздуха и вследствие этого процессом карбонизации биомассы в области подачи.
В качестве дальнейшего варианта исполнения средства подачи воздуха могут быть использованы клапан, вентиль и тому подобные устройства. Также могут быть предусмотрены известные вентиляционные розетки.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием охлаждающее устройство представляет собой пассивное средство передачи тепла, такое как определенная форма или поверхность области стенки,
и/или активное средство передачи тепла, такое как электрическое охлаждающее устройство.
Преимущество охлаждающего устройства, которое образуется благодаря форме или поверхности участка стенки, такой как, например, гофровое соединение или углубление, состоит в том, что оптимально используется охлаждающее воздействие окружающей среды (ветер, холодный или влажный воздух, дождь и т.д.). Такой формой может быть, например, ребро охлаждения или подобное средство, интегрально встроенное в участок стенки и/или термически соединенное с ним. Поверхность всей области стенки сборного резервуара может быть, например, увеличена по отношению к его объему, чтобы, например, действовать в качестве охлаждающего средства при обтекании его окружающим воздухом.
Преимущественно охлаждающее средство охлаждает собранный в сборном резервуаре твердый продукт переработки так сильно, что его можно безопасно извлекать на окружающий воздух, т.е. без риска самовоспламенения при выемке. При этом температурой возгорания является температура, при которой твердый продукт переработки может самовоспламениться на воздухе.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием охлаждающим средством является охлаждающее средство с текучей средой, которое предпочтительно расположено на определенном участке стенки. Это охлаждающее средство может действовать активно, например, с помощью циркуляционного насоса, или пассивно, например, с помощью конвекции.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием, по меньшей мере, внутри устройства под подвижным слоем предусмотрено улавливающее средство, в частности желоб для приема и отвода наружу жидкого продукта переработки, конденсирующегося на вертикальной боковой стенке устройства, в частности древесного уксуса, воды, уксусной кислоты, ацетона, метилового эфира уксусной кислоты, аце-тальдегида или метанола.
Посредством такого улавливающего средства можно наряду с твердым продуктом переработки извлечь и жидкий продукт переработки. При конверсии биомассы жидкие продукты переработки могут получаться сразу или же сначала получаться в форме газа/пара, а затем, по меньшей мере, частично конденсироваться, по большей части на охлаждающих областях, особенно на боковых стенках области подачи. Жидкий продукт переработки течет в таком случае вниз и оказывается в улавливающем средстве. Улавливающее средство, например желоб, может быть наклонено так, что жидкий продукт (жидкие продукты) переработки стекает внутри на самое глубокое место и может быть оттуда отведен.
Желоб предпочтительно предусмотрен внутри устройства под решеткой у воронки и/или трубы. Желоб также может быть предусмотрен на решетке или вблизи нее. Кроме того, может быть предусмотрено множество решеток во многих местах внутри устройства для переработки.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием жидкий продукт переработки отводят через отводное устройство, в частности сифон. Сифон, например сифон коленного типа или бутылочный сифон, может препятствовать попаданию газов, например кислорода воздуха, в устройство для переработки и выходу газообразных продуктов переработки из устройства для переработки и в то же время отводить жидкий продукт переработки.
Таким образом, жидкости выводят из устройства по переработке только в одном направлении, при этом, однако, ни газ снаружи не попадает в отводное устройство, ни возможные газообразные продукты переработки из устройства не попадают наружу.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием в процессе эксплуатации продукты сгорания отводят вверх через область подачи и над областью подачи направляют в перегонную колонну или дистиллятор. Там, по меньшей мере, жидкий продукт переработки можно, по меньшей мере, частично отделять. Для этого предусмотрено отводное устройство (например, сифон), которое отводит отделенный продукт переработки.
Таким образом, устройство может извлекать при конверсии биомассы твердые, жидкие, а также газообразные летучие продукты переработки и выводить или отводить их.
Преимущество колонны, т.е. многоуровневого дистиллятора для дистилляции и фракционной перегонки газов с различной температурой конденсации, состоит в том, что она дистиллирует, фракционирует и/или выделяет различные газообразные или парообразные продукты переработки, появляющиеся в процессе переработки, такие как, например, вода, уксусная кислота, ацетон, метиловый эфир уксусной кислоты, ацетальдегид или метанол. Преимущество (обычного) дистиллятора состоит в том, что он разделяет летучую смесь продуктов переработки, например древесный уксус, который в основном состоит из уксусной кислоты и воды.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием в колонне или дистилляторе дистиллируют древесный уксус. Древесный уксус или входящая в него уксусная кислота могут быть, например, поданы в биогазовую установку для производства метана.
Способ непрерывной переработки биомассы в соответствии с п.12 формулы изобретения включает следующие стадии: подача подвижного слоя из биомассы, особенно древесины, в область подачи; сушка подвижного слоя в верхней части области подачи; удаление газов подвижного слоя в области горения в средней части области подачи; карбонизация подвижного слоя в зоне тления в нижней части области подачи до стадии твердого продукта переработки, особенно древесного угля; удерживание подвижного слоя на решетке, расположенной в нижней части шахты, и пропускание твердого продукта переработки
вниз; при этом способ характеризуется сбором твердого продукта переработки в сборный резервуар, расположением сборного резервуара под решеткой, соединением сборного резервуара с областью подачи герметично по отношению к окружающей среде, и охлаждением участка стенки сборного резервуара.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием биомасса для предложенного устройства включает измельченную лесную древесину и/или древесину с плантаций и/или балансовую (деловую) древесину и/или потребительскую древесину или их смеси.
В соответствии с дальнейшим усовершенствованием биомасса для предложенного устройства включает измельченную щепу с ограниченным сроком хранения, особенно щепу с влажностью более
30%.
П.15 формулы изобретения касается системы, содержащей предложенное устройство для переработки, в котором осуществим способ непрерывной конверсии биомассы согласно п.12, и биогазовую установку и/или блочную тепловую электростанцию, причем жидкий продукт переработки из конверсии биомассы, особенно древесный уксус или уксусная кислота, поступает в биогазовую установку, а твердый продукт переработки из конверсии биомассы, особенно древесный уголь, поступает в блочную тепловую электростанцию.
Такая комбинация устройства для переработки биогазовой установки и блочной тепловой электростанции создает гибкую систему, которая может в процессе эксплуатации производить с высоким КПД тепловую энергию и электричество. Устройство для переработки может помимо древесного угля для блочной тепловой электростанции, который также производит электричество, также производить древесный уксус или уксусную кислоту для использования в биогазовой установке. Уксусная кислота может быть подана в биогазовую установку для получения метана. В блочной тепловой электростанции выгодно проводить сжигание древесного угля почти без копоти, поскольку особенно ее камеры сжигания и теплообменник больше не покрываются так сильно сажей и поэтому требуют меньшего времени ожидания. Биогазовая установка может также получить преимущества от побочного продукта производства древесного угля, так как ей подается древесный уксус или уксусная кислота для управления проходящих в ней химических реакций.
П.16 формулы изобретения касается использования предложенного устройства для переработки деревянной щепы в древесный уголь.
Дальнейшие примеры исполнения изобретения будут далее разъяснены с помощью схематических чертежей. На них показано:
фиг. 1 - схематическое представление продольного сечения предложенного устройства;
фиг. 2а и 2b - на каждом один вид подачи воздуха;
фиг. 3 - структурная схема предложенной системы.
На фиг. 1 показано устройство 100 для переработки для постоянной конверсии биомассы 102, с вертикально установленной областью 104 подачи цилиндрической формы, которая определяет внутреннее пространство 106, стенкой 108 и решеткой 110, образующей днище, загрузочной воронкой 114, расположенной на крышке 112 области 104 подачи, которая закрывается клапаном 116 герметично по отношению к окружающей среде. Загрузочная воронка 114 связана с внутренним пространством 106 области 104 подачи.
Далее на крышке 112 расположена колонна 118, которая связана с областью 104 подачи. Под решеткой 110 с областью подачи 104 соединена своей наклонной стенкой 122 сужающаяся к низу воронка
120.
Внутри на наклонной стенке 122 находится вращающийся улавливающий желоб 124. Он согнут таким образом, что у него есть самое глубокое место 126. В этом самом глубоком месте 126 имеется канал, который идет по наклонной стенке 122 наружу к сифону 128.
К нижнему узкому краю воронки 120 подключена идущая далее вниз соединительная труба 130. У соединительной трубы 130 имеется стенка 132, которая на середине высоты снабжена подводом 134 воздуха. К соединительной трубе 130 снизу присоединен прямоугольный сборный резервуар 136, выполненный с возможностью герметичного соединения с соединительной трубой 130 и с возможностью отсоединения. Устройство для переработки 100 поддерживают подпорки 138, две из которых видны на фиг. 1. Стенки сборного резервуара 136 снабжены ребрами 160 охлаждения.
Через загрузочную воронку 114 биомасса 102, например древесина, древесные гранулы, щепа или другое, содержащее углерод сырье, постоянно или периодически поступает во внутреннее пространство 106. При запуске устройство наполняется примерно на 3/4 биомассой 102, которую потом поджигают. Если биомасса 102 имеет низкую насыпную плотность, как, например, у деревянной стружки или соломы (например, насыпная плотность 100 кг/м3), то биомассу 102 прессуют в прессе, затем подают через загрузочную воронку 114 и почти полностью наполняют внутреннее пространство 106. При обычной работе область 104 подачи имеет три отделения: верхнее отделение 140, в котором биомасса 102 сушится в области 104 подачи поднимающимся теплым паром и газами 144. Под верхним отделением 140 находится среднее отделение 142 - зона горения, в которой из биомассы выделяются пары, например древесные пары или газы 144, и частично сгорают на воздухе, поступающем снизу через подвод 134 воздуха. Под средним отделением 142 находится нижнее отделение 146 - зона тления, в которой температуру ре
гулируют на уровне 500-600°С воздухом, поступающим через управляемый подвод 134 воздуха, и в которой далее сжигают и/или выпаривают имеющиеся в биомассе продукты, причем в основном остается концентрат 158 угольного продукта, например древесный уголь, который столь ломок, что падает через решетку 110.
Угольное вещество 158 проваливается через решетку 100 под давлением биомассы 102, находящейся выше и постоянно продвигающейся, что обусловлено силой тяжести. Отверстия решетки 110 выполнены регулируемыми, так чтобы управлять размером углей и скоростью пропускания биомассы 102 и угольного вещества 158 путем изменения размеров отверстий. Маленькие отверстия с шириной на просвет около 5 мм подходят для углей из щепы Р16А (см. табл. 1). Большие отверстия с шириной на просвет около 10 мм подходят для углей из щепы Р45А (см. табл. 1). Угольное вещество 158 падает под действием силы тяжести через воронку 120 и соединительную трубу 130 прямо в сборный резервуар 136. В случае если сборный резервуар 136 полон, его заменяют на другой пустой сборный резервуар (на чертеже не показан).
Показанный на фиг. 1 подвод 134 воздуха в соединительной трубе 130 управляет подачей воздуха, в частности кислорода, во внутреннее пространство 106. Окружающий воздух втягивается через открытый подвод 134 воздуха через конвекционно вызванный поток газа и через соединительную трубу 130 и воронку 120 поступает наверх в область 104 подачи. Воздух не поступает в сборный резервуар 136, поскольку сам он сконструирован герметичным и соединен герметично с соединительной трубой 130, ввиду чего не может возникнуть тяги или вытяжного эффекта, который бы мог подать окружающий воздух вниз в сборный резервуар 136. Древесный уголь 158 и/или углерод будет при отсутствии воздуха также далее охлаждаться в сборном резервуаре 136. Вследствие этого процесс карбонизации в сборном резервуаре быстро затухает.
Частично образующиеся в процессе переработки газообразные продукты 144 переработки конденсируются на стенке 108 и стекают вниз совместно с другими жидкими продуктами 156 переработки (пунктирные линии) по стенке 108 под действием силы тяжести, через решетку 110 и оттуда в верхнюю часть воронки 120 и в желоб 124. В нем все жидкие продукты переработки 156 стекают на самое глубокое место 126 и отводятся оттуда через сифон 128 из устройства 100 по переработке. Жидкость, находящаяся в сифоне 128, образует герметичное соединение между окружающей средой и внутренним пространством воронки 120.
Сборный резервуар 136 окружен пластиноподобными ребрами 160 охлаждения, которые расположены на стенках сборного резервуара 136. Ребра 160 охлаждения увеличивают поверхность стенки, которая эффективно вступает в контакт с окружающей средой. Поскольку в сборный резервуар 136 собирают горячие куски угля 158, присутствующее в нем тепло отдается вовне через стенки и ребра охлаждения 160.
Пары и/или летучие продукты 144 переработки частично поднимаются во внутреннее пространство 106 с продуктами сгорания дальше вверх в колонну 118 и там частично сепарируются и фракционируются на вещества 148-154 (их количество дано в качестве примера). Фракционированные вещества 148-154 отводят из колонны 118 отдельно через сифоны (не показаны). Таким образом, очищенные остаточные продукты горения выводят из колонны 118 и выпускают в окружающую среду или, при необходимости, подвергают дальнейшей обработке.
В качестве биомассы 102 могут быть использованы все виды щепы. Происхождение, форма выпуска и особенности щепы классифицированы в DIN prEN 14961-1:2009 в частности в действующем до сих пор австрийском нормативе ONORM М 7133, см. табл. 1 и 2.
Таблица 1
Устройство 100 для переработки превращает в древесный уголь как маленькую и сухую щепу, т.е. класс от Р16А до Р45А или от М10 до М30, так и большую и сырую щепу, т.е. класс от Р45В до Р100 или от М35 до М55 или М55+.
Поскольку при переработке в области 104 подачи происходит одновременно быстрая сушка щепы, то начальное содержание воды или влажность щепы имеют второстепенное значение. Форма (например, с мелкими фракциями, зелеными частями, с иглами и листьями) и размер (например, Р63, Р100) щепы, перерабатываемой в устройстве 100 для переработки - при условии, что загрузочная воронка 114 и внутренняя полость 106 имеют достаточный размер - имеют второстепенное значение, поскольку производимый из нее древесный уголь вне зависимости от исходной формы и размера щепы, например, перемалывают и прессуют в брикеты.
На фиг. 2а показано перспективное покомпонентное изображение средства 200 для подачи воздуха. Средство 200 для подачи воздуха соединено с соединительной трубой 201 и образовано из двух вставленных друг в друга труб 202, 204, каждая из которых имеет на боковой стенке продольные щели 206. Внутренняя труба 202 закрыта крышкой 207 на конце, отдаленном от соединительной трубы 201. Концы трубы 202, 204, граничащие с соединительной трубой 201, открыты.
Внутренняя труба 202 может быть повернута относительно внешней трубы 204 так, что продольные щели 206 обеих труб 202, 204 находятся на одной прямой, или же так, что промежутки между продольными щелями 206 труб 202, 204 перекрывают друг друга частично или полностью.
Альтернативно или дополнительно, внутренняя труба 202 может быть сдвинута в продольном направлении относительно внешней трубы 204. Также вследствие этого продольные щели 206 обеих труб 202, 204 находятся на одной прямой или перекрывают друг друга промежутками между продольными щелями 206 другой трубы 202, 204.
Посредством вращения и смещения внутренней трубы 202 устанавливают эффективные проходные сечения, и можно управлять количеством воздуха, засасываемым в устройство по переработке.
Для вращения внутренней трубы 202 может быть предусмотрен рычаг управления (не показан). Кроме того, внутренняя труба может быть расположена на соединительной трубе 201, а внешняя труба расположена на внутренней с возможностью вращения и перемещения. Крышка 207 в соответствии с этим расположена на конце внешней трубы, отдаленной от соединительной трубы 201.
На фиг. 2b показано следующее средство 208 для подачи воздуха в горизонтальной проекции. Средство 208 для подачи воздуха выполнено в виде пластины 210 с поперечно расположенными щелями 212. Пластина 210 соединена с соединительной трубой 211. За пластиной 210 расположена закрывающая пластина 214, которая установлена с возможностью вращения по отношению к пластине 210. Закрывающая пластина 214 плоско прилегает к пластине 210 и имеет поворотную ручку, которая проходит сзади сквозь пластину 210 на ее лицевую сторону, как показано на фиг. 2. У закрывающей пластины 214 имеются такие же щели, как у пластины 210. В определенном поворотном положении закрывающей пластины 214 относительно пластины 210 продольные щели пластин совпадают, так что создается максимальное отверстие для подачи воздуха, и в устройство 100 по переработке может быть подано много воздуха. В другом поворотном положении закрывающей пластины 214 пространства между щелями 212 пластин 210, 214 взаимно перекрывают свои щели 212 частично или полностью, так что поступает мало воздуха либо он совсем не поступает. В области между обоими названными поворотными положениями отверстие для подачи воздуха вариативно. Через эффективное проходное сечение регулируется количество воздуха, поступающее в устройство 100 по переработке. Средство 134 для подачи воздуха может быть предусмотрено рядом с описанным расположением в трубопроводе 130, 201, 211, а также в других подходящих местах устройства 100 по переработке, например в воронке 120 или на стенке 108. Средство для
подачи воздуха может также быть предусмотрено в нескольких местах.
На фиг. 3 показана структурная схема предложенной системы 300. В устройстве 302 по переработке биомассу 304 преобразуют в твердые, жидкие и газообразные продукты, среди них древесный уголь 306 и древесный уксус 308. С помощью древесного угля 306 приводится в действие блочная тепловая электростанция 310, которая вырабатывает из него электрическую и/или тепловую энергию 312.
Древесный уксус 308 используется в биогазовой установке 314 для получения метана. Биогазовая установка 314 вырабатывает биогаз 316. Биогаз 316 можно сжигать в блочной тепловой электростанции 310 наряду с древесным углем 308 и также использовать для выработки электрической энергии 312.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство (100; 302) для непрерывной конверсии биомассы (102; 304), включающее
область (104) подачи для приема подвижного слоя из биомассы (102), особенно древесины;
с верхней секцией (140) для сушки,
средней секцией (142) - областью горения для удаления газов и
нижней секцией (146) - зоной тления для обугливания биомассы (102; 304) до твердого продукта (158; 306) переработки, особенно древесного угля;
решетку (110), которая служит опорой для подвижного слоя и которая пропускает вниз твердый продукт (158; 306) переработки;
предусмотрен сборный резервуар (136) для сбора твердого продукта (158; 306) переработки, который
расположен под решеткой (110);
соединен с возможностью отсоединения и выполнен с возможностью герметичного по отношению к окружающей среде соединения с областью (104) подачи;
снабжен в области стенки охлаждающим средством (160) и
соединен с разгрузочным механизмом на сборном резервуаре с целью выгрузки твердого продукта (158) переработки,
при этом сборный резервуар содержит съемный сменный модуль для сбора твердого продукта переработки, размещенный в сборном резервуаре с возможностью его извлечения и замены его другим,
отличающееся тем, что во внутренней части (106) устройства (100; 302) под подвижным слоем предусмотрено по меньшей мере одно улавливающее средство (124), выполненное в виде желоба, для приема и отвода наружу жидкого продукта (156) переработки.
2. Устройство (100; 302) по п.1, которое рассчитано на конверсию биомассы различного размера или насыпной плотности.
3. Устройство (100; 302) по п.1 или 2, которое включает изменяемую по размеру область подачи, и/или управление высотой наполнения, и/или устройство для прессования и/или разрыхления, и/или решетку регулируемого размера.
4. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором сборный резервуар через расширяющуюся к области подачи (104) воронку (122) и/или трубопровод (130; 201, 211) соединен с областью подачи (104).
5. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором предусмотрено по меньшей мере одно средство (134; 200, 208) подачи воздуха между решеткой (110) и сборным резервуаром (136), выполненное с возможностью подачи через него регулируемого количества воздуха.
6. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором охлаждающее средство является
пассивным средством (160) теплопередачи, таким как определенная форма или поверхность стенки; и/или
активным средством теплопередачи, таким как электрическая холодильная установка.
7. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором охлаждающее средство является охлаждающим средством с текучей средой.
8. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором жидкий продукт (156) переработки, конденсирующийся на вертикальной боковой стенке устройства, представляет собой древесный уксус, воду, уксусную кислоту, ацетон, метиловый эфир уксусной кислоты, ацетальдегид или метанол.
9. Устройство (100; 302) по п.8, в котором жидкий продукт (156) переработки отводят отводным средством, в частности герметичным сифоном.
10. Устройство (100; 302) по любому из предшествующих пунктов, в котором газообразные отходы
(144) в процессе работы отводят вверх через область (104) подачи, над областью (104) подачи направля-
ют в колонну (118) или дистиллятор, выполненные с возможностью, по меньшей мере, частичного отде-
ления по меньшей мере одного летучего продукта переработки (148, 150, 152, 154) из газообразных от-
ходов (144), и предусмотрено отводное средство, в частности герметичный сифон, через который отво-
дят отделенный продукт переработки (148, 150, 152, 154).
11. Устройство (100; 302) по п.10, в котором через колонну (118) или дистиллятор дистиллируют древесный уксус.
12. Способ непрерывной конверсии биомассы с использованием устройства по п.1, включающий следующие стадии:
подача подвижного слоя из биомассы, в частности древесины, в область подачи; сушка подвижного слоя в верхней секции области подачи;
удаление газов из подвижного слоя в области горения в средней секции области подачи; карбонизация подвижного слоя в зоне тления в нижней секции области подачи до твердого продукта переработки, в частности древесного угля;
удерживание подвижного слоя на решетке, расположенной в нижней части шахты; пропускание твердого продукта переработки вниз,
отличающийся тем, что твердый продукт переработки собирают в сборном резервуаре, сборный резервуар располагается под решеткой, где сборный резервуар соединен с возможностью отсоединения и герметично соединен с областью подачи, и стенку сборного резервуара охлаждают, сборный резервуар соединен с разгрузочным механизмом с целью выгрузки твердого продукта (158) переработки, при этом сборный резервуар содержит съемный сменный модуль для сбора твердого продукта переработки, размещенный в сборном резервуаре с возможностью его извлечения и замены его другим.
13. Способ по п.12, в котором биомасса (102) включает измельченную лесную древесину, и/или древесину с плантаций, и/или деловую древесину, и/или потребительскую древесину или их смеси.
14. Способ по п.12 или 13, в котором биомасса (102) включает щепу высокой влажности с ограниченным сроком хранения, в особенности щепу с влажностью более 30%.
15. Система (300) для непрерывной конверсии биомассы, содержащая
устройство (100; 302) для конверсии по любому из пп.1-11 и
биогазовую установку (314) и/или
блочную тепловую электростанцию (310),
при этом жидкий продукт (156) переработки из конверсии биомассы (102; 304), особенно древесный уксус или уксусная кислота, поступает в биогазовую установку (314) и/или
твердый продукт (158) переработки из конверсии биомассы (102; 304), особенно древесный уголь, поступает в блочную тепловую электростанцию (310).
16. Устройство (100; 302) по любому из пп.1-11, в котором в качестве биомассы используют щепу, а
твердый продукт переработки представляет собой древесный уголь.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025670
- 1 -
025670
- 1 -
025670
- 1 -
025670
- 1 -
025670
- 4 -
025670
- 10 -