EA 008391B1 20070427 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2007\TIT_PDF/008391 Титульный лист описания [PDF] EAPO2007/PDF/008391 Полный текст описания EA200501342 20040225 Регистрационный номер и дата заявки DE103 08 260.3 20030225 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EP2004/001858 Номер международной заявки (PCT) WO2004/076591 20040910 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [eab] EAB20702 Номер бюллетеня [RU] СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ Название документа C10B 47/12, C10B 53/02 Индексы МПК [DE] Майер Дитрих, Клауберт Ханнес, Шелль Штефан Сведения об авторах [DE] ПИТЕК ТЕРМОХЕМИШЕ АНЛАГЕН ГМБХ Сведения о патентообладателях [DE] ПИТЕК ТЕРМОХЕМИШЕ АНЛАГЕН ГМБХ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000008391b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Способ абляционного пиролиза биомассы нагревательным элементом (22) с использованием средств (12) для направления биомассы, отличающийся тем, что во время пиролиза нагревательный элемент (22) и биомассу под давлением от 5 до 200 бар прижимают друг к другу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление составляет величину между 5 и 150 бар, предпочтительно между 10 и 100 бар, особенно предпочтительно между 10 и 80 бар, наиболее предпочтительно между 20 и 60 бар.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) нагревают в рабочем состоянии до температур между 300 и 1000шС, предпочтительно между 400 и 800шС, особенно предпочтительно между 500 и 700шС, наиболее предпочтительно между 550 и 600шС.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) в виде плоской или сводчатой пластины, при необходимости, составленный из отдельных сегментов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22), выполненный в виде профилированной пластины, предпочтительно пластины с желобками.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) в виде круглой пластины, предпочтительно с диаметром от примерно 20 до примерно 300 см.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) из металла и/или керамики.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность выдержки первичных продуктов пиролиза вплоть до дальнейшей обработки устанавливают на период от около 0,5 до примерно 10 с, предпочтительно меньше чем 5 с, особенно предпочтительно меньше чем 2 с.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу измельчают перед пиролизом на частицы величиной от примерно 0,5 мм до примерно 70 см, предпочтительно от примерно 5 до примерно 50 см, особенно предпочтительно от примерно 15 до примерно 30 см.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) снабжают устройством для непосредственного нагрева или устройством для непрямого нагрева.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу дополнительно к подаче к нагревательному элементу (22) приводят во второе движение, предпочтительно движение вращения по отношению к фиксированному нагревательному элементу (22).

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время пиролиза биомассу и нагревательный элемент (22) перемещают относительно друг друга, причем нагревательный элемент (22) и средства (12) для подвода друг к другу располагают под углом больше чем 10ш по отношению к оси, которая определяется направлением подачи биомассы к нагревательному элементу (22).

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) во время пиролиза приводят во вращение.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу во время пиролиза перемещают по отношению к нагревательному элементу (22).

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (12) для направления биомассы, выполненные как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомассу направляют средствами (10) для ее подачи.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (12) для направления, выполненные как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько средств (12) для направления биомассы на нагревательный элемент.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (10) для подачи, выполненные как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что площади поперечных сечений средств (12) для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 80% поверхности нагревательного элемента (22), предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% поверхности нагревательного элемента (22) во время пиролиза.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (28) для улавливания продуктов пиролиза.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства для улавливания используют корпус (28), который охватывает нагревательный элемент (22) и средства (12) для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.

22. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза выбирают так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяют от жидких или газообразных продуктов пиролиза.

23. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.

24. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергию для разогрева нагревательного элемента (22) производят при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.

25. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биомассы используют природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резину, пластмассу и смеси этих материалов, навозную жижу, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.

26. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу тепла производят быстрее, чем тепло отводится в подвергаемый пиролизу материал.

27. Горючее для установок сжигания, произведенное из биомассы способом абляционного пиролиза по любому из пп.1-26, отличающееся тем, что в качестве биомассы используются природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резина, пластмасса и смеси этих материалов, навозная жижа, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.

28. Устройство для пиролиза биомассы с позицией (4) подачи материала и технологической позицией (6) пиролиза, отличающееся тем, что позиция (4) подачи материала содержит средства для создания давления между 5 и 200 бар, которые прижимают подвергаемое пиролизу сырье к технологической позиции (6) пиролиза, и причем технологическая позиция (6) пиролиза содержит нагревательный элемент (22), который в рабочем состоянии нагрет до температуры между 300 и 1000шС.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит приводной механизм (18) для приведения нагревательного элемента (22) в рабочем состоянии во вращение.

30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит нагревательное устройство (24) для нагревательного элемента (22), которое выполнено либо для непосредственного, либо для непрямого разогрева.

31. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) выполнен из металла и/или керамики.

32. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) является плоской или сводчатой пластиной и, при необходимости, составлен из отдельных сегментов.

33. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) выполнен как профилированная пластина, предпочтительно как пластина с желобками.

34. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) снабжен радиально ориентированным профилем.

35. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) и средства (12) для подвода друг к другу расположены под углом больше чем 10ш по отношению к оси, которая определена направлением подачи биомассы против нагревательного элемента (22).

36. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства для перемещения во время пиролиза средств (12) для направления к нагревательному элементу (22).

37. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (12) для направления биомассы выполнены как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомасса направляется средствами (10) для подачи.

38. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (12) для направления выполнены как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.

39. Устройство по п.28, отличающееся тем, что в нем расположено несколько средств (12) для направления биомассы на нагревательный элемент (22).

40. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (10) для подачи выполнены как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.

41. Устройство по п.28, отличающееся тем, что площади поперечных сечений средств (12) для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 85% поверхности нагревательного элемента (22), предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% разогреваемой поверхности нагревательного элемента (22) во время пиролиза.

42. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства (28) для улавливания продуктов пиролиза.

43. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно в качестве средства для улавливания продуктов пиролиза содержит корпус (28), который охватывает нагревательный элемент (22) и средства (12) для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу, таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.

44. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза определены так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяются от жидких или газообразных продуктов пиролиза.

45. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.

46. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства для производства энергии, которые выполнены так, что в рабочем состоянии энергия для разогрева нагревательного элемента (22) производится при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.

 


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Способ абляционного пиролиза биомассы нагревательным элементом (22) с использованием средств (12) для направления биомассы, отличающийся тем, что во время пиролиза нагревательный элемент (22) и биомассу под давлением от 5 до 200 бар прижимают друг к другу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление составляет величину между 5 и 150 бар, предпочтительно между 10 и 100 бар, особенно предпочтительно между 10 и 80 бар, наиболее предпочтительно между 20 и 60 бар.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) нагревают в рабочем состоянии до температур между 300 и 1000шС, предпочтительно между 400 и 800шС, особенно предпочтительно между 500 и 700шС, наиболее предпочтительно между 550 и 600шС.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) в виде плоской или сводчатой пластины, при необходимости, составленный из отдельных сегментов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22), выполненный в виде профилированной пластины, предпочтительно пластины с желобками.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) в виде круглой пластины, предпочтительно с диаметром от примерно 20 до примерно 300 см.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) из металла и/или керамики.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность выдержки первичных продуктов пиролиза вплоть до дальнейшей обработки устанавливают на период от около 0,5 до примерно 10 с, предпочтительно меньше чем 5 с, особенно предпочтительно меньше чем 2 с.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу измельчают перед пиролизом на частицы величиной от примерно 0,5 мм до примерно 70 см, предпочтительно от примерно 5 до примерно 50 см, особенно предпочтительно от примерно 15 до примерно 30 см.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) снабжают устройством для непосредственного нагрева или устройством для непрямого нагрева.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу дополнительно к подаче к нагревательному элементу (22) приводят во второе движение, предпочтительно движение вращения по отношению к фиксированному нагревательному элементу (22).

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время пиролиза биомассу и нагревательный элемент (22) перемещают относительно друг друга, причем нагревательный элемент (22) и средства (12) для подвода друг к другу располагают под углом больше чем 10ш по отношению к оси, которая определяется направлением подачи биомассы к нагревательному элементу (22).

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) во время пиролиза приводят во вращение.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу во время пиролиза перемещают по отношению к нагревательному элементу (22).

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (12) для направления биомассы, выполненные как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомассу направляют средствами (10) для ее подачи.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (12) для направления, выполненные как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько средств (12) для направления биомассы на нагревательный элемент.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (10) для подачи, выполненные как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что площади поперечных сечений средств (12) для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 80% поверхности нагревательного элемента (22), предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% поверхности нагревательного элемента (22) во время пиролиза.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (28) для улавливания продуктов пиролиза.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства для улавливания используют корпус (28), который охватывает нагревательный элемент (22) и средства (12) для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.

22. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза выбирают так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяют от жидких или газообразных продуктов пиролиза.

23. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.

24. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергию для разогрева нагревательного элемента (22) производят при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.

25. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биомассы используют природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резину, пластмассу и смеси этих материалов, навозную жижу, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.

26. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу тепла производят быстрее, чем тепло отводится в подвергаемый пиролизу материал.

27. Горючее для установок сжигания, произведенное из биомассы способом абляционного пиролиза по любому из пп.1-26, отличающееся тем, что в качестве биомассы используются природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резина, пластмасса и смеси этих материалов, навозная жижа, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.

28. Устройство для пиролиза биомассы с позицией (4) подачи материала и технологической позицией (6) пиролиза, отличающееся тем, что позиция (4) подачи материала содержит средства для создания давления между 5 и 200 бар, которые прижимают подвергаемое пиролизу сырье к технологической позиции (6) пиролиза, и причем технологическая позиция (6) пиролиза содержит нагревательный элемент (22), который в рабочем состоянии нагрет до температуры между 300 и 1000шС.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит приводной механизм (18) для приведения нагревательного элемента (22) в рабочем состоянии во вращение.

30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит нагревательное устройство (24) для нагревательного элемента (22), которое выполнено либо для непосредственного, либо для непрямого разогрева.

31. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) выполнен из металла и/или керамики.

32. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) является плоской или сводчатой пластиной и, при необходимости, составлен из отдельных сегментов.

33. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) выполнен как профилированная пластина, предпочтительно как пластина с желобками.

34. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) снабжен радиально ориентированным профилем.

35. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) и средства (12) для подвода друг к другу расположены под углом больше чем 10ш по отношению к оси, которая определена направлением подачи биомассы против нагревательного элемента (22).

36. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства для перемещения во время пиролиза средств (12) для направления к нагревательному элементу (22).

37. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (12) для направления биомассы выполнены как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомасса направляется средствами (10) для подачи.

38. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (12) для направления выполнены как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.

39. Устройство по п.28, отличающееся тем, что в нем расположено несколько средств (12) для направления биомассы на нагревательный элемент (22).

40. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (10) для подачи выполнены как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.

41. Устройство по п.28, отличающееся тем, что площади поперечных сечений средств (12) для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 85% поверхности нагревательного элемента (22), предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% разогреваемой поверхности нагревательного элемента (22) во время пиролиза.

42. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства (28) для улавливания продуктов пиролиза.

43. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно в качестве средства для улавливания продуктов пиролиза содержит корпус (28), который охватывает нагревательный элемент (22) и средства (12) для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу, таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.

44. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза определены так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяются от жидких или газообразных продуктов пиролиза.

45. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.

46. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства для производства энергии, которые выполнены так, что в рабочем состоянии энергия для разогрева нагревательного элемента (22) производится при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.

 


008391
Изобретение относится к способу абляционного пиролиза биомассы нагревательным элементом и со средствами для направления биомассы, а также к установке для этого и к произведенному согласно изобретению горючему.
Пиролизом называется процесс, при котором органический материал разлагается при существенном исключении кислорода при температурах до примерно 600°С на газообразные, жидкие и твердые продукты разложения. Целью является максимизация жидких продуктов разложения, которые могут использоваться разнообразно, как пиролизат с высоким энергосодержанием. Для технического преобразования подходит, прежде всего, мгновенный пиролиз. Разлагаемый органический материал на самое короткое время нагревается до температур от примерно 450 до 500°С, и возникающие продукты пиролиза предпочтительно конденсируются в пиролизат.
Способы, которые работают по принципу мгновенного пиролиза, используют, например, реакторы песчаной постели, у которых измельченные частицы смешиваются с горячим песком и, таким образом, пиролитически разлагаются (ср. WO 97/06886 Biomass Technology). Другие способы используют нагреваемые вращающиеся диски, на которые под давлением подают органический материал при температурах от 500 до 900°С (Martin et al., Ablative melting of a solid cylinder perpendiculary pressed against a heated wall in Heat Mass Transfer, Vol. 29, No. 9, pp. 1407-1415, 1936). Другие способы используют, напротив, нагреваемые стационарные пластины реактора, по которым перемещается разлагаемый органический материал (Bridgwater and Peacocke, Fast pyrolysis processes for biomass, in Renewable & Sustainable Energy Reviews 4, 2000, 1-73). Авторы описывают современный уровень техники для лабораторных, пилотных и промышленных установок (насколько они имеются в наличии) полностью. Для описанных там установок общим является то, что конструкция реакторов и подготовка продуктов пиролиза сравнительно сложны. Далее, вышеупомянутые установки требуют разложения биомассы на очень маленькие твердотельные частицы, чтобы пиролиз происходил полностью. Производство таких мелких частиц требует больших затрат энергии и снижает эффективность метода.
Задачей изобретения является предоставить простой способ и простую установку для пиролиза органического материала.
Поставленная задача при способе абляционного пиролиза биомассы нагревательным элементом с использованием средств для направления биомассы согласно изобретению решается тем, что во время пиролиза нагревательный элемент и биомассу под давлением от 5 до 200 бар прижимают друг к другу.
Давление составляет величину между 5 и 150 бар, предпочтительно между 10 и 100 бар, особенно предпочтительно между 10 и 80 бар, наиболее предпочтительно между 20 и 60 бар.
Нагревательный элемент нагревают в рабочем состоянии до температур между 300 и 1000°С, предпочтительно между 400 и 800°С, особенно предпочтительно между 500 и 700°С, наиболее предпочтительно между 550 и 600°С.
Используют нагревательный элемент в виде плоской или сводчатой пластины, при необходимости, составленный из отдельных сегментов.
Возможно также использование нагревательного элемента, выполненного в виде профилированной пластины, предпочтительно пластины с желобками.
Используют также нагревательный элемент в виде круглой пластины, предпочтительно с диаметром от примерно 20 до примерно 300 см.
Используют нагревательный элемент из металла и/или керамики.
Продолжительность выдержки первичных продуктов пиролиза вплоть до дальнейшей обработки устанавливают на период от около 0,5 до примерно 10 с, предпочтительно меньше чем 5 с, особенно предпочтительно меньше чем 2 с.
Биомассу измельчают перед пиролизом на частицы величиной от примерно 0,5 мм до примерно 70 см, предпочтительно от, примерно 5 до примерно 50 см, особенным предпочтительно от примерно 15 до примерно 30 см.
Нагревательный элемент снабжают устройством для непосредственного нагрева или устройством для непрямого нагрева.
Биомассу дополнительно к подаче к нагревательному элементу приводят во второе движение, предпочтительно движение вращения по отношению к фиксированному нагревательному элементу.
Во время пиролиза биомассу и нагревательный элемент перемещают относительно друг друга, причем нагревательный элемент и средства для подвода друг к другу располагают под углом больше чем 10° по отношению к оси, которая определяется направлением подачи биомассы к нагревательному элементу.
Нагревательный элемент во время пиролиза приводят во вращение.
Биомассу во время пиролиза перемещают по отношению к нагревательному элементу.
Используют средства для направления биомассы, выполненные как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомассу направляют средствами для ее подачи.
Используют средства для направления, выполненные как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.
Используют несколько средств для направления биомассы на нагревательный элемент.
Используют средства для подачи, выполненные как нажимной пуансон, цепной транспортер (верх
- 1 -
008391
няя ветвь) или как нажимные валки.
Площади поперечных сечений средств для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 80% поверхности нагревательного элемента, предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% поверхности нагревательного элемента во время пиролиза.
Используют средства для улавливания продуктов пиролиза.
В качестве средства для улавливания используют корпус, который охватывает нагревательный элемент и средства для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу, таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.
Средства для улавливания продуктов пиролиза выбирают так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяют от жидких или газообразных продуктов пиролиза.
Средства для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.
Энергию для разогрева нагревательного элемента производят при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.
В качестве биомассы используют природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резину, пластмассу и смеси этих материалов, навозную жижу, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.
Подачу тепла производят быстрее, чем тепло отводится в подвергаемый пиролизу материал.
В отношении установки для пиролиза биомассы, с позицией подачи материала и технологической позицией пиролиза, поставленная задача согласно изобретению решается тем, что позиция подачи материала содержит средства для создания давления между 5 и 200 бар, которые прижимают подвергаемое пиролизу сырье к технологической позиции пиролиза, и причем технологическая позиция пиролиза содержит нагревательный элемент, который в рабочем состоянии нагрет до температуры между 300 и
1000°С.
Устройство содержит приводной механизм для приведения нагревательного элемента в рабочем состоянии во вращение.
Устройство содержит нагревательное устройство для нагревательного элемента, которое выполнено либо для непосредственного, либо для непрямого разогрева.
Нагревательный элемент выполнен из металла и/или керамики.
Нагревательный элемент является плоской или сводчатой пластиной и, при необходимости, составлен из отдельных сегментов.
Нагревательный элемент может быть выполнен как профилированная пластина, предпочтительно как пластина с желобками.
Нагревательный элемент снабжен радиально ориентированным профилем.
Нагревательный элемент и средства для его подвода к биомассе расположены под углом больше чем 10° по отношению к оси, которая определена направлением подачи биомассы против к нагревательному элементу.
Устройство содержит средства для перемещения во время пиролиза средств для направления к нагревательному элементу.
Средства для направления биомассы выполнены как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомасса направляется средствами для подачи.
Средства для направления могут быть выполнены как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.
В устройстве расположено несколько средств для направления биомассы на нагревательный элемент.
Средства для подачи выполнены как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.
Площади поперечных сечений средств для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 85% поверхности нагревательного элемента, предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% разогреваемой поверхности нагревательного элемента во время пиролиза.
Устройство содержит средства для улавливания продуктов пиролиза.
Устройство в качестве средства для улавливания продуктов пиролиза содержит корпус, который охватывает нагревательный элемент и средства для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу, таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.
Средства для улавливания продуктов пиролиза определены так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяются от жидких или газообразных продуктов пиролиза.
Средства для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.
Устройство содержит средства для производства энергии, которые выполнены так, что в рабочем
- 2 -
008391
состоянии энергия для разогрева нагревательного элемента производится при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.
Из биомассы способом абляционного пиролиза согласно изобретению в устройстве согласно изобретению получают горючее, причем согласно изобретению в качестве биомассы используются природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резина, пластмасса и смеси этих материалов, навозная жижа, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.
Соответствующий изобретению способ предусматривает наличие нагревательного элемента и средств для направления биомассы, причем во время пиролиза нагревательный элемент и биомасса прижимаются друг к другу с давлением от примерно 5 до примерно 200 бар. При этом подача тепла в материал должна происходить быстрее, чем тепло отводится из пиролизируемого материала, тогда происходит расплавление на поверхности (абляционный пиролиз). Способ особенно рентабельно работает при применении этих относительно высоких прижимных усилий. Согласно надлежащей форме выполнения изобретения давление составляет величину между примерно 5 и примерно 150 бар, предпочтительно между примерно 10 и примерно 100 бар, особенно предпочтительно между примерно 10 и около 80 бар, выгодно между примерно 20 и примерно 60 бар.
Нагревательный элемент, к которому прилегает разлагаемая биомасса, нагрет до температуры, которая лежит выше необходимой для оптимального пиролиза температуры, так как биомасса при контакте с нагревательным элементом оттягивает от него тепло, которое в этом случае используется больше для пиролиза. При этом подача тепловой энергии от нагревательного элемента на контактную поверхность пиролизируемого материала должна происходить быстрее, чем тепло отводится в пиролизируемом материале. Температуру можно устанавливать также в зависимости от прикладывемого прижимного усилия в широком диапазоне, примерно от около 300 до около 1000°С, предпочтительно от около 400 до около 800°С, особенно предпочтительно между примерно 500 и примерно 700°С, выгодно между примерно 550 и примерно 600°С.
Нагревательный элемент выполнен как плоская или сводчатая пластина, которая, при необходимости, составлена из отдельных сегментов. Таким образом, нагревательный элемент может подгоняться простым способом под размеры установки. Имеющаяся в распоряжении поверхность нагрева может увеличиваться при том же самом диаметре путем выполнения нагревательного элемента в виде сводчатой пластины. Кроме того, упрощается отвод продуктов пиролиза, если используется сводчатый нагревательный элемент. Простая, плоская пластина является, напротив, недорогим и просто выполнимым решением для нагревательного элемента.
Пластина, которая используется как нагревательный элемент, предпочтительно является круглой. Диаметр пластины может варьироваться в широком диапазоне, например от около 20 см диаметра для опытных или пилотных установок до примерно 300 см в диаметре для промышленных установок, которые имеют производительность примерно 10000 кг/ч.
Предпочтительная форма изготовления нагревательного элемента касается профилированной пластины, при которой профиль создает пространство для отвода продуктов пиролиза. Профиль делает возможным, в частности, при прямом накаливании нагревательного элемента, накаливание пластины каждый раз непосредственно перед контактом с органическим материалом. Кроме того, эта конструкция пластины экономит материал. Дальнейшее преимущество состоит в том, что профиль, в частности, если он выполнен как желобки в поверхности нагревательного элемента, делает возможным улучшенную выгрузку продуктов пиролиза. Является особенно предпочтительным, если нагревательный элемент выполнен с желобками. Как очень подходящие оказались желобки, которые расположены радиально.
Нагревательный элемент, в принципе, может быть сделан из любого материала, который является устойчивым при условиях способа, в частности давлении, температуре, теплопроводности и, при необходимости, агрессивности пиролитических продуктов разложения. Особенно подходящими оказались пластины из металла и/или керамики, при необходимости, также из комбинаций из этих материалов.
Прижатая к нагревательному элементу биомасса разлагается посредством подведенного тепла на верхней/контактной поверхности совершенно преобладающим образом на газообразные и, в меньшей части, на твердые составные части. Предпочтительно, если время выдержки этих газообразных продуктов пиролиза между началом и дальнейшей подготовкой установлено на период от примерно 0,5 до примерно 10 с, предпочтительно меньше чем 5 с, особенно предпочтительно примерно 2 с. В отношении нагревательного элемента, выяснилось, с одной стороны, что абляционно расплавленная биомасса лишила нагревательный элемент тепловой энергии, так что по истечении этого периода установилась отчетливо уменьшенная температура нагревательного элемента. С другой стороны, этого периода хватает, чтобы разложить биомассу посредством этого абляционного способа на низкомолекулярные, предпочтительно газообразные компоненты. Незначительная продолжительность выдержки продуктов пиролиза перед дальнейшей подготовкой делает возможной обработку по возможности более высокой доли первичных продуктов пиролиза, поскольку не предоставляется достаточного реакционного времени для построения вторичных соединений пиролиза.
- 3 -
008391
Характерно для уровня техники при известных методах пиролиза, что расщепляемая биомасса должна разбиваться перед пиролизом на очень мелкие твердотельные частицы. Это требует высокой затраты энергии, а также высоких издержек на оборудование, так что экономический баланс известных способов оказывается неблагоприятным. При условиях соответствующего изобретению способа, когда идет абляционный пиролиз, могут, напротив, быть полностью пиролизованы также относительно крупные твердотельные частицы. Могут обрабатываться частицы с величинами от 0,5 мм до 70 см, предпочтительно от 5 до 50 см, особенно предпочтительно от 15 до 30 см. При этом значительно сокращаются издержки на завершающую подготовку сырья к пиролизу. Эффективность предложенного в рамках изобретения способа является, таким образом, особенно высокой. Соответствующий изобретению абляционный метод работает рентабельно.
Нагревательный элемент разогревается предпочтительно непосредственно, так как в этом случае установка может быть построена особенно просто. Альтернативно может быть предусмотрено также косвенное нагревание. Предпочтительно нагревательный элемент разогревается непосредственно газовой горелкой. Предпочитается, если для этого используется выработанный при сгорании пиролитически произведенного угля дымовой газ. Полученный при пиролизе уголь имеет относительно высокое энергосодержание или теплотворную способность, так что масса угля является достаточной в большинстве случаев, чтобы при сгорании производить необходимую для процесса энергию. Подходящим оказалось также электрическое нагревание, преимуществом которого является точное регулирование кривой изменения температуры.
Согласно предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа нагревательный элемент и биомасса во время пиролиза перемещаются друг относительно друга. При этом как нагревательный элемент может перемещаться к биомассе, так и биомасса к нагревательному элементу. Согласно предпочтительному варианту выполнения во время пиролиза как нагревательный элемент, так и биомасса перемещаются друг к другу. Относительное перемещение друг к другу делает возможным энергетически особенно благоприятное прохождение абляционного пиролиза.
Согласно предпочтительной форме выполнения нагревательный элемент вращается во время пиролиза, а биомасса продвигается под давлением к нагревательному элементу. При этой форме выполнения оказалось выгодным ориентировать нагревательный элемент и средства для притока биомассы по отношению к оси, которая задана перемещением биомассы, наклонно, предпочтительно под углом больше чем примерно 10°. Расположение, возникающее благодаря наклонной, относительно направления движения биомассы, ориентации нагревательного элемента, благоприятно воздействует при абляционном пиролизе на распределение давления и хороший отвод пиролитических продуктов разложения.
Альтернативно, биомасса может выполнять по отношению к нагревательному элементу, дополнительно к подаче, второе движение, предпочтительно движение вращения по отношению к фиксированному или вращающемуся нагревательному элементу.
Согласно выгодной форме выполнения соответствующего изобретению способа средства для направления биомассы рассчитаны одновременно как средства для подачи биомассы. При этом средства для направления могут быть выполнены как U-образные профили или как коробчатые профили, через которые биомасса подается к нагревательному элементу под давлением, благодаря прижимным роликам, нажимным пуансонам или посредством цепных транспортеров, которые, в большинстве случаев, будут проложены в виде верхних транспортных ветвей. Альтернативно, тем не менее, могут быть предусмотрены, экструдеры, червячные транспортеры или конструкции из подкатных валков, с помощью которых пиролизируемая биомасса подается и придавливается к нагревательному элементу.
Пиролизируемая биомасса не подается на всю нагретую поверхность нагревательного элемента. Более того, пиролизируемая биомасса покрывает только часть нагревательного элемента. Нагревательный элемент и одно или несколько средств для направления биомассы расположены так, чтобы площадь поперечного сечения средств для направления биомассы покрывала, в целом, между 1 и 80% поверхности нагревательного элемента, предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, выгодно между 6 и 50% поверхности нагревательного элемента во время пиролиза. Экономичность способа и установки повышается, если установлено несколько средств для направления, а также, при необходимости, средств для подачи биомассы, которые прижимают биомассу под давлением к нагревательному элементу. Вследствие этого поддерживается равномерное распределение температуры как в нагревательном элементе, так и на пограничной поверхности биомассы и нагревательного элемента во время абляционного пиролиза.
Для осуществления соответствующего изобретению способа целесообразным образом предусмотрены средства для улавливания продуктов пиролиза. Эти средства предпочтительно сконструированы так, что твердые вещества отделяются вследствие гравитации или с помощью циклона от жидких или газообразных продуктов пиролиза. Эти средства для улавливания, которые выполнены предпочтительно в виде корпуса, окружают пространство вокруг нагревательного элемента и придавленной к нему биомассы, по меньшей мере, на отдельных участках таким образом, что все продукты разложения абляционного пиролиза, как газообразные, жидкие, так и твердые материалы, собираются и подаются на дальнейшую подготовку и переработку. Средства для улавливания продуктов пиролиза выполнены предпочти
- 4 -
008391
тельно таким образом, что продолжительность выдержки первоначальных продуктов пиролиза как можно сильнее ограничивается примерно описанным выше предпочтительным периодом.
Целесообразным образом средства для улавливания связаны со средствами для подготовки, в частности для фракционирования, а также для конденсирования продуктов пиролиза.
Выход продуктов пиролиза составляет по отношению к общему выходу до 70% по весу (вес.%) в жидких, предпочтительно органических компонентах и, соответственно, примерно 15 вес.% в твердых и газообразных компонентах по отношению к исходной биомассе. Энергосодержание жидких компонентов лежит, как правило, между примерно 16 и примерно 18 МДж/кг.
Средства для направления биомассы, а также, при необходимости, один или несколько нагревательных элементов установлены, как правило, на носителе или раме. Этим носителем воспринимаются высокие прижимающие усилия, которые нужно создавать во время пиролиза. Оказалось особенно выгодным устанавливать по меньшей мере по два нагревательных элемента и два средства для направления биомассы зеркально, причем нагревательные элементы монтируются предпочтительно посередине, а средства для направления биомассы снаружи. Эта конструкция особенно выгодна как раз по соображениям механики, чтобы брать на себя высокие перегрузки во время абляционного пиролиза.
При этой форме выполнения, далее, с успехом достаточно, например, только одной газовой горелки как средства для создания непосредственной или косвенной энергии нагрева. Также средства для улавливания продуктов пиролиза могут быть выполнены экономично, как единый корпус, который охватывает по меньшей мере два нагревательных элемента и, по меньшей мере, частично средства для направления биомассы. Переработка больших количеств продуктов пиролиза, например, в конденсирующих или фракционирующих установках также более выгодна при большем потоке материала.
Другая предпочтительная форма выполнения касается средств для направления биомассы. Оказалось особенно рентабельным, если эти средства расположены по типу револьверной головки с горизонтальной осью и вращаются относительно нагревательного элемента. При этом средства для подачи производят необходимое для пиролиза давление для каждого средства для направления на содержащуюся там биомассу. После одного оборота значительная часть биомассы преобразуется в продукты пиролиза, однако, не всегда вся биомасса, которая содержалась в соответствующем средстве для направления.
Теперь наполнение средств для направления происходит согласно изобретению на одном определенном месте, на котором расположено устройство для дополнения средств для направления биомассы, в большинстве случаев - накопитель. В простой форме выполнения накопитель предназначен, чтобы сжимать биомассу и помещать сжатую биомассу в средства для направления. Сжатие здесь, в зависимости от вида биомассы и требований к установке, означает простое уплотнение, по существу, откачку воздуха или существенно более сильное прессование, например вплоть до гранулирования, при котором сжатая биомасса существует с более высокой плотностью, чем у исходного материала. Между этими крайними состояниями возможны все промежуточные ступени уплотнения.
Согласно следующей улучшенной конструкции устройство для дополнения снабжено средствами для определения свободной емкости в наполняемом средстве для направления биомассы. Далее, это устройство для дополнения снабжено также средствами для измерения дополняемой биомассы. Например, если при пиролизе израсходовано 80% первоначальной биомассы, то могут дополняться снова только 80%. Если средства для определения свободной емкости сигнализируют об этом в устройство для дополнения, то они уплотняют только соответствующее количество биомассы по габаритным размерам, которые соответствуют сигнализируемым 80%, и направляют их к средствам для направления биомассы. Альтернативно, биомасса уже сжата, и отделяется только такой объем, который могут принять средства для направления биомассы.
В дальнейшем описываются также для лучшего представления разъясненного выше способа формы изготовления соответствующих изобретению установок для пиролиза, при помощи которых осуществляется способ согласно изобретению.
Устройство для пиролиза биомассы оснащено средствами подачи материала и технологической позицией пиролиза, причем средства подачи материала содержат средства для создания давления между 5 и 200 бар, которые прижимают подвергаемое абляционному пиролизу сырье к технологической позиции пиролиза, и причем технологическая позиция пиролиза содержит нагревательный элемент, который в рабочем состоянии нагрет до температуры между 300 и 1000°С.
Установка согласно изобретению содержит снабженный приводом нагревательный элемент из жаропрочного материала, предпочтительно металла, керамики или материала с металлическими и керамическими составными частями. Привод способствует тому, что нагревательный элемент вращается в рабочем состоянии. Нагревательный элемент имеет рабочую поверхность, к которой прижимается в рабочем состоянии подвергаемая абляционному пиролизу биомасса. На противоположной стороне нагревательного элемента, поверхности нагрева, расположены средства для непосредственного или косвенного нагрева. Предпочтительно расположены открытые угольные горелки, газообразный продукт сгорания которых получен из пиролитически произведенного угля. Эта форма непосредственного разогрева имеет высокую эффективность и, кроме того, является экономичной, так как таким образом незамедлительно, хорошо используется энергосодержание угля без дорогостоящей подготовки или долгой транспортировки.
- 5 -
008391
Нагревательный элемент состоит из вышеназванного тугоплавкого материала. Он выполнен как пластина, которая является плоской или сводчатой и которая, при необходимости, может быть составлена из сегментов. Она выполнена предпочтительно как круглая, круговая пластина и имеет предпочтительно профилированный контур. При необходимости, профилированный нагревательный элемент на рабочей поверхности снабжен желобками. Желобки особенно хорошо подходят для отведения абляционно произведенных продуктов пиролиза тогда, когда они расположены радиально.
Напротив рабочей поверхности расположены средства для подачи биомассы к нагревательному элементу. Средства, как пояснялось выше, могут быть выполненными разнообразно, в зависимости от требований отдельной установки. Предпочтительно используется U-образный профиль, над открытой верхней стороной которого расположен накопитель, например шахта, чтобы подводить биомассу к нагревательному элементу. U-образный профиль выступает первым, открытым с торцевой стороны концом до места непосредственно перед рабочей поверхностью нагревательного элемента. Со вторым, открытым с торцевой стороны концом состоит в контакте предпочтительно гидравлический/пневматический нажимной пуансон, как средство для подачи биомассы. Нажимной пуансон направляется также в U-образ-ном профиле и прижимает, таким образом, находящуюся там биомассу к рабочей поверхности нагревательного элемента. Если пиролизована вся содержащаяся в шахте биомасса, то нажимной пуансон отводится обратно, и из накопителя, который присоединен к шахте, дополнительно подводится новая биомасса, которая затем сжимается нажимным пуансоном и прижимается к нагревательному элементу.
Несколько таких U-образных профилей, как правило, от 4 до 20, расположены согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения с соответствующими накопителями и гидравлическими пуансонами перед рабочей поверхностью. Они покрывают от около 1 до примерно 85% всей рабочей площади, предпочтительно от около 2 до примерно 75%, выгодно от около 6 до примерно 70%, особенно выгодно от примерно 6 до 50% всей рабочей поверхности. Вследствие того, что рабочая поверхность прилегает только на отдельных участках к подвергаемой пиролизу или, соответственно, пиролизованной биомассе, а затем снова вращается свободно и без нагрузок, то гарантировано особенно равномерное прохождение пиролиза. Рабочая поверхность между отдельными участками, на которых она придавливается биомассой и охлаждается путем отдачи тепла в биомассу, снова нагревается до необходимой температуры и может разлагать биомассу, вследствие этого, равномерно и полностью.
Освобожденные абляционным пиролитическим разложением биомассы, газообразные и твердые компоненты улавливаются и используются дальше.
Альтернативно, устройство согласно изобретению может быть сконструировано так, что в нем предусмотрены средства для перемещения средств направления, которые во время пиролиза приводят во вращение средства направления и проводят мимо фиксированного нагревательного элемента.
Средства для создания давления выполнены предпочтительно как гидравлические пуансоны. Они оказывают давление до 200 бар на биомассу и через нее на нагревательный элемент. Поэтому эти части установки соответствующим образом жестко фиксированы, так что необходимое рабочее давление может точно устанавливаться и поддерживаться. Альтернативно, средства для производства давления также могут быть выполнены как червячный транспортер, как экструдер или в виде валкового транспортера. Тогда средства для создания давления одновременно принимают на себя функцию средств для направления биомассы.
Вокруг области, в которой пиролитически абляционно разлагается биомасса, расположен корпус как средство для улавливания продуктов пиролиза, в котором первое нижнее отверстие расположено в днище или, соответственно, в нижнем конце корпуса. Это отверстие служит для улавливания и отведения твердых продуктов пиролиза, которые опускаются под силой тяжести вниз. По меньшей мере одно второе отверстие в верхнем конце корпуса связано с конденсатором, который в рабочем состоянии охлажден. Так как, наряду с твердыми веществами, при пиролизе сначала возникают исключительно летучие продукты разложения, эти продукты пиролиза поднимаются наверх, там улавливаются и охлаждаются по истечении как можно более короткой выдержки в корпусе, на конденсаторе, вплоть до жидкой фазы и, при необходимости, одновременно фракционируются. Жидкие пиролизаты являются предпочтительно органическими, однако, содержат около 35% воды и состоят в соответствии с этим из подобной смоле фракции и водорастворимых составных частей. Обычные компоненты для фракционирования и очистки пиролизата включают в себя также сепарирующие и фильтровальные устройства, такие как, например, циклоны или электростатические фильтры, в которых отделяются еще присутствующие твердые или взвешенные вещества.
В качестве сырья для пиролиза могут использоваться природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резина, пластмасса и смеси этих материалов, навозная жижа, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, но также и сложно утилизируемые материалы, такие как покрытые, лакированные или глазурованные или имеющие другим способом обработанные поверхности древесные материалы, наконец, также остатки промышленной древесины и строевого леса.
Устройство для пиролиза биомассы согласно изобретению содержит, как изложено выше, во-первых, средства подачи материала и, во-вторых, технологическую позицию пиролиза. Позиция подачи
- 6 -
008391
материала оснащена собственной направляющей для подлежащей пиролизу биомассы и средствами для создания прижимного усилия от примерно 5 до примерно 200 бар на технологической позиции пиролиза. Средства для создания прижимного усилия являются, как правило, одновременно средствами для подачи биомассы к технологической позиции пиролиза. Направляющая для биомассы снабжена, как правило, накопителем для дополнительной подачи биомассы, чтобы гарантировать непрерывное функционирование устройства. Накопитель может загружаться вручную или автоматически.
Технологическая позиция пиролиза имеет вал, на котором укреплен нагревательный элемент, как правило, пластина из металла и/или керамики. Вал приводится во вращение приводом и приводным механизмом. Далее, технологическая позиция пиролиза содержит нагревающее устройство, которым нагревательный элемент в рабочем состоянии нагревается до температуры между 300 и 1000°С.
Предпочитается непосредственный разогрев, однако, альтернативно может быть предусмотрено непрямое нагревание. Непосредственное нагревание производится особенно энергетически и экономически целесообразно с использованием твердых продуктов пиролиза, которые производятся в самом процессе.
Примеры выполнения изобретения разъясняются ниже с привлечением чертежей более подробно. Они показывают:
фиг. 1 - схематическое представление устройства для пиролиза;
фиг. 2 - дискообразный вращающийся нагревательный элемент;
фиг. 3 - схематическое представление существенных деталей устройства для пиролиза с двумя нагревательными элементами.
На фиг. 1 показано устройство 2 для пиролиза, в котором позиция 4 подачи материала и технологическая позиция 6 пиролиза расположены на общем носителе 8. Позиция 4 подачи материала содержит компонент 10 для производства необходимого прижимного усилия на технологической позиции 6 пиролиза. Здесь компонент 10 создает давление посредством гидравлики (гидравлический компонент 10). Далее, позиция 4 подачи материала имеет направляющие 12 для подлежащего пиролизу сырья. Предусмотрены четыре параллельно расположенные направляющие 12, каждая из которых за счет собственного, присоединенного гидравлического компонента 10 через (здесь подробнее не представленный) гидравлический пуансон нагружается необходимым прижимным усилием от около 5 до примерно 200 бар. Одновременно гидравлический компонент способствует подведению сырья к технологической позиции 6 пиролиза.
Сырье через подводящие накопители 14 доставляется в направляющие 12. Каждый накопитель 14 присоединен к одной направляющей 12. Накопители 14 могут наполняться каждый раз вручную или автоматически. В принципе, позиция 4 подачи материала может быть выполнена вращающейся. Вследствие этого, происходит то, что сырье во время пиролиза перемещается по кругу на нагретой пластине технологической позиции 6 пиролиза. При представленной на фиг. 1 форме выполнения позиция 4 подачи материала выполнена, однако, стационарной.
Технологическая позиция 6 пиролиза имеет базирующий элемент 16, который укреплен на общем носителе 8. Базирующий элемент 16 несет приводной механизм 18, через который проходит вал 20. Вал 20 несет на обращенном к позиции подачи материала конце 21 нагретую в рабочем состоянии пластину 22, которая посредством приводного механизма 18 приводится во вращение. На другом конце 23 вала 20 расположен привод 26, здесь электрический привод, который в рабочем состоянии приводит приводной механизм 18 и вместе с ним пластину 22 во вращение. Далее, в области первого конца 21 вала 20 предусмотрено нагревательное устройство 24, которое устанавливает на пластине 22 заданную рабочую температуру. Нагревательное устройство 24 расположено предпочтительно непосредственно на базирующем элементе 16. Здесь нагревательное устройство 24 определено как газовый нагреватель, который непосредственно разогревает пластину 22 в рабочем состоянии.
Там, где направляющие 12 прижимают подвергаемое пиролизу сырье к нагретой вращающейся пластине 22, корпус 28 для улавливания продуктов пиролиза окружает конец направляющих 12 и пластину 22. Корпус 28 расположен так, что твердые продукты пиролиза отделяются силой тяжести вниз и улавливаются в сборной емкости 30. Намного большая доля продуктов пиролиза, которая уловлена в корпусе 28, является газообразной и подводится через сборный трубопровод 32 (известный, здесь подробно не представленный) в конденсирующее и, при необходимости, фракционирующее устройство. В случае необходимости, при улавливании продуктов пиролиза предусмотрен циклон или сравнимое сортирующее или, соответственно, сепарирующее устройство.
Технологическая позиция 6 пиролиза выполнена из жаропрочного материала, здесь из металла. Пластина 22 произведена из жаропрочного, износостойкого керамического материала.
На фиг. 2 показан нагревательный элемент или, соответственно, пластина 22, т. е. деталь 22 технологической позиции пиролиза, которая окружена (здесь не представленным) корпусом 28. Пластина 22 без возможности проворачивания фиксирована на валу 20, во фланце 34, диаметр которого приблизительно соответствует пластине 22. Фланец 34 и вал 20 уплотнены друг относительно друга уплотнениями 36. Вследствие этого гарантируется, что продукты пиролиза не проникают через крепления пластины 22 и, в данном случае, не ухудшают привод или нагревание технологической позиции 6 пиролиза. Пластина 22 нагревается через трубку 20 непосредственно до температуры пиролиза от 750°С.
- 7 -
008391
Позиция 6 пиролиза эксплуатируется таким образом, что подвергаемое пиролизу сырье, например старая мебель, деревянные остатки, отходы промышленной древесины и т.п., в кусковой форме с габаритными размерами между 5 и 70 см или меньше, как правило, в виде предварительно поломанного или гранулированного материала приносится в накопители 14. Биомасса может обрабатываться, однако, сразу в форме шламов, навозной жижи или пластмассы и т. п. Накопители 14 и направляющие 12 тогда, при необходимости, нужно подгонять к конфигурации сырья, например тогда, когда используются червячные транспортеры или другие направляющие устройства. Через накопители 14 сырье попадает в направляющие 12. Там посредством гидравлического компонента 10 создается давление до 200 бар на сырье в направляющих 12. Сырье сжимается и прижимается под давлением в 200 бар к пластине 22.
Пластина 22 нагрета до температуры 750°С. При этой температуре подвергаемое пиролизу сырье на пластине 22 разлагается в отсутствие кислорода абляционно, значит, только на поверхности, соответственно, в пограничной области между сырьем и пластиной 22, на твердые, жидкие и газообразные составные части. Так как пластина 22 вращается по отношению к направляющим 12, то составные элементы пиролиза освобождаются на пластине. Твердые составные части попадают под силой тяжести вниз и через корпус 28 подводятся к сборной емкости 30. Жидкие составные части переходят в газообразное состояние и улавливаются вместе с уже освобожденными газами пиролиза в верхнем конце корпуса 28 и через сборный трубопровод 32 подводятся в конденсирующие и, при необходимости, фракционирующие устройства.
Пластина 22 в рабочем состоянии переводится двигателем 26 и приводным механизмом 18 во вращение и разогревается нагревателем 24 до 750°С. К нагретой поверхности пластины 22 прилегают четыре направляющие 12 с подвергаемым пиролизу сырьем. При пиролизе сырья тепловая энергия расходуется, и пластина 22 охлаждается. Вследствие того, что к пластине 22 подходят четыре направляющие 12, то возникают промежутки, в которых участок на пластине 22, который, вращаясь, только что проходил мимо одной из четырех направляющих 12 и потерял при этом в процессе пиролиза тепло, разогревается снова на 750°С. Посредством установки согласно изобретению поддерживается как можно более равномерное распределение температуры, что делает возможным особенно равномерный пиролиз с особенно гомогенным и комплектным составом пиролизата. Очень благоприятное соотношение прижимаемой поверхности сырья к рабочей поверхности пластины 22 составляет от 35 до 65% от нагреваемой поверхности пластины 22.
Если подведенная в направляющей 12 на пластину 22 биомасса израсходована, то уменьшается давление на соответствующем нажимном пуансоне в направляющей 12, нажимный пуансон отводится от пластины 22, в его начальную позицию. Из накопителя 14 в направляющую 12 добавляется новая биомасса и сжимается нажимным пуансоном, на котором снова создается рабочее давление. Биомасса прижимается к пластине 22, и начинается пиролиз.
Нагревательное устройство 24 определено предпочтительно как газовая горелка, которая эксплуатируется с твердыми продуктами пиролиза, которые улавливаются в сборной емкости 30. Этот непосредственный разогрев пластины 22, который не требует никакой дорогостоящей транспортировки топлива, оказался в энергобалансе особенно благоприятным.
На фиг. 3 показаны существенные детали альтернативной формы выполнения устройства 2 согласно изобретению. Для описания этой формы выполнения используются, насколько возможно, те же самые обозначения, что и на фиг. 1 и 2. При этой конструкции на носителях 8, которые представлены здесь состоящими из двух частей, расположены зеркально друг к другу две технологические позиции 6 пиролиза. Размещаемый центрально между технологическими позициями 6 пиролиза, двусторонний нагревательный диск здесь не представлен. Направляющие 12 с их мундштуками 40, которые обращены к нагревательным элементам, расположены соосно друг к другу на носителях 8. Предпочитается, если носители 8 зафиксированы на общей подставке (здесь не показана). Каждый раз снаружи расположены направляющие 12 для подвергаемой пиролизу биомассы. Направляющие 12 выполнены револьверно, они вращаются со скоростью примерно 3 об./мин во время пиролиза, так же, как и нагревательные диски, которые вращаются со скоростью примерно 100 об./мин.
На верхней стороне устройства 2 над направляющими 12 расположен стационарный накопитель 38. К накопителю 38 подводится биомасса, которая сжимается в накопителе и приводится в форму, которая согласуется с поперечным сечением накопителя 38. Накопитель 38 снабжен средствами для замера запаса сжатой биомассы. Измеренная, сжатая биомасса из накопителя 38 подается в находящуюся соответственно снизу или рядом с накопителем 38 направляющую 12. Таким образом, достаточно одного накопителя 38, чтобы снабжать биомассой все направляющие 12.
Показанный на фиг. 3 накопитель 38 оснащен, кроме того, средствами для определения свободной емкости в каждой наполняемой направляющей 12. В самом простом случае эти средства выполнены как оптические средства контроля. Альтернативно, может определяться положение нажимного цилиндра 10, которое показывает, осталась ли биомасса в наполняемой направляющей 12. В зависимости от сигнала средств для определения, накопитель 38 сжимает теперь соответствующее количество биомассы, габаритные размеры которой соответствуют теперь имеющемуся в распоряжении и предназначенному для дополнения пространству в направляющей 12. Этим мероприятием гарантировано, что каждая направ
- 8 -
008391
ляющая 12 заполнена после прохождения накопителя 38 полностью, независимо от того, была ли перед приходом к накопителю пиролизирована вся биомасса. Одновременно такая конструкция также гарантирует, что направляющие 12 разной величины могут загружаться только из одного накопителя 38. Типичными размерами для наполняемых накопителей являются, например, максимальная ширина примерно 2 см, высота примерно 28 см и глубина от примерно 15 до примерно 30 см. Если, например, обрабатывается деревянная щепа или древесные волокна, то к накопителю 38 присоединена не представленная здесь питающая линия, которая выходящую из шахты шириной примерно 4 см биомассу непрерывно сжимает до толщины примерно 2 см, причем длина сжатой биомассы подгоняется к степени заполненности опорожненных шахт. Если направляющая 12 опорожнена не полностью, то подводится более короткая сжатая биомасса.
За счет расположения направляющих 12 и мундштуков 40 соотношения сил в показанной на фиг. 3 установке во время пиролиза распределяются особенно благоприятно, так как две половины 2А и 2В устройства работают друг против друга.
Нагревательные элементы (здесь не представлены) и мундштуки 40 расположены в общем корпусе (здесь не представлен) и выборочно разогреваются общей газовой горелкой или двумя раздельными горелками. Продукты пиролиза, которые возникают на мундштуках 40, дорабатываются вместе. Это также благоприятствует рентабельной работе.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ абляционного пиролиза биомассы нагревательным элементом (22) с использованием средств (12) для направления биомассы, отличающийся тем, что во время пиролиза нагревательный элемент (22) и биомассу под давлением от 5 до 200 бар прижимают друг к другу.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление составляет величину между 5 и 150 бар, предпочтительно между 10 и 100 бар, особенно предпочтительно между 10 и 80 бар, наиболее предпочтительно между 20 и 60 бар.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) нагревают в рабочем состоянии до температур между 300 и 1000°С, предпочтительно между 400 и 800°С, особенно предпочтительно между 500 и 700°С, наиболее предпочтительно между 550 и 600°С.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) в виде плоской или сводчатой пластины, при необходимости, составленный из отдельных сегментов.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22), выполненный в виде профилированной пластины, предпочтительно пластины с желобками.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) в виде круглой пластины, предпочтительно с диаметром от примерно 20 до примерно 300 см.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нагревательный элемент (22) из металла и/или керамики.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность выдержки первичных продуктов пиролиза вплоть до дальнейшей обработки устанавливают на период от около 0,5 до примерно 10 с, предпочтительно меньше чем 5 с, особенно предпочтительно меньше чем 2 с.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу измельчают перед пиролизом на частицы величиной от примерно 0,5 мм до примерно 70 см, предпочтительно от примерно 5 до примерно 50 см, особенно предпочтительно от примерно 15 до примерно 30 см.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) снабжают устройством для непосредственного нагрева или устройством для непрямого нагрева.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу дополнительно к подаче к нагревательному элементу (22) приводят во второе движение, предпочтительно движение вращения по отношению к фиксированному нагревательному элементу (22).
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время пиролиза биомассу и нагревательный элемент (22) перемещают относительно друг друга, причем нагревательный элемент (22) и средства (12) для подвода друг к другу располагают под углом больше чем 10° по отношению к оси, которая определяется направлением подачи биомассы к нагревательному элементу (22).
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент (22) во время пиролиза приводят во вращение.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомассу во время пиролиза перемещают по отношению к нагревательному элементу (22).
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (12) для направления биомассы, выполненные как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомассу направляют средствами (10) для ее подачи.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (12) для направления, выполненные как экструдер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько средств (12) для направления
- 9 -
008391
биомассы на нагревательный элемент.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (10) для подачи, выполненные как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что площади поперечных сечений средств (12) для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 80% поверхности нагревательного элемента (22), предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% поверхности нагревательного элемента (22) во время пиролиза.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют средства (28) для улавливания продуктов пиролиза.
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства для улавливания используют корпус (28), который охватывает нагревательный элемент (22) и средства (12) для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.
22. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза выбирают так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяют от жидких или газообразных продуктов пиролиза.
23. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.
24. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергию для разогрева нагревательного элемента (22) производят при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.
25. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биомассы используют природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резину, пластмассу и смеси этих материалов, навозную жижу, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.
26. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу тепла производят быстрее, чем тепло отводится в подвергаемый пиролизу материал.
27. Горючее для установок сжигания, произведенное из биомассы способом абляционного пиролиза по любому из пп.1-26, отличающееся тем, что в качестве биомассы используются природные или синтетические олигомеры, природные или синтетические полимеры, лигноцеллюлозные виды сырья, резина, пластмасса и смеси этих материалов, навозная жижа, шлам, в частности осветленные шламы, органические остаточные материалы, такие как кость, шкурки, перья, остатки промышленной древесины и строевого леса.
28. Устройство для пиролиза биомассы с позицией (4) подачи материала и технологической позицией (6) пиролиза, отличающееся тем, что позиция (4) подачи материала содержит средства для создания давления между 5 и 200 бар, которые прижимают подвергаемое пиролизу сырье к технологической позиции (6) пиролиза, и причем технологическая позиция (6) пиролиза содержит нагревательный элемент (22), который в рабочем состоянии нагрет до температуры между 300 и 1000°С.
29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит приводной механизм (18) для приведения нагревательного элемента (22) в рабочем состоянии во вращение.
30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит нагревательное устройство (24) для нагревательного элемента (22), которое выполнено либо для непосредственного, либо для непрямого разогрева.
31. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) выполнен из металла и/или керамики.
32. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) является плоской или сводчатой пластиной и, при необходимости, составлен из отдельных сегментов.
33. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) выполнен как профилированная пластина, предпочтительно как пластина с желобками.
34. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) снабжен радиально ориентированным профилем.
35. Устройство по п.28, отличающееся тем, что нагревательный элемент (22) и средства (12) для подвода друг к другу расположены под углом больше чем 10° по отношению к оси, которая определена направлением подачи биомассы против нагревательного элемента (22).
36. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства для перемещения во время пиролиза средств (12) для направления к нагревательному элементу (22).
37. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (12) для направления биомассы выполнены как U-образный профиль или как коробчатый профиль, в которых биомасса направляется средствами (10) для подачи.
38. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (12) для направления выполнены как экс-трудер, или червячный транспортер, или по типу валковой подачи.
39. Устройство по п.28, отличающееся тем, что в нем расположено несколько средств (12) для на
- 10 -
008391
правления биомассы на нагревательный элемент (22).
40. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (10) для подачи выполнены как нажимной пуансон, цепной транспортер (верхняя ветвь) или как нажимные валки.
41. Устройство по п.28, отличающееся тем, что площади поперечных сечений средств (12) для направления биомассы, в целом, покрывают между 1 и 85% поверхности нагревательного элемента (22), предпочтительно между 2 и 75%, особенно предпочтительно между 5 и 70%, наиболее предпочтительно между 6 и 50% разогреваемой поверхности нагревательного элемента (22) во время пиролиза.
42. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства (28) для улавливания продуктов пиролиза.
43. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно в качестве средства для улавливания продуктов пиролиза содержит корпус (28), который охватывает нагревательный элемент (22) и средства (12) для направления биомассы там, где они во время пиролиза прилегают друг к другу, таким образом, что продукты пиролиза, в частности твердые вещества и газы, полностью улавливаются.
44. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза определены так, что твердые вещества за счет гравитации или посредством циклонов отделяются от жидких или газообразных продуктов пиролиза.
45. Устройство по п.28, отличающееся тем, что средства (28) для улавливания продуктов пиролиза содержат устройства для фракционирования газообразных продуктов пиролиза.
46. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно содержит средства для производства энергии, которые выполнены так, что в рабочем состоянии энергия для разогрева нагревательного элемента (22) производится при сжигании продуктов пиролиза, предпочтительно угля.
Фиг. 2
- 11 -
008391
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 12 -