RU2763291C1 - Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation - Google Patents
Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763291C1 RU2763291C1 RU2021106238A RU2021106238A RU2763291C1 RU 2763291 C1 RU2763291 C1 RU 2763291C1 RU 2021106238 A RU2021106238 A RU 2021106238A RU 2021106238 A RU2021106238 A RU 2021106238A RU 2763291 C1 RU2763291 C1 RU 2763291C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cyclone
- air
- sunflower
- pyrolysis
- vortex
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L8/00—Fuels not provided for in other groups of this subclass
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
- F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
Abstract
Description
Группа изобретений относится к быстрому вихревому окислительному пиролизу отходов растительной биомассы и может быть использована в целях получения сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии при утилизации отходов лузги подсолнечника.SUBSTANCE: group of inventions relates to fast vortex oxidative pyrolysis of plant biomass wastes and can be used to obtain a biochar-based sorbent and thermal energy when utilizing sunflower husk wastes.
Для получения сорбента на биоугльной основе и тепловой энергии на установке базирующейся на этой группе изобретений могут использоваться и другие виды измельченной растительной биомассы и отходы древесины (опилки, стружки и т.п.).To obtain a biochar-based sorbent and thermal energy at an installation based on this group of inventions, other types of crushed plant biomass and wood waste (sawdust, shavings, etc.) can be used.
Традиционно, часть отходов подсолнечного производства используют при подготовке кормов для животных, так как лузга содержит полезные вещества, например, пентозаны. Но в чистом виде лузга, содержащая более 50% клетчатки, не усваивается желудком животных. Другим, наиболее простым, путем утилизации отходов обработки семян подсолнечника является их сжигание в топках котлов с целью получения тепловой энергии, что значительно экономит внешние традиционные энергоресурсы. Однако, несмотря на актуальность и преимущества использования подсолнечной лузги в виде топлива, имеется ряд проблем ее сжигания экологического, технологического и экономического характера (Практика и проблема использования растительной биомассы, как альтернативного источника энергии на предприятиях масложировой отрасли/ Н.А. Попов // Вicник НТУ «ХПI». 2012. №14 (920). С. 54-59. Эл. ресурс: repository.kpi.kharkov.ua), препятствующие широкому распространению лузги в качестве топлива.Traditionally, part of the waste from sunflower production is used in the preparation of animal feed, as the husk contains useful substances, such as pentosans. But in its pure form, the husk, containing more than 50% fiber, is not absorbed by the stomach of animals. Another, the simplest, way to dispose of sunflower seed processing waste is to burn it in boiler furnaces in order to obtain thermal energy, which significantly saves external traditional energy resources. However, despite the relevance and advantages of using sunflower husk as a fuel, there are a number of problems of its burning of an ecological, technological and economic nature (Practice and the problem of using plant biomass as an alternative source of energy at enterprises of the oil and fat industry / N.A. Popov // Vicnik NTU “KhPI”, 2012, No. 14 (920), pp. 54-59, electronic resource: repository.kpi.kharkov.ua), preventing the widespread use of husks as a fuel.
При этом наименее распространенным и, практически не реализованным на практике, остается свойство лузги подсолнечника превращающего ее из отходов в ценное сырье для использования в качестве улучшителя почвы, сорбента для восстановления почвы после нефтяных загрязненных (Ищенко Е.П. Очистка нефтезагрязненных почв с использованием лузги подсолнечника: Дисс. на соиск. канд. тех. наук. - Самара: Самарский гос. тех. университет, - 2016. - С. 132; Долгих О.Г. Использование адсорбционных технологий и углеродных адсорбентов на основе лузги подсолнечной в системах очистки нефтезагрязненных вод / Автореф. дис. … канд. тех. наук, СевКазГТУ. - Краснодар, 2011. - 24 с.), для получения сорбентов на основе биоугля, биомасла и пр.At the same time, the least common and practically not implemented in practice is the property of sunflower husks that turns it from waste into a valuable raw material for use as a soil improver, a sorbent for restoring soil after oil-contaminated soils (Ishchenko E.P. Purification of oil-contaminated soils using sunflower husks : Dissertation for Candidate of Technical Sciences - Samara: Samara State Technical University, - 2016. - P. 132; / Abstract of the thesis ... candidate of technical sciences, SevKazGTU - Krasnodar, 2011. - 24 p.), for the production of sorbents based on biochar, biooil, etc.
Одним из перспективных направлений является термическая переработка лузги подсолнечника с целью получения ценных продуктов. Процесс пиролиза углеродосодержащего сырья относится к термохимическим процессам его переработки путем нагревания либо без доступа окислителя (воздуха), либо с ее недостатком, исключающим полное горение. Процесс этот может производиться, как при помощи подвода внешнего тепла без доступа окислителя (аллотермический процесс), так и с использованием внутреннего тепла за счет сжигания части углерода содержащегося в сырье, так называемый окислительный пиролиз (автотермический процесс). Процесс пиролиза может протекать при температурах от 350 до 1000-1100°С в зависимости от исходного сырья и заданных свойств конечных продуктов.One of the promising areas is the thermal processing of sunflower husks in order to obtain valuable products. The process of pyrolysis of carbon-containing raw materials refers to the thermochemical processes of its processing by heating either without access to an oxidizing agent (air), or with its deficiency, excluding complete combustion. This process can be carried out either by supplying external heat without access to an oxidizing agent (allothermic process), or by using internal heat by burning part of the carbon contained in the raw material, the so-called oxidative pyrolysis (autothermal process). The pyrolysis process can proceed at temperatures from 350 to 1000-1100°C, depending on the feedstock and desired properties of the final products.
Известен способ термической переработки биомассы (патент RU №2124547, С01В 53/02, 10.01.1999), включающий загрузку материала в конвертер, пиролиз материала в противоточном потоке горячего восстановительного газа с коэффициентом расхода воздуха α=0,4-0,85 и при температуре 650-950°С, с последующим разделением продуктов пиролиза и выгрузкой твердого остатка (биоугля). Для получения активированного угля после пиролиза биомассы подают перегретый водяной пар при температуре свыше 500°С в массовом соотношении пара к материалу 0,01-0,05:1. Восстановительный газ подают на пиролиз биомассы в соотношении к материалу 0,3-0,5:1.A known method of thermal processing of biomass (patent RU No. 2124547, SW 53/02, 10.01.1999), including loading the material into the converter, pyrolysis of the material in a countercurrent flow of hot reducing gas with an air flow coefficient α=0.4-0.85 and at temperature 650-950°C, followed by separation of the pyrolysis products and unloading of the solid residue (biochar). To obtain activated carbon after biomass pyrolysis, superheated water vapor is supplied at a temperature above 500°C in a mass ratio of steam to material of 0.01-0.05:1. The reducing gas is fed to the pyrolysis of biomass in a ratio to the material of 0.3-0.5:1.
Недостатком способа является большая энергоемкость процесса, проявляющаяся в необходимости наличия постоянного источника углеводородного сырья (баллонный или природный газ) для подачи в генератор (горелку) с целью получения окислительного газа. Сомнителен также процесс паровой активации падающих угольных частиц из-за слишком короткого времени выдержки частиц и недостаточных температур в зоне паровой обработки. Без подачи тепла извне или выжигания части углерода температуры в зоне паровой обработки резко падают. Кроме того, фактором удорожающим реализацию этой установки на практике является необходимость поддержания избытка воздуха (окислителя) в процессе пиролиза в достаточно узком диапазоне.The disadvantage of this method is the high energy intensity of the process, which is manifested in the need for a constant source of hydrocarbon raw materials (balloon or natural gas) to be fed into the generator (burner) in order to obtain oxidizing gas. The process of steam activation of falling coal particles is also doubtful due to the too short holding time of particles and insufficient temperatures in the steam treatment zone. Without external heat input or burning off some of the carbon, the temperatures in the steam treatment zone drop sharply. In addition, a factor that increases the cost of implementing this installation in practice is the need to maintain an excess of air (oxidizer) in the pyrolysis process in a fairly narrow range.
Наиболее близким к заявляемому авторами решению по технической сущности и достигаемому результату является предложенный в патенте на полезную модель способ термической переработки отходов биомассы (UA №14328, F23G 7/00, 15.05.2006). В полезной модели переработка отходов биомассы осуществляется в две стадии. На первой стадии, в потоке горячего воздуха, происходит нагрев отходов биомассы до температуры 180-210°С; на второй стадии происходит выдержка отходов биомассы в плотном слое, с подачей в нижнюю часть слоя воздуха, в объеме 5-15% от теоретически необходимого для полного сгорания отходов биомассы.The closest to the solution claimed by the authors in terms of technical essence and the achieved result is the method of thermal processing of biomass waste proposed in the utility model patent (UA No. 14328,
Установка пиролиза содержит загрузочное устройство, камеру нагрева, циклон, камеру пиролиза, горелку и воздуходувку. В соответствии с заявленным способом горячий воздух подается в нижнюю часть камеры нагрева, туда же с помощью загрузочного устройства на решетку подаются отходы биомассы. Скорость воздуха в камере нагрева поддерживается таким образом, чтобы избежать образования кипящего слоя, в котором может происходить перегрев частиц биомассы и их горение. В процессе движения смеси в камере происходит нагрев биомассы до температуры 180-210°С и частичное разложение. Далее газовзвесь поступает в циклон, где происходит разделение газов и твердой фазы. Подогретые твердые частицы биомассы падают в камеру пиролиза, в нижнюю часть которой воздуходувкой подается воздух в объеме 5-15% от теоретически необходимого для полного сжигания (α=0,05-0,15). Парогазовые продукты пиролиза, образующиеся в пиролизной камере, поступают в горелку топочного устройства, находящейся вне установки.The pyrolysis plant contains a loading device, a heating chamber, a cyclone, a pyrolysis chamber, a burner and a blower. In accordance with the claimed method, hot air is supplied to the lower part of the heating chamber, and biomass waste is supplied to the grate with the help of a loading device. The air velocity in the heating chamber is maintained in such a way as to avoid the formation of a fluidized bed, in which the biomass particles can overheat and burn. During the movement of the mixture in the chamber, the biomass is heated to a temperature of 180-210°C and partially decomposed. Further, the gas suspension enters the cyclone, where the separation of gases and the solid phase takes place. Heated biomass solid particles fall into the pyrolysis chamber, into the lower part of which air is supplied by a blower in the amount of 5-15% of the theoretically necessary for complete combustion (α=0.05-0.15). Steam-gas products of pyrolysis, formed in the pyrolysis chamber, enter the burner of the combustion device, located outside the installation.
Недостатками заявленного способа являются необходимость жесткого контроля воздушного режима в камере нагрева для предотвращения выпадения в плотный слой, перехода в кипящий слой или избыточного уноса недосушенных частиц. Схема подачи рециркулирующей смеси пиролизных газов и воздушного дутья в камеру пиролиза вообще нереализуема, так как будет препятствовать выпадению твердых частиц из циклона в камеру пиролиза и увеличивать их унос из циклона.The disadvantages of the claimed method are the need for strict control of the air regime in the heating chamber to prevent precipitation into a dense layer, transition to a fluidized bed or excessive entrainment of underdried particles. The scheme for supplying a recirculating mixture of pyrolysis gases and air blast to the pyrolysis chamber is generally unrealistic, since it will prevent solid particles from falling out of the cyclone into the pyrolysis chamber and increase their entrainment from the cyclone.
Термическая переработка измельченной биомассы в вихревых установках является одним из вариантов быстрого пиролиза, который в течение короткого времени подвергается воздействию экстремально высоких температур (350…700°С), в результате чего происходят быстрое разложение исходных продуктов и образование новых соединений: этанола, пропилена, углеводородов, близких к бензину. Газ, получаемый с помощью быстрого пиролиза, содержит водород, метан, этилен, пропилен. Использование быстрого пиролиза биомассы выгоднее, чем пиролиз угля, так как биомасса содержит значительно меньше золы, и ее можно подвергнуть воздействию более низких температур.Thermal processing of crushed biomass in vortex plants is one of the options for fast pyrolysis, which is exposed to extremely high temperatures (350 ... close to gasoline. The gas obtained by fast pyrolysis contains hydrogen, methane, ethylene, propylene. The use of fast biomass pyrolysis is more advantageous than coal pyrolysis, since the biomass contains significantly less ash and can be subjected to lower temperatures.
Окислительный пиролиз биомассы - это процесс термического разложения отходов при их частичном сжигании и непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Этот процесс является одной из промежуточных стадий процесса газификации, в которой газообразные продукты разложения биомассы смешиваются с продуктами сгорания части углерода биомассы.Oxidative pyrolysis of biomass is a process of thermal decomposition of waste during their partial combustion and direct contact with the combustion products of fuel. This process is one of the intermediate stages of the gasification process, in which the gaseous decomposition products of the biomass are mixed with the combustion products of the carbon part of the biomass.
В процессе окислительного пиролиза биомассы образуются:In the process of oxidative pyrolysis of biomass, the following are formed:
• биоуголь, который можно использовать в качестве экологически чистого твердого топлива с высокой теплотой сгорания (порядка 25 МДж/кг и выше) или в других целях, например, в схемах биоочистки от различного рода загрязнений в качестве сорбентов, в том числе от нефтяных загрязнений;• biochar, which can be used as an environmentally friendly solid fuel with a high calorific value (of the order of 25 MJ/kg and above) or for other purposes, for example, in schemes for bioremediation of various kinds of pollution as sorbents, including oil pollution;
• биомасло - получается после обезвоживания жидкого продукта конденсации парогазового продукта пиролиза, может использоваться в качестве печного топлива или промежуточного продукта для выработки более ценных химических продуктов;• bio-oil - obtained after dehydration of the liquid product of condensation of the gas-vapor product of pyrolysis, can be used as heating oil or an intermediate product for the production of more valuable chemical products;
• неконденсируемый газовый продукт - смесь углеводородных газов с инертными, что может использоваться в качестве газового топлива или синтез-газа для выработки более ценных продуктов.• non-condensable gas product - a mixture of hydrocarbon gases with inert gases, which can be used as a gas fuel or synthesis gas to produce more valuable products.
Основные особенности технологии окислительного пиролиза состоят в следующем:The main features of the oxidative pyrolysis technology are as follows:
• процесс пиролиза требует более низких рабочих температур по сравнению с прямым сжиганием и газификацией;• The pyrolysis process requires lower operating temperatures compared to direct combustion and gasification;
• процесс пиролиза сопровождается экзотермическими реакциями, в связи с этим для его реализации достаточно нагреть биомассу до температуры 280-300°С - начала автотермического режима выхода летучих;• the process of pyrolysis is accompanied by exothermic reactions, in connection with this, for its implementation, it is enough to heat the biomass to a temperature of 280-300°C - the beginning of the autothermal mode of volatile release;
• теплота сгорания пиролизного газа почти вдвое превышает аналогичный показатель для воздушного или паровоздушного генераторного газа, что позволяет более эффективно его использовать в энергетических агрегатах.• The heat of combustion of pyrolysis gas is almost twice as high as that of air or steam generator gas, which allows it to be used more efficiently in power units.
Пиролиз в вихревом потоке окислителя является также окислительным процессом.Pyrolysis in a vortex flow of an oxidizer is also an oxidative process.
Задачей заявленной группы изобретений является получение биоугля для использования его в качестве сорбента или экологически чистого твердого топлива с максимально низкой себестоимостью в промышленном производстве, а также получение тепловой энергии.The task of the claimed group of inventions is to obtain biochar for use as a sorbent or environmentally friendly solid fuel with the lowest possible cost in industrial production, as well as to obtain thermal energy.
Технический результат группы изобретений заключается в получении биоугля для использования его в качестве сорбента с хорошей нефтеемкостью (поглотительной способностью по нефти) и экологически чистого твердого топлива, в качестве основного продукта и парогазового топлива для выработки тепловой энергии, в качестве побочного продукта.The technical result of the group of inventions is to obtain biochar for use as a sorbent with good oil capacity (oil absorption capacity) and environmentally friendly solid fuel as the main product and combined-cycle fuel for generating thermal energy as a by-product.
Указанный технический результат в способе получения сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника достигается тем, что тепловую переработку лузги подсолнечника осуществляют вихревым окислительным пиролизом, при этом сушка лузги подсолнечника начинается до поступления в вихревой циклонный реактор, в смесителе. Лузга подсолнечника из приемного бункера посредством безосевого шнекового транспортера поступает в подающий бункер, затем шнековым питателем в смеситель, куда одновременно поступают горячие парогазовые продукты пиролиза, отбираемые за воздухоохлаждаемым циклоном, затем смесь лузги подсолнечника и парогазовых продуктов пиролиза проходит через вентилятор рециркуляции и подается через прямоточную горелку с рассекателем в вихревой циклонный реактор, в котором начинается окислительный пиролиз при температурах 300-400°С. Одновременно с вводом лузги подсолнечника в эту же зону вихревого циклонного реактора тангенциально подается горячий воздух вторичного дутья, подогретый в кожухе охлаждения воздухоохлаждаемого циклона, а заканчивается окислительный пиролиз в воздухоохлаждаемом циклоне при температурах 330-420°С, при этом в нем происходит одновременное отделение от парогазовых продуктов пиролиза твердых частиц, которые падают в теплоизолированный бункер сбора и представляют собой сорбент на биоугльной основе, а парогазовые продукты окислительного пиролиза выходят из воздухоохлаждаемого циклона и покидают установку.The specified technical result in the method for obtaining a biochar-based sorbent and thermal energy from sunflower husks is achieved by the fact that the thermal processing of sunflower husks is carried out by vortex oxidative pyrolysis, while drying of sunflower husks begins before entering the vortex cyclone reactor, in the mixer. The sunflower husk from the receiving hopper enters the feed hopper by means of an axleless screw conveyor, then the screw feeder enters the mixer, where hot steam-gas pyrolysis products are simultaneously supplied, taken after an air-cooled cyclone, then a mixture of sunflower husk and steam-gas pyrolysis products passes through a recirculation fan and is fed through a direct-flow burner with a divider into a vortex cyclone reactor, in which oxidative pyrolysis begins at temperatures of 300-400°C. Simultaneously with the introduction of sunflower husks into the same zone of the vortex cyclone reactor, hot air of the secondary blast, heated in the cooling jacket of the air-cooled cyclone, is tangentially supplied, and oxidative pyrolysis ends in the air-cooled cyclone at temperatures of 330-420 ° C, while it is simultaneously separated from the steam-gas pyrolysis products of solid particles, which fall into a heat-insulated collection bin and represent a biochar-based sorbent, and gas-vapor products of oxidative pyrolysis exit the air-cooled cyclone and leave the plant.
Указанный технический результат в установке для производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника, достигается тем, что установка снабжена системой подачи сырой лузги подсолнечника, включающей смеситель, вентилятор рециркуляции, прямоточную горелку; системой вихревого окислительного пиролиза, включающей вихревой циклонный реактор, сопла с тангенциальной подачей вторичного дутья, циклон, выполненный воздухоохлаждаемым; системой сбора и отвода сорбента на основе биоугля, включающей теплоизолированный бункер сбора, водоохлаждаемый безосевой шнековый транспортер и бункер отгрузки; системой подачи вторичного дутья, включающей высоконапорный вентилятор, кожух охлаждения циклона с линией подачи горячего воздуха в сопла вторичного дутья; системой розжига, включающей теплогенератор и линию подвода воздуха к нему от высоконапорного вентилятора. Вихревой циклонный реактор футерован изнутри жаропрочным бетоном, а наружная поверхность покрыта тепловой изоляцией. Сопла вторичного дутья установлены тангенциально для обеспечения вихревого движения частиц лузги подсолнечника и продуктов пиролиза в вихревом циклонном реакторе. Кожух охлаждения воздухоохлаждаемого циклона выполнен с направляющими ребрами. Управление всеми приводами вентиляторов и шнековых транспортеров осуществляют частотным регулированием.The specified technical result in the installation for the production of biochar-based sorbent and thermal energy from sunflower husks is achieved by the fact that the installation is equipped with a supply system for raw sunflower husks, including a mixer, a recirculation fan, a direct-flow burner; a system of vortex oxidative pyrolysis, including a vortex cyclone reactor, nozzles with tangential supply of secondary blast, an air-cooled cyclone; a biochar-based sorbent collection and removal system, including a heat-insulated collection bunker, a water-cooled axleless screw conveyor and an unloading bunker; a secondary blast supply system, including a high-pressure fan, a cyclone cooling casing with a line for supplying hot air to the secondary blast nozzles; ignition system, including a heat generator and a line for supplying air to it from a high-pressure fan. The vortex cyclone reactor is lined from the inside with heat-resistant concrete, and the outer surface is covered with thermal insulation. Secondary blast nozzles are installed tangentially to provide vortex motion of sunflower husk particles and pyrolysis products in the vortex cyclone reactor. The cooling casing of the air-cooled cyclone is made with guide ribs. All drives of fans and screw conveyors are controlled by frequency regulation.
Наиболее экономически выгодным является производство сорбентов из отходов биомассы, стоимость которых на рынке практически на два порядка выше себестоимости его производства. Исследованиями подтверждаются, что эксплуатационные характеристики сорбентов напрямую зависят от природы сырья, однако, подбирая условия его термообработки, можно оказывать влияние на параметры структуры поглотителя, приводя к преимущественному развитию микро- или макропористой поверхности. Хорошую поглотительную способность по нефти демонстрируют сорбенты с преобладанием макропористой структуры, к которым в значительной мере относятся сорбенты полученные пиролизом подсолнечной лузги - отходом производства подсолнечного масла. Следует отметить природную ценность лузги подсолнечника в качестве сорбента, так даже не подверженная никакой обработкой измельченная лузга подсолнечника обладает нефтеемкостью равной 1,6 г/г. Нефтеемкость сорбентов из термически обработанных (прошедших процесс пиролиза) лузги подсолнечника составляет примерно 3,8-4,0 г/г. Пиролиз химически модифицированной лузги подсолнечника, например суспензией гидрооксида кальция, повышает ее нефтеемкость до 5,2 г/г (Долгих О.Г. Использование адсорбционных технологий и углеродных адсорбентов на основе лузги подсолнечной в системах очистки нефтезагрязненных вод / Автореф. дис. … канд. тех. наук, СевКазГТУ. - Краснодар, 2011. - 24 с.). Быстрый пиролиз характеризуется резким прогревом частиц биомассы до температур 300-400°С, при котором мгновенно испаряется внешняя влага пиролизуемого сырья, которая вскрывает в частицах значительное количество макропор.The most cost-effective is the production of sorbents from biomass waste, the cost of which on the market is almost two orders of magnitude higher than the cost of its production. Studies confirm that the operational characteristics of sorbents directly depend on the nature of the raw material, however, by selecting the conditions for its heat treatment, it is possible to influence the parameters of the absorber structure, leading to the predominant development of a micro- or macroporous surface. Good absorption capacity for oil is demonstrated by sorbents with a predominance of a macroporous structure, which to a large extent include sorbents obtained by pyrolysis of sunflower husks - a waste product of sunflower oil production. It should be noted the natural value of sunflower husks as a sorbent, so even crushed sunflower husks that have not been subjected to any processing have an oil capacity of 1.6 g/g. The oil capacity of sorbents from heat-treated (passed through the pyrolysis process) sunflower husks is approximately 3.8-4.0 g/g. Pyrolysis of chemically modified sunflower husks, for example, with a suspension of calcium hydroxide, increases its oil capacity to 5.2 g/g (Dolgikh O.G. The use of adsorption technologies and carbon adsorbents based on sunflower husks in oil-contaminated water treatment systems / Abstract of the thesis ... cand. Technical Sciences, SevKazGTU, Krasnodar, 2011, 24 p.). Fast pyrolysis is characterized by a sharp heating of biomass particles to temperatures of 300-400°C, at which the external moisture of the pyrolyzed raw material instantly evaporates, which opens a significant amount of macropores in the particles.
На чертеже (Фиг. 1) представлена схема установки для производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника на основе вихревого окислительного пиролиза. Основными узлами установки являются: приемный бункер 1, безосевой шнековый транспортер 2, подающий бункер 3, шнековый питатель 4 подачи лузги подсолнечника из приемного бункера 1 в смеситель 5, вентилятор рециркуляции парогазовых продуктов пиролиза 6, футерованный изнутри жаропрочным бетоном вихревой циклонный реактор 8, прямоточная горелка 7 с рассекателем расположенная в торцевой стенке вихревого циклонного реактора 8 и соплами вторичного дутья 9; воздухоохлаждаемый циклон 10, теплоизолированный бункер сбора 11, водоохлаждаемый безосевой шнековый транспортер 12 и бункер отгрузки 13; высоконапорный вентилятор 14 вторичного дутья подающий воздух через кожух охлаждения циклона в сопла 9 с тангенциальным вводом вторичного воздуха в вихревой циклонный реактор 8, теплогенератор 15 для розжига установки, включающий линию подвода воздуха (на схеме не показана) к нему от высоконапорного вентилятора 14.The drawing (Fig. 1) shows a diagram of an installation for the production of biochar-based sorbent and thermal energy from sunflower husks based on vortex oxidative pyrolysis. The main components of the plant are: a receiving hopper 1, an
Основными решениями, принятыми в заявленной установке для производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника на основе быстрого вихревого пиролиза являются:The main solutions adopted in the claimed plant for the production of biochar-based sorbent and thermal energy from sunflower husks based on fast vortex pyrolysis are:
• масштабируемость ее вихревого циклонного реактора 8 и возможность разработки более мощных установок, производительностью до 2-х - 3-х т/ч;• scalability of its
• использование в качестве агента первичного дутья для транспортировки лузги подсолнечника горячих парогазовых продуктов пиролиза, отбираемых за воздухоохлаждаемым циклоном 10;• use of hot steam-gas products of pyrolysis taken after air-cooled
• лузгу подсолнечника из приемного бункера 1 безосевым шнековым транспортером 2 подают в смеситель 5, в котором она подхватывается горячим парогазовым потоком управляемым вентилятором рециркуляции парогазовых продуктов пиролиза 6 и направляется в прямоточную горелку 7 с рассекателем;• sunflower husks from the receiving hopper 1 are fed by an
• так как при окислительном пиролизе окисление лузги подсолнечника и летучих продуктов пиролиза продолжаются в циклоне 10, то он выполнен воздухоохлаждаемым, при этом воздух, охлаждая корпус циклона, уже горячим направляется в сопла вторичного дутья 9;• since during oxidative pyrolysis the oxidation of sunflower husks and volatile pyrolysis products continues in
• сопла вторичного дутья 9 установлены тангенциально и образуют вихревое движение частиц лузги подсолнечника в вихревом циклонном реакторе 8;•
• управление всеми приводами вентиляторов и шнековых транспортеров осуществляется частотным регулированием, что позволяет максимально автоматизировать работу установки.• control of all drives of fans and screw conveyors is carried out by frequency regulation, which makes it possible to automate the operation of the plant to the maximum.
Способ производства сорбента на биоугольной основе и тепловой энергии из лузги подсолнечника на установке для реализации этого способа работает следующим образом.A method for the production of a biochar-based sorbent and thermal energy from sunflower husks at an installation for implementing this method works as follows.
Лузгу подсолнечника подают из приемного бункера 1 безосевым шнековым транспортером 2 в подающий бункер 3, откуда шнековым питателем 4 лузгу подсолнечника направляют в смеситель 5. В этот же смеситель 5 подают горячие парогазовые продукты пиролиза, отбираемые после воздухоохлаждаемого циклона 10. Смеситель 5 расположен перед вентилятором рециркуляции парогазовых продуктов пиролиза 6 и находится под разряжением, создаваемым этим вентилятором. При этом, при прохождении через вентилятор рециркуляции, в нем интенсифицируется сушка лузги подсолнечника.Sunflower husks are fed from the receiving hopper 1 by an
В данной схеме отбираемые вентилятором рециркуляции 6 горячие парогазовые продукты пиролиза выполняют роль несущего дутьевого агента. Смесь лузги подсолнечника и парогазовых продуктов пиролиза проходит через вентилятор рециркуляции 6 и направляется им в прямоточную горелку 7 с рассекателем. Одновременно, на линии от смесителя 5 до вихревого циклонного реактора 8 начинается процесс сушки сырого продукта. Температура отбираемых парогазовых продуктов пиролиза составляет примерно 300°С. Эта схема подачи лузги подсолнечника парогазовыми продуктами пиролиза в вихревой циклонный реактор 8 была экспериментально апробирована в опытно-промышленной установке.In this scheme, the hot steam-gas products of pyrolysis selected by the
Одновременно с вводом лузги подсолнечника в эту же зону вихревого циклонного реактора 8 осуществляется подача вторичного дутья через сопла вторичного дутья 9. Подачу холодного воздуха в воздухоохлаждаемый циклон 10 осуществляют высоконапорным вентилятором 14. Воздух, под напором от высоконапорного вентилятора 14 винтовым потоком, осуществляемым направляющими ребрами в кожухе охлаждения циклона 10, обеспечивает надежность работы металла корпуса воздухоохлаждаемого циклона 10 и нагревается до 330-420°С, откуда он затем поступает в сопла вторичного дутья 9 и этими соплами тангенциально вводится в вихревой циклонный реактор 8, образуя вихревой поток. Расчетная скорость воздуха на срезе сопел составляет примерно 40-50 м/с.Simultaneously with the input of sunflower husks into the same zone of the
Внутреннюю поверхность вихревого циклонного реактора 8 футеруют жаропрочным бетоном, а наружная поверхность покрыта тепловой изоляцией. В рабочем режиме внутренняя поверхность вихревого циклонного реактора 8 раскалена и частички лузги подсолнечника, попадая во фронтовую его часть, подхватываются вихревым потоком и двигаются к выходу из него, при этом время нахождения в нем частиц не превышает 3-4-х секунд, а процесс пиролиза происходит при температурах 300-400°С. В вихревом потоке циклонного реактора 8 одновременно проходят две разнонаправленные группы реакций - экзотермические реакции окисления горючих элементов и эндотермические реакции сушки и разложения углеводородных цепочек. Контроль температуры в реакторе осуществляют поддержанием оптимального соотношения «топливо-воздух».The inner surface of the
Продолжение окислительного пиролиза осуществляется в воздухохлаждаемом циклоне 10, в котором одновременно с дальнейшим окислением продуктов пиролиза при температурах 330-420°С происходит отделение твердых частиц от парогазовых продуктов пиролиза. Твердые полукоксовые частицы падают вниз в теплоизолированный бункер сбора биоугля 11, где процесс окисления прекращается из-за отсутствия окислителя, а парогазовые продукты пиролиза выводятся из воздухоохлаждаемого циклона 10 и отправляются для сжигания в горячем виде в котле не входящим в состав установки, что повышает КПД самого процесса утилизации установки в целом. Время нахождения твердых частиц в зоне окислительного пиролиза в воздухоохлаждаемом циклоне 10 составляет примерно 1-2 сек. Биоуголь из теплоизолированного бункера сбора 11 отводят водоохлаждаемым безосевым шнековым транспортером 12 в бункер отгрузки 13.The continuation of oxidative pyrolysis is carried out in an air-cooled
Процесс розжига установки осуществляют с использованием теплогенератора 15, представляющего собой двухтопливное вихревое топочное устройство, оборудованное газовой горелкой и колосниковой решеткой. Воздух для горения в процессе розжига отбирается из напорной части высоконапорного вентилятора 14 (эта линия на схеме не показана). Оптимальным является работа теплогенератора 15 на баллонном или природном газе. При отсутствии природного или баллонного газа розжиг можно производить на древесном топливе (щепа, стружки, мелкокусковая древесина). Розжиг длится примерно 10-20 минут в зависимости от вида топлива. При достижении устойчивого горения лузги подсолнечника в вихревом циклонном реакторе 8 и выходе на рабочий температурный режим теплогенератор 15 отключают.The ignition process of the installation is carried out using a
Управление всеми приводами вентиляторов и шнековых транспортеров осуществляют частотным регулированием.All drives of fans and screw conveyors are controlled by frequency regulation.
Теплотехнические характеристики биоуглей, отобранных в процессе испытаний опытно-промышленной установки следующие:The thermotechnical characteristics of biochars selected in the process of testing a pilot plant are as follows:
- влажность на рабочую массу, Wr=6,1-6,5%;- humidity on the working mass, W r =6.1-6.5%;
- зольность, Ar=3,0-3,9%;- ash content, A r =3.0-3.9%;
- выход летучих, Vdaf=18,7-23,9%.- volatile, V daf = 18.7-23.9%.
Элементные составы сухой беззольной массы биоуглей, отобранных в процессе испытаний были следующими:The elemental compositions of the dry ash-free mass of biochars selected during the tests were as follows:
- азот, Ndaf=0,9%;- nitrogen, N daf = 0.9%;
- углерод, Cdaf=71,4-74,8%;- carbon, C daf = 71.4-74.8%;
- водород, Hdaf=2,6-3,0%;- hydrogen, H daf = 2.6-3.0%;
- сера, Sdaf=0,1%;- sulfur, S daf =0.1%;
- кислород в органической массе, Odaf=22-24,6%.- oxygen in the organic mass, O daf = 22-24.6%.
Низшая теплота сгорания биоуглей - 6050-6270 ккал/кг.The lowest calorific value of biochars is 6050-6270 kcal/kg.
Себестоимость производства сорбента на биоугольной основе по своим теплотехническим характеристикам сравнима с древесным углем марки В и составляет примерно 2500 руб. за тонну. Производимый сорбент на биоугольной основе получается мелкозернистым с низкой плотностью -примерно 90-100 кг в одном кубическом метре. В этом виде полученный сорбент может отлично использоваться в качестве биосорбента с хорошей нефтеемкостью при очистке грунтов и вод от углеводородных разливов и загрязнений тяжелыми металлами, а также в виде экологически чистого твердого топлива в качестве основного продукта и парогазового топлива для выработки тепловой энергии, в качестве побочного продукта.The cost of production of a biocoal-based sorbent in terms of its thermal characteristics is comparable to grade B charcoal and is approximately 2,500 rubles. per ton. The produced biochar-based sorbent is fine-grained with a low density - about 90-100 kg per cubic meter. In this form, the obtained sorbent can be perfectly used as a biosorbent with good oil capacity for cleaning soils and waters from hydrocarbon spills and heavy metal pollution, as well as in the form of environmentally friendly solid fuel as the main product and combined-cycle fuel for generating thermal energy, as a by-product. product.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021106238A RU2763291C1 (en) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021106238A RU2763291C1 (en) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763291C1 true RU2763291C1 (en) | 2021-12-28 |
Family
ID=80039810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021106238A RU2763291C1 (en) | 2021-03-10 | 2021-03-10 | Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763291C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2801148C1 (en) * | 2022-12-29 | 2023-08-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Method for producing sorbent from biochar and mycorrhiza for cleaning soil from oil pollution |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA14328U (en) * | 2005-11-04 | 2006-05-15 | Nat Metallurgical Academy Ukraine | Method for bio-mass thermal processing |
| UA86710C2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-05-12 | Национальная Металлургическая Академия Украины | method for producing charcoal |
-
2021
- 2021-03-10 RU RU2021106238A patent/RU2763291C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA14328U (en) * | 2005-11-04 | 2006-05-15 | Nat Metallurgical Academy Ukraine | Method for bio-mass thermal processing |
| UA86710C2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-05-12 | Национальная Металлургическая Академия Украины | method for producing charcoal |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Долгих Оксана Геннадьевна "Использование адсорбционных технологий и углеродных адсорбентов на основе лузги подсолнечной в системах очистки нефтезагрязненных вод" АВТО диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Краснодар, 2011. * |
| Шишко Ю.В. и др "КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ БИОМАССЫ" "ТЕХНІЧНА ТЕПЛОФІЗИКА ТА ПРОМИСЛОВА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКА", Выпуск 2, 2010, с. 217-227. * |
| Шишко Ю.В. и др "КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ БИОМАССЫ" "ТЕХНІЧНА ТЕПЛОФІЗИКА ТА ПРОМИСЛОВА ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКА", Выпуск 2, 2010, с. 217-227. Долгих Оксана Геннадьевна "Использование адсорбционных технологий и углеродных адсорбентов на основе лузги подсолнечной в системах очистки нефтезагрязненных вод" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Краснодар, 2011. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2809093C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-12-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НаукаСорбция" ООО "НСОРБ" | Method of preparing carbon sorption nanomaterial from biochar by electromagnetic method |
| RU2801148C1 (en) * | 2022-12-29 | 2023-08-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Method for producing sorbent from biochar and mycorrhiza for cleaning soil from oil pollution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1278813B1 (en) | A method and a system for decomposition of moist fuel or other carbonaceous materials | |
| US4385905A (en) | System and method for gasification of solid carbonaceous fuels | |
| US6039774A (en) | Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste | |
| US20220411698A1 (en) | A method and system for pyrolysis | |
| BG64909B1 (en) | Method and device for pyrolyzing and gasifying organic substances or organic substance mixtures | |
| JP2003504454A5 (en) | ||
| JPS5851038B2 (en) | Seizouhouhouunarabini Sonosouchi | |
| EA022238B1 (en) | Method and system for production of a clean hot gas based on solid fuels | |
| US6883442B1 (en) | Process for the production of a gaseous fuel | |
| RU2333929C1 (en) | Method and device for hard fuel gasification | |
| KR101632147B1 (en) | Power plant for generating electric power by biomass | |
| JP2010077260A (en) | Combustible gas-forming apparatus for gasifying waste and process for producing combustible gas | |
| AU3645700A (en) | Process and device to enable autothermic gasification of solid fuels | |
| RU2177977C2 (en) | Method for thermally processing biomass | |
| FI125685B (en) | Method for performing pyrolysis and pyrolysis apparatus | |
| RU2763291C1 (en) | Method for producing a biocoal-based sorbent and thermal energy from sunflower husks and an installation for its implementation | |
| US20140283453A1 (en) | Tyer carburetion process | |
| RU2408820C1 (en) | Installation for multi-phase pyrolysis of organic raw material | |
| JP3559163B2 (en) | Gasification method using biomass and fossil fuel | |
| RU106246U1 (en) | ORGANIC RAW MATERIAL PROCESSING PLANT | |
| JP2006335937A (en) | Heating apparatus for organic compound | |
| RU2756160C1 (en) | Method for producing synthesis gas from biowaste | |
| US20110173887A1 (en) | Tyer carburetion process | |
| SU1120009A1 (en) | Method of heat treatment of dust like solid fuel | |
| EP4151706A1 (en) | A method and a device to produce low-tar- and low-dust product gas |