PL233490B1 - Urządzenie do suszenia i toryfikowania substancji organicznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do suszenia i toryfikowania substancji organicznych w tym w szczególności biomasy o zawartości wilgoci do 60% i o rozmiarach do 30 mm.

Znany jest z polskiego opisu wynalazku PL 217485 sposób suszenia biomasy, w którym urządzenie do suszenia biomasy zbudowane jest z suszarni taśmowej oraz złączonego z suszarnia taśmową urządzenia grzewczego.

Znana jest z opisu polskiego wynalazku PL 151830 suszarka półkowa do drobnego węgla i miału węglowego składająca się z obudowy w której zamocowane są półki. Wewnątrz obudowy osadzony jest wał obrotowy z zamocowanymi zgarniakami. Komora suszenia zawiera komorę zasypowo-podsuszającą, komorę suszenia oraz komorę dosuszająco-wysypową, przy czym komora zasypowo-podsuszającą ma łapy nagarniająco-mieszające współpracujące z lejami zasypowo-uszczelniającymi, komora suszenia wyposażona jest w łapy zgarniająco-wyrównujące, a komora dosuszająco-wysypowa ma obrotowy talerz, nad którym mocowane są stała łapa wyporowa i obrotowy rozgarniak.

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku EP2385096 (A2) sposób taryfikacji biomasy, w których biomasa przechodzi przez złoże fluidalne lub reaktor ze złożem fluidalnym i ogrzewa się do określonej temperatury w środowisku utleniającym. Wysuszoną biomasę doprowadza się następnie do chłodnicy, gdzie temperatura produktu jest zmniejszana do około 37,8°C (100°F).

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku EP2789677 (A1) sposób taryfikacji w dwuślimakowym reaktorze grzanym pośrednio za pomocą pęczka rur umieszczonych wewnątrz rury przenośnika ślimakowego. Odbiór gazów z taryfikacji odbywa się poprzez perforowaną górną część obudowy reaktora ślimakowego, który następnie może być wykorzystany do ogrzewania układu.

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku EP2855643 (A1) sposób taryfikacji w reaktorze ze złożem cyklonowym. Sposób taryfikacji biomasy obejmuje przyjmowanie biomasy o określonej zawartości wilgoci. Biomasę ogrzewa się w zasadniczo obojętnej atmosferze w kontakcie pośrednim. Biomasa poddana toryfikacji jest następnie podawana w strumień gazów spalinowych, w zasadniczo obojętnym otoczeniu. Na wylocie otrzymuje się storyfikowaną biomasę ze zmniejszoną zawartością wilgoci.

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku EP2905322 (A1) pionowy, płytowy grawitacyjny reaktor do toryfikacji. Reaktor do toryfikacji zawiera sekcję suszenia i sekcję toryfikacji, dostosowany do odbierania materiału biomasy z części podgrzewacza. Sekcja podgrzewania materiału i suszenia zawiera wiele płytek służących do podgrzewania biomasy rozmieszczonych równolegle względem siebie w celu ułatwienia przepływu materiału biomasy pomiędzy płytami podgrzewania pod wpływem siły grawitacji, każda z płyt podgrzewania umożliwia przepływ płynu z grzewczego za pośrednictwem płyty podgrzewacza do podgrzewania materiału biomasy. Sekcja toryfikacji zawiera wiele płytek podgrzewacza rozmieszczonych tak jak w sekcji suszenia w celu ułatwienia przepływu materiału biomasy pomiędzy płytami toryfikacji przez siłę ciężkości, ułożenie płyt ułatwia przepływ cieczy do sekcji toryfikacji przez płytkę do toryfikacji do podgrzewania materiału biomasy.

Znany jest ze zgłoszenia WO2009094736 (A1) wynalazek dotyczący reaktora do ciągłej produkcji biowęgla mający w zasadzie pionową strukturę, zawierającą, kolejno od góry, strefę napełniania, strefę suszenia, strefę karbonizacji, strefę chłodzenia oraz strefę tłoczenia, przy czym strefa ładowania ma mniejszy przekrój poprzeczny niż strefa suszenia i ma zasięg do strefy suszenia, tworząc pierścieniową przestrzeń w pobliżu rozszerzenia, która to przestrzeń zawiera, w ściance strefy suszenia, wylot do przewodu wydobywania gazu do zawracania tych gazów do reaktora.

Znany jest ze zgłoszenia WO2009124286 (A2) wynalazek śrubowego urządzenia do adiabatycznej toryfikacji, który może być stacjonarny albo mobilny. Przykład realizacji przedmiotowego wynalazku dotyczy komory toryfikacji w komorze mającej wlot do podawania biomasy i co najmniej jeden wylot z komory. Komorę prażenia można znacznie osłonić zewnętrzną obudową wyznaczającą zewnętrzną osłonę mającą wlot i wylot z osłony połączonej z wlotem i wylotem z reaktora. Zewnętrzny płaszcz i komora toryfikacji określają przestrzeń między nimi, tak że palnik połączony jest roboczo z wlotem do komory, a wylot funkcjonalnie połączony z wlotem w osłonie umożliwia odprowadzanie opar i uwalnianie ich z wnętrza komory toryfikacji w celu przemieszczania do zespołu palnika do spalania, a następnie przemieszcza się w przestrzeni pomiędzy osłoną i komorą toryfikacji w celu dostarczenia ciepła niezbędnego do adiabatycznej toryfikacji biomasy.

Znany jest ze zgłoszenia WO2011123025 (A1) wynalazek dotyczący sposobu prażenia materiału biomasy w niskiej temperaturze w reaktorze bębnowym, obejmujący etapy: dostarczania rozdrobnionego materiału biomasy, podawanie wspomnianego drobnoziarnistego materiału biomasy, co naj

PL 233 490 B1 mniej jeden element grzejny, dla suszenia i podgrzewania materiału biomasy, podawanie wysuszonego materiału biomasy do reaktora do toryfikacji, przy czym reaktor jest wyposażony w płaszcz grzejny oraz w kierunku obwodowym, regularnie rozmieszczone rury chłodzenia wewnętrznego, przy czym te przewody chłodzące są tak skonstruowane, że podczas obrotu wspomnianego reaktora, będą w stanie ochłodzić materiał już poddany toryfikacji.

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku WO2011135305 (A1) sposób prażenia z surowca biomasy do produkcji biopaliw, obejmujący proces toryfikacji z wsadem biomasy w toroidalnym złożu fluidalnym, przy czym toroidalne złoże zawiera komorę reakcyjną z zasadniczo obwodowo skierowanym, wytwarzanym w nim, przepływem fluidalnym, aby spowodować ruch surowca biomasy szybko krążący wokół osi komory reakcyjnej w postaci zespołu toroidalnych pierścieni, oraz do podgrzania surowca biomasy, w którym płyn grzewczy stanowi gaz lub gazy wprowadzane do komory reakcji i w którym komorę utrzymuje się w atmosferze zubożałej w tlen.

Znany jest ze zgłoszenia wynalazku WO2012156769 (A1) segmentowy reaktor ślimakowy pracujący w trybie ciągłym, zasadniczo poziomo rozciągnięty rurowy reaktor z napędem przenośników ślimakowych i obrotowych multi-łopatkowych zaworów do grawitacyjnego zsypu podłączenia szeregowo odrębnych segmentów reaktora. Wynalazek umożliwia odzyskanie cennego octu drzewnego z pierwszego rurowego segment suszenia drewna, optymalizacji odzysku energii i redukcji efektu cieplarnianego. Wynalazek zwiększa ekonomikę procesu produkcji węgla drzewnego.

Znany jest ze zgłoszenia WO2012158116 (A1) wynalazek dotyczący sposobu i systemu do efektywnego prażenia biomasy. Przy czym wspomniany system zawiera pierwszą strefę nagrzewania, ewentualnie wstępnego suszenia, biomasy i izolowanej drugiej strefy dla toryfikacji podgrzanej biomasy. Druga strefa zawiera wlot połączony z wylotem z pierwszej strefy oraz środki do odprowadzania toryfikowanej biomasy umieszczonej w dolnej części drugiej strefy, tak że biomasa może przemieszczać się w dół przez drugą strefę za pomocą grawitacji. Środki do ogrzewania są umieszczone tylko w pierwszym obszarze, w drugim obszarze już nie.

Znany jest ze zgłoszenia WO2015122688 (A1) wynalazek dotyczący układu do wytwarzania biowęgla i sposobu wytwarzania biowęgla, przy czym system zawiera: zbiornik do wstępnego ogrzewania surowców organicznych zawierających wodę, w tym odpadów żywnościowych; reaktor karbonizacji do nawęglania, metodę karbonizacji hydrotermalnej. Organiczny surowiec zawierający wodę ogrzewa się pośrednio w izolowanym zbiorniku przez urządzenie grzejne umieszczone wewnątrz i na zewnątrz reaktora do karbonizacji, pośrednie ogrzewanie reaktora następuje poprzez rurę grzewczą wewnątrz której przepływa podgrzewany olej.

W układach z pośrednią wymianą ciepła niedogodnością jest często pojawiający się niewystarczający transfer ciepła do materiału toryfikowanego oraz problemy z nierównomiernym rozkładem ciepła, czego konsekwencją jest wytwarzanie niejednorodnie storyfikowanego materiału. W instalacjach fluidalnych z bezpośrednią wymianą ciepła wyżej wymieniony problem już nie występuje, jednakże niedogodnością jaka w nich się pojawia jest ograniczenie w rozmiarze cząstek toryfikowanego materiału. Poza tym, toryfikowany materiał musi być jednorodny. Ponadto, konieczne są na potrzeby fluidyzacji duże ilości wprowadzanego do reaktora gazu fluidyzacyjnego mieszającego się z torgazem co znacznie pogarsza parametry gazu pozyskiwanego z procesu toryfikacji.

Celem wynalazku jest rozwiązanie pozbawione powyższych wad. Celem wynalazku jest rozwiązanie pozwalające na pozyskiwanie jednorodnie storyfikowanej biomasy o wysokiej kaloryczności wraz z uzyskiwaniem gazu toryfikowanego o dużym stężeniu torgazu.

Urządzenie do suszenia i toryfikowania substancji organicznych zbudowane z reaktora półkowego oraz połączonego z nim urządzenia grzewczego według wynalazku charakteryzuje się tym, iż reaktor półkowy zbudowany jest z komory suszenia wstępnego oraz umiejscowionej pod nią komory toryfikacyjnej, w której zamocowanych jest kilka, na różnych poziomach, półek wokół których zainstalowane są przenośniki zgrzebłowe, przy czym koniec każdego umiejscowionego wyżej przenośnika zgrzebłowego umiejscowiony jest nad początkiem przenośnika zgrzebłowego umiejscowionego pod nim, a na końcu najniższego przenośnika zgrzebłowego umiejscowiony jest zamocowany w spodzie komory toryfikacyjnej przenośnik wyprowadzający z reaktora toryfikowany materiał, a w komorze suszenia zamocowana jest półka obudowana przenośnikiem zgrzebłowym, nad którego początkiem znajduje się wylot zamocowanego w stropie reaktora podajnika doprowadzającego suszony materiał do reaktora, a na którego końcu umiejscowiony jest zamocowany w przedzielającej obie komory przegrodzie podajnik celkowy, którego wylot umiejscowiony jest nad najwyższym przenośnikiem zgrzebłowym komory toryfikacyjnej, pod półkami komory toryfikacyjnej przebiegają ogrzewające w sposób

PL 233 490 B1 pośredni biomasę kanały spalin, których wloty przed reaktorem połączone są z komorą cyklonową urządzenia grzewczego a wyloty przyłączone są do komory toryfikacyjnej i komory suszenia reaktora, przy czym w kanał łączący kanały spalin biegnące pod półkami komory toryfikacyjnej z komorą suszenia wbudowany jest wymiennik ciepła spaliny/powietrze, w którego drugi obieg wbudowany jest kanał powietrza zewnętrznego, który końcem wylotowym wprowadzony jest w kanał torgazu, którego wlot wbudowany jest w komorę taryfikacyjną, a wylot przyłączony do palnika urządzenia grzewczego, przy czym wprowadzony w kanał torgazu kanał powietrza zewnętrznego ma średnicę mniejszą od średnicy kanału torgazu oraz w kanale torgazu umiejscowiony jest współosiowo.

Dzięki wydzieleniu w reaktorze do toryfikacji sekcji suszenia uzyskano w rozwiązaniu według wynalazku możliwość bezpośredniego toryfikowania materiałów o dużej zawartości wilgoci bez konieczności stosowania dodatkowej instalacji do suszenia. W konstrukcji według wynalazku opary wilgoci odseparowane są od gazu z toryfikacji. Toryfikowanie biomasy w sposób pośredni oraz bezpośredni częścią zawracanego medium grzewczego jak w rozwiązaniu według wynalazku zapewnia równomierne nagrzewanie toryfikowanego materiału jak i uzyskanie paliwa wysoce jednorodnego. Doprowadzenie ciepła w sposób pośredni oraz bezpośredni zapewnia uzyskiwanie jednorodnego materiału oraz bezzakłóceniowy transport i usuwanie torgazu z reaktora co umożliwia jego bezpośrednie podanie do palnika, co z kolei stwarza możliwość prowadzenia procesu bez stosowania dodatkowego paliwa. Zastosowany w rozwiązaniu według wynalazku układ transportowy pozwala na dogodne kontrolowanie czasu trwania procesu i jest mało wrażliwy na zróżnicowanie pod kątem rozmiaru cząstek materiału podawanego toryfikacji co sprawia, że nie potrzebne są dodatkowe urządzenia do przygotowywania biomasy. Urządzenie według wynalazku jest odpowiednie do toryfikowania różnego typu biomasy.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku przedstawiającym schemat rozwiązania.

Urządzenie do suszenia i toryfikowania substancji organicznych w przykładzie wykonania według wynalazku zbudowane jest z reaktora półkowego 1, w którym utworzona jest komora suszenia 1a wstępnego oraz umiejscowiona pod nią komora toryfikacyjna 1b. Komory 1a i 1b przedzielone są między sobą poziomą przegrodą 2. W komorze toryfikacyjnej 1b zamocowanych jest kilka półek 3 rozmieszczonych jedna pod drugą, na różnych poziomach wysokości. Wokół półek 3 zainstalowane są przenośniki zgrzebłowe 4, 5, 6, przy czym koniec, to jest część zsypowa każdego umiejscowionego wyżej przenośnika zgrzebłowego 4, 5 umiejscowiony jest nad początkiem, to jest częścią zasypową, przenośnika zgrzebłowego 5, 6 umiejscowionego pod nim. Na końcu, to jest bezpośrednio za najniższym przenośnikiem zgrzebłowym 6 umiejscowiony jest zainstalowany w spodzie komory toryfikacyjnej 1b chłodzony wodą przenośnik 7 wyprowadzający z reaktora 1 term icznie w nim obrabianą biomasę. Półki 3 wraz z przenośnikami zgrzebłowymi 4, 5, 6 naprzemiennie przylegają do tylnej i przedniej ściany reaktora 1. W komorze suszenia 1a reaktora 1 zamocowana jest półka 8 obudowana przenośnikiem zgrzebłowym 9, nad którego początkiem, to jest częścią zasypową, znajduje się celka 10a zamocowanego w stropie reaktora 1 podajnika 10 doprowadzającego biomasę do reaktora 1. Bezpośrednio przy końcu przenośnika zgrzebłowego 9 umiejscowiony jest, zamocowany w przegrodzie 2 rozdzielającej reaktor 1 na dwie komory 1a, 1b, podajnik celkowy 11, którego króciec wylotowy umiejscowiony jest nad początkiem, to jest nad częścią zasypową, najwyższego przenośnika zgrzebłowego 4 zainstalowanego w komorze toryfikacyjnej 1b. Pod półkami 3 komory toryfikacyjnej 1b przebiegają, ogrzewające w sposób pośredni transportowaną w reaktorze 1 biomasę, kanały spalin 12. Wloty kanałów spalin 12 przed reaktorem 1 połączone są z komorą cyklonową urządzenia grzewczego 13. Bezpośrednio za urządzeniem grzewczym 13 w kanały spalin 12 wpięte są klapy regulacyjno-zamykające 14 oraz czujniki temperatury 15. Przeprowadzone pod półkami 3 kanały spalin 12 za reaktorem 1 są wpięte w kolektor 16, od którego następnie odchodzi kanał 29 końcem wbudowany bezpośrednio w tylną ścianę komory toryfikacyjnej 1b oraz kanał 17 wbudowany w komorę suszenia 1a. W kanał 17 wpięty jest wymiennik ciepła 18 spaliny/powietrze, w którego drugi obieg wbudowany jest wyposażony w wentylator nadmuchowy 19 kanał powietrza zewnętrznego 20 wpięty w kanał torgazu 21, którego wlot wbudowany jest w komorę toryfikacyjną 1b a wylot przyłączony jest do palnika 13a urządzenia grzewczego 13. Wpięty w kanał torgazu 21 kanał powietrza zewnętrznego 20 jest wprowadzony w jego środek i ma mniejszą średnicę, co skutkuje inżektorowym zasysaniem gazu z sekcji toryfikacji, to jest z komory toryfikacyjnej 1b. Podgrzewanie prowadzonego do palnika 13a powietrza zewnętrznego w wymienniku ciepła 18 spaliny/powietrze eliminuje kondensacje smółek z torgazu w kanale torgazu 21. W komorę suszenia 1a wbudowany jest kanał 22 odprowadzania spalin do komina, w który wbudowany jest

PL 233 490 B1 rekuperacyjny wymiennik ciepła 23 spaliny/powietrze, w którego drugi obieg wbudowany jest wyposażony w wentylator nadmuchowy 24 kanał powietrza zewnętrznego 25 wbudowany w komorę cyklonową urządzenia grzewczego 13. Poza tym, palnik 13a urządzenia grzewczego 13 połączony jest ze zbiornikiem paliwa rozpałkowego 26. Na wylocie chłodzonego podajnika 7 odprowadzającego storyfikowaną biomasę z reaktora 1 zainstalowany jest podajnik celkowy 27, którego wylot złączony jest ze zbiornikiem 28 storyfikowanego paliwa.

Zasada działania urządzenia jest następująca, a mianowi cie wprowadzana do reaktora 1 biomasa poddawana jest wstępnie suszeniu w komorze suszenia 1a w temperaturze 120^oC-200°C spalinami z recyrkulacji wprowadzanymi bezpośrednio do komory suszenia 1a kanałem 17 zza reaktora 1, to jest zza sekcji toryfikacji reaktora 1. W komorze suszenia 1a biomasa transportowana jest podajnikiem zgrzebłowym 9, na który wprowadzana jest podajnikiem 10 zainstalowanym w stropie reaktora 1. Z komory suszenia 1a wstępnie w nim osuszona biomasa wyprowadzana jest podajnikiem celkowym 11, którym transportowana jest do komory toryfikacyjnej 1b. W komorze toryfikacyjnej 1b biomasa w temperaturze 250°C-300°C jest toryfikowana, bądź w temperaturze do 600°C karbonizowana bezpośrednio i pośrednio spalinami pochodzącymi z urządzenia grzewczego 13. W komorze taryfikacyjnej 1b biomasa transportowana jest na coraz to niższy poziom przenośnikami zgrzebłowymi 4, 5, 6 rozmieszczonymi jeden pod drugim. W komorze toryfikacyjnej 1b biomasa ogrzewana jest pośrednio spalinami prowadzonymi kanałami spalin 12 rozmieszczonymi pod półkami 3 zabudowanymi przenośnikami zgrzebłowymi 4, 5, 6 oraz spalinami bezpośrednio wprowadzonymi do komory toryfikacyjnej 1b. Spaliny bezpośrednio wprowadzane do komory toryfikacyjnej 1b prowadzone są z urządzenia grzewczego 13 kanałami spalin 12 wcześniej w sposób pośrednio w komorze toryfikacyjnej 1b nagrzewającymi transportowaną podajnikami zgrzebłowymi 4, 5, 6 biomasę. Odprowadzane z komory suszenia 1a reaktora 1 do komina zawilgocone spaliny przepuszczane są przez rekuperacyjny wymiennik ciepła 23, w którym poprzez wykroplenie oddają ciepło prowadzonemu w drugim obiegu tego wymiennika 23 powietrzu zewnętrznemu prowadzonemu do komory cyklonowej urządzenia grzewczego 13. Palnik 13a urządzenia grzewczego 13 zasilany jest torgazem prowadzonym do niego kanałem torgazu 21 z komory toryfikacyjnej 1b. W kanał torgazu 21 wpięty jest doprowadzający do palnika 13a powietrze kanał powietrza zewnętrznego 20, w który wbudowany jest wymiennik ciepła 18 podgrzewający prowadzone do palnika 13a powietrze przeprowadzanymi przez jego drugi obieg spalinami. Podgrzewanie w wymienniku ciepła 18 prowadzonego do palnika 13a powietrza zapobiega kondensacji smółek z torgazu w kanale torgazu 21. Do palnika 13a na czas rozruchu doprowadzane jest paliwo rozpałko we ze zbiornika 26. Z reaktora 1 biomasa po przejściu przez sekcję suszenia i sekcję toryfikacji odprowadzana jest chłodzonym wodą przenośnikiem 7 do podajnika celkowego 27 wprowadzającego storyfikowane paliwo do zamkniętego zbiornika 28. Wpięty w kanał torgazu 21 kanał powietrza zewnętrznego 20 jest wprowadzony w jego środek i ma mniejszą średnicę, co powoduje inżektorowe zasysanie gazu z sekcji toryfikacji. Opalanie urządzenia grzewczego 13 gazem bezpośrednio pozyskiwanym z poddawanej prażeniu biomasy ma znacznie większą wartość opałową w porównaniu z innymi rozwiązaniami.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do suszenia i toryfikowania substancji organicznych zbudowane z reaktora półkowego oraz połączonego z nim urządzenia grzewczego, znamienne tym, że reaktor półkowy (1) zbudowany jest z komory suszenia (1a) wstępnego oraz umiejscowionej pod nią komory toryfikacyjnej (1b), w której zamocowanych jest kilka, na różnych poziomach, półek (3) wokół których zainstalowane są przenośniki zgrzebłowe (4, 5, 6), przy czym koniec każdego umiejscowionego wyżej przenośnika zgrzebłowego (4, 5) umiejscowiony jest nad początkiem przenośnika zgrzebłowego (5, 6) umiejscowionego pod nim, a na końcu najniższego przenośnika zgrzebłowego (6) umiejscowiony jest zamocowany w spodzie komory toryfikacyjnej (1b) przenośnik (7) wyprowadzający z reaktora (1) suszony materiał, a w komorze suszenia (1a) zamocowana jest półka (8) obudowana przenośnikiem zgrzebłowym (9), nad którego początkiem znajduje się wylot zamocowanego w stropie reaktora (1) podajnika (10) doprowadzającego suszony materiał do reaktora (1), a na którego końcu umiejscowiony jest zamocowany w przedzielającej obie komory przegrodzie (2) podajnik celkowy (11), którego wylot umiejscowiony jest nad najwyższym przenośnikiem zgrzebłowym (4) komory tory

   PL 233 490 B1 fikacyjnej (1b), pod półkami (3) komory taryfikacyjnej (1b) przebiegają ogrzewające w sposób pośredni biomasę kanały spalin (12) których wloty przed reaktorem (1) połączone są z komorą cyklonową urządzenia grzewczego (13), a wyloty przyłączone są do komory taryfikacyjnej (1b) i komory suszenia (1a) korzystnie z tyłu reaktora (1), przy czym w kanał (17) łączący kanały spalin (12) biegnące pod półkami (3) komory taryfikacyjnej (1b) z komorą suszenia (1 a) wbudowany jest wymiennik ciepła (18) spaliny/powietrze, w którego drugi obieg wbudowany jest kanał powietrza zewnętrznego (20), który końcem wylotowym wprowadzony jest w kanał torgazu (21), którego wlot wbudowany jest w komorę taryfikacyjną (1 b), a wylot przyłączony do palnika (13a) urządzenia grzewczego (13).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wprowadzony w kanał torgazu (21) kanał powietrza zewnętrznego (20) ma średnicę mniejszą od średnicy kanału torgazu (21) oraz w kanale torgazu (21) umiejscowiony jest współosiowo.