PL240927B1 - Sposób przetwarzania biomasy - Google Patents
Sposób przetwarzania biomasy Download PDFInfo
- Publication number
- PL240927B1 PL240927B1 PL424926A PL42492618A PL240927B1 PL 240927 B1 PL240927 B1 PL 240927B1 PL 424926 A PL424926 A PL 424926A PL 42492618 A PL42492618 A PL 42492618A PL 240927 B1 PL240927 B1 PL 240927B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- biomass
- microwave
- processing
- heating
- products
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 68
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims description 59
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 27
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 21
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 20
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 18
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 17
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 claims description 14
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 12
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 10
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 10
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 10
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 claims description 9
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 claims description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 8
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 claims description 8
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 6
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 6
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 6
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 claims description 5
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 claims description 5
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 5
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 claims description 4
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 241000219310 Beta vulgaris subsp. vulgaris Species 0.000 claims description 3
- 235000001950 Elaeis guineensis Nutrition 0.000 claims description 3
- 240000003133 Elaeis guineensis Species 0.000 claims description 3
- 235000021536 Sugar beet Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 claims description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 3
- 241001074116 Miscanthus x giganteus Species 0.000 claims description 2
- 240000002834 Paulownia tomentosa Species 0.000 claims description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims 1
- 229960004793 sucrose Drugs 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 12
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 7
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 7
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 5
- -1 oxygen organic compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 4
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 4
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 2
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 2
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 235000019482 Palm oil Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- ZQNPDAVSHFGLIQ-UHFFFAOYSA-N calcium;hydrate Chemical compound O.[Ca] ZQNPDAVSHFGLIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 235000019621 digestibility Nutrition 0.000 description 1
- 239000011363 dried mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 235000004213 low-fat Nutrition 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002540 palm oil Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000020374 simple syrup Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
PL 240 927 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania biomasy w procesie obróbki temperaturowej, skierowany na otrzymywanie surowców do biopaliw.
Globalizacja rolnictwa prowadzi do monokulturowego wykorzystywania ziemi uprawnej i eliminacji naturalnych procesów cyrkulacyjnych biomasy i w konsekwencji wyjaławiania gleby i utraty żyzności. Rośliny przemysłowe (kukurydza, trzcina cukrowa, bagassa trzciny cukrowej, zboża, burak cukrowy) oraz uprawy leśne służące do pozyskiwania drewna uprawiane są z nastawieniem na maksymalny uzysk produktów głównych (ziarno, cukier, skrobia, alkohol, drewno), pomijając produkty uboczne, co prowadzi do konkurencji między uprawami roślinnymi dla potrzeb żywieniowych i energetycznych (OZE).
Po zebraniu ziarna kukurydzy na polach zostają równoważne wagowo ilości słomy kukurydzianej. Ziarno zbiera się w stadium wysokiej dojrzałości, co skutkuje pozostawieniem na polach trudno przyswajalnej słomy kukurydzianej o zróżnicowanej wilgotności, wysokim stopniu zdrewnienia i wysokiej zawartości celulozy. Nieprzetworzona słoma kukurydziana czy też bagassa z trzciny cukrowej z powodu niskiej przyswajalności rzędu 10% - 15% mają znikomą wartość żywieniową dla zwierząt i są nieprzydatne jako substraty w biogazowniach (czasy retencji > 3-4 miesięcy).
Słoma kukurydziana z racji wysokiej i zmiennej wilgotności uzależnionej od pory zbioru i pozyskiwanej części rośliny (górna lub przyziemna) ma ograniczoną możliwość zastosowania energetycznego. Słomę kukurydzianą z bezpośredniego przetwarzania na brykiety paliwowe eliminuje wysoka energochłonność suszenia oraz wysokie koszty transportu do odbiorcy docelowego.
Polskie zgłoszenie patentowe P.410969 przedstawia sposób ekstruzji produktów rolnych prowadzący do zwiększenia ich przyswajalności, ograniczenia strat składowania i zapobiegania emisji gazów cieplarnianych. Sposób ten wykorzystuje ekstruzję z podgrzewaniem wsadu do temperatury dającej jedynie zwiększoną przyswajalność bez osiągnięcia warunków wytlewania przetwarzanej biomasy. Polskie zgłoszenie patentowe P.410970 przedstawia sposób suszenia i sterylizacji biomasy w celu ograniczenia strat związanych z jej przechowywaniem. Opis nie przedstawia jednak sposobów późniejszego wykorzystania otrzymanego produktu.
Polskie zgłoszenie patentowe P.410971 opisuje sposób wykorzystania ciepła odpadowego do procesu suszenia biomasy.
Polskie zgłoszenie patentowe P.415276 przedstawia sposób wytworzenia innowacyjnych emulsji paliwowych, w których podczas spalania wywołuje się zjawiska mikroeksplozji, zwiększające sprawność spalania emulsji z jednoczesnym eliminowaniem zjawisk powstawania niedopalonych cząstek pyłów odpowiedzialnych za postawanie smogu. Źródłem nośników energii do takich paliw są źródła nieodnawialne.
Z polskiego opisu patentowego PL229206 znany jest sposób wytworzenia innowacyjnych nawozów w procesie niskotemperaturowego przetwarzania biomasy z wykorzystaniem substancji alkalicznych oraz substancji ograniczających czasowo zdolność wypłukiwania i rozkładu mikrobiologicznego rozpuszczalnych składników. Wynalazek ten nie opisuje sposobu przetworzenia biomasy, lecz nadania im cech spowolnionego przekazywania do gleby substancji nawozowych wykorzystywanych przez rośliny.
Sposób przetwarzania biomasy według wynalazku polega na tym, że biomasę składającą się z produktów ubocznych z roślin uprawianych w skalach wielkoprzemysłowych, takich jak produkty uboczne z przetwórstwa i wykorzystania roślin uprawianych w skalach wielkoprzemysłowych, takich jak kukurydza, trzcina cukrowa, liście okrywowe i bagassa trzciny cukrowej, zboża, burak cukrowy, miskant olbrzymi, rośliny wodne, liście paulowni, słoma kukurydziana pozyskana po zbiorze kukurydzy na ziarno, wytłoki z przetwórstwa palmy olejowej, skorupy palmy kokosowej oraz produkty uboczne z pozyskiwania drewna, rozdrobnionych do wymiarów poniżej 5 cm, korzystnie 1 do 2 cm, w przypadku biomasy o naturalnej wysokiej wilgotności ewentualnie poddaje się wstępnemu suszeniu. Do tak przygotowanej biomasy dodaje się tlenki i/lub wodorotlenki metali alkalicznych, korzystnie wapno palone mielone i/lub roztwór mleka wapiennego, w ilości 1% do 5% wagowych, korzystnie 1 do 2% wagowych w stosunku do masy biomasy, i suszy przeciwprądowo w suszarni pionowej lub poziomej w warunkach intensywnego mieszania, przedmuchując gorącymi, korzystnie wcześniej osuszonymi gazami spalinowymi, korzystnie wytwarzanymi w trakcie spalania biogazu w generatorach prądu zasilanego biogazem ze współpracującej biogazowni. W trakcie tego procesu dodatek tlenków metali alkalicznych wiąże wodę i powstają hydraty
PL 240 927 B1 w postaci hydratu wapnia. Opuszczająca węzeł suszenia biomasa ma postać rozdrobnionej zhomogenizowanej pasty lub bryłek, w zależności od użytego surowca. Tak uzyskany wsad podawany jest w sposób ciągły do komory reakcyjnej, gdzie podgrzewany jest w trzech etapach: najpierw metodą ogrzewania konwencjonalnego do temperatury 100-120°C w czasie 10 minut - 2 godzin, a następnie stosując metodę ogrzewania konwencjonalnego zintegrowanego z mikrofalowym do temperatury 120-150°C w czasie 10 minut - 1 godzina w celu zainicjowania procesów autogenicznego rozkładu termicznego pod wpływem tlenu uwalnianego z tlenowych związków organicznych zawartych w przetwarzanej biomasie. W trzecim etapie ogrzewania doprowadza się wsad do temperatur 150° - 350°C w czasie do 5 do 15 minut ciepłem generowanym przez zestaw co najmniej trzech głowic mikrofalowych. Podczas wszystkich etapów procesu komorę reaktora przedmuchuje się gazem obojętnym lub dwutlenkiem węgla. Powstałe produkty gazowe, ciekłe i stałe rozdziela się. W wyniku procesu powstają trzy rodzaje produktów: biowęgiel i bioolej jako surowce do paliw emulsyjnych ora z gazy palne, wykorzystywane do generowania energii elektrycznej dla potrzeb instalacji technologicznych. Korzystnie ogrzewanie mikrofalowe prowadzi się w systemie wirującego pola mikrofalowego poprzez stosowanie rozmieszczonych obwodowo wokół komory reaktora głowic emitujących mikrofale włączanych naprzemiennie i nierównocześnie.
Strumień gazów opuszczających instalację po schłodzeniu wykorzystuje się jako paliwo gazowe do instalacji produkującej energię elektryczną dla potrzeb modułu zasilania generatora mikrofal, korzystnie będącej turbiną gazową, jako strumień dodatkowego gazu do biogazu wytwarzanego we współpracującej biogazowni lub po oczyszczeniu i schłodzeniu jako strumień gazów palnych dodawanych do komory fermentacyjnej, korzystnie drugiego stopnia, we współpracującej biogazowni. Dzięki takiemu sposobowi postępowania rozwiązuje się problem oczyszczania gazów odlotowych z procesu wytlewania i jednocześnie jego zagospodarowania.
Powstające w procesie produkty stałe i ciekłe miesza się ze sobą, korzystnie po schłodzeniu, i poddaje operacjom rozdrabniania i homogenizacji, wykorzystując w tym celu znane metody mielenia hydrodynamicznego i/lub zjawiska kawitacji. Jednorodną fazę ciekłą zawierającą nanocząstki węgla organicznego i biooleju uzupełnia się znanymi metodami wodą i detergentami, tak aby łączna zawartość fazy ciągłej nie przekraczała 28-30%, detergentów 1-3% i fazy rozproszonej jako pozostałości. Tak uzyskany produkt wykorzystuje się jako wyjściowy surowiec do wytwarzania paliw zawiesinowych nowej generacji.
Mokre surowce roślinne praktycznie nie nadają się do generacji energii i muszą być wstępnie wysuszone. Stosowanie konwencjonalnej metody suszenia umożliwia co prawda wysuszenie surowca, jednak w dalszym etapie możliwe byłoby wyłącznie prowadzenie ogrzewania konwencjonalnego. Ogrzewanie konwencjonalne powoduje nagrzewanie najpierw warstw wierzchnich i konwekcję ciepła do wnętrza masy. Tak prowadzony proces powoduje, że powierzchnia biomasy ma inną temperaturę niż jej wnętrze i w efekcie powierzchniowo jest przegrzana a wewnątrz niedogrzana. Proces przebiega odmiennie w każdej warstwie biomasy. Dodanie do wilgotnej biomasy tlenków i wodorotlenków metali alkalicznych prowadzi do powstania hydratów umożliwiających skuteczne stosowanie ogrzewania mikrofalowego w kolejnych etapach procesu. Mikrofale wprawiają cząsteczki wody oraz cząsteczki hydratów znajdujące się w nagrzewanym ciele w drgania rotacyjne. Energia drgających cząsteczek wody w wyniku silnego tłumienia drgań rozprasza się i jest przekazywana cząsteczkom podgrzewanego ciała - tym samym rośnie jego energia termiczna i w konsekwencji temperatura. Ogrzewanie dzięki zastosowaniu innowacyjnego mikrofalowego pola wirowego zachodzi jednocześnie i równomiernie w całej masie surowca przemieszczanego przez strefę napromieniowania.
Powstające w procesie niskotemperaturowej pirolizy biomasy wspomaganej mikrofalami produkty ciekłe i frakcje olejowe (bioolej) bogate w kwasy, w tym kwas octowy, poddaje się znanymi metodami separacji na frakcje olejowe kierowane do produkcji paliw zawiesinowych, a wodne roztwory kwasów, korzystnie kwasu octowego, wprowadzane są korzystnie po dodatkowym oczyszczeniu do roztworów fermentacji metanowej w biogazowniach, wykorzystując je jako substraty zwiększające skalę wytwarzania biogazu.
Zaletą produktu uzyskanego sposobem według wynalazku jest to, że paliwo jest w 100% paliwem odnawialnym, produkt ma formę płynną nadającą się do bezpiecznego transportu, składowania i przed wykorzystaniem w procesach spalania nie wymaga kosztownych operacji suszenia , a także zabezpieczania przed zapłonem i wybuchem w trakcie składowania. Dodatkowo do wytwarzania paliw zawiesinowych wykorzystuje się dużą część biooleju będącego mieszaniną różnych ciekłych produktów termicznej obróbki biomasy. Nieoczekiwanie, zgodnie z wynalazkiem, obecność w produktach procesu hydratu wapnia powoduje, iż wytwarzane paliwo zawiesinowe, posiadające
PL 240 927 BI w swoim składzie hydrat wapnia, w temperaturach spalania przekraczających 527°C rozkłada się termicznie, wywołując zjawiska mikroeksplozji, ograniczając powstawanie smogu i podwyższając skuteczność spalania.
Dotychczasowe procesy zabezpieczania biomasy przed rozkładem opierały się na poddawaniu jej hydrolizie kwasowej (kwasem siarkowym lub solnym), kiszeniu lub zabezpieczaniu na drodze suszenia. Lepsze efekty daje zgodnie z wynalazkiem obróbka rozdrobnionej biomasy tlenkami i/lub wodorotlenkami metali alkalicznych. Tak zabezpieczoną biomasę można składować bez obaw o utratę wartości energetycznych w procesach wytwarzania paliw zawiesinowych zgodnie z wynalazkiem nawet do 12 miesięcy i traktować jako pełnowartościowe całoroczne źródło substratów.
Produkty procesu obróbki temperaturowej zależą od rodzaju biomasy i warunków procesu. Przykładowy skład chemiczny i zmiany tego składu podaje poniższa Tablica.
Piroliza mikrofalowa biomasy kukurydzianej i celulozy - wpływ mocy promieniowania na skład produktów:
| Moc promieniowania mikrofalowego 300 W | Moc promieniowania mikrofalowego 1000 W | ||
| Biomasa kukurydziana | Celuloza | Biomasa kukurydziana | |
| Produkty gazowe (%) | 14,36 | 7,52 | 46,88 |
| Produkty ciekłe (%) | 16,34 | 13,76 | 30,16 |
| Produkty stałe (%) | 69,3 | 79,72 | 23,98 |
Własności fizykochemiczne biooleju:
| Cecha | Wartość |
| pH | 2,87 |
| Wilgotność w % wagowych | 15,2 |
| Gęstość w g/ml | 1,25 |
| Lepkość dynamiczna mPa*s w temperaturze: | |
| 20°C | 1260 |
| 40 °C | 185 |
| 60 °C | 60 |
| 80 °C | 34 |
| Górna wartość opałowa HHV MJ/kg | 17,51 |
PL 240 927 BI
| Skład pierwiastkowy: % wagowych | |
| Węgiel | 60,66 |
| Wodór | 7,70 |
| Azot | 2,02 |
| Siarka | 0,15 |
Przykład 1:
Wsad słomy kukurydzianej w ilości 200 Mg o wilgotności 55% pozyskanej po zbiorze kukurydzy na ziarno ze 100 hektarów upraw kukurydzy zawiera 90 Mg suchej masy rozdrobniony znanymi metodami do wymiarów do 2 cm dostarcza się na miejsce bezpośredniego przetworzenia, gdzie miesza się go z 6 tonami hydratu wapnia, suszy się go znanymi metodami do wilgotności 9%. Biomasa po wysuszeniu zawiera 90 Mg suchej biomasy, 4 Mg hydratu wapnia i do 9 Mg wilgoci. Wysuszoną mieszaninę homogenizuje się w celu równomiernego rozmieszczenia dodanego hydratu wapnia między cząstkami biomasy. Wsad podawany jest w sposób ciągły przez kolejne strefy komory reakcyjnej, gdzie najpierw jest suszony metodą ogrzewania konwencjonalnego w temperaturze 110°C w czasie 20 minut w celu dokończenia procesu suszenia, a następnie do kolejnej strefy reaktora, gdzie wykorzystując metodę ogrzewania konwencjonalnego zintegrowaną z mikrofalowym zwiększa się temperaturę do 150°C i wygrzewa przez 10 minut w celu zainicjowania procesów autogenicznego rozkładu termicznego pod wpływem tlenu uwalnianego z tlenowych związków organicznych zawartych w biomasie. Na kolejnym etapie ogrzewania wsad podgrzewany do 350°C w strefie oddziaływania mikrofal, gdzie czynnikiem generującym ciepło do nagrzania wsadu jest promieniowanie mikrofalowe, którego intensywność kontroluje się układem sterowania sprzężonym z układem pomiaru temperatur panujących w strefie mikrofalowej reaktora. Zadaniem tej strefy jest zapewnienie na drodze regulacji prędkości wędrówki wsadu przez strefę mikrofalową oraz intensywności promieniowania mikrofalowego stworzenie warunków pozwalających na uzyskanie pożądanego składu produktów pirolizy. Promieniowanie wytwarzane przez system pięciu głowic emitujących mikrofale skonfigurowanych tak, aby wytworzone mikrofale doprowadzane falowodami do strefy grzewczej reaktora omiatały wędrujący przez jej centrum wsad biomasowy. W systemie stosuje się kilka następujących po sobie stref promieniowania, aby zapewnić ścisłą kontrolę warunków temperaturowych panujących w procesie. Podczas prowadzenia całego procesu komorę reakcyjną przedmuchuje się dwutlenkiem węgla. Otrzymane produkty stałe ciekłe i gazowe odpowiednio w ilościach 43% ( biowęgiel), 16% (bioolej) i gazy wytlewne z parą wodną jako pozostałość oddziela się od siebie i poddaje dalszemu przetwarzaniu.
W odmianie sposobu przetwarzania 200 Mg biomasy z roślin wodnych o naturalnej wilgotności 80% poddaje się na miejscu pozyskania wstępnemu podsuszeniu do wilgotności 30%, rozdrabnia do rozmiarów poniżej 5 cm i dostarcza na miejsce bezpośredniego przetworzenia, gdzie po uprzednim wymieszaniu z wapnem palonym mielonym w ilości 5% wagowych jako dodatkiem intensyfikującym suszenie poddaje dalszemu suszeniu do wilgotności < 15%, a następnie wysuszeniu docelowemu w suszarni przeciwprądowej pionowej wielo-półkowej w warunkach intensywnego mieszania, przedmuchując jednocześnie przesypującą się z półki na półkę masę gorącymi, wcześniej osuszonymi gazami spalinowymi, bogatymi w dwutlenek węgla, wytwarzanymi w trakcie spalania biogazu w generatorach prądu zasilanego biogazem ze współpracującej biogazowni lub ze spalania gazów wytlewnych powstających w instalacji pirolizy. Opuszczająca węzeł suszenia biomasa ma postać rozdrobnionej zhomogenizowanej sieczki i wilgotność nie przekraczającą 5%.
Tak uzyskany wsad podawany jest w sposób ciągły do komory reakcyjnej poziomej, gdzie podgrzewany jest najpierw metodą ogrzewania konwencjonalnego do temperatury 120°C w czasie 30 minut w celu dokończenia procesu suszenia, a następnie, wykorzystując metodę ogrzewania konwencjonalnego zintegrowanego z mikrofalowym do temperatury od 130°C w czasie 40 minut w celu zainicjowania procesów autogenicznego rozkładu termicznego pod wpływem tlenu uwalnianego z tlenowych związków organicznych zawartych w przetwarzanej biomasie. Na kolejnym etapie ogrzewania do 220°C czynnikiem generującym ciepło do nagrzania wsadu jest promieniowanie mikrofalowe wytworzone przez sys
PL 240 927 B1 tem trzech głowic emitujących mikrofale kierowane następnie falowodami do stref nagrzewania mikrofalowego w reaktorach. Głowice emitujące mikrofale są rozmieszczone obwodowo wokół komory reaktora i włączane naprzemiennie i nierównocześnie w sposób sekwencyjny, zapewniający nadanie promieniowaniu charakteru wirowego, zapewniającego stworzenie stabilnych warunków pirolizy w strefie wytlewania. Podczas prowadzenia procesu komorę reakcyjną przedmuchuje się azotem. Otrzymane produkty gazowe, ciekłe i stałe oddziela się.
P r z y k ł a d 2
W odmianie sposobu według wynalazku jako wsad biomasowy stosuje się liście okrywowe trzciny cukrowej w mieszaninie 50% : 50% z bagassą pozostałą po wytłoczeniu syropu cukrowego z łodyg trzciny cukrowej. Mieszaninę rozdrabnia do wymiarów do 2 cm i miesza z 4% zawiesiną mleka wapiennego do uzyskania zhomogenizowanej masy. Tak uzyskany wsad poddaje się suszeniu znanymi metodami korzystnie metodą INNODRYING do wilgotności poniżej 10%, a następnie podaje bezzwłocznie i w sposób ciągły do komory reakcyjnej, gdzie podgrzewa się go metodami ogrzewania konwencjonalnego do temperatury 120°C w czasie 30 minut w celu pełnego wysuszenia, a następnie wykorzystując metodę ogrzewania konwencjonalnego zintegrowaną z mikrofalowym do temperatury do 150°C w czasie 15 minut w celu i zainicjowania procesów autogenicznego rozkładu termicznego pod wpływem tlenu uwalnianego z tlenowych związków organicznych zawartych w biomasie. Na etapie dalszego ogrzewania do 350°C czynnikiem generującym niezbędne ciepło do nagrzania wsadu oraz kontrolującym profil temperaturowy wsadu podczas wędrówki wsadu przez strefę wytlewania jest promieniowanie mikrofalowe realizowane przez system sześciu głowic emitujących mikrofale. Czynnikiem generującym ciepło do nagrzania wsadu jest promieniowanie mikrofalowe realizowane przez system pięciu głowic emitujących mikrofale absorbowane w całej masie reakcyjnej przez polarne cząstki dodanego wcześniej hydratu wapnia. Podczas prowadzenia całego procesu komorę reakcyjną przedmuchuje się azotem. Otrzymane produkty gazowe, ciekłe i stałe oddziela się od siebie.
P r z y k ł a d 3:
Proces realizuje się zgodnie z przykładem 1 z tą różnicą, iż jako źródło nadmiarowej biomasy w procesie pirolizy niskotemperaturowej wspomaganej mikrofalami zamiast słomy kukurydzianej wykorzystuje się rozdrobnione do wymiarów poniżej 2 cm liście okrywowe z trzciny cukrowej pozyskane w operacji usuwania ich od łodyg bogatych w cukry, mieszając je w proporcjach wagowych 50 : 50% z rozdrobnionymi wytłoczynami pozostałymi z wytłaczania oleju z owoców palmy olejowej, skorup orzechów kokosowych, pestek, owoców pestkowych. Pozyskaną biomasę rozdrabnia się na cząstki o wymiarach do 2 cm, a następnie homogenizuje i z tak uśrednionego produktu formuje bryłki lub granulki o kształtach regularnych, pudrując powierzchnię granulek popiołem lub wapnem palonym w ilości 4% wagowych w celu zmniejszenia tendencji bryłek biomasowych do sklejania podczas ich wędrówki przez komory niskotemperaturowej pirolizy wspomaganej mikrofalami i zwiększenia zdolności do absorbowania energii promieniowania mikrofalowego na etapach, gdy wsad pozbawiony wilgoci traci zdolność absorpcji takiego promieniowania. Zgodnie z wynalazkiem obecność we wsadzie cząstek hydratu wapnia powstałych w reakcji wapna z wilgocią zawartą w biomasie lub popiołu o polarnej budowie cząstek umożliwia mimo braku wilgoci na kontynuowanie absorbowania energii fal mikrofalowych i w konsekwencji kontynuowanie procesu pirolizy wspomaganej mikrofalami w fazie, gdy wsad nie zawiera wilgoci mogącej absorbować takie promieniowanie.
P r z y k ł a d 4:
Sposób zgodnie z przykładami 1 do 3 z tą różnicą, że jako substancję alkaliczną zamiast hydratu wapnia lub zawiesiny mleka wapiennego stosuje się wapno palone mielone wysokiej reaktywności. Podczas mieszania pulpy z wapnem występująca w ziarenkach wilgotnej pulpy biomasowej woda reaguje z wapnem z utworzeniem hydratu, zmniejszając wilgotność pulpy, a dodatkowo cząsteczki powstałego hydratu wapnia dzięki wysokiej zdolności pochłaniania promieniowania mikrofalowego pozwalają na równoczesne i gwałtowne podgrzewanie biomasy do temperatur, w których możliwa jest autogeniczna piroliza z udziałem związanego z biomasą tlenu. Temperaturę reguluje się intensywnością promieniowania mikrofalowego kontrolowaną w oparciu o pomiary temperatury panującej we wsadzie zgodnie z sygnałami systemu czujników temperatury w poszczególnych strefach reaktora.
P r z y k ł a d 5:
W przypadku, gdy wilgotność rozdrobnionej biomasy, zwłaszcza biomasy drzewnej, jest zbyt niska, aby skutecznie absorbować promieniowanie mikrofalowe, przez co utrudnione staje się efektywne i skuteczne dosuszanie a następnie podgrzewanie wsadu, korzystnym jest dodanie do przetwarzanej biomasy 2 do 4% roztworu mleka wapiennego, które wprowadza niezbędne dla skutecznej absorpcji
Claims (8)
- PL 240 927 B1 promieniowania mikrofalowego cząsteczki wody, a po uzyskaniu przez biomasę stanu pełnego wysuszenia wysuszone, z natury polarne cząstki hydratu wapnia, spełniają funkcję absorberów promieniowania i w konsekwencji powodują wzrost temperatury do temperatur, w których rozpoczyna się piroliza niskotemperaturowaZastrzeżenia patentowe1. Sposób przetwarzania biomasy z wykorzystaniem wstępnego etapu pirolizy, znamienny tym, że biomasę składającą się z produktów ubocznych z przetwórstwa i wykorzystania roślin uprawianych w skalach wielkoprzemysłowych, takich jak kukurydza, trzcina cukrowa, liście okrywowe i bagassa trzciny cukrowej, zboża, burak cukrowy, miskant olbrzymi, rośliny wodne, liście paulowni, słomę kukurydzianą pozyskaną po zbiorze kukurydzy na ziarno, wytłoki z przetwórstwa palmy olejowej, skorupy palmy kokosowej oraz produkty uboczne z pozyskiwania drewna, rozdrobnionych do wymiarów poniżej 5 cm, w przypadku biomasy o naturalnej wysokiej wilgotności ewentualnie poddaje się wstępnemu suszeniu, a następnie do tak przygotowanej biomasy dodaje się tlenki i/lub wodorotlenki metali alkalicznych w ilości 1% do 5% wagowych w stosunku do masy biomasy i suszy przeciwprądowo w suszarni pionowej lub poziomej w warunkach intensywnego mieszania, przedmuchując gorącymi gazami, a opuszczająca węzeł suszenia biomasa o postaci rozdrobnionej zhomogenizowanej pasty lub bryłek, w zależności od użytego surowca, podawana jest w sposób ciągły do komory reakcyjnej, gdzie podgrzewana jest w trzech etapach: najpierw metodą ogrzewania konwen cjonalnego do temperatury 100-120°C w czasie 10 minut - 2 godzin, a następnie, stosując metodę ogrzewania konwencjonalnego zintegrowanego z mikrofalowym do temperatury 120-150°C w czasie 10 minut - 1 godzina, a w trzecim etapie ogrzewania doprowadza się wsad do temperatur 150° - 350°C w czasie od 5 do 15 minut ciepłem generowanym przez zestaw co najmniej trzech głowic mikrofalowych, przy czym podczas wszystkich etapów procesu komorę reaktora przedmuchuje się gazem obojętnym lub dwutlenkiem węgla, a powstałe produkty gazowe, ciekłe i stałe rozdziela się.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako biomasę stosuje się słomę kukurydzianą lub biomasę nadmiarową z produkcji cukru trzcinowego lub biomasę pozostającą po procesach pozyskania i przetwórstwa drewna, lub z przetwórstwa owoców palmy olejowej, lub orzechów kokosowych.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że biomasa rozdrobniona jest do rozmiarów 1 do 2 cm.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło tlenku metalu alkalicznego stosuje się wapno palone mielone.
- 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako źródło wodorotlenku metalu alkalicznego stosuje się roztwór mleka wapiennego.
- 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się tlenki i/lub wodorotlenki metali alkalicznych w ilości 1% do 2% wagowych w stosunku do suchej masy biomasy poddawanej przetwarzaniu w procesie.
- 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gorące gazy stosuje się osuszone gazy spalinowe wytwarzane w trakcie spalania biogazu w generatorach prądu zasilanego biogazem ze współpracującej biogazowni lub gazy spalinowe ze spalania gazów wytlewnych i popirolitycznych wytwarzanych w instalacji pirolizy niskotemperaturowej wspomaganej mikrofalami.
- 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie mikrofalowe biomasy poddawanej procesowi prowadzi się w systemie wirującego pola mikrofalowego wytwarzanego przez rozmieszczone obwodowo wokół komory reaktora głowice emitujące mikrofale włączane naprzemiennie i nierównocześnie.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424926A PL240927B1 (pl) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Sposób przetwarzania biomasy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424926A PL240927B1 (pl) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Sposób przetwarzania biomasy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL424926A1 PL424926A1 (pl) | 2019-09-23 |
| PL240927B1 true PL240927B1 (pl) | 2022-06-27 |
Family
ID=67979694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL424926A PL240927B1 (pl) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Sposób przetwarzania biomasy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL240927B1 (pl) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL206503B1 (pl) * | 2004-05-28 | 2010-08-31 | Zbigniew Bis | Sposób i urządzenie do waloryzacji w tym autotermicznej stałych paliw, w tym odpadowych, biomasy zwłaszcza dla czystej produkcji energii elektrycznej i ciepła, węgla aktywnego oraz gazów |
| CN103525502A (zh) * | 2013-09-30 | 2014-01-22 | 南京师范大学 | 一种燃煤电站锅炉生物质再燃脱硝剂及其制备方法 |
| CN104357071B (zh) * | 2014-10-16 | 2016-10-19 | 昆明理工大学 | 一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭、生物质油和生物质气的方法 |
| PL410970A1 (pl) * | 2015-01-16 | 2016-07-18 | Stanisław Jakub Rogut | Sposób suszenia i sterylizacji w celu ograniczenia strat składowania i ograniczania niekontrolowanej emisji gazów cieplarnianych na drodze wykorzystania synergii między procesami oraz urządzenia do realizacji tego sposobu |
| CN107744813A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-02 | 桂林市漓江机电制造有限公司 | 高效生物质裂解催化剂及其制备方法 |
-
2018
- 2018-03-16 PL PL424926A patent/PL240927B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL424926A1 (pl) | 2019-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102205450B1 (ko) | 축분을 주원료로 한 고체연료화 시스템 및 그 방법 | |
| CN101050137B (zh) | 利用农林生物质生产轻基质的综合处理方法及装置 | |
| RU2518120C2 (ru) | Способ термической обработки биомассы с использованием котельной установки | |
| KR101045399B1 (ko) | 축분과 인분을 이용한 유기질 비료의 제조방법 및 그 제조시스템 | |
| US20120192485A1 (en) | Apparatus and process for torrefaction of ligno-cellulosic biomasses and mixtures with liquid | |
| EP3388498B1 (en) | Method for producing bio-oil using torrefaction and fast pyrolysis process | |
| EP0105937B1 (en) | Method of manufacturing alcohol from ligno-cellulose material | |
| BR112012031433B1 (pt) | métodos para produzir grânulos de combustível e outros produtos a partir de biomassa lignocelulósica | |
| US20220306958A1 (en) | Process for producing solid biomass fuel | |
| KR20220074337A (ko) | 유기성 폐기물을 재활용한 이산화탄소 저감용 바이오차 제조방법 및 이를 이용한 완효성 비료 제조방법 | |
| CN107226723A (zh) | 一种利用农业有机废弃物降解制备肥料的方法 | |
| CN106007839A (zh) | 一种新型改性生物炭肥及其制备方法 | |
| KR20200081907A (ko) | 바이오매스로부터 제조되는 바이오차를 이용한 완효성 비료의 제조 방법 | |
| RU2326900C1 (ru) | Способ переработки органических углеродсодержащих отходов и углеродсодержащие формовки | |
| CZ2015772A3 (cs) | Způsob zpracování obilního a/nebo kukuřičného zrna při výrobě biolihu a palivo a zařízení pro provádění tohoto způsobu | |
| CN104130087B (zh) | 一种土壤调酸剂肥的制备方法 | |
| RU2793126C1 (ru) | Способ изготовления топливного брикета и топливный брикет | |
| PL240927B1 (pl) | Sposób przetwarzania biomasy | |
| RU2703801C1 (ru) | Линия для получения полнорационного комбикорма на основе растительной биомассы | |
| US7659098B2 (en) | Method of treating waste from alcohol production | |
| JP7727989B2 (ja) | 木質爆炎ペレット燃料の製造方法 | |
| KR100729371B1 (ko) | 왕겨숯 및 왕겨초액 제조장치 | |
| RU2760216C1 (ru) | Способ глубокой переработки птичьего помета | |
| KR102568848B1 (ko) | 계분 소성 비료의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 계분 소성 비료 | |
| KR102568866B1 (ko) | 계분 소성 비료 |