Способ получения синтез-газа с заданным соотношением между объемным содержанием водорода и монооксида углерода путем многостадийной пиролитической конверсии биомассы

Изобретение относится к способу получения из растительной биомассы, который может быть использован в энергетике и в ряде химических производств. Способ осуществляют путем прохождения перерабатываемой биомассы стадии пиролиза в секции, нагреваемой до температуры 600°С, а выделяющиеся в процессе термического распада биомассы летучие продукты пиролиза фильтруются через образовавшийся на стадии пиролиза угольный остаток во второй независимо нагреваемой секции при температуре 1000°С. При этом перед направлением в устройство для термической конверсии в монооксид углерода и водород биомасса подвергается низкотемпературному пиролизу при температуре в диапазоне 200-350°С, в результате чего происходит изменение ее элементного состава, выражающееся в изменении соотношения между содержанием водорода и кислорода, что приводит к изменению соотношения между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в получаемом синтез-газе и позволяет получать синтез-газ с соотношением между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в диапазоне от 1:1 до 2:1. Технический результат заключается в разработке способа, позволяющего получать синтез-газ с заданным соотношением между объемным соотношением водорода и монооксида углерода. 1 табл., 4 пр.

 

Предлагаемый способ может быть использован как в энергетике, так и в ряде химических производств, включая производство жидких моторных топлив, для которых необходим синтез-газ с различным соотношением между объемным содержанием водорода и монооксида углерода, и будет способствовать расширению сферы использования возобновляемых углеводородных ресурсов. Следует особо отметить, что в предлагаемом способе в качестве сырьевого материала могут быть использованы различные виды биомассы, включая отходы деревообрабатывающего и сельскохозяйственного производств, что позволяет рассматривать его и как метод энергетической утилизации широкого класса углеводородных отходов растительного происхождения и будет способствовать решению ряда экологических проблем и проблем рационального природопользования.

Существуют различные способы получения синтез-газа как из ископаемых углеводородных ресурсов (паровая и углекислотная конверсия метана, парциальное окисление метана, парокислородная конверсия угля), так и из возобновляемого углеводородного сырья (воздушная, кислородная, плазменная газификация, пиролиз). При использовании автотермических методов газификации в составе получаемой газовой смеси значительную долю составляют буферные газы (азот, двуокись углерода). Основным недостатком аллотермических методов, к которым относится пиролиз, является низкая степень конверсии исходного сырья в газообразное состояние.

Известен способ конверсии биомассы в газообразное и жидкое топливо, при котором перерабатываемое сырье проходит стадию пиролиза, а затем образующиеся на этой стадии пиролизные газы и пары проходят стадию высокотемпературной переработки, заключающуюся в их фильтрации через нагретый пористый углеродный материал, представляющий собой угольный остаток, полученный на стадии пиролиза исходного сырья (в дальнейшем будем называть этот способ - двухстадиной пиролитической конверсией). К достоинствам данного способа следует отнести то, что он позволяет существенно увеличить массовую долю исходного сырья, конвертируемого в газообразное состояние, повысить эффективность энергетической конверсии и получать газ, основными компонентами которого являются водород и монооксид углерода. Для реализации указанного способа был предложен ряд устройств. Недостатком устройства, предложенного в патенте РФ 2380395 по классу C10B 47/30, C10B 53/00, заявл. 01.08.2008, опубл. 27.01.2010 для реализации этого способа, является то, что для увеличения доли получаемого газообразного топлива необходимо увеличивать температуру на входе в каналы обогрева, т.е. использовать больше жидкого топлива, поскольку теплоту, необходимую для проведения процесса, получают за счет его сжигания. Таким образом, устройство эффективно может работать только при определенном соотношении между количеством получаемого жидкого и газообразного топлив. Кроме того изменение температуры каналов обогрева, по которым движутся частицы угольного остатка, приведет к изменению состава конечных продуктов.

Известно устройство для термической конверсии биомассы в монооксид углерода и водород [патент РФ 97727 по классу C10B 53/02, F23G 5/00, заявл. 12.03.2010, опубл. 20.09.2010], основанное на том же принципе и имеющее верхнюю секцию, нагреваемую до температур 450-600°C, в которой происходит пиролиз перерабатываемого сырья, и нижнюю секцию, нагреваемую до температур 950-1000°C, в которой происходит термическое разложение летучих продуктов пиролиза при их фильтрации через угольный остаток, а образующаяся в итоге смесь водорода и монооксида углерода выводится из устройства по трубчатому каналу. Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Недостатком прототипа, а также приведенного выше аналога, является невозможность варьирования состава получаемого синтез-газа, а именно, соотношения между объемным содержанием водорода и монооксида углерода. Согласно исследованиям, проведенным в работе В.А. Лавренов, О.М. Ларина, В.А. Синельщиков, Г.А. Сычев. Двухстадийная пиролитическая конверсия различных видов биомассы в синтез-газ. ТВТ. 2016. Т. 54. №6. С.950-956, соотношение между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в синтез-газе, получаемом методом двухстадийной пиролитической конверсии биомассы, определяется исходным элементным составом перерабатываемого сырья, а именно, содержанием в нем водорода и кислорода. Для биомассы растительного происхождения это соотношение находится в пределах от 1:1 до 1,2:1, что подтверждается как экспериментальными данными, так и оценками, основанными на предположении, что в процессе двухстадийной пиролитической переработки весь внутренний кислород связывается в СО, а водород выделяется в виде H2 [В.А. Лавренов, О.М. Ларина, В.А. Синелыциков, Г.А. Сычев. Двухстадийная пиролитическая конверсия различных видов биомассы в синтез-газ. ТВТ. 2016. Т. 54. №6. С.950-956].

Общим признаком прототипа и заявляемого способа получения синтез-газа из биомассы является то, что в обоих случаях непосредственно конверсия твердого сырья в газ осуществляется в две стадии, а именно, пиролиз при температуре 600°C и последующий крекинг летучих продуктов пиролиза в процессе их фильтрации через угольный остаток при температуре 1000°C, которые протекают в двух различных секциях с независимым нагревом.

Отличие заявляемого способа состоит в том, что в нем присутствует дополнительная стадия, которую проходит исходная биомасса перед ее конверсией в синтез-газ.

Предлагаемое изобретение решает задачу пиролитической конверсии растительной биомассы в синтез-газ с заданным соотношением между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в диапазоне от 1:1 до 2:1.

Поставленная задача решается за счет того, что перед тем как подаваться на переработку в устройство для термической конверсии в монооксид углерода и водород исходная биомасса проходит стадию низкотемпературного пиролиза, т.е. нагревается в безкислородной среде до температур 200-350°C, что в результате происходящей при этом частичной термической деструкции органической составляющей биомассы, сопровождающейся выходом летучих продуктов пиролиза, приводит к изменению ее элементного состава, выражающегося в изменении соотношения между водородом и кислородом, и как следствие - к изменению соотношения между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в синтез-газе, получаемом из биомассы, прошедшей предварительную стадию низкотемпературного пиролиза.

Сущность заявленного способа и возможность получения заявленного результата демонстрируются приведенными ниже примерами, в которых использованы данные из работы J.H. Peng, Х.Т. Bi, S. Sokhansanj, C.J. Lim Torrefaction and densification of different species of softwood residues. Fuel. 2013. V. 111. P. 411-421 по элементному составу исходной и прошедшей стадию низкотемпературного пиролиза при различных температурах Тп древесной биомассы:

Пример 1.

Согласно [В.А. Лавренов, О.М. Ларина, В.А. Синельщиков, Г.А. Сычев. Двухстадийная пиролитическая конверсия различных видов биомассы в синтез-газ. ТВТ. 2016. Т. 54. №6. С.950-956] соотношение между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в синтез-газе, получаемом двухстадийной пиролитической конверсии из исходной древесной биомассы, будет равно:

VH2 /VCO=(CH/2)/ (CO/16)=1,1.

Пример 2.

При использовании того же способа применительно к древесной биомассе, прошедшей стадию низкотемпературного пиролиза при температуре 270°C, соотношение между объемным содержанием водорода и монооксида углерода будет равно

VH2/VCO=1,27.

Пример 3.

При использовании того же способа применительно к древесной биомассе, прошедшей стадию низкотемпературного пиролиза при температуре 300°C, соотношение между объемным содержанием водорода и монооксида углерода будет равно

VH2 /VCO=1,41.

Пример 4.

При использовании того же способа применительно к древесной биомассе, прошедшей стадию низкотемпературного пиролиза при температуре 340°C, соотношение между объемным содержанием водорода и монооксида углерода будет равно

VH2/VCO=1,70.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленный способ получения синтез-газа позволяет целенаправленно изменять в нем соотношение между объемным содержанием водорода и монооксида углерода за счет предварительной пиролитической обработки исходного сырья.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о решениях, аналогичных предлагаемому способу, который позволяет получать из биомассы синтез-газ с заданным объемным соотношением водорода и монооксида углерода, т.е. целенаправленно изменять качество конечного продукта, что свидетельствует о соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень», а приведенные примеры демонстрируют возможность реализации предлагаемого способа и его соответствие критерию «промышленная применимость».

Способ получения синтез-газа из растительной биомассы, заключающийся в том, что перерабатываемая биомасса проходит стадию пиролиза в секции, нагреваемой до температуры 600°С, а выделяющиеся в процессе термического распада биомассы летучие продукты пиролиза фильтруются через образовавшийся на стадии пиролиза угольный остаток во второй независимо нагреваемой секции при температуре 1000°С, отличающийся тем, что перед направлением в устройство для термической конверсии в монооксид углерода и водород биомасса подвергается низкотемпературному пиролизу при температуре в диапазоне 200-350°С, в результате чего происходит изменение ее элементного состава, выражающееся в изменении соотношения между содержанием водорода и кислорода, что приводит к изменению соотношения между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в получаемом синтез-газе и позволяет получать синтез-газ с соотношением между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в диапазоне от 1:1 до 2:1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству производства синтез-газа. Способ производства синтез-газа (5) осуществляется посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6).

Изобретение относится к способу уменьшения образования агломератов во время термического разложения сырья из углеродсодержащих материалов. Описан способ некаталитического термического разложения, включающий: подачу в общем твердого сырья в установку термического разложения; перемещение сырья через по меньшей мере одну зону газификации в установке термического разложения при помощи устройства для перемещения и подачу кислорода и необязательно дополнительного газа в зону газификации, причем кислород и необязательно дополнительный газ подается к устройству для перемещения и выходит на поверхности устройства для перемещения; причем сырье перемещают через зону газификации и кислород подают в зону газификации со скоростями, эффективными для поддержания температуры слоя материала, не превышающей 2300°F в любой точке в слое материала, и для поддержания температуры слоя материала от 500 до 2000°F.
Изобретение относится к способу производства жидкого топлива. Способ включает: а) конверсию твердого углеродсодержащего материала в блоке газификации с образованием сингаза газификатора; b) проведение сингаза газификатора в блок обработки газа и обработку в нем сингаза газификатора, при этом указанный блок обработки газа включает в себя блок удаления кислого газа, предназначенный для удаления менее 50% CО2, присутствующего в сингазе газификатора; c) образование по меньшей мере потока обработанного сингаза газификатора, содержащего по меньшей мере 50% CО2 сингаза газификатора, газового потока, обогащенного CО2, и потока, обогащенного серой; d) использование по меньшей мере 90% обогащенного CО2 газового потока при образовании сингаза газификатора; e) конверсию легкого ископаемого топлива в блоке конверсии легкого ископаемого топлива с образованием обогащенного H2 сингаза, содержащего H2 и CO в молярном отношении H2/CO по меньшей мере 2:1; f) объединение обработанного сингаза газификатора и обогащенного H2 сингаза с образованием смешанного сингаза, имеющего более высокое отношение Н2/СО, чем в потоке обработанного сингаза газификатора; g) конверсию смешанного сингаза с образованием жидкого топливного продукта и потока побочного продукта, содержащего одно или более веществ из водорода, CO, водяного пара, метана и углеводородов, содержащих 2-8 атомов углерода и 0-2 атомов кислорода; и h) реакцию до 100% потока побочного продукта в блоке конверсии легкого ископаемого топлива, чтобы способствовать образованию обогащенного H2 сингаза.

Изобретение относится к способу получения синтез-газа из парникового газа - диоксида углерода (CO2) путем каталитической конверсии его в синтез-газ и горючий газ. Способ осуществляется посредством гидрогенизационной конверсии CO2 путем контактирования реакционной смеси, содержащей водород (H2) и CO2, с неподвижным слоем катализатора, представляющим собой металл, нанесенный на носитель, при повышенной температуре.

Изобретение может быть использовано в химической и энергетической промышленности. Переработку твердого измельченного топлива осуществляют путем газификации в плотном слое, перемещающемся вдоль оси вращающегося наклонного цилиндрического реактора с пароводяной рубашкой.
Изобретение относится к способу получения синтез-газа путем термохимической переработки комбинированного сырья, состоящего из растительного сырья и тяжелого углеводородного сырья.

Изобретение относится к комплексной переработке твердых отходов и может быть использовано для утилизации органических твердых бытовых и иных твердых отходов. Техническим результатом является упрощение конструкции системы, повышение ее надежности, повышение эффективности переработки бытовых отходов, а также обеспечение максимальной безотходности процесса пиролиза бытовых отходов с одновременным повторным использованием в операциях процесса пиролиза рабочих тел, полученных в предыдущих операциях, с получением на выходе процесса синтетического газа.

Группа изобретений относится к средствам переработки углеродосодержащего сырья и может быть использована в коммунальном, сельском хозяйствах, в индустрии деревопереработки, в горнодобывающей и нефтехимической отраслях.

Изобретение относится к газохимии и касается реакторов для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга. Реактор включает реакторные каналы, частично заполненные катализатором и расположенные параллельно продольной оси реактора, боковой патрубок вывода продукта.

Изобретение относится к газохимии и касается получения синтез-газа посредством переработки природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга. Способ включает пропускание предварительно подогретой до 300-500°C газосырьевой смеси, состоящей из природного/попутного газа, пара и воздуха, через катализатор.

Группа изобретений относится к области переработки органосодержащего сырья путем его термохимического пиролиза и конверсии с извлечением жидких углеводородов для вторичного использования продуктов переработки и может найти применение в теплоэнергетике, в химической, лесоперерабатывающей промышленности.

Изобретение раскрывает способ получения продукта из отходов, включающий: a) обеспечение отходов; b) воздействие на отходы низкочастотным макроволновым излучением с длиной волны в диапазоне от 700 нм до 1 мм, с достижением температуры от 205°С до 900°С и давления от 1,0 бар до 19,0 бар, с образованием вследствие этого угля; при этом указанные отходы подвергают воздействию излучения в реакционном сосуде, имеющем двойную металлическую стенку, с обеспечением нагрева наружной металлической стенки указанного реакционного сосуда с помощью первичного источника излучения, нагретого до по меньшей мере 700°С, вследствие чего указанная наружная стенка препятствует переносу тепловой энергии путем проводимости и конвекции и в результате чего указанная наружная металлическая стенка представляет собой вторичный источник излучения для указанного материала, содержащегося в пределах указанной внутренней металлической стенки; и где указанные отходы содержат углерод в количестве от 9 до 85%, водород в количестве от 1 до 15% и кислород в количестве от 0 до 65% в пересчете на сухую массу материала.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органосодержащего сырья, а также в лесопромышленном комплексе. Влажное исходное сырье 14 подают в трубу 9 и перемещают поршнем 3 в камеру сушки 4, далее в камеры пиролиза 5 и конденсации 6 газообразных продуктов.

Изобретение относится к устройству рукавного типа для разложения угольного материала. Устройство содержит печной агрегат, внутри которого находится один или множество способствующих разложению угольного материала кольцевых слоев и один или множество кольцевых нагревательных слоев, центрированных по оси печного агрегата, при этом способствующие разложению угольного материала кольцевые слои и кольцевые нагревательные слои изолированы друг от друга, оба конца способствующего разложению угольного материала кольцевого слоя соединены, соответственно, с отверстием для впуска угля и отверстием для выпуска угля, предусмотренными в печном агрегате, а также с механизмом сбора газа, образующегося при разложении угля, которым оснащен печной агрегат.

Изобретение относится к способу извлечения углеводородов, содержащихся в нефтеносных песках. Способ включает подачу нефтеносных песков в устройство для нагревания и нагревание нефтеносных песков в устройстве для нагревания, где устройство для нагревания представляет собой экстракционную колонну, где нагревание обеспечивают посредством соответствующей текучей среды-переносчика, нагретой от солнечной энергии, собранной посредством оптических концентрирующих систем, образуя нагретую текучую среду-переносчик, которая действует как горячая экстрагирующая текучая среда.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5).

Изобретение может быть использовано в области переработки угля в высококачественное топливо. Многотрубное устройство для разложения угля с внешним нагреванием содержит воздухонепроницаемый корпус печи (1), в котором образован канал для продвижения и разложения угля (4).

Изобретение относится к переработке древесного сырья в виде поленьев, паллет, щепы, опилок в древесный уголь. .

Изобретение относится к устройствам для получения древесного угля путем обжигания дерева без доступа воздуха. .

Изобретение относится к области переработки органосодержащих веществ и может быть использовано для термического разложения отходов деревообрабатывающей промышленности, продуктов растениеводства, отходов пищевой промышленности, отходов животноводства и птицеводства.

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий. Битумная эмульсия для формирования дорожных покрытий, содержащая битум, воду и минеральную добавку, в качестве минеральной добавки содержит битумированную реакционную массу от уничтожения фосфорорганической группы отравляющих веществ.

Изобретение относится к способу получения из растительной биомассы, который может быть использован в энергетике и в ряде химических производств. Способ осуществляют путем прохождения перерабатываемой биомассы стадии пиролиза в секции, нагреваемой до температуры 600°С, а выделяющиеся в процессе термического распада биомассы летучие продукты пиролиза фильтруются через образовавшийся на стадии пиролиза угольный остаток во второй независимо нагреваемой секции при температуре 1000°С. При этом перед направлением в устройство для термической конверсии в монооксид углерода и водород биомасса подвергается низкотемпературному пиролизу при температуре в диапазоне 200-350°С, в результате чего происходит изменение ее элементного состава, выражающееся в изменении соотношения между содержанием водорода и кислорода, что приводит к изменению соотношения между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в получаемом синтез-газе и позволяет получать синтез-газ с соотношением между объемным содержанием водорода и монооксида углерода в диапазоне от 1:1 до 2:1. Технический результат заключается в разработке способа, позволяющего получать синтез-газ с заданным соотношением между объемным соотношением водорода и монооксида углерода. 1 табл., 4 пр.

Наверх