Транспортер для подачи биомассы в автоклав - RU2514972C2

Описание

Изобретение относится к способу и устройству для подачи биомассы в емкость с избыточным давлением. Оптимальным назначением является подача биомассы в находящийся под давлением газогенератор для производства синтез-газа.

По существу необходимо, чтобы установки для производства синтез-газа эксплуатировались при повышенном давлении, составляющим от 2 до 10 бар, предпочтительно от 12 до 40 бар. Это относится, в частности, к установкам промышленного типа, в которых синтез-газ дополнительно перерабатывается для получения других продуктов, при этом синтез-газ и выработанные из него продукты подлежат загрузке в находящуюся под давлением сеть труб или же сжиганию в турбине.

Сегодня в установках для газификации на основе биомассы с применением значительного избыточного давления используются либо шлюзовые ячейковые колеса, либо шлюзовые камеры, причем встроенные транспортирующие шнеки перемещают биомассу при отсутствии градиента давления из шлюзов в установку для газификации. Этот уровень техники описан в "Analyse und Evaluierung der thermochemischen Vergasung von Biomasse" (Анализ и оценка термохимической газификации), серия публикаций в "Nachwachsende Rohstoffe" (Воспроизводимое сырье), т.29, из-во Landwirtschaftsverlag GmbH, г.Мюнстер, (2006). Важными представляются здесь страницы 54-59, а также таблицы 2-7 на стр.72-73.

Стандартные шнековые транспортеры, в которых шнек проходит по всему участку между входом и выходом, заполняются, как правило, лишь частично. Поэтому газ из автоклава может обратно перетекать встречно направлению транспортировки. Даже при полном заполнении такого шнекового транспортера, вследствие предварительного уплотнения транспортируемого груза, за винтовой гранью шнека образуется полость, в которую может обратно затекать газ.

В научно-исследовательском центре г.Карлсруэ был разработан способ под названием "Biolig", предназначенный для преобразования биомассы в жидкость, пригодную для перекачки насосом. Способ был раскрыт в DE 102004019203 В3. И хотя данный способ позволяет транспортировать полученную таким образом жидкость несмотря на высокое давление, однако это сопряжено с большими затратами на приготовление этой жидкости.

Также и на основании родственной области, которой является загрузка бурого угля в кипящий слой с незначительным избыточным давлением для получения тепла для паровой электростанции, нельзя сделать вывод в отношении транспортировки биомассы в напорную емкость с давлением более 2 бар. Примером этого могут служить трубчатый цепной конвейер, раскрытый в DE 19843255 А1, или поршневой транспортер, раскрытый в DE 4431366 А1.

Задачей изобретения является обеспечить возможность загрузки биомассы самых разных видов с применением простого транспортера в емкость с избыточным давлением.

Эта задача решается посредством способа и устройства по пп.1 и 4 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы приведены оптимальные варианты выполнения изобретения.

Биомасса представляет собой очень сложное сырье. Для термохимической газификации с получением синтез-газа необходимо, например, учитывать следующее:

- древесину с разным содержанием влаги и совершенно разными свойствами, например, опилки и щепу,

- энергетические растения в виде свежей массы, силоса, выжатые, высушенные, грубодисперсные или тонкодисперсные,

- масло в смесях с твердой биомассой,

- зерна и волокна,

- пищевые продукты любого вида и отходы пищевой промышленности,

- выделения, образующиеся при содержании животных.

Биомасса должна транспортироваться в виде однородного материала или смеси по возможности с широким набором компонентов с помощью шнекового транспортера с преодолением избыточного давления.

При вводе биомассы в напорную камеру обеспечивается ее самоуплотнение. В отношении устройства предусмотрено, чтобы в нем были последовательно расположены два шнековых транспортера с раздельно управляемой скоростью вращения. В результате биомасса может уплотняться в камере между обоими шнековыми транспортерами таким образом, что из нее образуется практически газонепроницаемая пробка. По сравнению с системами с одним транспортирующим шнеком в системе из двух шнеков согласно изобретению иначе происходит управление давлением в пробке посредством скорости вращения последовательно расположенного шнека. Устройство согласно изобретению позволяет обеспечивать большие поперечные сечения, снижая при этом вероятность блокировки или негерметичности при загрузке крупнокусковой биомассы. В результате возможна загрузка биомассы с очень разными свойствами.

Оба шнековых транспортера расположены друг за другом по оси внутри трубы. Изменения направления потока транспортируемого материала, которое при многих видах биомассы представляет проблему, здесь не требуется.

Образование уплотняющей пробки упрощается в результате того, что между обоими транспортирующими шнеками предусмотрен участок, на котором отсутствуют транспортирующие элементы. Благодаря этому удлиняется участок уплотнения, что, в частности, в значительной степени оптимально для сухой биомассы.

Первичный шнековый транспортер может быть также выполнен в виде шнекового пресса. Это целесообразно в том случае, когда в биомассе содержится более 50% воды.

Один их шнековых транспортеров может быть также выполнен в виде сдвоенного шнекового транспортера. Благодаря этому обеспечиваются более высокие давления, однородность и измельчение загруженной биомассы.

Обогрев через шнековую трубу и вал шнека является оптимальным, так как биомасса легче подвергается пластической деформации и, следовательно, легче уплотняется.

Целесообразно расположить в конце участка для транспортировки разделительное устройство, упрощающее выгрузку биомассы в находящуюся под давлением камеру.

В пунктах 8-10 формулы изобретения описывается способ подготовки биомассы, обеспечивающей повышение уплотняющего эффекта пробки.

Изобретение поясняется с помощью фиг.1, на которой представлено устройство для ввода биомассы в автоклав.

Биомасса 1 загружается возле бункера 3, например, через сборник со шлюзовым ячейковым колесом и разгружается с транспортера у выходного отверстия 2 через фланец 14, сообщенный с находящейся под давлением емкостью или с другим транспортером. Сначала биомасса 1 проходит по первичному шнековому транспортеру, состоящему из шнековой трубы 6, шнекового вала 5 винтовой грани 4. Затем биомасса 1 смещается на участке 13 трубы, на котором не предусмотрены транспортирующие элементы. Образовавшаяся на участке 13 трубы пробка из биомассы поступает затем на вторичный шнековый транспортер, состоящий из шнековой трубы 6, шнекового вала 8 и винтовой грани 9. В конце участка транспортировки биомасса падает на выходе 2 в камеру с избыточным давлением. При этом оказалось оптимальным расположить в конце участка транспортировки пассивное или активное разделительное устройство 10.

Скоростью вращения первичного шнекового транспортера, приводимого в действие двигателем 12, определяется в значительной степени производительность. Скоростью вращения вторичного шнекового транспортера, приводимого в действие двигателем 11, в значительной степени определяется герметичность транспортера. Давление на участке 13 трубы, замеряемое датчиком давления 7, управляет скоростью вращения вторичного шнекового транспортера, приводимого в действие двигателем 11. Это давление соответствует герметичности транспортера. Наиболее оптимальный показатель давления может быть определен в зависимости от вида биомассы на основе анализа перетекающего обратно в виде следов газа у загрузочного бункера. Как правило, давление на участке 13 трубы будет превышать системное давление у фланца 14.

Изобретение позволяет вводить в находящуюся под повышенным давлением систему самые разнообразные виды биомассы. Это имеет для промышленной термохимической газификации биомассы существенное экономическое значение.

Следовательно, повторно можно отметить, что предложен транспортер для подачи биомассы в автоклав. Подача неоднородного твердого вещества, такого, как биомасса, в находящуюся под давлением емкость является затруднительной. Применявшиеся для этого до настоящего времени шлюзовые ячейковые колеса и шлюзовые камеры обладают существенными недостатками. Использование стандартизованных шнековых транспортеров не представлялось возможным ранее из-за того, что за винтовой гранью образуется полость, в которую может поступать газ из автоклава. Эти недостатки устранены за счет того, что в трубе 6 шнекового транспортера расположены два автономно управляемых шнека. Между первичным, приводимым в действие двигателем 12, и вторичным, приводимым в действие двигателем 11, шнеками происходит уплотнение биомассы под действием высокого давления вследствие разной скорости вращения двигателей 11 и 12 таким образом, что образуется практически газонепроницаемая пробка 13. Изобретение применимо, в частности, для загрузки биомассы в находящуюся под давлением установку для получения синтез-газа.

Реферат

В трубе (6) шнекового транспортера расположены два раздельно управляемых шнека. Между первичным, приводимым в действие двигателем (12), и вторичным, приводимым в действие двигателем (11), шнеками происходит уплотнение биомассы под действием высокого давления вследствие разной скорости вращения двигателей таким образом, что образуется практически газонепроницаемая пробка (13). Обеспечивается возможность загрузки биомассы самых разных видов с применением простого транспортера в емкость с избыточным давлением. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула