БИОМАССА Как источник энергии

Оборудование гипотетической промышленной установки

Оборудование для подготовки древесины (табл. 2). На производство то­пливной жидкости расходуется примерно половина всей древесины, по­ступающей на установку; остальная часть используется для получения моноксида углерода, водорода и тепла для обогрева технологического оборудования. Общий расход древесины на промышленной установке предположительно равен 1000 т/сут. С целью предотвращения срывов в снабжении в зимние месяцы, когда возникают большие транспортные проблемы, предусматривается создание 100-дневного запаса древесной' щепы с номинальным размером до 50 мм.

Таблица 2. Оборудование для подготовки древесины

Конвейер: для доставки древесной щепы на распределительную башню, 1200 мм х 150 м

Погрузчики первого этапа процесса [2]: подвижное оборудование.

Бункерная система распределительной башни

Конвейеры [2]: подача древесины для получения синтез-газа из башни в бун­керы, 900 мм х 90 м

Конвейеры [2]: для подачи из башни в дробилку/сушитель, 900 мм х 90 м

Конвейер: для подачи из башни в котельную, отапливаемую древесиной, 600 мм х 60 м

Комплект сушилки/дробилки: бункер для подачи сырья, сушилка/дробилка, классификатор, циклон, мешочный фильтр, воздуходувки [2], уравни­тельный бункер

Весы для взвешивания древесины: 300 т/сут

Смеситель древесной массы и топливной жидкости с мешалкой: 35000 л

Сырьевые насосы и приводы [2] для подготовки суспензии древесной массы и топливной жидкости: 750 л/мин, 149 кВт.

Поршневые насосы и приводы [2] для рециркуляции топливной жидкости и дре­весной массы: 600 л/мин, 124,5 кВт

Для доставки щепы древесины к распределительной башне предус­матривается конвейерная система производительностью 1000 т/сут. Из распределительной башни примерно половина древесины направляется в отделение для производства синтез-газа, небольшая часть подается в котельную с древесной топкой для получения водяного пара, а остальная часть направляется в отделение для подготовки, сушки, из­мельчения и приготовления суспензии.

Древесина, направляемая в отделение для подготовки, поступает в расходный бункер, а затем в двойную систему сушки и измельчения. Для сушки используются отходящие из реакторного отделения газы, разбавленные воздухом и имеющие температуру до 500°С. Древесина сушится до 10%-ного содержания влаги. Измельчение древесины осу­ществляется в воздушном классификаторе до частиц размером в 100 мкм, куда она подается пневматически. Для отделения от газового потока измельченная древесина пропускается через циклон, а затем че­рез мешочный фильтр. Отходящий газ с температурой 90°С выпускает­ся в атмосферу.

Измельченная и собранная из циклона и мешочного фильтра древес­ная масса дозируется с помощью звездообразного клапана и подается на непрерывно взвешивающий механизм, а затем в смеситель для сме­шения с топливной жидкостью. В смесителе образуется суспензия из из­мельченной древесной массы с горячей рециркулирующей топливной жидкостью, поступающей из реакторного отделения. Содержание древе­сины в суспензии составляло 30%, поскольку такое содержание является максимальным, при котором обеспечивается ее прокачиваемость. Далее суспензия направляется в реактор для получения топливной жидкости из древесины.

Оборудование для производства синтез-газа (табл. 3). В этом отделе­нии установки получают очищенные моноксид углерода и водород для подачи в реактор. Древесная масса с помощью конвейера подается в уравнительный бункер, из которого она поступает в засыпную ворон­ку, а затем в верхнюю часть шахтной печи для производства синтез-га­за. Печь для производства синтез-газа была разработана фирмой Union Carbide Ч Чистый кислород, поступающий с установки, сооруженной на той же рабочей площадке, вводится в печь снизу, где при температуре 1650°С происходит частичное окисление. Из отделения, в котором осу­ществляется разделение продуктов реакции, выходит небольшое количе­ство древесной золы и других неорганических материалов (например, Na2C03) в виде расплавленного шлака. Таким образом, в потоке отхо­дов находится и катализатор. Расплавленный шлак, содержащий катализатор, охлаждается водой и направляется в отделение регенера­ции катализатора.

В настоящее время производство синтез-газа в такой печи носит название процесса Purox, представляющего собой в основном реакцию частичного окис­ления, при которой происходит газификация органического материала с образо­ванием СО, Н2, С02, и н2о.

Таблица 3. Оборудование для производства синтез-газа

Уравнительные бункеры для древесины [2]: 3000 мм (диаметре) х 15 м Звездообразные клапаны [2]

Бункеры для подачи сырья [2] с винтовыми конвейерами Шахтные печи: диаметр 5 х 15 м

Резервуары для охлаждения шлака [2]: 2500 мм (диаметр) х 3,6 м

Центробежные насосы резервуаров для охлаждения шлака: 75 л/мин

Циклоны [2] со звездообразными клапанами и винтовыми конвейерами [2]

Бункеры для твердых веществ

Распыляющие башни [2]: 1800 мм (диаметр) х 9 м

Расходомерные трубы Вентури [2]

Циклоны/каплеотбойные аппараты [2]

Уравнительные резервуары [2]: 3,6 м (диаметр) х 7,6 м

Компрессоры [4]: 1297,5 кВт

Абсорбционная колонна: 1800 мм (диаметр) х 30 м, фундамент высотой

1800 мм, насадка 50,8 мм Регенерационная колонна: 2500 мм (диаметр) х 33 м, фундамент высотой

1600 мм, насадка 50 мм Насосы [3]: 2000, 200 и 40 л/мин Теплообменники: 185 м2 [3], 95 м2 [2] Отстойник: днаметр 900 х 1800 мм Котельные подогреватели: 504 ■ 103 ккал/ч

Сиитез-газ из шахтной печи направляется в циклон для очистки от увлеченных твердых частиц. Для понижения его температуры до 40°С и тем самым конденсирования легких углеводородов и снижения содер­жания паров воды синтез-газ пропускают через очистную систему, со­стоящую из трех водных газоочистительных колонн. В этих газоочисти­тельных колоннах из синтез-таза удаляются другие присутствующие в нем загрязняющие частички.

Синтез-газ, выходящий из газоочистительных колонн, комприми - руется с атмосферного давления до давления 14 атм с помощью двух компрессоров мощностью 1400 кВт каждый и поступает в К2СОэ—СО абсорбционную колонну. Затем поток газа, освобожденного от С02, идет в реакторное отделение. В колонне с насадкой при сниженном дав­лении и повышенной температуре из образующегося раствора бикарбо­ната калия удаляется С02; С02 и пары Н20 выпускаются в атмосферу. Регенерированный раствор К2СОэ рециркулирует в абсорбционной колонне.

Оборудование реакторного отделения (табл. 4). Суспензия, состоящая из древесной массы и топливной жидкости, перекачивается из отделения подготовки древесины при температуре 200°С и давлении 230 атм с по­мощью диафрагменного насоса, охлаждаемого водой. Раствор катали­затора соединяется с суспензией. Смесь загружается в реактор, состоя­щий в основном из двух частей: вертикального нагревателя, размещен­ного в цилиндрической выложенной кирпичом печи диаметром 4 м

12-89

Таблица 4. Оборудование реакторного отделения

Компрессор синтез-газа: с моторным приводом 1342 кВт

Подогреватель: вертикальный змеевик, топочный газ, нагребаемый в аппарате

С огнеупорной облицовкой, змеевик из инкоиеля Реактор: внутренний диаметр 100 мм х 15 м с внутренней футеровкой, стальная

Конструкция из нержавеющей стали 316 Горелка для синтез-газа

Аппараты для ступенчатого испарения [2]: внутренний диаметр 1800 мм х 5,5 м Уравнительные резервуары: внутренний диаметр 1800 мм х 5,5 м Воздуходувки [2]: 700 и 280 м3/мин

Сепаратор для разделения топливной жидкости и воды: 4000 л

Колонна с распылителем: внутренний диаметр 1800мм х 9м

Расходомер типа трубы Вентури

Циклонный сепаратор

Резервуар для хранения воды: 75 000 л

Водяные насосы: 400 л/мин

Насосы высокого давления для перекачки суспензии [2]: 700 л/мин, 447 кВт

И высотой 15 м, и вертикального автоклава диаметром 1,2 м и высотой 15,2 м.

Реакционная смесь в нагревателе реактора подогревается до 340°С. Затем она направляется в автоклав, где реакция протекает при темпера­туре 340°С и давлении 230 атм в течение 20 мин. После этого реакцион­ная смесь восстанавливается по давлению в двух последовательно уста­новленных резервуарах для ступенчатого испарения. Газы через уравнительный резервуар направляются в газоочистительные колонны, подобные тем, которые применяются в отделении по производству син­тез-газа. Очищенные газы сжигаются в потоке воздуха при температуре 980°С, а продукты сгорания разбавляются рециркулирующими газами из отделения по подготовке древесины. Смесь газов при температуре 815°С поступает в печь со змеевиковым подогревателем. Отходящие из печи газы имеют температуру 630°С. Они делятся на два потока: один поток направляется в отделение подготовки древесины для ее осушки, а другой поток-в отделение производства синтез-газа для снабжения технологическим теплом нагревателя регенерационной колонны К2СОэ.

После резкого снижения давления реакционной смеси поток жидко­сти из второго ступенчатого испарителя разделяется на рециркулирую - щий поток и поток продуктовый. Первый направляется в отделение подготовки древесины для получения суспензии с деревесной массой, а второй для очистки и разделения.

Учитывая кинетику процесса и данные, полученные в Питтсбургском энергетическом исследовательском центре и на олбанской опытной установке, можно полагать, что наиболее подходящим для сжижения биомассы является проточный реактор.

Оборудование дли разделения продуктов (табл. 5). Неочищенная жид­кая фаза из реакционного отделения частично охлаждается водой и на-

Таблица 5. Оборудование для разделения продуктов

Насосы для перекачки топливной жидкости: 200 л/мин.

Охладитель топливной жидкости/аппарат для ступенчатого испарения: внутрен­ний диаметр 2 х 4 м Котел, работающий на отходящем тепле: производительность пара 2000 кг/ч Уравнительный резервуар для топливной жидкости: 75 000 л ;

Насосы для перекачки разбавителя [2]: 600 л/мин Вакуумный барабанный фильтр: площадь 10 м2 Теплообменник: 10 м2, нержавеющая сталь Винтовой конвейер Коалесцирующий сепаратор: 2000 л Отпарная колонна: внутренний диаметр 2,5 х 26 м Резервуар для хранения разбавителя: 75000 Л Нагреватель колонны

Различные насосы: 400 л/мин [2], 200 л/мин [2] и 40 л/мин [2] Теплообменник: 100 м2 : ,

Электростатический коалесцирующий осадите ль: 400 л Резервуары для хранения топливной жидкости [6]: 75000 л

Правляется на ступенчатое испарение. Вода снижает температуру фазы до 120°С, превращаясь в пар низкого давления. Охлажденная топливная жидкость для снижения ее вязкости разбавляется ксилолом. Эта смесь, содержащая 1/2-1/3 топливной жидкости, пропускается через вакуумный фильтр. Твердые вещества с фильтра снимаются разбавителем, который

Рис. 4. Общий вид установки производительностью 1000 т/сут по производству топливной жидкости из отходов.

Отгоняется. Высушенные твердые вещества направляются в печь для по­лучения синтез-газа.

После фильтрации смесь топливная жидкость-разбавитель вступает в контакт с водой для извлечения водорастворимого катализатора. Две остающиеся фазы разделяются в коалесцирующем сепараторе: водная фаза направляется в печь для синтез-газа с целью регенерации катали­затора, органическая фаза идет на отгонную колонну для удаления раз­бавителя и использования в рециркуляции. Остаток в колонне предста­вляет собой продукт, получаемый на установке.

Дополнительное оборудование. Помимо основного оборудования проект гипотетической установки предусматривал оборудование для ре­генерации катализатора, обработки отходящей воды и генерирования пара. Установка была размещана на участке площадью около 350 х х 200 м (рис. 4).