Устройство для переработки материалов, в частности для предварительного гидролиза биомассы или для варки минерала

Номер патента: 4438

Опубликовано: 29.04.2004

Авторы: Гарсиа Пинатти Далтро, Гуэдес Соарес Алваро

Есть еще 7 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для переработки материалов, в частности для предварительного гидролиза биомассы или для выполнения варки минерала, содержащее наружный кожух (1.1-1.7) и внутреннее покрытие (2.1, 2.2), установленные в контакте друг с другом, отличающееся тем, что между внутренним покрытием (2.1, 2.2) и наружным кожухом (1.1-1.7) создан вакуум.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный кожух (1.1-1.7) выполнен из конструкционного материала и внутреннее покрытие (2.1, 2.2) выполнено из коррозионно-стойкого материала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что конструкционный материал представляет собой один из следующих материалов: Mo(C - 1/2 Mo) углеродистая сталь, Cr-(1 1/4 Cr - 1/2 Mo, 2 1/4 Cr - 1 Mo, 5 Cr - Mo) сталь, нержавеющая сталь (405, 410, 304, 316, 321, 347, 309, 310), жаростойкая сталь (сталь с высокой прокаливаемостью, НК, сталь с высокой магнитной проницаемостью), монель, латунь, бронза или алюминий.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что коррозионно-стойкий материал представляет собой один из следующих материалов: Cr-Mo(9Cr-1/2 Mo) сталь, никель, инконель, инколой, хастеллой, двухфазные сплавы, Fe-Si, нержавеющие, ферриттовые, никелевые стали, свинец, Cu-Ni, тугоплавкие металлы и соответствующие сплавы.

5. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что наружный кожух (1.1-1.7) выполнен из микросвязанной углеродной стали и внутренний кожух (2.1, 2.2) выполнен из тугоплавкого металла или его сплавов.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что является реактором термохимического типа.

7. Устройство по любому из пп.1 или 6, отличающееся тем, что является реактором периодического типа.

8. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что наружный кожух (1.1-1.7) и внутреннее покрытие (2.1, 2.2) установлены путем простого приведения их в контакт.

9. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что дополнительно содержит в швах внутреннего покрытия защитные кольца или пластины, выполненные из того же материала, что и внутреннее покрытие, во избежание загрязнения материала внутреннего покрытия.

10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что содержит средства для определения и контролирования вакуума между наружным кожухом (1.1-1.7) и внутренним покрытием (2.1-2.2).

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средства определения и контролирования вакуума обеспечивают обнаружение микроутечек вакуума, позволяя выявлять микротрещины во внутреннем покрытии (2.1-2.2).

12. Устройство по любому из пп.10-11, отличающееся тем, что средством обнаружения микроутечек является гелиевый детектор утечки.

13. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что детекторы микроутечки соединены с вакуумной линией.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит систему колебания, обеспечивающую ему возможность совершать колебания вокруг своей главной оси.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит подающий механизм для уплотнения продукта, перерабатываемого в устройстве.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что подающий механизм является шнековым подающим механизмом, подвижно связанным с устройством.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит открывающуюся крышку для выгрузки переработанного твёрдого материала.

18. Устройство по п.1 или 17, отличающееся тем, что содержит опрокидывающий механизм для выгрузки переработанного твёрдого материала.

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит транспортную платформу, обеспечивающую возможность его транспортирования на место, где его можно использовать.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область техники Настоящее изобретение относится к устройству для переработки материалов, в частности для выполнения предварительного гидролиза биомассы или для варки минерала с целью получения промышленных продуктов, таких как лигноцеллюлоза и растворы сахара, которые являются продуктами предварительного гидролиза, содержащими ксилозу, глюкозу, мамозу, галактозу, арабинозу, ацетильные продукты, урановую кислоту и т.д. Данное изобретение далее относится к изготовлению реакторов для гидролиза минералов, таких как ильменит, анатаз, колумбит, пирохлор, цирконит и т.д. Предпосылки изобретения Химические реакторы представляют собой устройства, которые предназначены для выполнения разных способов превращения химических,металлургических, термических, биотехнологических, фармацевтических и других материалов. Реакторы можно разделить на три категории с учетом нижеследующих параметров:a) классификация по емкостям и потокам: 1) реактор периодического действия; 2) реактор полунепрерывного действия; 3) емкостный реактор со смесителем непрерывного действия - RTMC; 4) последовательно соединенные RTMC; 5) трубчатый реактор и 6) рециркулирующий реактор.b) классификация по обрабатываемым фазам: 1) реакторы для газообразных фаз; 2) реакторы для жидких фаз; 3) реакторы для жидких и газообразных фаз; 4) реакторы с твердыми катализаторами; 5) некаталитические реакторы для смесей, включающих твердые вещества (газообразные и твердые вещества, жидкие и твердые вещества, и выполнение реакций в газообразных фазах); 6) реакторы для электрохимических процессов; 7) реакторы для биологических процессов; 8) реакторы для фотохимических и радиохимических процессов. Некаталитические реакторы для смесей газообразных и твердых веществ, жидких и твердых веществ рассмотрены ниже в качестве примера для сравнения с реактором по настоящему изобретению.b.1) некаталитический реактор для газообразных и твердых веществ: реторта (реактор башенного типа), реактор с подвижным слоем, реактор с несколькими слоями, реактор с вращающейся печью, реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с рециркулирующим потоком, пыльная обжиговая печь (распыление пылевидного вещества).b.2) некаталитические реакторы для жидких и твердых веществ: бак со смесителем (периодического действия, полунепрерывного действия, с каскадной подачей твердых веществ в процентном отношении, ограниченной мощностью смесителя),бак с рециркуляцией жидкостей, вращающимся барабаном, псевдоожиженным слоем, месильной машиной, реактор с погружным прессом, шнековым транспортером, реактор лоткового типа, реактор с вращающейся печью. с) классификация по способу перемещения твердых веществ, приведенных в табл. 1. Реактор по данному изобретению относится к реакторам с 2 псевдоожиженным слоем, но является подвижным и имеет следующие характеристики: реактор (бак),перемещение твердых веществ (под действием силы тяжести), поток газообразных/жидких и твердых веществ (противоток), диаметр частиц (мм-см),время нахождения в реакторе твердых веществ(минуты), время нахождения в реакторе газа (секунды), скорость нагрева и переноса массы (высокая), регулирование температуры (эффективное),выход в отношении объема и времени (высокий). К другим важным характеристикам реакторов относятся материалы, используемые для их изготовления. В табл. 2 приведены основные материалы с указанием соответствующих преимуществ и недостатков для эксплуатации в коррозионных условиях. Все конструкционные и коррозионно-стойкие материалы, используемые при изготовлении реакторов,характеризуются одним недостатком, который устраняется в настоящем изобретении благодаря тому,что реактор и его кожух изготавливаются из углеродистой стали, а покрытие - из специальных материалов (огнеупорных материалов, суперсплавов, нержавеющей стали, пластиков и т.д.). В частности, типичные реакторы для обработки биомассы относятся к следующим типам: шнековый (низкая степень заполнения объема в процентном выражении), башенный (высокое соотношение между жидкими и твердыми веществами L/S), бак с перколяцией (высокое соотношение L/S) и перекрываемым потоком (высокое соотношенииL/S). Реакторы всех типов включают комплексные системы подачи и выгрузки биомассы. В соответствии с данным изобретением биомассу уплотняют в реакторе (высокая степень заполнения объема реактора), обрабатывают при низком соотношении L/S= 2, подают при помощи простого шнекового питателя и быстро выгружают благодаря тому, что реактор имеет большую крышку и может быть разделен на реакторы малого и среднего размера. Недостатком известных реакторов является их взрывоопасность вследствие того, что конструкция таких реакторов не предусматривает точного совмещения кожуха и покрытия и внутри реактора может образовываться вакуум, вызываемый в большинстве случаев конденсацией пара. Данное изобретение устраняет взрывоопасность реактора путем создания вакуума между покрытием и кожухом, что обеспечивает их правильное совмещение друг с другом. Другим недостатком известных реакторов является то, что их конструкция не предусматривает непрерывного и точного обнаружения микроутечек в покрытии. Данное изобретение позволяет точно обнаруживать микроутечки до попадания коррозионных жидкостей в стальной кожух реактора. Благодаря этому реактор можно эксплуатировать даже при наличии незначительных неисправностей и своевременно планировать его ремонт. В реакторах, предназначенных для эксплуатации в коррозионных условиях, не используют углеродистую сталь для изготовления кожуха,предпочитая заменять ее дорогостоящими моно 3 литными материалами. Позволяя идентифицировать микроутечки, данное изобретение расширяет возможности использования микросвязанной углеродистой стали в коррозионных условиях, благодаря чему значительно уменьшаются затраты на изготовление реактора. Известные реакторы изготавливаются из толстолистовых материалов для увеличения их стойкости к коррозии. Поэтому иногда безопасность реакторов непосредственно зависит от толщины металла в его конструкции, но применение тяжелых материалов затрудняет транспортировку реактора к месту обработки сырья. В реакторе по настоящему изобретению предусмотрен великолепный контроль по выявлению повреждений, что позволяет использовать более легкие материалы, в результате чего уменьшается общий вес реактора и,следовательно, облегчается его транспортировка. Патент США 5338366, в котором описан способ предварительного гидролиза биомассы и устройство для его осуществления, имеет ряд отличий от настоящего изобретения, в частности рассмотренный реактор является очень тяжелым и стационарным, поэтому сырую биомассу необходимо доставлять к месту его установки. Кроме того,предварительный гидролиз биомассы осуществляется в разных частях оборудования, что увеличивает расход энергии на его выполнение и делает описанный способ более дорогостоящим. Данное изобретение не только устраняет вышеуказанные недостатки, но также способствует получению высокой концентрации сахара в продукте предварительного гидролиза, уменьшая таких образом затраты,связанные с выполнением способов, и позволяет использовать деионизированную воду благодаря низкому соотношению жидкости/твердого вещества при производстве чистого каталитического лигноцеллюлозного топлива, предназначенного для использования в газовых турбинах. В патенте США 5411594 описан гидролиз лигноцеллюлозной биомассы, предназначенный для получения раствора сахара и остатков лигнина. Описанный гидролиз осуществляют в две стадии(гемицеллюлоза и целлюлоза) в реакторе непрерывного действия при соотношении L/S, равном 5:10, с максимальным выходом 65%, причем из-за высокого соотношения L/S использована сложная система регенерации тепла. Данное изобретение позволяет усовершенствовать указанный способ,так как предварительный гидролиз гемицеллюлозы осуществляется в реакторе периодического действия с соотношением L/S = 2, при этом выход равен 100% (максимальное использование сырья), из которого 80% составляет лигноцеллюлоза и 20% составляет продукт предварительного гидролиза. Регенерация тепла происходит только во время выгрузки продукта предварительного гидролиза,предварительного нагрева кислотного раствора и воды в паровом котле. Таблица 1. Классификация реакторов в зависимости от пе 004438 Таблица 2. Основные материалы, используемые для изготовления реакторов Краткое изложение существа изобретения Данное изобретение относится к устройству, в частности к реактору или паровому котлу,изготовленному в соответствии с технологией,обеспечивающей его применение в коррозионных средах. Новая технология заключается в создании вакуума между наружным покрытием,"кожухом" и внутренним покрытием, что позволяет использовать микросвязанную углеродистую сталь для изготовления кожуха и самого реактора и специальные материалы, в частности тугоплавкие металлы (Ti, Zr, Nb, Та и их сплавы) для изготовления внутреннего покрытия. Благодаря наличию вакуума, образуемого покрытием из тугоплавкого материала, можно использовать высокопрочную сталь (750 МПа) для изготовления сверхлегкого кожуха реактора типа "яичной скорлупы", выдерживающего колебания при высоких частотах, которые обеспечивают лучшую гомогенизацию продукта и более короткое время реакции. Достаточно создать вакуум ниже 1 мм Нg(1000 мкм), чтобы обеспечить взрывобезопасность покрытия из тугоплавкого металла, и использовать гелиевый детектор утечки, присоединенный между реактором и вакуумным насосом, с целью обнаружения и измерения утечек через микротрещины сварных швов. Скорости утечек, равные 10-4 Нсм 3/мин, указывают на удовлетворительный уровень и скорости утечки в 100 раз выше (10-2 Нсм 3/мин) указывают на необходимость устранения сварных трещин или трещин, образовавшихся во время эксплуатации реактора. Другой отличительной особенностью 6 данного изобретения является возможность сохранения и замены покрытия из тугоплавкого металла с последующей утилизацией изношенных металлов благодаря слоистой конструкции реактора из углеродистой стали, сохраняющей форму под действием вакуума без приваривания к кожуху. Вакуум, создаваемый между кожухом реактора и покрытием, поддерживает тонкое покрытие из специального металла над стальным кожухом, предотвращая взрыв реактора даже при образовании вакуума внутри реактора вследствие конденсации пара и других причин. Создание вакуума наряду с другими преимуществами позволяет производить непрерывное или периодическое выявление микроутечек в покрытии реактора путем вдувания газообразного гелия в реактор и обнаружения утечек при помощи детектора, расположенного в вакуумном насосе. Благодаря указанной отличительной особенности настоящее изобретение относится к"реактору безопасного типа", в котором можно обнаружить и измерить микроутечки за несколько дней или месяцев до попадания коррозионных жидкостей в кожух из углеродистой стали. Данная отличительная особенность позволяет эксплуатировать реактор даже с микроскопическими повреждениями и планировать его ремонт или замену после окончания рабочего цикла. Следует подчеркнуть значение данной отличительной особенности настоящего изобретения для использования углеродистой стали при изготовлении кожуха реактора, предназначенного для эксплуатации в коррозионных условиях, без которой невозможно обнаружить утечки и последующую быструю коррозию микросвязанной углеродистой стали. Устройство по настоящему изобретению,которое является более легким по сравнению с известными реакторами, позволяет создавать колебания во время гидролиза, благодаря которым происходит обновление слоя насыщенной сахаром жидкости на поверхности крошки или частиц биомассы, в результате чего образуется однородный продукт. Предварительный гидролиз в сочетании с колебаниями и продувкой пара делает лигноцеллюлозу пригодной для каталитического сгорания. Цели изобретения Одной целью данного изобретения является использование углеродистой стали при осуществлении процессов в коррозионных средах. Другой целью данного изобретения является обнаружение коррозии углеродистой стали,используемой в конструкции реактора. Другой целью данного изобретения является предотвращение взрыва реактора даже при образовании вакуума внутри него. Другой целью данного изобретения является обнаружение утечек и даже микроутечек в реакторе. 7 Другой целью данного изобретения является правильное планирование периодов эксплуатации или ремонта реактора. Другой целью данного изобретения является уменьшение массы реактора и возможность его транспортировки к месту переработки сырья. Другой целью данного изобретения является сокращение затрат на изготовление реактора благодаря использованию более дешевых материалов. Другой целью данного изобретения является использование более прочной стали для изготовления кожуха/наружного покрытия, выдерживающей колебания при более высоких частотах, создаваемые для лучшей гомогенизации продукта и сокращения времени реакции. Другой целью данного изобретения является удовлетворение требований резолюцииCONAMA20 от 18 июня 1986 г., опубликованной в D.O.U. (Official Gazette) от 30 июля 1086 г, предъявляемых к промывным водам, что делает настоящее изобретение экологически чистым. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана блок-схема предварительного гидролиза биомассы с массовым балансом. На фиг. 2 а показано поперечное сечение варианта реактора и деталей его конструкции. На фиг. 2b показан вид сбоку установки варианта реактора на транспортировочную платформу. На фиг. 2 с показан вид сверху варианта реактора с питателем. На фиг. 2d показан вид сзади варианта реактора на транспортировочной платформе. На фиг. 2 е показан вид спереди варианта реактора, установленного на стойки в хранилище биомассы с тележкой для выгрузки лигноцеллюлозы. На фиг. 3 показаны микрофотографии лигноцеллюлозы (предварительно гидролизованная древесина эвкалипта), кристаллической целлюлозы и сферического лигнина. На фиг. 4 показан график среднего значения удельной энергии, выделяемой во время сгорания частицы лигноцеллюлозы. На фиг. 5 показан график удельной электропроводности сгораемой плазмы для газа,тяжелого дизельного топлива, угля, дегтя и лигноцеллюлозы. Подробное описание изобретения со ссылкой на чертежи На фиг. 1 показана блок-схема процесса переработки биомассы в "реакторе безопасного типа" по настоящему изобретению. При переработке минералов выполняются аналогичные операции за исключением соответствующего изменения периферийных частей оборудования и регулирования массового баланса для каждого типа минерала. На данной блок-схеме изобра 004438 8 жены нижеследующие элементы оборудования: 1) питающая платформа - где производится выгрузка биомассы (или минерала) и, при необходимости, ее промывка; 2) шнековый питатель - осуществляющий подачу и уплотнение биомассы в реакторе (уплотнение необязательно в случае минералов); 3) реактор - основной объект данного изобретения, где производится гидролиз биомассы или минералов, а также любые другие химические или термохимические процессы обработки любых материалов; 4) теплообменник - выполняющий три функции, а именно: а) регенерацию тепла во время выгрузки продукта предварительного гидролиза, b) предварительный нагрев кислотного раствора и с) предварительный нагрев парообразующей воды в паровом котле; 5) бак или передвижная промывочная ванна - где лигноцеллюлозу (или минерал) промывают до требуемой степени, при этом из промывных вод предварительной промывки выделяют продукт предварительного гидролиза и другие промывные воды нейтрализуют и обрабатывают в отстойнике, прежде чем произвести их сброс в природную среду или использовать для удобрения и т.д.; 6) бак для продукта предварительного гидролиза, который является стационарным или установлен на транспортировочную платформу,предназначен для хранения первичного продукта; 7) сушилка для лигноцеллюлозы или минерала - предназначена для сушки вторичного продукта; 8) дробилка для лигноцеллюлозы или минерала - предназначена для измельчения вторичного продукта; 9) бункер, который является стационарным или установлен на транспортировочную платформу, предназначен для хранения вторичного продукта. Настоящее изобретение относится к новой технологии изготовления химических реакторов, предназначенных для эксплуатации в коррозионных условиях. На фиг. 2 дано детальное изображение реактора, изготовленного в соответствии с технологией по данному изобретению, кроме того, здесь показаны все детали обычного реактора для лучшего понимания преимуществ настоящего изобретения. С учетом условий внутренней коррозии реактора для разных материалов, температур и содержания кислоты, приведенных в табл. 3,можно сделать следующие выводы: 1) из-за высокой скорости коррозии нержавеющую сталь можно использовать при высоких температурах в течение очень короткого периода времени; 2) Ti товарного сорта можно использовать в условиях предварительного гидролиза биомассы (Т = 15 С, 1,5% H2SO4, 0,62 МПа), так как 9 он является реакционноспособным материалом и пассивируется сахаром, образующимся в результате гидролиза; 3) в условиях полного гидролиза биомассы(Т = 190 С, 1,5% H2SO4, 2,8 МПа) необходимо использовать сплавы NbTi (например, Nb44%Ti) с температурой плавления Т = 1830 С, которые лучше поддаются сварке, чем чистый Nb,имеющий температуру плавления Т = 2500 С; 4) в условиях гидролиза минерала (Т = 150 С, 60% H2SO4, P = 0,6 МПа) необходимо использовать сплав Nb40%Ta, скорость коррозии которого равна порядка 100 мм/год. При использовании более 40% Та увеличивается стоимость данных сплавов из-за необходимости применения танталита вместо колумбита для производства сплава NbTa. Таблица 3. Данные коррозии в условиях предварительного гидролиза и гидролиза биомассы и минерала (мм/год) На фиг. 2 показан способ сварки огнеупорного металлического покрытия in situ и наслоение его на кожух реактора из углеродистой стали, при применении которого огнеупорный металл не плавится и не загрязняется. В месте сварки деталей и по краям устанавливают защитные кольца и пластины из металла, аналогичного покрытию. Производят плазменную сварку с защитой инертным газом (гелием или аргоном), гарантирующую сохранение междоузлий (С, О, N, Н) в соответствии с нормами исходного материала. Что касается металлургических характеристик, то на сваренных участках происходит рост зерен, уменьшение прочности,главным образом усталостной прочности. Такое уменьшение является допустимым, так как покрытие работает в режиме сжатия, и на участках, испытывающих тяговое усилие, происходит увеличение покрытия. Двухслойная конструкция реактора с небольшой конусностью в цилиндрических частях позволяет большую часть сварочных работ производить снаружи кожуха из углеродистой стали, и только стыки крупных деталей и края сваривают in situ. Кроме того,можно удалять значительные части покрытия при необходимости его замены благодаря простому выполнению демонтажа, вследствие чего можно возместить часть стоимости реактора, 004438 10 получая ценный лом. Специальные металлы позволяют использовать другие кислоты помимо H2SO4 (HCl, HNO3 и т.д.) при условии, что эффективное значение рН аналогично показателям растворов, приведенным в табл. 3. Другой особенностью данного изобретения является использование эластомерных колец (вотон, силикон, тефлон и другие) с круглым или трапециевидным поперечным сечением на всех крышках, соединениях и вакуумного уплотнения в покрытии. Размер уплотнительных колец соответствует стандартам герметичного и вакуумного уплотнения. Тип кольца выбирают в зависимости от температуры. При обработке минералов или биомассы температура обычно равна примерно 200 С, поэтому в этом случае обычно выбирают кольцо из витона. С другой стороны, при средних температурах кольцо должно быть из изготовлено из тефлона/стекловолокна/ углеродного волокна, причем для высоких температур особенно рекомендуется использовать металлическое кольцо. Помимо биомассы и минералов в "реакторе безопасного типа" можно обрабатывать материал любого типа (осуществлять полимеризацию, обрабатывать пищевые продукты, лекарственные средства, выполнять синтез продуктов и т.д.) с учетом условий коррозии покрытия. В более коррозионных условиях используют Та, в чистом виде или с добавкой платины, которые являются непревзойденными материалами по сравнению с другими промышленными материалами. В менее коррозионных условиях"безопасная" технология позволяет использовать покрытия из благородных металлов более низкого качества, указанных в табл. 2, (нержавеющие материалы, никелевые сплавы, термопласты, эластомеры, армированный термоотвержденный пластик и т.д.) с учетом температуры, давления, коррозии, истирания и прочности материала. Внешние условия коррозии углеродистой стали являются более агрессивными в момент выгрузки продуктов (лигноцеллюлоза, минералы и т.д.). Во время выгрузки происходит конденсация пара, поэтому были измерены показатели рН разных материалов и произведены испытания разных видов стали, окрашенной битуминозной эпоксидной краской. В табл. 4 сравнивается стоимость/м 2 реакторов с покрытием из Ti, Nb и монолитных реакторов, изготовленных из нержавеющей стали и гастеллоя. Помимо технического превосходства реакторы с покрытием характеризуются более низкой стоимостью, чем монолитные реакторы. 11 Таблица 4. Стоимость материалов, используемых при изготовлении реактора/м 2 Основные характеристики данного изобретения показаны на фиг. 2, и в табл. 5 приведены детали и составные элементы реактора и питателя. Корпус реактора включает цилиндрическую часть 1.1, крышку 1.2, впускное сопло 1.3,переднюю крышку 1.4, конический сектор 1.5,круглое или радиальное скользящее кольцо с клиньями или штифтами 1.6, торцевую крышку с опорой для клиньев 1.7, соединения клапанов,измерители, вспомогательные приспособления и т.д. 1.8, шарнир 1.9, гидравлический цилиндр сочленения, предназначенный для закрытия крышки 1.10, гидравлический цилиндр, предназначенный для закрытия и раскрытия клиньев 1.11. Сочленение двух частей реактора, показанное на узле А, позволяет производить монтаж и демонтаж специального металлического покрытия без сварки и резки сварного соединения стального кожуха реактора. В случае реакторов небольшого размера в процессе сочленения двух частей крышку снимают, конический сектор удаляют (в очень маленьких реакторах кожух и покрытие могут быть наложены друг на друга только путем подгонки без необходимости сварки). Цилиндрический корпус является слегка коническим, что облегчает монтаж и демонтаж покрытия. Покрытие сваривается в большей части до монтажа, в результате чего получают детали, показанные на узлах А - F,которые необходимо сварить в кожухе реактора. Данная технология позволяет сваривать специальные металлы с высокой температурой плавления (1800 С-3100 С) рядом со стальным корпусом реактора (температура плавления 1760 С), не загрязняя их Fe. Крышка открывается и закрывается при помощи двух гидравлических систем, одна из которых управляет клиньями, поддерживающими давление внутри реактора, создаваемое уплотнительным кольцом из витона, предназначенным для эксплуатации в кислотных растворах. Указанное уплотнительное кольцо в течение многих месяцев или лет обеспечивает постоянное открытие и закрытие реактора. Наклоняющая система включает наклоняющую конструкцию 1.12, ось наклона 1.13 и гидравлический цилиндр 1.14. Гидравлический цилиндр используется для наклона и покачива 004438 12 ния реактора во время выгрузки лигноцеллюлозы, которая является твердым материалом. Система перемещения в горизонтальном направлении включает транспортировочную платформу 1.15 и гидравлический цилиндр 1.16. Альтернативно, реактор может быть стационарным, при этом горизонтально перемещается питатель. Стационарная конструкция 1.17 поддерживает реактор и питатель, но реактор можно снять с транспортировочной платформы и установить на опорные стойки (см. фиг. 2d). Поворотноколебательная система включает цепь 1.18 и гидравлический двигатель 1.19, управление которым осуществляется при помощи микропереключателей 1.20, которые изменяют направление поворота реактора на заранее определенный угол. Безопасность наклонно-поворотной системы определяется длиной цепи, которая соскальзывает с зубчатого колеса гидравлического двигателя в случае выхода из строя микропереключателей. Специальное металлическое покрытие 2.1 и 2.2 монтируется в соответствии с узлами А F. Наибольшие напряжения покрытие испытывает у впускного сопла в момент загрузки реактора и у цилиндрического корпуса во время движения поворотно-колебательной системы. Указанные напряжения являются небольшими,и срок службы покрытия более 10 лет определяется усталостным разрушением. Уплотнения состоят из эластомерного кольца на торцевой крышке 2.3 в месте сочленения 2.4 покрытия с кожухом реактора 2.5. Защита от плавления стали и загрязнения Fe места сварки огнеупорного металла осуществляется при помощи уничтожаемых колец из огнеупорного металла 2.6. Соединения и клапаны обеспечивают подачу воды и кислотного раствора 3.1, подвод пара 3.2, отвод пара 3.3, создание вакуума в корпусе реактора 3.4.1, коническом секторе 3.4.2 и крышке 3.4.3, выгрузку гидролизата 3.5,и отдельный клапан 3.6 предназначен для сбора продукта предварительного гидролиза для анализа. Подачу пара осуществляют в нижней части, после чего пар распределяется перфорированной трубой. Подача жидкости (воды или кислотного раствора) производится в верхней части. При подаче жидкости и пара не возникает проблема засорения. Выпуск пара производится через отверстие в верхней части и перфорированную трубу, и выгрузка гидролизата осуществляется в нижней части конического сектора,который во избежание засорения защищен перфорированной пластиной, расположенной внутри реактора. Спорадический возврат пара предполагается через пластину и перфорированную трубу во избежание засорения отверстия для выпуска пара через перепускной клапан между отверстиями для подачи и отвода пара позади гибкой трубки для подачи пара 3.7 и 3.8. Альтернативно можно использовать поворотный шабер для перфорированных пластин. Соедине 13 ния и клапаны соединены с опорами на входе гибких вращающихся труб 4 при помощи жестких труб. Гибкие вращающиеся трубы 5 включают следующие детали: впускное отверстие для воды и кислотного раствора 5.1, впускное отверстие для пара 5.2, выпускное отверстие для пара 5.3, вакуумный шланг 5.4 и другие. Допустимый максимальный поворот не должен превышать а=45,чтобы воспрепятствовать вытеканию жидкости через выпускное отверстие для пара. Уровень кислотного раствора должен находиться ниже линии воды (фиг. 2d), чтобы воспрепятствовать вытеканию жидкости. Если выпускное отверстие для пара находится ниже линии жидкости, при помощи электрических команд закрывается выпускной клапан для пара 3.3, в результате чего линия жидкости оказывается ниже выпускного отверстия. Подача электрических команд обычно не нужна, так как колебательный поворот на 45 является достаточным для смачивания всей биомассы, гомогенизации жидкости и твердой массы и выполнения гидролиза. Опоры выпускных отверстий гибких вращающихся труб 6 расположены в верхней части реактора. Промежуточный трубопровод 7 состоит из элементов, аналогичных гибким вращающимся трубам 7.1-7.4, и соединяет выпускные отверстия гибких вращающихся труб с впускными отверстиями гибких труб наклоняющего устройства. Гибкие трубы 8 наклоняющего устройства состоят из элементов, аналогичных промежуточному трубопроводу 8.1-8.4, и предназначены для наклона реактора вместе с опорной конструкцией для выгрузки лигноцеллюлозы. Выпускное отверстие гибких труб наклоняющего устройства присоединено к фиксированному трубопроводу 9.1-9.4. Указанный трубопровод соединяет гибкие трубы наклоняющего устройства с серией вентильных труб 9.5, установленных на панели управления, расположенной под питателем 16. Датчики вакуума 10 установлены на четырех блоках: корпусе реактора 10.1, коническом секторе 10.2, крышке реактора 10.3 и трубопроводе вакуумного насоса 10.4. Закрытие соответствующих клапанов и слежение за падением давления позволяет определить возможную утечку в специальном металлическом покрытии. Манометр 11 относится к мембранному типу и устойчив к воздействию кислотной среды, термометр 12 защищен защитным валом,изготовленным из того же материала, что и покрытие. Гидравлическая система 13 приводит в действие следующие блоки в указанном порядке: гидравлический двигатель шнекового питателя 14.1, перемещающий гидравлический цилиндр 1.16, гидравлический цилиндр закрывающей крышки 1.10, гидравлический двигатель колебательно-поворотной системы 1.19, 004438 14 гидравлический цилиндр 1.14 наклоняющего устройства, гидравлические цилиндры для открытия клиньев 1.11. Следует отметить, что все указанные операции выполняются в разное время, причем преимущество имеет гидравлический двигатель шнекового питателя 14.1, обладающий большей мощностью. Питатель включает гидравлический двигатель 14.1, полуось рабочего колеса 14.2, рабочее колесо питателя 14.3, лоток питателя 14.4, коническое сопло питателя 14.5 и спираль 14.6. Питатель заполняет реактор в течение 10 мин. Он изготовлен из микросвязанной углеродистой стали, защищенной битуминозной эпоксидной краской. Пространство под питателем занимает панель управления 16 (подача жидкостей и пара,измерители, электрическая система и т.д.), гидравлическая система 13, вакуумный насос 15,датчик утечки 17, инструменты, рабочие устройства и т.д. Стационарный реактор и питатель установлены на транспортировочной платформе 18,расположенной на высоте 960 мм от поверхности земли, при этом максимальная высота оборудования составляет 4400 мм и соответствует дорожным стандартам. Данное оборудование перевозится к месту нахождения биомассы, где оно поднимается гидравлическими домкратами и крепится на балках и опорах на требуемой высоте (фиг. 2 е). Альтернативно, реактор может работать на транспортировочной платформе. Описанный реактор может включать нижеследующее дополнительное оборудование: теплообменник 19, нагнетательный насос для воды 20.1 и кислотного раствора 20.2, деионизатор воды 21, паровой котел 22 и опорную конструкцию 23. Указанное оборудование перевозят на стандартных транспортировочных платформах 18, поднимают и крепят так же, как описано выше. Таблица 5. Основные детали реактора и питателя А - Первая конструкция (первая транспортировочная платформа) 1 - кожух и конструкция реактора 1.1 - цилиндрический корпус 1.2 - крышка 1.3 - впускное сопло 1.4 - передняя крышка 1.4.1 - крышка 1.4.2 - гидравлические цилиндры 1.5 - конический сектор 1.6 - скользящее кольцо с клиньями 1.7 - торцевая крышка с опорой для клиньев 1.8 - соединения 1.9 - шарнир 1.10 - гидравлический цилиндр сочленения устройства для открывания крышки 1.11 - гидравлический цилиндр для закрытия/раскрытия клиньев 1.12 - наклоняющее устройство 15 1.13 - ось наклона 1.14 - гидравлический цилиндр наклоняющего устройства 1.15 - транспортировочная платформа 1.16 - гидравлический цилиндр для горизонтального перемещения 1.17 - стационарная конструкция реактора и питателя 1.18 - цепь колебательно-поворотной системы 1.19 - гидравлический двигатель колебательно-поворотной системы 1.20 - микропереключатели 2 - покрытие из металлов и специальных сплавов 2.1 - корпус реактора 2.2 - фланцы 2.3 - уплотнительное кольцо торцевой крышки 2.4 - уплотнительное кольцо в месте сочленения 2.5 - вакуумное уплотнительное кольцо между кожухом и покрытием 2.6 - титановое кольцо (Ti) для защиты от загрязнения Fe во время сварки Ti 3 - соединения и клапаны для подачи воды,кислотного раствора, пара, создания вакуума и выгрузки продукта предварительного гидролиза 3.1 - впускное отверстие для воды и кислотного раствора 3.2 - впускное отверстие для пара 3.3 - выпускное отверстие для пара 3.4 - вакуум 3.4.1 - вакуум в корпусе реактора 3.4.2 - вакуум в коническом секторе 3.4.3 - вакуум в крышке реактора 3.4.4 - вакуум в вакуумном насосе 3.5 - выгрузка продукта предварительного гидролиза 3.6 - клапан сбора продукта предварительного гидролиза для анализа 3.7 - клапан возврата пара в перфорированной пластине трубы для выгрузки продукта предварительного гидролиза 3.8 - клапан возврата пара в перфорированной трубе канала для отвода пара 4 - опора на входе гибких вращающихся труб 5 - гибкие вращающиеся трубы 5.1 - впускное отверстие для воды и кислотного раствора 5.2 - впускное отверстие для пара 5.3 - выпускное отверстие для пара 5.4 - вакуум 6 - опора на выходе гибких труб 7 - промежуточный трубопровод 7.1 - впускное отверстие для воды и кислотного раствора 7.2 - впускное отверстие для пара 7.3 - выпускное отверстие для пара 7.4 - вакуум 8 - гибкие трубы наклоняющего устройства 16 8.1 - впускное отверстие для пара и кислотного раствора 8.2 - впускное отверстие для пара 8.3 - выпускное отверстие для пара 8.4 - вакуум 9 - трубопровод и клапаны для подачи воды, кислотного раствора, пара и создания вакуума 9.1 - впускное отверстие для воды и кислотного раствора 9.2 - впускное отверстие для пара 9.3 - выпускное отверстие для пара 9.4 - вакуум 9.5 - узел вентильного трубопровода 10 - датчики 10.1 - в корпусе реактора 10.2 - в коническом секторе 10.3 - в крышке реактора 10.4 - в вакуумном насосе 11 - манометр 12 - термометр 13 - гидравлические системы 14 - питатель 14.1 - гидравлический двигатель 14.2 - полуось рабочего колеса 14.3 - рабочее колесо питателя 14.4 - лоток питателя 14.5 - коническое сопло питателя 14.6 - крышка 15 - вакуумный насос 16 - панель управления (подача жидкостей и пара, измерители, электрические системы и т.д.) 17 - детектор утечек 18 - транспортировочная платформа - грузоподъемность 30 т В - Вторая конструкция (вторая транспортировочная платформа - чертежи не прилагаются) 19 - теплообменник 20 - нагнетательный насос для воды (20.1) и кислотного раствора (20.2) 21 - деионизатор воды 22 - паровой котел 23 - опорная конструкция для деталей 19-22 Предварительный гидролиз биомассы и получаемые продукты Предварительному гидролизу можно подвергать биомассу любого типа, такую как древесина, жмых и солома сахарного тростника, растительные остатки, кора, трава, органическая часть мусора и т.д. Предварительный гидролиз включает нижеследующие стадии: 1- Рубленую биомассу выгружают на питающую платформу, которая может быть оборудована транспортером или наклонным шнековым питателем, где ее промывают, чтобы уменьшить содержание неорганических примесей (земля, зола и т.д.). 2 - С питающей платформы биомассу загружают в шнековый питатель, который заполняет реактор до сжатия биомассы, достигающей 17 плотности 300 кг/м 3 (сухое вещество), что в три раза больше плотности мягкой биомассы(жмых, солома, трава, растительные остатки,кора, органическая часть мусора). Питатель остается присоединенным к реактору в течение всей операции заполнения, которая длится примерно 10 мин. После заполнения реактор отсоединяется от питателя в результате горизонтального перемещения подвижной конструкции относительно стационарной конструкции. После отсоединения питателя впускное сопло закрывается клапаном, приводимым в действие гидравлическими цилиндрами. 3 - После заполнения реактора биомассу дегазифицируют, пропуская через нее пар, заполняют реактор кислотным раствором (порядка 1,7% от количества биомассы), предварительно нагретым до 80 С в теплообменнике, в соотношении жидкость/твердое вещество L/S=2, нагревают до 160 С и повышают давление до 0,62 МПа. Указанную операцию выполняют в течение 10 мин, причем тепло удаляемого пара возвращают в теплообменник для нагревания кислотного раствора в следующем рабочем цикле. Для регенерации тепла размер теплообменника обычно в два раза превышает объем кислотного раствора, необходимого для каждой реакции. 4 - После нагревания биомассы и повышения давления в течение 30 мин осуществляют предварительный гидролиз одновременно с поворотным колебанием реактора и продувкой пара для поддержания температуры, близкой к 160 С 10 С, которая необходима для сообщения лигноцеллюлозе характеристики каталитического сгорания, так как при более низких температурах не происходит полный гидролиз гемицеллюлозы и аморфной целлюлозы и при более высоких температурах кристаллическая целлюлоза превращается в аморфную целлюлозу, что затрудняет ее измельчение с получением мелких частиц (f250 мм). Необходимо отметить важное значение гибких соединений для поддержания температуры в течение всего периода гидролиза и колебания реактора для обновления пограничного слоя насыщенной сахаром жидкости на поверхности крошки или частиц биомассы, благодаря чему достигается оптимальное время гидролиза, равное примерно 20-30 мин. Степень предварительного гидролиза контролируют, измеряя содержание сахара в продукте предварительного гидролиза при помощи рефрактометра или любого другого устройства для измерения концентрации сахара до достижения значения, равного 9 ед. Более продолжительное время предварительного гидролиза ведет к уменьшению содержания сахара вследствие расщепления ксилозы с образованием фурфуралового и фурфурилового спирта. Всесторонний контроль температуры, давления, содержания кислоты, колебания (гомогенизации) и чистоты пара позволяет полностью 18 оптимизировать процесс предварительного гидролиза. 5 - После выполнения предварительного гидролиза полученный продукт (сахарный раствор) выгружают и подают в стационарный или передвижной бак через теплообменник, где происходит регенерация энергии для предварительного нагрева кислотного раствора и воды в паровом котле. Регенерация тепла из продукта предварительного гидролиза при помощи удаляемого пара (нагревание и продувка) и использование низкого соотношения жидкости/твердого вещества (L/S=2) позволяет сократить расход энергии, содержащейся в исходной биомассе, менее чем на 6%. Указанные величины значительно меньше аналогичных показателей, характерных для других способов обработки биомассы, которые в большинстве случаев составляют порядка 30% (соотношение L/S=12). Выгрузка гидролизата продолжается в течение примерно 10 мин. 6 - После выгрузки продукта предварительного гидролиза производят промывку в соотношенииL/S=1 для извлечения сахара до концентрации 5. Вторую фракцию продукта предварительного гидролиза затем смешивают или не смешивают с первой фракцией (содержание сахара 9). Первую фракцию обычно используют для получения фурфураля (наибольшая возможная концентрация сахара), и вторую фракцию используют для получения спирта (например, путем сбраживания с полученными генетическим путем бактериями Echerichia coli). Следует отметить, что вторая фракция содержит (5xlS)/(9x1,5S+5x1S)=0,27=27% сахара,присутствующего в двух фракциях, поэтому ее можно эффективно использовать. Кроме того, следует отметить, что обе фракции в общей сложности содержат (0,09x1,5S+0,05xlS)/0,2S=0,925S=92,5% сахара, присутствующего в гемицеллюлозе и аморфной целлюлозе. Благодаря высокой степени извлечения сахара нет необходимости выделять сахар при помощи сложных и дорогостоящих методов из промывной воды, направляемой в водоотстойник. Настоящее изобретение делает ненужным применение дорогостоящих винтовых прессов для экстракции продукта предварительного гидролиза и извлечения сахара. Время извлечения сахара составляет порядка 10 мин. 7 - После извлечения сахара производят выгрузку лигноцеллюлозы, открывая большую крышку и наклоняя реактор. Лигноцеллюлозу можно выгружать в механические промыватели(конические, цилиндрические, поворотные баки и т.д.) или передвижные ванны для промывки перколяцией (диффузией). Выгрузку производят в течение нескольких минут, и вместе с очисткой уплотнительных колец и установкой реактора в положение разгрузки вся операцию занимает менее 10 мин. Полный цикл обработки длится примерно 80 мин, что позволяет выполнять 16 реакций в день при степени эксплуата 19 ции устройства, равной 90%. 8 - Промывку можно осуществлять в промывателе любого типа. Предпочтительной является промывка перколяцией (диффузией) в передвижных ваннах или больших мешках, которые требуют меньшего расхода воды, обеспечивают защиту лигноцеллюлозы от загрязняющих примесей и позволяют производить выгрузку в передвижные емкости. Промывные воды удовлетворяют требованиям резолюции CONAMA20 от 18 июня 1986 г. (опубликованной вGazette), поэтому их можно спускать в любые водоемы. Что касается экологических характеристик данного изобретения, то промывные воды нейтрализуются известковым молоком и подвергаются биологической очистке в отстойниках. 9 - Промывку по настоящему изобретению можно осуществлять двумя способами, а именно обычной водой и деионизированной водой. В первом случае получают обычную лигноцеллюлозу с нормальным содержанием золы, образующейся из неорганических веществ, присутствующих в самой биомассе и попадающих в нее из окружающей среды (в основном из земли). Осуществляя промывку деионизированной водой, получают чистую лигноцеллюлозу, предназначенную для использования в качестве топлива для газовых турбин, которое должно характеризоваться низким содержанием К+Na5 частей на миллион. Предварительный гидролиз позволяет эффективно уменьшить содержание золы в биомассе в результате взаимодействия неорганических веществ с H2SO4 с образованием растворимых сульфатов, которые выщелачиваются из лигноцеллюлозы во время предварительного гидролиза и промывки. Использование деионизированной воды существенно увеличивает эффективность промывки, позволяя уменьшить содержание Na+К до уровней, необходимых для использования топлива в газовых турбинах. Применение деионизированной воды в способе по настоящему изобретению является вполне приемлемым и недорогостоящим благодаря низкому соотношению L/S=2. При осуществлении известных способов с высоким расходом воды(L/S=12) невозможно использовать деионизированную воду и получать лигноцеллюлозу в виде топлива, пригодного для газовых турбин. В результате предварительного гидролиза биомассы, осуществляемого в реакторе безопасного типа, получают два продукта (два товара): лигноцеллюлозу и продукт предварительного гидролиза. Лигноцеллюлоза Рассматривая лигноцеллюлозу, следует отметить, что древесина состоит из гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина, находящегося в микрофибриллах. Целью выполнения предварительного гидролиза в реакторе безопасного типа является расщепление гемицеллюлозы и аморфной целлюлозы при сохранении целлюлозы в 20 кристаллической форме и лигнина в сферической форме. Все указанные цели достигаются, и результаты показаны на микрофотографии, изображенной на фиг. 3. На указанной микрофотографии показаны волокна кристаллической целлюлозы со сферической лигноцеллюлозой, где пустые пространства до предварительного гидролиза были заняты геми-целлюлозой и аморфной целлюлозой. Получены нижеследующие результаты:a) благодаря полному контролю параметров способа, осуществляемого в реакторе безопасного типа, процесс протекает равномерно во всем реакторе, позволяя получить "однородные продукты".b) благодаря сохранению кристаллической структуры лигноцеллюлозу можно измельчать до частиц менее 250 мм в молотковых дробилках, штифтовых дробилках и тому подобных при потреблении энергии 12 кВт.час/т, величину которой вводят в формулу Бонда: W = 10Wi/=10Wi/, где W = работа в кВт.час/т, Wi = тарификация обработки материала, Р = размер отверстий, через которые проходит 80% продукта (в микронах), F = размер отверстий, через которые проходит 80% подаваемого материала(в микронах), и получают Wi = 15, что соответствует затратам на обработку большинства минеральных материалов (то есть кристаллических материалов). Затраты на энергию измельчения составляют менее 1,00 доллара США/тонну.c) благодаря высокой пористости лигноцеллюлозу можно сушить до 50% влажности простым стеканием, не используя дорогостоящие винтовые прессы на стадии сушки. Окончательную сушку производят во вращающихся сушилках до влажности менее 12% с таким же расходом энергии, как при сушке зерновых культур (750 МДж/т), как это показано в нижеследующих примерах. с.1) сушка лигноцеллюлозы: расход 0,4 кг/час GLP (теплотворная способность 42 МДж/кг) в течение 10 ч для сушки 224 кг лигноцеллюлозы (0,4x10x42)/0,224=750 МДж/т лигноцеллюлозы); с.2) сушка риса: расход 1/3 стера(куб.метра) древесины (396 кг/стер, теплотворная способность 10,5 МДж/кг) для сушки 30 мешков риса в день, 60 кг/мешок) (0,33x396x10,5)/1,8=760 МДж/т риса. Стоимость сушки с использованием благородных видов топлива (древесина - 10,00 долларов США/стер = 1,80 доллара США/т лигноцеллюлозы или GLP - 0,50 доллара США/кг = 9,00 доллара США/т лигноцеллюлозы) всегда является очень высокой, поэтому необходимо использовать остаточное тепло паровых котлов при 125 С. В связи с этим сушку и измельчение необходимо производить рядом с тепловой электростанцией или паровым котлом, используя остаточное тепло;d) благодаря сферической форме лигнина 21 пустые пространства в целлюлозе подвергаются воздействию микроорганизмов жвачных животных, поэтому лигноцеллюлозу можно использовать в качестве объемного компонента корма для животных, который усваивается на 58%, что сравнимо с высококачественными объемными компонентами (силос из влажной кукурузы 61%, силос из люцерны - 56%, травяной корм 56%, овсяная солома - 44%) и гораздо выше усвоения натуральной травы (35%).e) Лигноцеллюлозу применяют в основном в качестве топлива для паровых котлов, газовых турбин и для выработки энергии методом магнитной гидродинамики (MHD). В табл. 6 приведен пример применения лигноцеллюлозы в качестве топлива для парового котла в сравнении с жидким топливом. Более низкая теплотворная способность лигноцеллюлозы (20 МДж/кг), чем у жидкого топлива (41 МДж/кг) уравновешивается ее стоимостью(40,00 долларов США/тонну), которая в три раза меньше стоимости жидкого топлива (120,00 долларов США/тонну). Несмотря на то, что лигноцеллюлозы необходимо в два раза больше, ее можно использовать вместо жидкого топлива в паровых котлах любого типа, так как лигноцеллюлоза является окисленным топливом (29% О 2) и требует вдувания воздуха почти в таком же объеме, что и при использовании жидкого топлива. Это значит, что в любом мазутном или газовом котле можно сжигать лигноцеллюлозу с теплотворной способностью примерно 15% горелок и воздушных инжекторов. Лигноцеллюлоза, полученная в результате промывки деионизированной водой, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к чистому топливу для газовых турбин, в котором содержание Na + К 5 миллионных долей. Хотя чистая лигноцеллюлоза содержит Na + К 15 миллионных долей, это значение можно уменьшить путем очистки в циклоне. Частицы менее 200 мм подвергаются каталитическому сгоранию, как показано на фиг. 4. Это происходит вследствие двух факторов: во-первых, благодаря большой открытой поверхности (2 м 2/г, измеренной методом BET Brunaur, Emmett и Tellen, или при помощи йодного числа 100), по сравнению с поверхностью натуральной биомассы (0,4 м 2/г) и, во-вторых,благодаря тонкому измельчению (f250 мм),что обеспечивает доступ кислорода карбюрируемого топлива и выделение моноокиси из пор лигноцеллюлозы без столкновения молекул,вследствие чего происходит каталитическое сгорание (размер частицы лигноцеллюлозысреднего свободного выхода карбюрируемого топлива и газов, образующихся в результате сгорания). Все это свидетельствует о том, что лигноцеллюлоза является единственным твердым каталитическим топливом, которое можно получать в большом количестве, причем время его сгорания ( 20 мс) соответствует аналогич 004438 22 ному показателю природного газа. Газовые турбины требуют топлива с общим содержанием частиц 200 миллионных долей и содержанием частиц больше 5 мм 8 миллионных долей. Указанные характеристики достигаются тремя способами: в результате полного сгорания благодаря каталитическому характеру лигноцеллюлозы, установки циклона между наружной камерой сгорания и газовой турбиной и применения магнитного сепаратора после измельчения лигноцеллюлозы для удаления загрязняющих примесей, попадающих из дробилок. Без очистки в магнитных сепараторах общее содержание частиц составляет 50 миллионных долей, и при магнитном отделении содержание частиц 5 мм составляет 8 миллионных долей. Благодаря каталитическому сгоранию лигноцеллюлоза является великолепным топливом для MHD,обеспечивая высокую удельную электропроводность в плазме, сгорающей при высокой температуре, равной 2727 С (3000 К). На фиг. 5 показано, что удельная электропроводность лигноцеллюлозы равна примерно 70 См/м по сравнению с 15 См/м для очищенного минерального угля, 12 См/м для топлива, полученного из нефти, и 8 См/м для природного газа. Необходимо отметить, что в древесине содержание углерода равно 48% и содержание водорода равно 6%,давая соотношение С/Н = 8. Предварительный гидролиз увеличивает содержание углерода в лигноцеллюлозе до 66% и уменьшает содержание Н до 4,3%, благодаря чему соотношение С/Н = 15. Таблица 6. Сравнение сгорания жидкого топлива и лигноцеллюлозы в обычном котле(a) Получена без использования деионизированной воды(е) Природный газ или дизельное топливо;(f) 13% для лигноцеллюлозы, 30% для носителя Таблица 7. Основные неорганические загрязняющие примеси, содержащиеся в древесине эвкалипта и продукте предварительного гидролиза Полученный результат имеет важное значение, так как на фиг. 5 показано, что удельная электропроводность является очень низкой при низких значениях С/Н и существенно увеличивает при С/H = 15, обеспечивая полное насыщение. Во время сгорания водород образует гидроксильный ОН- с маленьким промежутком,равный 400 ангстрем, для электрона в сгорающей плазме, что уменьшает удельную электропроводность и не влияет на указанную величину при содержании водорода меньше 3%.f) помимо использования в качестве топлива и объемного компонента в корме для животных лигноцеллюлоза находит применение в нижеследующих областях, таких как пиролиз при производстве жидких видов топлива и активированного угля, производство сажи (неполное сгорание), производство метанола, резинатов лигноцеллюлозы (агломератов, MDF - волокон средней плотности), субстрата для сбраживания в полутвердом состоянии (грибы, бактерии и ферменты) и т.д. Продукт предварительного гидролиза Продукт предварительного гидролиза представляет собой раствор сахаров, содержащий ксилозу (80%), глюкозу, мамозу, галактозу,арабинозу, ацетильные продукты, урановую кислоту и т.д. Помимо сахаров указанный продукт содержит серную кислоту, добавляемую в процессе предварительного гидролиза, и неорганические загрязняющие примеси, указанные в табл. 7. Всесторонний контроль за осуществлением процесса в реакторе безопасного типа позволяет выполнять фактически полный предварительный гидролиз, в результате которого происходит расщепление всех легко гидроли 004438 24 зуемых продуктов без разложения сахаров благодаря низкой температуре данного способа(160 С). Содержание растворимых сахаров (ед.) контролируется поминутно, и процесс прекращается (начало выгрузки, сброс давления, охлаждение), как только содержание сахаров достигает максимума. Низкое соотношение L/S = 2 позволяет достигать содержания сахаров порядка 10 ед. аналогично другим отварам (сахарного тростника, кукурузы и т.д.). Продукт предварительного гидролиза обычно имеет рН = 1. В результате извлечения сахаров (тип промывки сL/S = 1) получают продукт предварительного гидролиза с содержанием сахара порядка 5 ед. и рН = 1,5, который можно смешивать или не смешивать с ранее полученным продуктом для последующей обработки. Продукт предварительного гидролиза имеет три основных применения: производство фурфураля двухстадийным методом (дегидратация пентозы), производство этанола (сбраживание с полученными генетическим путем бактериями Echerichia coli) и производство ксилита(каталитическая гидрогенизация D-ксилозы). Следует отметить, что реактор, описанный с указанием конкретных параметров, является иллюстративным примером и не ограничивает объем настоящего изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для переработки материалов,в частности для предварительного гидролиза биомассы или для выполнения варки минерала,содержащее наружный кожух (1.1-1.7) и внутреннее покрытие (2.1, 2.2), установленные в контакте друг с другом, отличающееся тем, что между внутренним покрытием (2.1, 2.2) и наружным кожухом (1.1-1.7) создан вакуум. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что наружный кожух (1.1-1.7) выполнен из конструкционного материала и внутреннее покрытие (2.1, 2.2) выполнено из коррозионностойкого материала. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,что конструкционный материал представляет собой один из следующих материалов: Мо(С 1/2 Мо) углеродистая сталь, Сr-(11/4 Сr - 1/2 Мо,21/4 Сr1 Мо, 5 Сr - Мо) сталь, нержавеющая сталь (405, 410, 304, 316, 321, 347, 309, 310),жаростойкая сталь (сталь с высокой прокаливаемостью, НК, сталь с высокой магнитной проницаемостью), монель, латунь, бронза или алюминий. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем,что коррозионно-стойкий материал представляет собой один из следующих материалов: СrМо(9 Сr-1/2 Мо) сталь, никель, инконель, инколой, хастеллой, двухфазные сплавы, Fe-Si, нержавеющие, ферриттовые, никелевые стали,свинец, Cu-Ni, тугоплавкие металлы и соответствующие сплавы. 25 5. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что наружный кожух (1.1-1.7) выполнен из микросвязанной углеродной стали и внутренний кожух (2.1, 2.2) выполнен из тугоплавкого металла или его сплавов. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем,что является реактором термохимического типа. 7. Устройство по любому из пп.1 или 6, отличающееся тем, что является реактором периодического типа. 8. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что наружный кожух (1.1-1.7) и внутреннее покрытие (2.1, 2.2) установлены путем простого приведения их в контакт. 9. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что дополнительно содержит в швах внутреннего покрытия защитные кольца или пластины, выполненные из того же материала, что и внутреннее покрытие, во избежание загрязнения материала внутреннего покрытия. 10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что содержит средства для определения и контролирования вакуума между наружным кожухом (1.1-1.7) и внутренним покрытием (2.1-2.2). 11. Устройство по п.10, отличающееся тем,что средства определения и контролирования вакуума обеспечивают обнаружение микроутечек вакуума, позволяя выявлять микротрещины во внутреннем покрытии (2.1-2.2). 26 12. Устройство по любому из пп.10-11, отличающееся тем, что средством обнаружения микроутечек является гелиевый детектор утечки. 13. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что детекторы микроутечки соединены с вакуумной линией. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем,что содержит систему колебания, обеспечивающую ему возможность совершать колебания вокруг своей главной оси. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем,что содержит подающий механизм для уплотнения продукта, перерабатываемого в устройстве. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем,что подающий механизм является шнековым подающим механизмом, подвижно связанным с устройством. 17. Устройство по п.1, отличающееся тем,что содержит открывающуюся крышку для выгрузки переработанного тврдого материала. 18. Устройство по п.1 или 17, отличающееся тем, что содержит опрокидывающий механизм для выгрузки переработанного тврдого материала. 19. Устройство по п.1, отличающееся тем,что содержит транспортную платформу, обеспечивающую возможность его транспортирования на место, где его можно использовать.

МПК / Метки

МПК: C13K 1/02, B01J 19/02

Метки: материалов, переработки, устройство, частности, биомассы, варки, минерала, гидролиза, предварительного

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/15-4438-ustrojjstvo-dlya-pererabotki-materialov-v-chastnosti-dlya-predvaritelnogo-gidroliza-biomassy-ili-dlya-varki-minerala.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство для переработки материалов, в частности для предварительного гидролиза биомассы или для варки минерала</a>

Похожие патенты