Система и способ периодического процесса суперобжига

Система и способ периодического процесса суперобжига

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет предварительной американской заявки 61/991017, поданной 9 мая 2014 г. и озаглавленной как «Система и способ периодического процесса суперобжига», содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки во всей его полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящая патентная заявка относится к системам и способам для производства легковоспламеняющегося топлива из биомассы, и более конкретно к системам обжига и способам для преобразования биомассы в легковоспламеняющееся топливо.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Формулировки в этой секции просто обеспечивают сведения справочного характера, относящиеся к настоящему изобретению и могут не составлять предшествующий уровень техники.

[0004] Процессы обжига и пиролиза, как известно, преобразуют биомассу в легковоспламеняющееся топливо, называемое «древесным углем» или «биоуглем». Процесс обжига включает в себя термохимическую обработку биомассы без доступа кислорода при температуре от 200°C до 280°C при атмосферном давлении. Процесс пиролиза включает в себя быстрое нагревание биомассы до температуры от 700°C до 1000°C или выше, как правило при высоком давлении. Древесный уголь, производимый в результате процесса обжига или процесса пиролиза, может использоваться в качестве обычного древесного угля (называемого «экоуглем»), на существующих электростанциях, работающих на угле, в качестве удобрения (называемого «биоуглем»), или в качестве фильтрующего агента (называемого «активированным углем»).

[0005] Процесс обжига является более эффективным экономически благодаря относительно низким используемым температурам и давлениям. Однако, древесный уголь, произведенный с помощью обычного процесса обжига, не обладает желаемой размалываемостью и содержанием влаги, подходящими для использования на электростанциях, которые обычно используют пылевидный уголь с размером частиц меньше, чем 0,2 мм.

[0006] Кроме того, обычные процессы обжига или пиролиза порождают значительные затраты до и после процессов обжига или пиролиза в дополнение к затратам на собственно преобразование биомассы в древесный уголь. Например, биомасса должна быть предварительно обработана и транспортирована к оборудованию для пиролиза или обжига. Предварительная обработка биомассы включает в себя измельчение или гранулирование биомассы для того, чтобы уменьшить размер частиц сырой биомассы, а также подогревание биомассы для того, чтобы уменьшить содержание воды. Дополнительным затратам также образуются при транспортировке большого количества биомассы от источников биомассы к оборудованию/площадке обжига, а также при транспортировке древесного угля от оборудования/площадки обжига к месту коммерческого назначения. Принимая во внимание эти дополнительные затраты, древесный уголь, производимый с помощью обычного процесса обжига, может быть экономически невыгодным для коммерческого использования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Настоящая патентная заявка предлагает компактную систему суперобжига для преобразования биомассы в древесный уголь. Эта система суперобжига включает в себя дискретные блоки, которые располагаются близко друг к другу и могут быть легко соединены и отсоединены для того, чтобы сформировать компактную систему суперобжига. Эта система суперобжига может легко транспортироваться, например, с помощью грузовиков, к удаленным площадкам, расположенным рядом с источниками биомассы, уменьшая тем самым затраты, связанные с транспортировкой биомассы. Система суперобжига также обеспечивает энергосберегающий процесс с увеличенной производительностью, уменьшая тем самым производственные затраты и делая получаемый древесный уголь экономически выгодным.

[0008] В одной форме система суперобжига в соответствии с принципами настоящего изобретения включает в себя по меньшей мере один блок суперобжига, резервуар для жидкости, содержащий первый жидкий теплоноситель, и промывочный резервуар, содержащий второй жидкий теплоноситель. По меньшей мере один блок суперобжига включает в себя контейнер, образующий приемное пространство, а также удерживающий элемент для удержания в нем биомассы. Удерживающий элемент подвижно размещается в приемном пространстве. Резервуар для жидкости и промывочный резервуар последовательно подают первый и второй жидкие теплоносители в приемное пространство по меньшей мере одного блока суперобжига для того, чтобы осуществлять суперобжиг и преобразование биомассы в древесный уголь, а также для промывки и охлаждения древесного угля, соответственно. Первый жидкий теплоноситель может представлять собой расплав солей, а второй жидкий теплоноситель может представлять собой воду. Удерживающий элемент может включать в себя сетчатую корзину для того, чтобы позволить первому и второму жидким теплоносителям протекать внутри удерживающего элемента и находиться при этом в непосредственном контакте с биомассой и древесным углем, находящимися в сетчатой корзине, соответственно. Промывочный резервуар включает в себя множество емкостей, содержащих соленую воду, имеющую различные температуры и процентные содержания соли для постепенной промывки и охлаждения древесного угля. Биомасса удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига во время суперобжига биомассы. Древесный уголь удерживается по меньшей мере одним блоком суперобжига во время охлаждения и очистки древесного угля.

[0009] В другой форме предлагается способ периодической переработки биомассы в древесный уголь. Этот способ включает в себя: обеспечение биомассы в приемном пространстве по меньшей мере одного блока суперобжига; подачу первого жидкого теплоносителя к блоку суперобжига для суперобжига и преобразования биомассы в древесный уголь; а также подачу второго жидкого теплоносителя по меньшей мере к одному блоку суперобжига для охлаждения и промывки древесного угля. Биомасса подогревается и суперобжигается в древесный уголь в приемном пространстве блока суперобжига. Древесный уголь охлаждается в том же самом приемном пространстве блока суперобжига вторым жидким теплоносителем. Биомасса и древесный уголь удерживаются в блоке суперобжига, когда биомасса преобразуется в древесный уголь, а также когда древесный уголь промывается и охлаждается. Этот способ может дополнительно включать в себя изменяющуюся рабочую температуру, время пребывания, или предварительную пропитку биомассы для того, чтобы производить различные типы древесного угля, такие как экоуголь, биоуголь или активированный уголь.

[0010] Дополнительные области применимости станут очевидными из нижеследующего описания. Следует понимать, что это описание и конкретные примеры предназначены только для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения области охвата настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Описанные в настоящем документе чертежи предназначены только для целей иллюстрации и никоим образом не предназначены для ограничения области охвата настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 1 представляет собой схематический вид системы суперобжига в соответствии с принципами настоящего изобретения;

[0013] Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе блока суперобжига системы суперобжига, проиллюстрированной на Фиг. 1, в соответствии с принципами настоящего изобретения, в котором удерживающий элемент удален для ясности;

[0014] Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе удерживающего элемента блока суперобжига, проиллюстрированного на Фиг. 2;

[0015] Фиг. 4 представляет собой схематический вид промывочного резервуара системы суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой;

[0016] Фиг. 5 представляет собой вид сбоку скруббера системы суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой;

[0017] Фиг. 6 представляет собой частично разобранный вид в перспективе скруббера, проиллюстрированного на Фиг. 5;

[0018] Фиг. 7 представляет собой схематический вид окислителя CF/смолы системы суперобжига в соответствии с настоящей патентной заявкой; и

[0019] Фиг. 8 представляет собой блок-схему способа для периодической переработки биомассы в древесный уголь в соответствии с принципами настоящей патентной заявки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Следующее описание является примерным по своей природе и не предназначено для ограничения настоящего изобретения, применения или использования. Следует понимать, что на всех чертежах соответствующие друг другу ссылочные цифры указывают похожие или соответствующие друг другу детали и особенности.

[0021] На Фиг. 1 система суперобжига 10 в соответствии с настоящим изобретением в целом включает в себя транспортирующее устройство 12, по меньшей мере один блок 14 суперобжига для обжига биомассы в древесный уголь, резервуар 16 для жидкости, нагревательный элемент 18, а также промывочный резервуар 20. Резервуар 16 для жидкости содержит первый жидкий теплоноситель, такой как расплав солей, и подает первый жидкий теплоноситель к блоку 14 суперобжига. Нагревательный элемент 18 может быть расположен рядом с резервуаром 16 для жидкости для того, чтобы нагревать первый жидкий теплоноситель. Промывочный резервуар 20 подает второй жидкий теплоноситель, такой как вода или соленая вода, к блоку 14 суперобжига для охлаждения и очистки древесного угля, который был преобразован из биомассы. В то время как на Фиг. 1 показан только один блок 14 суперобжига, подразумевается, что может быть предусмотрено более одного блока 14 суперобжига, находящихся в сообщении по текучей среде с резервуаром 16 для жидкости и промывочным резервуаром 20 для одновременного суперобжига множества загрузок биомассы.

[0022] Опционально система 10 суперобжига может включать в себя блок 22 летучих органических соединений (VOC) для того, чтобы собирать летучие органические соединения (VOC), выходящие из блока 14 суперобжига, первое устройство 24 фильтрации, расположенное между блоком 14 суперобжига и резервуаром 16 для жидкости, второе устройство 26 фильтрации, расположенное между промывочным резервуаром 20 и блоком 14 суперобжига, а также окислитель 50 древесноугольной пыли/смолы («окислитель CF/смолы»). Блок 22 VOC может дополнительно включать в себя скруббер 28.

[0023] Область 32 подготовки биомассы может быть предусмотрена в или около системы 10 суперобжига. Биомасса собирается и хранится в области 32 подготовки биомассы для того, чтобы транспортироваться транспортирующим устройством 12 к блоку 14 суперобжига для обжига. Биомасса может иметь форму крошки или таблеток, и может включать в себя, не ограничиваясь этим, сухие измельченные волокна сахарного тростника, кукурузную солому, рисовую солому, пшеничную солому, бамбук, древесную щепу, лесосечные отходы, скошенную траву, кожицу фруктов, оболочку пальмового ядра, кокосовую скорлупу и прутьевидное просо.

[0024] Нагревательный элемент 18 может быть расположен так, чтобы он нагревал подающую трубу 30 и таким образом нагревал первый жидкий теплоноситель до предопределенной температуры по мере того, как первый жидкий теплоноситель подается из резервуара 16 для жидкости через подающую трубу 30 к блоку 14 суперобжига. Первый жидкий теплоноситель, содержащийся в резервуаре 16 для жидкости, может представлять собой растворимую в воде расплавленную соль. Однако в качестве жидкого теплоносителя могут использоваться и другие типы жидкостей.

[0025] На Фиг. 2 и Фиг. 3 блок 14 суперобжига включает в себя контейнер 34, образующий приемное пространство 36, крышку 38 для закрытия контейнера 14, а также удерживающий элемент 40 (показанный на Фиг. 3), подвижно размещаемый в приемном пространстве 36. Удерживающий элемент 40 включает в себя захватываемую машиной ручку 42, позволяющую транспортирующему устройству 12 опускать и поднимать удерживающий элемент 40 в и из приемного пространства 36 блока 14 суперобжига. Первый жидкий теплоноситель, такой как расплав солей, и второй жидкий теплоноситель, такой как вода, может последовательно подаваться из резервуара 16 для жидкости и промывочного резервуара 20, соответственно, в одно и то же приемное пространство 36 блока 14 суперобжига для суперобжига и преобразования биомассы в древесный уголь, а также для охлаждения и промывки древесного угля. Биомасса также может быть предварительно подогрета в блоке 14 суперобжига путем использования первого жидкого теплоносителя или другого жидкого теплоносителя перед суперобжигом биомассы в древесный уголь.

[0026] Как показано на Фиг. 3, удерживающий элемент 40 определяет множество отверстий 44, через которые первый и второй жидкие теплоносители могут втекать в удерживающий элемент 40 для того, чтобы вступить в непосредственный контакт с содержащейся в нем биомассой или биоуглем. В качестве примера, удерживающий элемент 40 может иметь форму сетчатой корзины или любую другую форму, при условии, что удерживающий элемент 40 может удерживать биомассу или получаемый древесный уголь и позволяет первому и второму жидким теплоносителям находиться в непосредственном контакте с биомассой или древесным углем. Удерживающий элемент 40 может транспортироваться из области 32 подготовки биомассы к приемному пространству 36 блока 14 суперобжига с тем, чтобы перемещать биомассу для процесса суперобжига. После того, как биомасса преобразуется в древесный уголь, удерживающий элемент 40 поднимается из приемного пространства 36 блока 14 суперобжига для того, чтобы переместить древесный уголь в область сбора древесного угля (не показана). Удерживающий элемент 40 затем транспортируется из области сбора древесного угля к области 32 подготовки биомассы для следующего цикла периодического процесса суперобжига.

[0027] После того, как удерживающий элемент 40 с биомассой будет опущен в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига, первый жидкий теплоноситель, имеющий первую температуру, подается к блоку 14 суперобжига через подающую трубу 30. Нагревательный элемент 18 сначала нагревает расплав солей, служащий первым жидким теплоносителем, до первой температуры для того, чтобы предварительно подогреть биомассу. После этого расплав солей, имеющий первую температуру, выкачивается из блока 14 суперобжига. Нагревательный элемент 18 затем нагревает расплав солей до второй температуры, которая выше, чем первая температура, по мере того, как расплав солей подается через подающую трубу 30 к блоку 14 суперобжига. Расплав солей, имеющий вторую температуру, осуществляет суперобжиг биомассы в древесный уголь. Первая температура для предварительного подогрева биомассы может находиться в диапазоне от 100°C до 200°C. Вторая температура для обжига биомассы в древесный уголь может находиться в диапазоне от 300°C до 500°C в зависимости от желаемого типа конечного древесного угля, такого как экоуголь, биоуголь или активированный уголь. Временем пребывания биомассы, погруженной в блок 14 суперобжига, и предварительной пропиткой биомассы также управляют в зависимости от желаемого типа конечного древесного угля.

[0028] После предварительного подогрева биомассы и суперобжига биомассы в древесный уголь расплав солей циркулирует обратно к резервуару 16 для жидкости через возвратную трубу 31. Благодаря сетчатой структуре удерживающего элемента 40 и движению удерживающего элемента 40 вверх и вниз крошка древесного угля (CF), получаемая в результате преобразования из биомассы, может выпадать из удерживающего элемента 40 и загрязнять расплав солей в блоке 14 суперобжига. Чтобы предотвратить попадание крупной крошки древесного угля (например, с размером частиц 10 мкм) в резервуар 16 для жидкости, первое устройство 24 фильтрации может быть расположено на возвратной трубе 31 между резервуаром 16 для жидкости и блоком 14 суперобжига. Частицы CF, являющиеся более мелкими, чем предопределенный размер, могут переноситься расплавом солей в резервуар 16 для жидкости и циркулировать обратно к блоку 14 суперобжига в следующем цикле суперобжига.

[0029] Транспортирующее устройство 12 может включать в себя подъемную систему 13 для опускания и поднимания удерживающего элемента 40 в/из блока 14 суперобжига, а также для транспортировки удерживающего элемента 40 из/в область 32 подготовки биомассы, блок 14 суперобжига и область сбора древесного угля.

[0030] На Фиг. 4 промывочный резервуар 20 включает в себя множество емкостей 70, 72, 74, а также насосное устройство 27, расположенное между множеством емкостей 70, 72, 74 и блоком 14 суперобжига, и находящееся с ними в сообщении по текучей среде. Множество емкостей 70, 72, 74 содержит промывочную жидкость, имеющую различные процентные содержания соли и температуры. Например, первая емкость 70 содержит воду, имеющую самую высокую температуру и самое высокое содержание соли среди множества емкостей 70, 72, 74. Последняя емкость 74 содержит воду, имеющую самую низкую температуру и самое низкое содержание соли. Емкости 72, расположенные между первой и последней емкостями 70, 74, имеют процентные содержания соли и температуры, промежуточные между процентными содержаниями соли и температурами в первой и последней емкостях 70 и 74. В то время как в промывочном резервуаре показано двенадцать емкостей, подразумевается, что в зависимости от применения может использоваться любое количество емкостей.

[0031] После того, как биомасса будет подвергнута суперобжигу и преобразована в древесный уголь в блоке 14 суперобжига, расплав солей выкачивается из блока 14 суперобжига и возвращается в резервуар 16 для жидкости. Расплав солей остается в порах древесного угля. Вода, содержащаяся во множестве емкостей 70, 72, 74, затем последовательно закачивается в блок 14 суперобжига для того, чтобы растворить соль, которая осталась в порах древесного угля. Множество емкостей 70, 72, 74 последовательно подают соленую воду, имеющую различные процентные содержания соли и различные температуры, в указанном порядке в блок 14 суперобжига. Первая емкость 70, который содержит воду с самой высокой температурой и с самым высоким процентным содержанием соли, первым подает воду в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига для того, чтобы промыть и очистить древесный уголь с одновременным его охлаждением. Затем вода, имеющая самую высокую температуру и самое высокое процентное содержание соли, выкачивается из приемного пространства 36 блока 14 суперобжига и возвращается обратно в первую емоксть 70. После этого второй емкости 72 подает воду, имеющую вторую по величине температуру и второе по величине процентное содержание соли, в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига для того, чтобы дополнительно промыть, очистить и охладить древесный уголь. Тот же самый процесс повторяется для других емкостей 72 по порядку вплоть до последней емкости 74, которая подает воду с самой низкой температурой и с самым низким процентным содержанием соли в приемное пространство 36 блока 14 суперобжига. Путем использования множества емкостей 70, 72, 74 для последовательной подачи воды различных температур и различного процентного содержания соли в блок 14 суперобжига и последовательного выкачивания этой промывочной воды из блока 14 суперобжига обратно во множество емкостей 70, 72, 74 древесный уголь постепенно охлаждается ступенчатым образом почти до температуры окружающей среды и очищается в блоке 14 суперобжига.

[0032] Когда процесс промывки с помощью промывочного резервуара 20 завершается, древесный уголь, находящийся в блоке 14 суперобжига, не содержит соли, и может быть извлечен из блока 14 суперобжига. Древесный уголь может сжигаться в качестве экоугля, или закапываться в почву в качестве биоугля, или использоваться для фильтрации в качестве активированного угля. В том случае, когда древесный уголь содержит остатки фурфурола и оксиацетона, древесный уголь может иметь увеличенную теплотворную способность. Во влажном биоугле фурфурол и оксиацетон будут разрушаться в почве, если биоуголь будет локально закапываться в почву или распределяться по ней, с почти постоянным удалением его связанного углерода. Для высокоценного активированного угля, получаемого путем предварительной обработки биомассы сильным основанием или кислотой, последующее нагревание может выводить захваченный фурфурол и оксиацетон.

[0033] Поскольку фурфурол и оксиацетон постепенно фильтруются из водного солевого раствора во время каждой стадии промывки с помощью емкостей 70, 72, 74, количество фурфурола и оксиацетона, которые высвобождаются из древесного угля в воду в последней емкости 74, становится относительно малым. Любой фурфурол или оксиацетон, оставшийся в воде, подаваемой в блок 14 суперобжига для следующего цикла периодического процесса суперобжига биомассы, может быть направлен в поток летучих органических соединений и/или подвергнуться другому циклу фильтрации древесного угля.

[0034] После того, как удерживающий элемент 40 будет опустошен в области сбора древесного угля, удерживающий элемент 40 может быть перемещен транспортирующим устройством 12 к области 32 подготовки биомассы для того, чтобы перенести очередную свежую загрузку сырой биомассы для следующего цикла периодического процесса суперобжига в блоке 14 суперобжига. Когда крышка 38 закрывается, промывочная жидкость из первой емкости 70 может быть закачана в блок 14 суперобжига. Эта промывочная жидкость имеет температуру, близкую к точке кипения насыщенного солевого раствора, благодаря предыдущему циклу периодического процесса, когда вода подается к горячему древесному углю, пропитанному расплавом солей. Кипящая соленая вода может дегидратировать биомассу. Следовательно, расплав солей с температурой от 300°C до 500°C может подаваться из резервуара 16 для жидкости в блок 14 суперобжига для того, чтобы дополнительно дегидратировать биомассу. Подача расплава солей в водный раствор, находящийся в блоке 14 суперобжига, заставляет испаряться воду, находящуюся в блоке 14 суперобжига. В результате соль, которая была перенесена в первая емкость 70 в предшествующем цикле периодического процесса, может быть регенерирована. Температура смеси непрерывно увеличивается вплоть до температуры от 300°C до 500°C для того, чтобы начать цикл суперобжига.

[0035] Измельченная сырая биомасса содержится в удерживающем элементе 40 в форме сетчатой корзины. Древесный уголь главным образом будет оставаться внутри удерживающего элемента 40, и будет извлекаться в качестве крошки древесного угля («CP»). Однако механическая обработка и термохимическая обработка могут создать древесноугольную пыль («CF»), которая попадает из удерживающего элемента 40 в расплав солей, содержащийся в блоке 14 суперобжига. Следовательно, первое устройство 24 фильтрации предусматривается между резервуаром 16 для жидкости и блоком 14 суперобжига для того, чтобы предотвратить попадание частиц CF с размером более 10 мкм в резервуар 16 для жидкости.

[0036] В дополнение к этому, второе устройство 26 фильтрации может быть предусмотрено между блоком 14 суперобжига и первой емкостью 70, который содержит воду, имеющую самую высокую температуру и самое высокое процентное содержание соли. Второе устройство фильтрации (не показано) препятствует попаданию CF в промывочный резервуар 20. Аналогичным образом второе устройство фильтрации удаляет частицы CF с размером большим, чем размер пор фильтра (10 мкм), и меньшим, чем размер ячейки сетки корзины (800 мкм или меньше), и не дает им попадать в промывочный резервуар 20, в частности, в первую емкость 70. Путем направления промывочных жидкостей из первой емкости 70 к последней емкости 74 через второе устройство фильтрации перед тем, как эти жидкости войдут в блок 14 суперобжига, частицы CF могут быть отделены от воды, текущей к промывочному резервуару 20. Фильтр может регулярно удаляться и продуваться теплым воздухом (например, дымовым газом, смешанным с нормальным воздухом) для того, чтобы удалить CF из фильтра. Высушенные частицы CF, удаленные из фильтра, могут быть опционально измельчены в порошок, и могут вдуваться в окислитель 50 CF/смолы для дополнительной обработки, что будет более подробно описано ниже.

[0037] Более мелкие частицы CF могут продолжать накапливаться в резервуаре 16 для жидкости и продолжать увеличивать вязкость расплава солей. Когда значительное количество мелких частиц CF будет накоплено в резервуаре 16 для жидкости и начнет препятствовать эффективному выкачиванию расплава солей из блока 14 суперобжига, может использоваться окислитель 50 CF/смолы для удаления мелких частиц CF из резервуара 16 для жидкости.

[0038] На Фиг. 5 и Фиг. 6 система 10 суперобжига может опционально включать в себя скруббер 28, соединяющийся с блоком 22 VOC (показанным на Фиг. 1). Блок 22 VOC включает в себя трубопроводы (не показаны), находящиеся в сообщении по текучей среде с блоком 14 суперобжига для сбора летучих органических соединений (VOC), высвобождающихся во время процесса суперобжига в блоке 14 суперобжига. Скруббер 28 сообщается по текучей среде с блоком 22 VOC для дополнительной обработки летучих органических соединений с целью удаления из летучих органических соединений вредных веществ, таких как кислоты.

[0039] Более конкретно, скруббер 28 обычно включает в себя полое цилиндрическое тело 42, входное отверстие 44, выходное отверстие 46, переливную трубу 48 и датчик уровня 49. Смесь пара и летучих компонентов, принимаемая в блоке 22 VOC, направляется через входное отверстие 44 в полое цилиндрическое тело 42 скруббера 28. Полое цилиндрическое тело 42 содержит жидкости, включая, но не ограничиваясь этим, расплавленную щелочную углекислую соль, водные щелочные гидроксиды и водные растворы щелочных карбонатов. Летучие органические соединения, являющиеся смесью пара и летучих компонентов, направляются к полому цилиндрическому телу 42, и могут химически реагировать с жидкостями, такими как щелочная углекислая соль, содержащаяся в скруббере 28. В результате щелочная углекислая соль, содержащаяся в скруббере 28, удаляет органические кислоты, такие как уксусная кислота, из потока летучих органических соединений, одновременно конденсируя часть воды, фурфурола и оксиацетона. Химическая реакция, происходящая в скруббере 28, производит отходящий газ, который удаляется из скруббера 28 через выходное отверстие 46 в конденсатор (не показан) блока 22 VOC для дальнейшей обработки. В этом конденсаторе отходящий газ конденсируется и разделяется на синтез-газ и биораствор, содержащий главным образом воду и метанол. Биораствор может также содержать небольшое количество фурфурола и оксиацетона.

[0040] Синтез-газ из блока 22 VOC может быть собран и использован в качестве химического исходного сырья, либо он может сжигаться на месте для производства дымовых газов, которые могут обеспечивать дополнительный нагрев для процесса суперобжига. Для сжигания синтез-газа система 10 суперобжига может быть опционально снабжена блоком сжигания (не показан), который может сжигать смолы, древесноугольную пыль или измельченный древесный уголь с использованием синтез-газа без выброса вредных дымов или частиц в атмосферу. Горячий дымовой газ, получаемый в результате сжигания синтез-газа, может быть использован для обеспечения дополнительного нагрева расплава солей в резервуаре 16 для жидкости, например, путем использования окислителя 50 CF/смолы.

[0041] На Фиг. 7 окислитель 50 CF/смолы может быть опционально предусмотрен в системе 10 суперобжига для обработки расплава солей, загрязненного частицами CF, с одновременным использованием тепла, выделяющегося в окислителе 50 CF/смолы, в качестве дополнительного нагрева расплава солей, подаваемого в блок 14 суперобжига и скруббер 28. Как было отмечено ранее, первое устройство 24 фильтрации фильтрует только большие частицы CF, в то время как более мелкие частицы CF остаются в расплаве солей и переносятся расплавом солей обратно в резервуар 16 для жидкости. Более мелкие частицы CF постепенно накапливаются в резервуаре 16 для жидкости и увеличивают вязкость расплава солей. Окислитель 50 CF/смолы может быть предусмотрен так, чтобы он находился в сообщении по текучей среде с возвратной трубой 31 для удаления мелких частиц CF из расплава солей на регулярной основе.

[0042] Окислитель 50 CF/смолы включает в себя бачок 57, образующий камеру, барботажную трубу 63, расположенную в камере бачка 57, пористое барботажное тело 59 расположенное на нижнем конце барботажной трубы 63, а также первый змеевик 51 и второй змеевик 52, расположенные в этой камере. Пористое барботажное тело 59 определяет множество барботажных выходов, сообщающихся по текучей среде с барботажной трубой 63. Смесь дымового газа и воздуха подается в камеру бачка 57 через верхний конец барботажной трубы 63.

[0043] Бачок 57 определяет множество входных отверстий 56, через которые расплавленная углекислая/азотнокислая соль, загрязненная частицами CF или смолой (то есть загрязненная соль 60), может подаваться в камеру бачка 57, а также первый набор монтажных отверстий 55 для крепления первого змеевика 51 к бачку 57 и второй набор монтажных отверстий 58 для крепления второго змеевика 52 к бачку 57. Первый змеевик 51 является более малым, чем второй змеевик 52, так что первый змеевик 51 и второй змеевик 52 могут быть коаксиально расположены в бачке 57. Первый змеевик 51 включает в себя холодный конец (то есть входной конец) и горячий конец (то есть выходной конец), которые вставляются в первый набор монтажных отверстий 55. Второй змеевик 52 включает в себя холодный конец (то есть входной конец) и горячий конец (то есть выходной конец), которые вставляются во второй набор монтажных отверстий 58. Первый и второй змеевики 51 и 52 переносят расплавленную углекислую соль, используемую в скруббере 28, и расплав солей, используемый в блоке 14 суперобжига, соответственно. Бачок 57 содержит загрязненную соль 60. Смесь горячего дымового газа и воздуха барботируется в загрязненную соль 60, содержащуюся в бачке 57, через барботажную трубу 63 и выходные отверстия пористого тела 59 на дне бачка 57. Горячий дымовой газ может быть получен путем сжигания синтез-газа, который производится в блоке 22 VOC.

[0044] Азотнокислые соли могут быть опционально добавлены в бачок 57 в качестве катализатора для окисления частиц CF, содержащихся в загрязненной соли 60. По мере того, как смесь горячего дымового газа и воздуха барботируется в загрязненную соль 60 через барботажную трубу 63 и пористое тело 59, частицы CF, содержащиеся в загрязненной соли 60, окисляются и выделяют тепло. Это тепло передается первому и второму змеевикам 51 и 52, которые находятся в сообщении по текучей среде с резервуаром 16 для жидкости и скруббером 28 для того, чтобы нагревать расплав солей и расплавленную углекислую соль, находящиеся в них. Тепло, выделяющееся во время окисления CF, обеспечивает дополнительный нагрев расплаву солей, подаваемому в блок 14 суперобжига, а также углекислой соли, используемой в скруббере 28, устраняя тем самым необходимость во внешней подаче ископаемого топлива с целью обеспечения тепла для суперобжига, а также для извлечения соли.

[0045] Более конкретно, по мере того, как смесь дымового газа и воздуха вводится в загрязненную соль 60, содержащуюся в бачке 57, пузырьки дымового газа проходят вверх через загрязненную соль 60, и тепло от дымового газа передается окружающей жидкости. Небольшое количество кислорода, содержащегося в смеси дымового газа и воздуха, помогает преобразовать азотистокислые ионы NO₂^- в бачке 57 в азотнокислые ионы NO₃^-, а также реагирует с углекислыми ионами CO₃^2- с образованием ионов перекиси O₂^2- и двуокиси углерода CO₂. В свою очередь азотнокислые ионы NO₃^- реагируют с перекисью O₂^2- с образованием азотистокислых ионов NO₂^- и ионов перекиси O₂^-. Именно ионы перекиси O₂^- атакуют углерод в CF с образованием CO₃^2- и оксида углерода CO с намного более высокой скоростью, чем барботируемый газ O₂ может непосредственно сжигать углерод, имеющийся в CF, и преобразовывать его в CO₂. Получаемый CO может экзотермически окисляться, преобразуясь в CO₂. Конечный результат заключается в преобразовании углерода C, содержащегося в CF, а также в преобразовании барботируемого кислорода O₂ в CO₂, причем расплавленные углекислые и азотнокислые соли действуют в качестве катализаторов для облегчения получения этого конечного результата. Именно поэтому этот процесс упоминается как «окисление», а не «сжигание».

[0046] Ответвляющиеся пути могут приводить к разложению некоторого количества нитратов/нитритов в газообразный NO/NO₂, однако барботирование с подходящей скоростью и поддержание относительно низкой рабочей температуры загрязненной соли 60 позволяют контролировать выделение таких вредных газов. Газ, выходящий из правильно работающего окислителя CF/смолы, должен состоять почти исключительно из CO₂ и H₂O (в результате реакций с участием водорода и кислорода, содержащихся в CF), но для того, чтобы гарантировать полное окисление горючих веществ, имеет смысл подвергать отходящие газы дополнительному сжиганию, с использованием получаемого в результате этого сжигания горячего дымового газа для других целей, таких как предварительная сушка холодной биомассы или последующая сушка крошки древесного угля (CP).

[0047] Идеально работающий окислитель 50 CF/смолы будет поддерживать исходные пропорции углекислых и азотнокислых ионов. Дымовой газ обеспечивает достаточное количество CO₂ для преобразования любых щелочных оксидов, образующихся в результате реакции с избыточным воздухом, в щелочные карбонаты. CO, который не был сожжен до CO₂ в окислителе 50, может преобразовывать ионы NO₃^-/NO₂^- в газообразный NO/NO₂ плюс ионы CO₃^2-. Если это происходит, щелочные нитраты могут быть восстановлены путем добавления в правильном молярном количестве относительно недорогой азотной кислоты HNO₃ и преобразования некоторых из щелочных карбонатов в щелочные нитраты плюс пар и двуокись углерода, которые удаляются через отверстие 64 для отходящего газа.

[0048] Для дополнительной цели окисления смол и древесноугольной пыли (и/или измельченного древесного угля, если желательно использовать окислитель 50 CF/смолы для создания большего количества тепла для блока 14 суперобжига так, чтобы можно было обойтись без внешних источников топлива для работы установки), можно выбирать из комбинаций расплавленных щелочных гидроксидов, состоящих из LiOH, NaOH, KOH, и расплавленных щелочных карбонатов, состоящих из Li₂CО₃, Na₂CО₃ и K₂CО₃. Более низкая коррозийность против обычных нержавеющих сталей и суперсплавов приводит к предпочтению карбонатов вместо гидроксидов в качестве соли окислителя, но использование общего способа не ограничивается конкретными примерами настоящего изобретения. Добавление азотной кислоты HNO₃ к Li₂CО₃, Na₂CО₃ и K₂CО₃ позволяет затем получить соответствующее количество LiNO₃, NaNO₃ и KNO₃ вместе с выделением CO₂ и пара H₂O. Лабораторные эксперименты позволяют предположить, что массовое соотношение азотнокислых/углекислых солей от 1/9 до 1/4 приводит к приемлемым скоростям окисления древесноугольной пыли (CF).

[0049] В окислителе 50 CF/смолы загрязненная соль 60 препятствует образованию летучей золы, и загрязненная соль 60 может также захватывать летучую золу, получаемую в результате неполного сгорания в сжигателе синтез-газа. Следовательно, дополнительная пылеуловительная камера для захвата летучей золы не требуется, что является значительным преимуществом по сравнению с альтернативой сжигания CF в воздухе. Кроме того, тепло, выделяемое при окислении CF/смолы, полностью поглощается расплавом солей, так что эффективность теплопередачи является значительно более высокой чем в традиционных способах, которые могут сжигать древесный уголь вне сосуда, удерживающего расплав солей. То, что было бы зольным остатком в традиционной горелке вследствие содержания небольших количеств кальция и магния, которые присутствуют во всех растениях, является осадком Mg₂О и CaCО₃ в расплаве солей окислителя CF/смолы. Эти осадки могут быть удалены механическими способами, что позволяет ожидать увеличения срока службы соли окислителя.

[0050] Если соль скруббера представляет собой расплавленную комбинацию щелоч