RU2785534C2

RU2785534C2 - Method for torrefaction of biomass and installation for implementation of this method

Info

Publication number: RU2785534C2
Application number: RU2021107560A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Пекарец
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМЕТЕЙ"
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-12-08

Abstract

FIELD: woodworking industry.

SUBSTANCE: invention relates to a technology of biomass torrefaction. A method for torrefaction of biomass of wood origin is proposed, implemented at a temperature interval corresponding to an endothermal period of wood thermal decomposition by convective heat transfer in a mode of circulation of a gaseous heat flow. The method differs in that molded biomass is directed to torrefaction in batches, wherein heating of the circulating gaseous heat flow is carried out with heat of a gas-permeable recuperative heat exchanger, heating of which is carried out with hot gases, which are mostly a product of combustion of volatile organic compounds distilled from biomass during torrefaction. In this case, a temperature of the circulating gaseous heat flow is maintained in the range of 200°C÷270°C, and a temperature of gaseous products of combustion of volatile organic compounds at an input to the recuperator is maintained in the range of 400°C÷700°C. An installation for torrefaction of biomass is also proposed.

EFFECT: implementation of a technology of biomass torrefaction with the maximum use of energy of torrefaction gases.

17 cl, 1 dwg

Description

В последние годы в биоэнергетической отрасли стало актуальным направлением развитие новой технологии производства продукта, который называют торрефицированной биомассой, торрефикатом или биоуглем («biocoal»). Торрефикация - это процесс воздействия на древесные волокна в бескислородной среде, когда протекают преимущественно эндотермические реакции, превращающие древесину в обожженную древесину.In recent years, the development of a new technology for the production of a product, which is called torrefied biomass, torrefied or biocoal (“biocoal”), has become an actual direction in the bioenergy industry. Torrefaction is a process of affecting wood fibers in an oxygen-free environment, when predominantly endothermic reactions occur, turning wood into burnt wood.

Данное направление актуализировалось на фоне современного энергетического европейского тренда - поэтапного отказа от каменного угля и максимального перехода на возобновляемые источники энергии. Как один из вариантов такого источника энергии рассматривается биотопливо. Отсюда, главное требование к биотопливу сводится к тому, чтобы его теплотворная способность была приближена к теплотворности каменного угля, а также, чтобы биотопливо было транспортабельно, гидрофобно и технологично с точки зрения переработки на действующих энергетических станциях, спроектированных под переработку каменного угля.This direction has been updated against the background of the modern European energy trend - the phased abandonment of hard coal and the maximum transition to renewable energy sources. Biofuel is considered as one of the options for such an energy source. Hence, the main requirement for biofuel is to ensure that its calorific value is close to the calorific value of coal, and that biofuel is transportable, hydrophobic and technologically advanced from the point of view of processing at existing power plants designed for processing coal.

Под термином биотопливо («biocoal») понимается любое топливо растительного происхождения, которое в результате термической обработки приобретает свойства, приближенные к свойствам каменного угля. А торрефикация - это способ создания, по сути, традиционного продукта из нетрадиционного возобновляемого сырья. Неоспоримым преимуществом торрефиката является тот факт, что при его сжигании снижаются не менее, чем в три раза выбросы СО₂ в атмосферу по сравнению с углем при том же количестве получаемой теплоэнергии.The term biofuel (“biocoal”) refers to any fuel of plant origin, which, as a result of heat treatment, acquires properties close to those of coal. And torrefaction is a way to create, in fact, a traditional product from non-traditional renewable raw materials. The indisputable advantage of a torrefied product is the fact that when it is burned, CO ₂ emissions into the atmosphere are reduced by at least three times compared to coal with the same amount of heat energy received.

Древесина содержит воду, целлюлозу, гемицеллюлозу, лигнин и небольшую долю растворимых экстрактивных веществ (липидов и терпенов), а также другие соединения, связанные с углеродом. При сжигании древесины образуется целый ряд загрязняющих газов, таких как оксид углерода, метан, оксиды азота (NO_x) и т.д. Газы и дым от сжигания древесины при охлаждении образуют сажу, креозот и другие токсические вещества. При этом известно, что летучие органические соединения (ЛОС) древесины горят намного чище при условии низкой ее влажности. При торрефикации влажность биомассы максимально снижается, что приводит не только к повышению эксплуатационных характеристик топлива из биомассы, но и к снижению экологически вредных выбросов, а также снижению балластной компоненты биотоплива, повышая тем самым его теплотворность.Wood contains water, cellulose, hemicellulose, lignin and a small proportion of soluble extractives (lipids and terpenes) as well as other carbon-bound compounds. When wood is burned, a number of pollutant gases are released, such as carbon monoxide, methane, nitrogen oxides (NO _x ), etc. Gases and smoke from burning wood when cooled form soot, creosote and other toxic substances. At the same time, it is known that volatile organic compounds (VOCs) of wood burn much cleaner under the condition of low humidity. During torrefaction, the humidity of biomass is reduced to the maximum, which leads not only to an increase in the performance of biomass fuel, but also to a decrease in environmentally harmful emissions, as well as a decrease in the ballast component of biofuel, thereby increasing its calorific value.

С точки зрения продвижения любого продукта на рынке потребления определяющим фактором является его рентабельность. Существует скептическое мнение, что дополнительные затраты, связанные с производством торрефиката, не окупятся при реализации его на традиционном рынке биотоплива.From the point of view of promoting any product in the consumer market, the determining factor is its profitability. There is a skeptical opinion that the additional costs associated with the production of torrefied products will not pay off when it is sold on the traditional biofuel market.

К тому же регулярных поставок биоугля на мировом рынке пока немного даже в условиях повышенного интереса к этому продукту.In addition, there are still few regular deliveries of biochar on the world market, even in conditions of increased interest in this product.

Как в таких условиях надежно прогнозировать цену реализации торрефиката? Как оценить рентабельность проекта по его производству и переработке?How to reliably predict the selling price of a torrefied product under such conditions? How to assess the profitability of a project for its production and processing?

Ответ на поставленный вопрос заключен в реалиях формирования самого рынка твердого биотоплива, где фактически продают и покупают не тонны пеллет, брикетов или щепы, а мегаджоули энергии, которая содержится в топливе и может быть выработана при его сжигании. Все или почти все контракты на поставку твердого биотоплива промышленными партиями содержат поправку к цене (К_попр.), пропорциональную фактической калорийности топлива. Эта поправка рассчитывается по формуле:The answer to the question posed lies in the realities of the formation of the solid biofuel market itself, where they actually sell and buy not tons of pellets, briquettes or wood chips, but megajoules of energy contained in the fuel and can be generated by burning it. All or almost all contracts for the supply of solid biofuels by industrial batches contain a price adjustment (K _amr. ) proportional to the actual calorific value of the fuel. This correction is calculated by the formula:

К_попр.=W_факт./W_баз., гдеTo _amend. =W _fact. /W _bases , where

W_факт. - фактическая теплотворная способность топлива по результатам контроля конкретной партии;W _fact. - the actual calorific value of the fuel based on the results of the control of a particular batch;

W_баз. - базовая теплотворная способность (обычно от 16 МДж/кг).W _base - basic calorific value (usually from 16 MJ/kg).

Таким образом, если средняя цена обычных пеллет по данным Немецкой ассоциации энергетической древесины и пеллет (DEPV) в январе 2019 года составляла 265 € за тонну при теплотворной способности 17 МДж/кг, то при средней теплотворной способности торрефиката, полученного по предлагаемому к рассмотрению способу, в 22 МДж/кг, цена возрастает до 343 € за тонну.Thus, if the average price of conventional pellets according to the German Energy Wood and Pellets Association (DEPV) in January 2019 was 265 € per ton with a calorific value of 17 MJ / kg, then with an average calorific value of the torrefied product obtained by the method proposed for consideration, at 22 MJ/kg, the price rises to 343 € per ton.

Значит, для повышения рентабельности торрефиката перед его производителями стоит задача максимального удаления влаги при максимальном сохранении летучих калорийных органических углеводородов, наличие которых в торрефицированной биомассе повышает ее теплотворность.This means that in order to increase the profitability of a torrefied product, its producers are faced with the task of maximizing the removal of moisture with the maximum preservation of volatile high-calorie organic hydrocarbons, the presence of which in torrefied biomass increases its calorific value.

Привлекательность торрефиката с точки зрения промышленного потребления на энергетических объектах значительно повышается при обеспечении возможности его совместного с углем хранения, технологической подготовки, подачи на сжигание и непосредственного сжигания, причем без конструктивных и технологических изменений в существующей схеме переработки угля. На практике это возможно только при поставках торрефиката в формованном виде.The attractiveness of a torrefied product from the point of view of industrial consumption at energy facilities is significantly increased by providing the possibility of its joint storage with coal, technological preparation, supply for combustion and direct combustion, and without structural and technological changes in the existing coal processing scheme. In practice, this is possible only with the supply of torrefied products in a molded form.

Создание современной технологии индустриального производства торрефиката возможно лишь при использовании инновационного подхода. В настоящее время ведется активная изобретательская работа в этой области.The creation of a modern technology for the industrial production of torrefied products is possible only with the use of an innovative approach. Active inventive work is currently underway in this area.

Основная масса существующих на сегодняшний день технологий торрефикации биомассы предполагает наличие двух основных последовательных этапов, а именно: торрефикацию измельченной биомассы и последующее ее формование. На этапе формования имеют место объективные трудности, главная из которых - плохая прессуемость термообработанной биомассы. Для повышения формуемости биомассы предлагаются разнообразные технологии от применения значительных усилий прессования до применения различных пластифицирующих добавок.The bulk of the currently existing biomass torrefaction technologies assumes the presence of two main successive stages, namely: crushed biomass torrefaction and its subsequent molding. At the molding stage, there are objective difficulties, the main of which is the poor compressibility of the heat-treated biomass. To improve the formability of biomass, a variety of technologies have been proposed, from the use of significant pressing forces to the use of various plasticizing additives.

Известные способы торрефикации предшествующего уровня техники использовали пар, воздух, инертный газ, вакуум и перегретый пар, то есть теплоноситель в технологический процесс вводился из дополнительного технологического передела его приготовления.Known methods of torrefaction of the prior art used steam, air, inert gas, vacuum and superheated steam, that is, the coolant was introduced into the process from an additional technological stage of its preparation.

Предшествующие технологии идут двумя путями конвекционного нагрева:Prior technologies follow two paths of convection heating:

- при прямом контакте с инертным газом в качестве теплоносителя;- in direct contact with an inert gas as a heat carrier;

- при косвенном контакте с паром.- in case of indirect contact with steam.

При этом для производства торрефиката используют различные типы оборудования: реторты, барокамеры, стационарные и вращающиеся печи и т.д. Типичные температуры торрефикации - в диапазоне от 240°С до 280°С; давление - от атмосферного до давления пара более 40 кг/см²; время - от 1 до 3 часов.At the same time, various types of equipment are used for the production of torrefied products: retorts, pressure chambers, stationary and rotating furnaces, etc. Typical torrefaction temperatures range from 240°C to 280°C; pressure - from atmospheric to steam pressure over 40 kg/cm ² ; time - from 1 to 3 hours.

При использовании пара под высоким давлением и более высоких температур время торрефикации может быть сокращено до менее, чем одного часа, поэтому в дальнейшем были предприняты различные попытки усовершенствовать и улучшить процесс торрефикации с использованием пара высокого давления, высокотемпературного инертного газа, перегретого пара и другие процессы с применением газового теплоносителя при различных давлениях (с применением вакуумирования).By using high pressure steam and higher temperatures, the torrefaction time can be reduced to less than one hour, so various attempts have been made in the future to improve and improve the torrefaction process using high pressure steam, high temperature inert gas, superheated steam and other processes with the use of a gas coolant at various pressures (with the use of vacuum).

Но все существующие технологии не смогли обеспечить практическое преобразование древесины в торрефицированную древесину (TW) простым, быстрым, практичным, безопасным, единообразным и экономичным способом. В связи с этим подавляющая часть технологий предшествующего уровня не реализована в промышленных масштабах, а, в лучшем случае, доведены лишь до демонстрационных проектов.But all existing technologies have not been able to provide practical conversion of wood to torrefied wood (TW) in a simple, fast, practical, safe, uniform and economical way. In this regard, the vast majority of technologies of the previous level have not been implemented on an industrial scale, and, at best, brought only to demonstration projects.

В качестве аналога для предполагаемого изобретения «Способ торрефикации биомассы и установка для реализации данного способа» автор считает целесообразным привести изобретение по американскому патенту US 2012/0124901 А1 «Производство топлива» (МПК - C10L 5/44; приоритет от 21.05.2006; изобретатель и заявитель - PAOLUCCIO JOHN). Данный аналог был выбран для демонстрации технического решения, направленного на торрефикацию формованной биомассы.As an analogue for the alleged invention "Method of torrefaction of biomass and installation for the implementation of this method", the author considers it appropriate to cite the invention according to US patent US 2012/0124901 A1 "Fuel production" (IPC - C10L 5/44; priority dated 05/21/2006; inventor and applicant - PAOLUCCIO JOHN). This analog was chosen to demonstrate a technical solution aimed at the torrefaction of molded biomass.

Для данной технологии идеальной формой древесной биомассы, поступающей на торрефикацию, являются древесные гранулы, но также возможны и другие объемные формы, например: пеллеты, брикеты и т.п. Возможность перехода на торрефикацию объемных форм связана с применением теплопередачи при погружении в жидкость, так как теплопередача в жидкой среде проходит значительно интенсивнее. Технология реализуется в непрерывном потоке с применением системы непрерывного действия конвейерного типа. В качестве жидкости, участвующей в теплопередаче, используют горючую парафиновую жидкость с низким давлением пара при высоких температурах. Предпочтение отдается органическим жидкостям, сохраняющим очень низкое давление пара, близкое к атмосферному, при температурах до 600°F (316°С). Это позволяет работать всей трубопроводной системе при атмосферном давлении.For this technology, the ideal form of woody biomass supplied for torrefaction is wood pellets, but other volumetric forms are also possible, for example: pellets, briquettes, etc. The possibility of switching to torrefaction of volumetric forms is associated with the use of heat transfer when immersed in a liquid, since heat transfer in a liquid medium is much more intense. The technology is implemented in a continuous flow using a continuous conveyor-type system. The heat transfer fluid is a flammable paraffinic liquid with low vapor pressure at high temperatures. Preference is given to organic liquids that maintain a very low vapor pressure, close to atmospheric, at temperatures up to 600°F (316°C). This allows the entire piping system to operate at atmospheric pressure.

Устройство для торрефикации выполнено с пространственным разделением на зону предварительного прогрева, зону торрефикации и зону охлаждения со снятием тепла, возвращаемого в зону предварительного прогрева из зоны охлаждения.The device for torrefaction is made with a spatial division into a preheating zone, a torrefaction zone and a cooling zone with the removal of heat returned to the preheating zone from the cooling zone.

В этом изобретении рабочая температура жидкого теплоносителя изменяется в пределах 249°С±5÷10% в зависимости от используемого жидкого теплоносителя, времени воздействия, типа и объемной формы используемой биомассы. Для предотвращения возгорания древесины автор предлагает использовать предварительный разогрев древесины до 177°С в зоне предварительного прогрева. Это обеспечивает поступление древесины в зону повышенной температуры с минимальным содержанием кислорода. Также на понижение содержания кислорода направлен технологический прием многократного чередования агрегатного состояния рабочей среды в последовательных технологических зонах: жидкая среда (ж/ср) - газовая среда (г/ср). Это также обеспечивает поэтапный отгон газообразных компонентов биомассы: вначале влаги, затем низкокалорийных легко летучих органических соединений, а затем калорийных газов, при этом эвакуация данных газообразных продуктов осуществляется по раздельным трубопроводам, что создает возможность их раздельной утилизации.In this invention, the operating temperature of the heat transfer fluid varies within 249°C±5÷10% depending on the heat transfer fluid used, the exposure time, the type and volumetric form of the biomass used. To prevent the ignition of wood, the author suggests using preheating of wood to 177°C in the preheating zone. This ensures that wood enters the zone of high temperature with a minimum oxygen content. Also, the technological method of multiple alternation of the state of aggregation of the working medium in successive technological zones is aimed at lowering the oxygen content: liquid medium (l/sr) - gaseous medium (g/sr). This also provides a phased removal of the gaseous components of the biomass: first, moisture, then low-calorie volatile organic compounds, and then high-calorie gases, while the evacuation of these gaseous products is carried out through separate pipelines, which creates the possibility of their separate disposal.

Автор вправе утверждать, что торрефикат, полученный по его технологии, сопоставим по теплотворности с каменным углем, даже не смотря на ускоренную торрефикацию (в диапазоне 15 минут). Повышение теплотворности торрефиката связано с пропиткой гранул жидким горючим теплоносителем, теплоемкость которого в 2,5 раза больше теплоемкости исходных гранул.The author has the right to assert that the torrefied product obtained by his technology is comparable in terms of calorific value to coal, even despite the accelerated torrefaction (in the range of 15 minutes). The increase in the calorific value of the torrefied product is associated with the impregnation of the granules with a liquid combustible coolant, the heat capacity of which is 2.5 times greater than the heat capacity of the original granules.

Помимо постоянного расхода горючей парафиновой жидкости, в технологии расходной статьей проходит часть готового торрефиката, постоянно сжигаемого для поддержания необходимой температуры теплоносителя в зоне торрефикации, даже при наличии системы рекуперации. В целом технологическую линию по приведенному аналогу можно оценить как несбалансированную в энергетическом отношении систему: с одной стороны используют в удаленном нагревателе торрефикат для поддержания температуры теплоносителя, а с другой - сжигают отходящие калорийные газы в факеле системы эвакуации газового продукта.In addition to the constant consumption of combustible paraffin liquid, the technology consumes part of the finished torrefied product, which is constantly burned to maintain the required temperature of the coolant in the torrefaction zone, even in the presence of a recovery system. In general, the production line according to the above analogue can be assessed as an energy-unbalanced system: on the one hand, a torrefied product is used in a remote heater to maintain the temperature of the coolant, and on the other hand, high-calorie exhaust gases are burned in the flare of the gas product evacuation system.

Сложность производственной системы в сочетании с высокими капитальными и эксплуатационными затратами помешали практическому коммерческому использованию технологии по вышеуказанному изобретению.The complexity of the manufacturing system, combined with high capital and operating costs, has prevented practical commercial use of the technology of the above invention.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности, как в отношении способа торрефикации, так и в отношении конструктивно-технологического решения установки для реализации предлагаемого способа, является патент Канады СА №2812777 «Установка для торрефикации биомассы и реализуемый способ» (приоритет США - 08.10.2010; заявка US №20100391442 Р; заявитель - «TEAL SALES INCORPORATED))). На данное решение выдано множество патентов в различных странах мира, в том числе евразийский патент ЕА №026196 (заявка ЕА №201390492). Приведенный выше патент Канады выбран за прототип.The closest to the proposed invention in terms of technical essence, both in relation to the torrefaction method, and in relation to the constructive and technological solution of the installation for implementing the proposed method, is Canadian patent CA No. 2010; application US No. 20100391442 P; applicant - "TEAL SALES INCORPORATED))). Numerous patents have been issued for this solution in various countries of the world, including the Eurasian patent EA No. 026196 (EA application No. 201390492). The above Canadian patent is selected as the prior art.

Сущность способа торрефикации по прототипу заключается в следующем: частицы биомассы вводят во вращающийся барабанный реактор, имеющий рабочую газовую среду с низким содержанием кислорода. Частицы транспортируются через барабан потоком нагретого газа и одновременно подвергаются торрефикации этим же газом. Газ, выходящий из барабана, вовлекают в рециркуляцию путем его подачи в источник тепла для повторного нагревания перед повторным введением в барабан. Процесс торрефикации непрерывный с непрерывной подачей частиц биомассы и нагретого газа, поступающего в барабан реактора с температурой, по меньшей мере, 260°С (п. 37 формулы изобретения).The essence of the torrefaction method according to the prototype is as follows: biomass particles are introduced into a rotating drum reactor having a working gaseous medium with a low oxygen content. The particles are transported through the drum by a stream of heated gas and are simultaneously subjected to torrefaction by the same gas. The gas exiting the drum is recycled by supplying it to a heat source for reheating before being reintroduced into the drum. The torrefaction process is continuous with a continuous supply of biomass particles and heated gas entering the reactor drum at a temperature of at least 260°C (clause 37 of the claims).

В зависимом пункте формулы изобретения (п. 36) перед введением в барабанный реактор предусмотрена предварительная сушка частиц биомассы до влажности ниже 20% по сырому весу.In the dependent claim (clause 36), before being introduced into the drum reactor, the biomass particles are pre-dried to a moisture content below 20% wet weight.

Установка для реализации способа по прототипу включает устройство для осуществления процесса торрефикации в виде вращающегося барабанного реактора, снабженного впускным каналом для непрерывного приема частиц биомассы и оснащенного множеством лопастей, расположенных по всей внутренней поверхности барабана. Также установка включает источник тепла для нагрева газа, циркулирующего в рабочем пространстве установки, выполненный в виде отдельного устройства, предназначенного для постоянного генерирования основного тепла для повторного нагрева, по меньшей мере, части газового потока, выходящего из барабана реактора и повторно направляемого в реактор, при этом источник тепла расположен выше по потоку относительно барабанного реактора. Установка снабжена вентиляторным устройством для создания непрерывного потока нагретого газа, направляемого в барабан реактора, причем вентиляторное устройство должно быть достаточно мощным, так как необходимо обеспечить не только циркуляцию газового потока, но и непрерывную транспортировку частиц биомассы в условиях, когда частицы биомассы поднимаются лопастями и вбрасываются в поток нагретого газа при вращении барабанного реактора. Работоспособность установки обеспечивает система газотранспортных каналов, соединяющих, по меньшей мере, барабанный реактор, источник тепла и вентиляторное устройство. Установка включает систему вывода отработанных газов, выполненную с возможностью возврата, по меньшей мере, их части в реактор, и снабженную регулировочными вентилями и заслонками, причем регулировочные вентили и заслонки предназначены и для регулирования уровня давления внутри системы с целью подавления просачивания кислорода. Но основное назначение системы вывода - обеспечение беспрепятственной эвакуации отходящих газов.The installation for implementing the method according to the prototype includes a device for implementing the torrefaction process in the form of a rotating drum reactor, equipped with an inlet for continuous reception of biomass particles and equipped with a plurality of blades located along the entire inner surface of the drum. The plant also includes a heat source for heating the gas circulating in the working space of the plant, made in the form of a separate device designed to constantly generate the main heat for reheating at least part of the gas flow leaving the reactor drum and redirected to the reactor, at in this case, the heat source is located upstream of the drum reactor. The plant is equipped with a fan device for creating a continuous flow of heated gas directed to the reactor drum, and the fan device must be powerful enough, since it is necessary to ensure not only the circulation of the gas flow, but also the continuous transport of biomass particles under conditions when the biomass particles are lifted by the blades and thrown into the stream of heated gas during the rotation of the drum reactor. The operability of the installation is ensured by a system of gas transport channels connecting at least the drum reactor, a heat source and a fan device. The plant includes a system for removing exhaust gases, made with the possibility of returning at least part of them to the reactor, and equipped with control valves and dampers, moreover, control valves and dampers are also designed to control the pressure level inside the system in order to suppress oxygen leakage. But the main purpose of the output system is to ensure the unhindered evacuation of exhaust gases.

Установка дополнительно включает трубопровод для направления отходящих газов в удаленное устройство для их использования во вспомогательном или дополнительном процессах.The plant further includes a conduit for directing off-gases to a remote device for use in auxiliary or additional processes.

Для герметизации барабанного реактора узел загрузки частиц биомассы снабжен шлюзовой камерой, кроме того барабанный реактор снабжен также, по меньшей мере, одним герметизирующим устройством, расположенным за барабанным реактором и предупреждающим подсосы воздуха в процессе непрерывной выгрузки торрефиката, причем герметизирующее устройство соединено с источником инертного газа.To seal the drum reactor, the biomass particle loading unit is equipped with a lock chamber, in addition, the drum reactor is also equipped with at least one sealing device located behind the drum reactor and preventing air leaks in the process of continuous unloading of the torrefied product, and the sealing device is connected to an inert gas source.

В зависимых пунктах формулы изобретения предусматривается использование различных типов источников тепла, а именно: или канальный электрический нагреватель погружного типа (п. 11 формулы); или конвективный теплообменник, выполненный с возможностью передачи тепла от нагретого газа, изолированного от основного газового потока, циркулирующего в барабанном реакторе (п. 12 формулы); или горелочное устройство для нагрева рабочего потока газа (п. 9, 13 формулы).The dependent claims provide for the use of various types of heat sources, namely: or a submersible duct electric heater (clause 11 of the formula); or a convective heat exchanger configured to transfer heat from a heated gas isolated from the main gas stream circulating in the drum reactor (claim 12); or a burner device for heating the working gas flow (clause 9, 13 of the formula).

В зависимом пункте 14 предусмотрено дополнительное оснащение установки парогенераторным устройством для введения пара в барабанный реактор с целью интенсификации процесса торрефикации.Dependent item 14 provides for additional equipment of the installation with a steam generator for introducing steam into the drum reactor in order to intensify the torrefaction process.

Установка снабжена системой управления вентиляторным устройством, системой регулировки скорости вращения барабанного реактора, системой регулировки температуры циркулирующего газового потока, системой настройки параметров газового потока (объем, скорость, давление). Для обеспечения эксплуатационной стабильности торрефикации необходимо постоянно контролировать, по меньшей мере, температуру на входе и выходе из барабанного реактора, время пребывания частиц биомассы в реакторе и содержание кислорода в потоке нагретого воздуха.The plant is equipped with a fan device control system, a drum reactor rotation speed control system, a circulating gas flow temperature control system, and a gas flow parameter setting system (volume, speed, pressure). To ensure the operational stability of torrefaction, it is necessary to constantly monitor at least the temperature at the inlet and outlet of the drum reactor, the residence time of the biomass particles in the reactor, and the oxygen content in the heated air stream.

При возникновении внутри барабанного реактора интенсивного горения биомассы в установке предусмотрен воздушный клапан, выполненный с возможностью охлаждения наружной средой.When an intense combustion of biomass occurs inside the drum reactor, an air valve is provided in the installation, which is made with the possibility of cooling by the external environment.

Рассмотрим установку по прототипу, во-первых, с точки зрения ее технологичности, а, во-вторых, с точки зрения ее особенностей конструктивного решения:Consider the installation according to the prototype, firstly, from the point of view of its manufacturability, and, secondly, from the point of view of its design features:

1. Даже при наличии сложной системы контроля и управления процессом торрефикации сами авторы допускают возможность перехода стадии торрефикации биомассы в стадию ее активного горения в барабанном реакторе. При непрерывной подаче частиц биомассы устранение такой аварийной ситуации является достаточно сложным и требует значительного времени и затрат.1. Even in the presence of a complex system of control and management of the torrefaction process, the authors themselves admit the possibility of the transition of the biomass torrefaction stage to the stage of its active combustion in a drum reactor. With the continuous supply of biomass particles, the elimination of such an emergency is quite complicated and requires considerable time and cost.

Вероятность развития горения биомассы в реакторе, в значительной мере обусловлена формой загрузки сырья, а именно загрузкой измельченной биомассы. Известно, что при длительном нагреве, например древесины, в связи с возможностью образования ультрамелкой сажи (пирофорного угля) на ее поверхности, может наблюдаться самовоспламенение уже при 140°С.The probability of biomass combustion development in the reactor is largely determined by the form of feedstock loading, namely, crushed biomass loading. It is known that during prolonged heating, for example, wood, due to the possibility of the formation of ultrafine soot (pyrophoric coal) on its surface, self-ignition can be observed already at 140°C.

И даже ограничение по крупности частиц при загрузке «от 1/16 кубического дюйма до около одного кубического дюйма» (п. 40 формулы) проблему накопления взрывоопасной мелочи (пыли) не решает.And even the restriction on particle size when loading "from 1/16 of a cubic inch to about one cubic inch" (paragraph 40 of the formula) does not solve the problem of accumulation of explosive fines (dust).

2. Непрерывность загрузки биомассы не позволяет вести технологический процесс в энергетически сбалансированном режиме с эффективным использованием тепла летучих органических соединений, отгоняемых из торрефицируемой массы.2. The continuous loading of biomass does not allow the technological process to be carried out in an energy-balanced mode with efficient use of the heat of volatile organic compounds distilled from the torrefied mass.

Известно, что, например, для древесины процесс термомодифицирования (торрефикации) при температуре до 150°С характеризуется стадией отгона большей части влаги и разложением наименее стойких компонентов древесины (например, луминовых кислот), когда выделяются, в основном, негорючие газы и пары - CO₂ и H₂O. Вместе с тем имеется сравнительно небольшое количество горючих газов и паров, например монооксида углерода - СО. Отсюда вывод - летучие продукты древесины начальной стадии термомодифицирования не представляют никакой ценности с энергетической точки зрения, являясь балластом, и рационально максимально выводить первоначальный газовый отгон из процесса, так как он лишь тормозит процесс дальнейшего развития термомодифицирования. В условиях непрерывной подачи биомассы в реактор контролировать и управлять стадиями модифицирования не возможно, поэтому на дожиг в источник тепла поступает смесь низкокалорийных и высококалорийных газов, в связи с чем тепло, получаемое от дожига газообразного отгона биомассы, не может рассматриваться как основной источник технологического тепла для обеспечения непрерывной работы реактора. Технологическое тепло обеспечивается за счет постоянного сжигания топлива, вид которого определяется типом печи (по тексту, называемой источником тепла).It is known that, for example, for wood, the process of thermal modification (torrefaction) at temperatures up to 150 ° C is characterized by the stage of distillation of most of the moisture and the decomposition of the least stable components of wood (for example, luminic acids), when mainly non-combustible gases and vapors - CO ₂ and H ₂ O. However, there is a relatively small amount of combustible gases and vapors, such as carbon monoxide - CO. Hence the conclusion - the volatile wood products of the initial stage of thermal modification are of no value from an energy point of view, being ballast, and it is rational to remove the initial gas distillation from the process as much as possible, since it only slows down the process of further development of thermal modification. Under conditions of continuous supply of biomass to the reactor, it is not possible to control and manage the stages of modification, therefore, a mixture of low-calorie and high-calorie gases enters the heat source for afterburning, and therefore the heat obtained from the afterburning of gaseous biomass distillation cannot be considered as the main source of process heat for ensuring continuous operation of the reactor. The process heat is provided by the constant combustion of fuel, the type of which is determined by the type of furnace (in the text, called the heat source).

3. Риск развития горения биомассы в реакторе также связан с высокой вероятностью попадания кислорода в зону торрефикации в условиях непрерывной загрузки-выгрузки биомассы, а также возвратом в рабочую зону кислорода с циркулирующим газом, непрерывно включающим в себя отгон начальной стадии термомодифицирования.3. The risk of combustion of biomass in the reactor is also associated with a high probability of oxygen entering the torrefaction zone under conditions of continuous loading and unloading of biomass, as well as the return of oxygen to the working zone with circulating gas, which continuously includes distillation of the initial stage of thermal modification.

4. Вышеперечисленные технологические недостатки процесса торрефикации по прототипу привели к значительному конструктивному усложнению установки по прототипу, а именно: применение многочисленных узлов герметизации, сложной системы контроля, системы предохранительных клапанов и т.д. Также, установка предусматривает наличие разветвленной системы газопроводов, расположенных в окружающей среде за пределами тепловых аппаратов, что вызывает значительные теплопотери.4. The above technological shortcomings of the torrefaction process according to the prototype led to a significant structural complication of the installation according to the prototype, namely: the use of numerous sealing units, a complex control system, a system of safety valves, etc. Also, the installation provides for the presence of an extensive system of gas pipelines located in the environment outside the heating apparatus, which causes significant heat loss.

5. Установка по прототипу не работоспособна без постоянной подачи основного количества технологического тепла от стороннего носителя, а значит, как с экологической, так и экономической современных позиций установка не эффективна.5. The installation according to the prototype is not operational without a constant supply of the main amount of process heat from a third-party carrier, which means that the installation is not effective both from an environmental and economic standpoint.

6. Таким образом, установка по прототипу априори не может эффективно работать в промышленных масштабах и выдавать продукцию приемлемой себестоимости и качества.6. Thus, a prototype installation cannot a priori work effectively on an industrial scale and produce products of acceptable cost and quality.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа торрефикации биомассы и установки для реализации данного способа, соответствующими требованию промышленной применимости современного уровня, как по технологическим, экономическим, экологическим характеристикам, так и по характеристикам качества получаемой продукции. Предлагаемый способ прост в реализации, малозатратен в энергетическом, эксплуатационном и финансовом отношении. Промышленная установка для реализации данного способа конструктивно проста и надежна, не требует значительных капитальных затрат, а ее монтаж и эксплуатация одинаково эффективны и экологичны, как в населенных, так и в отдаленных районах.The technical objective of the present invention is to create a biomass torrefaction method and a plant for implementing this method that meet the requirements of industrial applicability of the current level, both in terms of technological, economic, environmental characteristics, and in terms of product quality characteristics. The proposed method is easy to implement, low-cost energy, operational and financial. The industrial plant for implementing this method is structurally simple and reliable, does not require significant capital costs, and its installation and operation are equally efficient and environmentally friendly, both in populated and remote areas.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой промышленной установки заключается в реализации технологии торрефикации биомассы с максимальным использованием энергии газов торрефикации. Низкие капитальные затраты и минимальные затраты при эксплуатации предлагаемой промышленной установки позволяют получать торрефикат с приемлемо низкой себестоимостью, высоким качеством при выходе торрефиката до 90% от загрузки (снижение данного показателя допустимо и связано с исходной влажностью сырья загрузки).The technical result achieved by using the proposed industrial plant is to implement the technology of biomass torrefaction with the maximum use of the energy of torrefaction gases. Low capital costs and minimal costs during the operation of the proposed industrial plant make it possible to obtain a torrefied product with an acceptably low cost, high quality with a torrefied output of up to 90% of the load (a decrease in this indicator is acceptable and is associated with the initial moisture content of the feedstock).

Технический результат достигается тем, что в способе торрефикации биомассы древесного происхождения, осуществляемом в интервале температур, соответствующих эндотермическому периоду терморазложения древесины, конвективной теплопередачей в режиме циркуляции газообразного теплового потока, на торрефикацию направляют формованную биомассу партиями, причем нагрев циркулирующего газообразного теплового потока осуществляют теплом газопроницаемого рекуперативного теплообменника, нагрев которого осуществляют горячими газами, являющимися, продуктом сжигания летучих органических соединений, отгоняемых из биомассы в процессе торрефикации, при этом температуру циркулирующего газообразного теплового потока поддерживают в диапазоне 200°C÷270°С, а температуру газообразных продуктов сжигания летучих органических соединений на входе в рекуператор поддерживают в диапазоне 400°С÷700°С. При этом рабочее пространство установки перед загрузкой биомассы нагревают до температуры не ниже 200°С, а на торрефикацию направляют биомассу с влажностью, предпочтительно, ниже 12%, причем формованную биомассу подают на торрефикацию в переносных термостойких конструкциях, позволяющих стационарно и равномерно распределять формованную биомассу в пространстве торрефикационной камеры, а при выгрузке-загрузке очередной партии биомассы снижают скорость циркулирующего газообразного теплового потока, предпочтительно до полной остановки. Способ торрефикации биомассы осуществляют, предпочтительно, до начала экзотермических процессов: для древесины температурный режим торрефикации варьируют в широком диапазоне 200°С÷270°С. При этом, температуру продуктов сжигания летучих органических соединений на выходе из системы нагрева рекуперативного теплообменника поддерживают, предпочтительно, ниже 300°С, поэтому в способе рекомендуют направлять продукты сжигания летучих органических соединений на хозяйственные нужды, например, для обогрева сторонних объектов, причем возможен выброс напрямую в атмосферу, так как продукты сжигания летучих органических соединений на выходе из установки не являются экологически опасными.The technical result is achieved by the fact that in the method of torrefaction of biomass of woody origin, carried out in the temperature range corresponding to the endothermic period of thermal decomposition of wood, by convective heat transfer in the circulation mode of a gaseous heat flow, the molded biomass is sent to torrefaction in batches, and the heating of the circulating gaseous heat flow is carried out by the heat of a gas-permeable recuperative heat exchanger, the heating of which is carried out with hot gases, which are the product of combustion of volatile organic compounds distilled from biomass in the process of torrefaction, while the temperature of the circulating gaseous heat flow is maintained in the range of 200°C ÷ 270°C, and the temperature of gaseous products of combustion of volatile organic compounds at the inlet to the heat exchanger is maintained in the range of 400°С÷700°С. At the same time, the working space of the plant is heated to a temperature of at least 200°C before loading the biomass, and biomass with a moisture content, preferably below 12%, is sent for torrefaction, and the molded biomass is fed for torrefaction in portable heat-resistant structures that allow stationary and uniform distribution of the molded biomass in the space of the torrefaction chamber, and when unloading-loading the next batch of biomass, the speed of the circulating gaseous heat flow is reduced, preferably to a complete stop. The method of biomass torrefaction is carried out, preferably, before the start of exothermic processes: for wood, the temperature regime of torrefaction varies in a wide range of 200°C÷270°C. At the same time, the temperature of the products of combustion of volatile organic compounds at the outlet of the heating system of the recuperative heat exchanger is preferably maintained below 300 ° C, therefore, in the method it is recommended to direct the products of combustion of volatile organic compounds for household needs, for example, for heating third-party objects, and direct emission is possible into the atmosphere, since the combustion products of volatile organic compounds at the outlet of the installation are not environmentally hazardous.

Для реализации заявляемого способа торрефикации формованной биомассы древесного происхождения предлагается установка, включающая устройство для осуществления процесса торрефикации, снабженное входом для приема биомассы; источник тепла для нагрева газа, циркулирующего в рабочем пространстве установки; вентиляторное устройство для создания циркулирующего потока нагретого газа, направляемого в устройство для торрефикации; газотранспортные каналы, соединяющие устройство для торрефикации, источник тепла и вентиляторное устройство; систему вывода отработанных газов, при этом устройство для осуществления процесса торрефикации выполнено в виде стационарной пустотелой камеры, оснащенной узлом периодической загрузки-выгрузки биомассы, выполненным в виде дверного проема, расположенного в начале торрефикационной камеры по ходу газового потока, причем на торрефикацию направляют формованную биомассу; источник тепла для нагрева циркулирующего газа выполнен в виде стационарного газопроницаемого многоканального рекуператора с высокоразвитой поверхностью конвективного теплообмена из жаростойкого материала; вентиляторное устройство снабжено мощным жаростойким вентилятором, расположенным между торрефикационной камерой и газопроницаемым рекуператором по ходу циркулирующего теплового газового потока; система вывода отработанных газов снабжена печью для сжигания летучих органических соединений, отгоняемых из биомассы в процессе торрефикации, расположенной за вентиляторным устройством по ходу циркулирующего теплового газового потока, причем система вывода продуктов сжигания летучих органических соединений проходит через тело рекуператора и выполнена в виде разветвленной системы труб, выходящих на дымовую трубу. Причем стационарный рекуператор выполнен из жаростойкого материала, весовая масса которого превышает вес загружаемой единичной партии биомассы не менее, чем в 15÷25 раз. При этом узел периодической загрузки-выгрузки биомассы снабжен переносными термостойкими конструкциями, предназначенными для равномерного распределения биомассы в пространстве торрефикационной камеры, и выполнен с возможностью горизонтального их перемещения. Для снижения теплопотерь и поступления атмосферного воздуха в рабочее пространство установки дверной проем для периодической загрузки-выгрузки биомассы снабжен подвижным экранирующим средством защиты. Как один из способов управления процессом торрефикации предлагается вентиляторное устройство снабдить устройством для регулирования скорости газового потока, циркулирующего в рабочем пространстве установки. Для управления процессом торрефикации, осуществляемым в режиме систематически повторяющихся перегрузов сырья, в установке также предлагают газотранспортный канал, расположенный по ходу циркулирующего теплового газового потока между рекуператором и торрефикационной камерой, снабдить устройством для временного прерывания поступления газового потока в торрефикационную камеру, выполненным, например, в виде шибера. Печь для сжигания летучих органических соединений, отгоняемых из биомассы в процессе торрефикации, предлагают выполнить, например, в виде топки, оснащенной системой газовых форсунок, направленных в зону горения через ложное днище, выполненное, например, в виде перфорированного днища, при этом систему вывода отработанных газов предлагают выполнить с возможностью направления горячих отработанных газов во вспомогательные или дополнительные устройства для утилизации тепла отходящих отработанных газов.To implement the proposed method of torrefaction of molded biomass of woody origin, an installation is proposed that includes a device for implementing the torrefaction process, equipped with an input for receiving biomass; a heat source for heating the gas circulating in the working space of the installation; a fan device for creating a circulating flow of heated gas directed to the device for torrefaction; gas transport channels connecting the device for torrefaction, the heat source and the fan device; an exhaust gas exhaust system, wherein the device for carrying out the torrefaction process is made in the form of a stationary hollow chamber equipped with a site for periodic loading and unloading of biomass, made in the form of a doorway located at the beginning of the torrefaction chamber along the gas flow, and molded biomass is sent for torrefaction; the heat source for heating the circulating gas is made in the form of a stationary gas-permeable multi-channel heat exchanger with a highly developed convective heat exchange surface made of heat-resistant material; the fan device is equipped with a powerful heat-resistant fan located between the torrefaction chamber and the gas-permeable heat exchanger along the circulating thermal gas flow; the exhaust gas exhaust system is equipped with a furnace for burning volatile organic compounds distilled from biomass during torrefaction, located behind the fan device along the circulating thermal gas flow, and the system for removing volatile organic compounds combustion products passes through the body of the recuperator and is made in the form of an extensive pipe system, exiting the chimney. Moreover, the stationary heat exchanger is made of a heat-resistant material, the weight mass of which exceeds the weight of the loaded single batch of biomass by at least 15÷25 times. At the same time, the site for periodic loading and unloading of biomass is equipped with portable heat-resistant structures designed for uniform distribution of biomass in the space of the torrefaction chamber, and is made with the possibility of their horizontal movement. To reduce heat loss and atmospheric air ingress into the working space of the plant, the doorway for periodic loading and unloading of biomass is equipped with a movable screening protection. As one of the ways to control the torrefaction process, it is proposed to equip the fan device with a device for regulating the speed of the gas flow circulating in the working space of the installation. To control the torrefaction process, which is carried out in the mode of systematically repeated reloading of raw materials, the installation also offers a gas transport channel located along the circulating thermal gas flow between the recuperator and the torrefaction chamber, to provide a device for temporarily interrupting the flow of the gas flow into the torrefaction chamber, made, for example, in the form of a gate. A furnace for burning volatile organic compounds distilled from biomass during the torrefaction process is proposed to be made, for example, in the form of a furnace equipped with a system of gas nozzles directed into the combustion zone through a false bottom, made, for example, in the form of a perforated bottom, while the waste gases, it is proposed to perform with the possibility of directing hot exhaust gases to auxiliary or additional devices for utilizing the heat of exhaust exhaust gases.

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.The technical essence of the proposed technical solution is as follows.

1. Известно, что при торрефикации 1 м древесины образуется 20÷30 м³ неконденсирующихся газов приблизительно следующего состава:1. It is known that during the torrefaction of 1 m of wood, 20 ÷ 30 m ³ of non-condensable gases are formed with approximately the following composition:

диоксид углерода CO₂ (примерно 45÷55%);

carbon dioxide CO ₂ (about 45÷55%);

оксид углерода СО (28÷32%);

carbon monoxide CO (28÷32%);

водород Н₂ (1÷2%);

hydrogen H ₂ (1÷2%);

метан СН₄ (8÷21%);

methane CH ₄ (8÷21%);

другие углеводороды (1,5÷3%).

other hydrocarbons (1.5÷3%).

Также известна теплотворная способность вышеперечисленных газов. Приведем наиболее теплоемкие:The calorific value of the above gases is also known. Here are the most heat-intensive:

водород Н₂-120 МДж/м³;

hydrogen H ₂ -120 MJ/m ³ ;

метан СН₄-50 МДж/м³.

methane CH ₄ -50 MJ / m ³ .

В целом, для древесины теплота сгорания газообразных продуктов, являющихся отгоном торрефикации, может достигать 15 МДж/м³.In general, for wood, the calorific value of gaseous products, which are the torrefaction stripping, can reach 15 MJ/m ³ .

Отсюда возникает логичная задача - каким образом использовать в качестве топлива для торрефикации биомассы ее собственный энергетический ресурс? При этом необходимо принять во внимание, что энергетическая емкость газового отгона непостоянна во времени и достигает максимального значения при температурах выше 150°С.Hence, a logical problem arises - how to use its own energy resource as a fuel for biomass torrefaction? In this case, it is necessary to take into account that the energy capacity of the gas distillation is not constant in time and reaches its maximum value at temperatures above 150°C.

2. Автор предлагает решить поставленную задачу оптимизацией физико-химических процессов, протекающих в предлагаемой промышленной установке, за счет пространственного разделения рабочего пространства установки на три основные технологические зоны: зону непосредственной торрефикации с характерными для нее, в основном, эндотермическими процессами, зону протекания экзотермических процессов, связанных со сжиганием газов, отгоняемых из биомассы, и зону рекуператора, аккумулирующего тепло продуктов сжигания отгоняемых газов торрефикации.2. The author proposes to solve the problem by optimizing the physical and chemical processes occurring in the proposed industrial installation, due to the spatial division of the working space of the installation into three main technological zones: the zone of direct torrefaction with its characteristic, mainly endothermic processes, the zone of exothermic processes associated with the combustion of gases distilled from biomass, and a recuperator zone that accumulates heat from the products of combustion of the distilled torrefaction gases.

Наличие мощного рекуператора является гарантом стабильности протекания процесса торрефикации даже при работе установки в режиме систематически повторяющейся загрузки-выгрузки биомассы партиями, то есть в условиях циклического изменения технологических параметров в торрефикационной камере, что является нормальным течением технологии. Мощность рекуператора определяется с одной стороны, его способностью максимально поглощать тепло продуктов сжигания отгоняемых торрефикационных газов, а с другой - способностью эффективной передачи тепла циркулирующему в рабочем пространстве газовому потоку. Реализация стабилизирующей функции рекуператора возможна лишь при постоянной подпитке его определенным количеством тепловой энергии, аккумулированной от продуктов сжигания отгоняемых газов торрефикации.The presence of a powerful heat exchanger is a guarantee of the stability of the torrefaction process even when the plant is operating in the mode of systematically repeated loading and unloading of biomass in batches, that is, under conditions of cyclic changes in technological parameters in the torrefaction chamber, which is the normal course of technology. The heat exchanger power is determined, on the one hand, by its ability to absorb the heat of the combustion products of the distilled torrefaction gases to the maximum, and, on the other hand, by the ability to efficiently transfer heat to the gas flow circulating in the working space. The implementation of the stabilizing function of the recuperator is possible only with constant replenishment of it with a certain amount of thermal energy accumulated from the combustion products of the torrefaction gases.

Конструктивно рекуператор представляет из себя стационарный газопроницаемый многоканальный теплообменник с высокоразвитой поверхностью конвективного теплообмена, выполненный из жаростойкого материала, причем весовая масса данного материала превышает вес загружаемой единичной партии биомассы не менее, чем в 15÷25 раз, что и обеспечивает достижение значительной поверхности конвективного теплообмена для циркулирующего в рабочем пространстве газового потока.Structurally, the heat exchanger is a stationary gas-permeable multi-channel heat exchanger with a highly developed convective heat exchange surface, made of a heat-resistant material, and the weight mass of this material exceeds the weight of a loaded single batch of biomass by at least 15–25 times, which ensures the achievement of a significant convective heat exchange surface for gas flow circulating in the working space.

Как указывалось выше, в предлагаемом техническом решении источником подпитывающей тепловой энергии, обеспечивающей стабильную работу установки, являются, в основном, продукты сжигания летучих органических соединений, отгоняемых из биомассы в процессе торрефикации и сжигаемых в специальной печи. Максимальный съем тепла от отгоняемых продуктов сжигания обеспечивает наличие в теле рекуператора разветвленной системы труб с развитой поверхностью теплообмена.As mentioned above, in the proposed technical solution, the source of heating energy that ensures stable operation of the plant is mainly the combustion products of volatile organic compounds distilled from biomass during the torrefaction process and burned in a special furnace. The maximum heat removal from the distilled combustion products is ensured by the presence in the body of the heat exchanger of an extensive system of pipes with a developed heat exchange surface.

Пространственное разделение зоны эндотермических процессов и зоны экзотермических процессов также предупреждает в торрефикационной камере даже локальное увеличение температуры выше температуры начала выгорания высококалорийных углеводородов биомассы, что и повышает калорийность конечного торрефиката.The spatial separation of the zone of endothermic processes and the zone of exothermic processes also prevents even a local increase in temperature in the torrefaction chamber above the temperature of the onset of burnout of high-calorie hydrocarbons of the biomass, which increases the calorific value of the final torrefied product.

Формирование из отгоняемых газов торрефикации двух газовых потоков, один из которых направляется на циркуляцию в рабочее пространство установки торрефикации, а второй - на получение подпитывающего рекуператор тепла, возможно лишь при наличие мощного вентиляторного устройства. Вентиляторное устройство установки позволяет регулировать скоростью газового потока в рабочем пространстве, полноту сгорания калорийного углеводородного отгона, то есть регулировать тепловую стабильность накопителя: охлаждается - снизить скорость, повышается-увеличить скорость эвакуации газов.The formation of two gas streams from the distilled torrefaction gases, one of which is sent for circulation to the working space of the torrefaction plant, and the second for receiving heat that feeds the heat exchanger, is possible only if a powerful fan device is present. The fan device of the installation allows you to adjust the speed of the gas flow in the working space, the completeness of combustion of high-calorie hydrocarbon distillation, that is, to regulate the thermal stability of the storage tank: cooled - reduce the speed, increased - increase the speed of gas evacuation.

3. Для обеспечения эффективной и непрерывной работы предлагаемой автором установки торрефикации необходимо соблюдение энергетического баланса прихода и расхода технологического тепла, а именно:3. To ensure efficient and continuous operation of the torrefaction plant proposed by the author, it is necessary to maintain the energy balance of the inflow and consumption of process heat, namely:

Qэкз=К₁ (Qэнд+Qотх/г+Qб/п), где:Qexc \u003d K ₁ (Qend + Qotkh / g + Qb / p), where:

Qэкз - тепло, аккумулированное рекуператором от разовой партии загрузки биомассы, то есть тепло от сгорания ЛОС, выделяемых при торрефикации разовой партии загрузки биомассы;Qex - heat accumulated by the recuperator from a single batch of biomass loading, that is, heat from the combustion of VOCs released during torrefaction of a single batch of biomass loading;

Qэнд - тепло, расходуемое непосредственно на торрефикацию разовой партии загрузки биомассы;Qend - heat consumed directly for the torrefaction of a single batch of biomass loading;

Qотх/г - тепло, теряемое с отходящими газами;Qex/g - heat lost with exhaust gases;

Qб/п - безвозвратные потери тепла, связанные как с технологическими особенностями ведения конкретного процесса торрефикации, так и с особенностями конкретного технологического оборудования;Qb/n - irretrievable heat losses associated both with the technological features of a particular torrefaction process, and with the features of specific technological equipment;

К₁ - повышающий поправочный коэффициент, величина которого обусловлена степенью риска нарушения энергетического баланса. Может колебаться в широких пределах, но, как правило, в пределах К₁=1,5÷2.K ₁ - increasing correction factor, the value of which is determined by the degree of risk of violation of the energy balance. It can fluctuate over a wide range, but, as a rule, within K ₁ =1.5÷2.

Эндотермические процессы, протекающие в клетках древесины, изменяют молекулярную структуру и химический состав клеток древесины, но при этом продуцируют лишь отгон летучих органических соединений с низкой калорийностью. Для отгона калорийных углеводородов в необходимом контролируемом количестве, обеспечивающем поддержание энергетического баланса внутри установки, древесная биомасса подвергается частичной газификации, при которой древесина претерпевает химические и структурные изменения более высокого уровня, в результате чего получается древесина с более высоким процентным содержанием углерода, более высокой теплоемкостью и практическим отсутствием некалорийных ЛОС. Глубина газификации рассчитывается для каждого конкретного случая, с учетом мощности установки и качества перерабатываемой биомассы.Endothermic processes occurring in wood cells change the molecular structure and chemical composition of wood cells, but at the same time produce only low-calorie volatile organic compounds. In order to drive off calorific hydrocarbons in the required controlled amount to maintain the energy balance inside the plant, woody biomass undergoes partial gasification, in which the wood undergoes higher levels of chemical and structural changes, resulting in wood with a higher percentage of carbon, higher heat capacity and the practical absence of non-caloric VOCs. The depth of gasification is calculated for each specific case, taking into account the capacity of the installation and the quality of the processed biomass.

Гарантировать и управлять энергетическим балансом процесса торрефикации, с точки зрения автора, можно лишь при загрузке торрефицируемой формованной биомассы партиями определенного объема, предварительно рассчитанного, исходя из производственной мощности установки.To guarantee and manage the energy balance of the torrefaction process, from the point of view of the author, it is possible only when loading the torrefied molded biomass in batches of a certain volume, previously calculated based on the production capacity of the installation.

Таким образом, режим работы предлагаемой установки можно характеризовать, как режим совмещения непрерывности и периодичности (цикличности): непрерывности с точки зрения готовности установки к работе (установка непрерывно находится в рабочем режиме), и периодичности (цикличности) с точки зрения загрузки-выгрузки партий формованной биомассы.Thus, the mode of operation of the proposed installation can be characterized as a mode of combining continuity and periodicity (cyclicality): continuity in terms of the readiness of the installation for operation (the installation is continuously in operating mode), and periodicity (cyclicality) in terms of loading and unloading batches of molded biomass.

4. Цикличность в загрузке-выгрузке отдельных партий, а также конструктивное решение с пространственным разделением зоны отгона и зоны горения ЛОС, позволяет вести процесс торрефикации в наиболее энергетически эффективном режиме.4. The cyclic loading and unloading of individual batches, as well as a constructive solution with a spatial separation of the stripping zone and the VOC combustion zone, makes it possible to conduct the torrefaction process in the most energy efficient mode.

5. Летучие органические соединения (ЛОС) горят намного интенсивнее в условиях отсутствия влаги, поэтому целесообразно паро-газовый отгон из биомассы, образующийся на начальном этапе торрефикации, максимально удалять из рабочего пространства установки, что обеспечивает дальнейшее течение процесса торрефикации в условиях газовой среды с меньшим содержанием влаги и кислорода, что исключает в торрефикационной камере даже локальное гетерогенное горение (тление) торрефиката и гомогенное горение паро-газовых продуктов терморазложения, непрерывно выходящих через трещины и структурные поры нижележащих слоев древесины.5. Volatile organic compounds (VOCs) burn much more intensively in the absence of moisture; therefore, it is advisable to remove the steam-gas distillation from biomass, which is formed at the initial stage of torrefaction, from the working space of the installation to the maximum, which ensures the further course of the torrefaction process in a gaseous environment with less moisture and oxygen content, which eliminates even local heterogeneous combustion (smoldering) of the torrefied product and homogeneous combustion of steam-gas products of thermal decomposition in the torrefaction chamber, which continuously exit through cracks and structural pores of the underlying wood layers.

Указанный выше интенсивный вывод паро-газового отгона на начальном этапе торрефикации очередной партии формованной биомассы тем более целесообразен, если принять во внимание то факт, что, чем ниже влажность биомассы, тем ниже температура ее торрефикации.The above intensive withdrawal of steam-gas distillation at the initial stage of torrefaction of the next batch of molded biomass is all the more appropriate if we take into account the fact that the lower the moisture content of the biomass, the lower the temperature of its torrefaction.

6. Общепризнанный факт, что самая сложная задача, с которой сталкиваются инженеры, проектирующие торрефикационные реакторы, заключается в обеспечении регулируемого процесса с предсказуемым результатом, как в плане производительности, так и в плане качественных характеристик получаемого торрефиката. Решением этой задачи уже несколько лет с переменным успехом занимается целый ряд компаний.6. It is a well-recognised fact that the biggest challenge faced by engineers designing torrefaction reactors is to provide a controlled process with predictable results, both in terms of productivity and in terms of the quality of the resulting torrefied product. A number of companies have been solving this problem for several years with varying success.

Предлагаемый способ и установка для его реализации позволяют решить эту задачу. Причем способ позволяет вести процесс практически в режиме саморегулирования с минимальным вмешательством обслуживающего персонала.The proposed method and installation for its implementation can solve this problem. Moreover, the method allows the process to be carried out practically in the self-regulation mode with minimal intervention of the operating personnel.

Отсюда, потенциальное значение предлагаемого способа торрефикации, как для российской, так и для мировой биотопливной промышленности трудно переоценить. Новая технология должна существенно расширить географию эффективного и рентабельного производства формованного торрефиката и в разы увеличить сырьевую базу будущих производителей биотоплива.Hence, the potential value of the proposed method of torrefaction, both for the Russian and for the global biofuel industry, can hardly be overestimated. The new technology should significantly expand the geography of efficient and cost-effective production of molded torrefied products and significantly increase the raw material base of future biofuel producers.

Для проведения сравнительного анализа заявляемого технического решения с решением по прототипу (патент Канады СА №2812777 «Установка для торрефикации биомассы и реализуемый способ») использовалась информация, приведенная в разделе предлагаемого описания «Анализ и критика прототипа», где подробно указаны основные существенные недостатки установки и способа, как в части конструктивно-аппаратурного решения, так и в части технологических приемов, являющихся следствием конструктивно-аппаратурного решения, а также информация, предлагаемая в разделе описания «Техническая сущность заявляемого технического решения». Сравнительный анализ указанной выше информации позволяет объективно и доказательно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».To conduct a comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype solution (Canada patent CA No. 2812777 "Installation for biomass torrefaction and the implemented method"), the information provided in the section of the proposed description "Analysis and criticism of the prototype" was used, which details the main significant drawbacks of the installation and method, both in terms of the structural and hardware solution, and in terms of technological methods that are a consequence of the structural and hardware solution, as well as the information offered in the description section "Technical essence of the proposed technical solution." Comparative analysis of the above information allows you to objectively and convincingly conclude that the proposed solution complies with the criterion of patentability "novelty".

В результате поиска информации по патентным и другим техническим источникам не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих достижение аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень». Отличительные признаки, указанные в формуле изобретения, явно не следуют из современного уровня техники, что также свидетельствует о соответствии критерию патентоспособности «изобретательский уровень».As a result of the search for information on patent and other technical sources, no technical solutions were identified that are characterized by a set of features similar to the proposed solution that ensure the achievement of similar results, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the patentability criterion "inventive step". The distinctive features indicated in the claims do not clearly follow from the state of the art, which also indicates compliance with the criterion of patentability "inventive step".

В заявляемом техническом решении промышленного способа производства торрефиката новая совокупность известных и неизвестных признаков, отличающаяся как технической сущностью признаков, так и их последовательностью и взаимосвязью, обеспечивает достижение технического результата более высокого, по сравнению с известными, уровня.In the claimed technical solution of the industrial method for the production of torrefaction, a new set of known and unknown features, which differ both in the technical essence of the features, and in their sequence and relationship, ensures the achievement of a technical result of a higher level compared to the known ones.

Сущность технического решения, заложенного в основу предлагаемого способа торрефикации биомассы, поясняется принципиальной схемой установки для реализации данного способа, изображенной на фиг. 1 (вид сверху, продольный разрез). Изображение на фиг. 1 необходимо рассматривать, как вариант конструкторского выполнения установки, позволяющий более наглядно отразить сущность заявляемого технического решения. Если на фиг. 1 торрефикационная камера и стационарный газопроницаемый многоканальный рекуператор размещены в разных производственных помещениях, разделенных атмосферой, то это не исключает вариант размещения торрефикационной камеры и рекуператора в едином производственном помещении. Тот или иной вариант конструкторского решения производственного помещения в целом не является решающим условием для реализации заявляемого способа: обязательным является соблюдение последовательности и взаимосвязи отдельных устройств, указанных в формуле изобретения. Именно эта последовательность и взаимосвязь обеспечивает достижение заявленного технического результата.The essence of the technical solution underlying the proposed biomass torrefaction method is illustrated by a schematic diagram of the installation for implementing this method, shown in Fig. 1 (top view, longitudinal section). The image in FIG. 1 must be considered as a variant of the design implementation of the installation, which makes it possible to more clearly reflect the essence of the proposed technical solution. If in FIG. 1 torrefaction chamber and a stationary gas-permeable multi-channel heat exchanger are located in different production rooms separated by the atmosphere, this does not exclude the option of placing the torrefaction chamber and the heat exchanger in a single production room. One or another version of the design solution of the production facility as a whole is not a decisive condition for the implementation of the proposed method: it is mandatory to observe the sequence and interconnection of the individual devices specified in the claims. It is this sequence and relationship that ensures the achievement of the claimed technical result.

На фиг. 1 представлено графическое изображение установки для реализации заявляемого способа торрефикации, включающее принципиально важные конструктивно-технологические узлы в их совокупной последовательности (указаны в независимом пункте 10 формулы изобретения). Отдельные узлы, заявленные в зависимых пунктах формулы 11÷17, отражены на фиг. 1 схематично без конкретизации конструкторского решения, что связано с многочисленностью вариантов конструкторских решений. Выбор конкретного варианта определяется возможностями и требованиями конкретного потенциального производителя. Важно заметить, что при выборе того или иного варианта конструкторского исполнения отдельных узлов (п. 11÷17 формулы) должно быть выполнено главное требование - обеспечение работоспособности установки с достижением поставленных технико-экономических и экологических задач.In FIG. 1 shows a graphical representation of the installation for implementing the proposed torrefaction method, including fundamentally important structural and technological units in their total sequence (indicated in independent clause 10 of the claims). The individual nodes claimed in dependent claims 11-17 are shown in FIG. 1 schematically without specifying the design solution, which is due to the large number of options for design solutions. The choice of a particular option is determined by the capabilities and requirements of a particular potential manufacturer. It is important to note that when choosing one or another design option for individual units (clauses 11–17 of the formula), the main requirement must be met - ensuring the operability of the installation with the achievement of the set technical, economic and environmental objectives.

Установка для торрефикации биомассы включает устройство для непосредственного осуществления процесса торрефикации, выполненного в виде стационарной пустотелой камеры 1, размещенной в термоизолированном корпусе 2 (пунктиром в камере торрефикации 1 выделена зона размещения биомассы). Для периодической загрузки-выгрузки очередной партии биомассы в начале торрефикационной камеры по ходу газового потока выполнен дверной проем 3. Переносные термостойкие конструкции, указанные в п. 11 формулы изобретения и предназначенные для равномерного распределения биомассы в пространстве торрефикационной камеры 1, на фиг. 1 не представлены в силу большого разнообразия существующих решений в области вмещающих конструкций, перемещаемых в горизонтальной плоскости. Особенности конструкций, выбираемых в каждом конкретном случае, зависят от объемной формы загружаемой формованной биомассы. Например, для «евродров» в форме цилиндрических брикетов наиболее технологична конструкция в виде вертикальной стойки с множеством фиксирующих стержней. На ход технологии торрефикации способ загрузки-выгрузки биомассы, будь то возвратно-поступательное перемещение вмещающих конструкций или другой способ загрузки, влияния не оказывает. Тот или иной выбор определяется возможностями и требованиями производителя торрефиката. Не имеет принципиального значения и наличие или отсутствие подвижного экранирующего средства защиты от теплопотерь и поступления (подсоса) атмосферного воздуха на дверном проеме 3, указанного в п. 13 формулы изобретения. Наличие на дверном проеме теплового экрана лишь повышает энергетическую эффективность установки в целом. Поэтому данный экранирующий элемент на фиг. 1 не отражен.The biomass torrefaction plant includes a device for the direct implementation of the torrefaction process, made in the form of a stationary hollow chamber 1, located in a thermally insulated housing 2 (a dotted line in the torrefaction chamber 1 marks the biomass location area). For periodic loading and unloading of the next batch of biomass at the beginning of the torrefaction chamber along the gas flow, a doorway 3 is made. 1 are not presented due to the wide variety of existing solutions in the field of enclosing structures moved in a horizontal plane. Features of the designs selected in each particular case depend on the volumetric form of the loaded molded biomass. For example, for "Eurowood" in the form of cylindrical briquettes, the most technologically advanced design is in the form of a vertical rack with many fixing rods. The method of loading and unloading biomass, whether it is the reciprocating movement of enclosing structures or another method of loading, does not affect the course of the torrefaction technology. This or that choice is determined by the capabilities and requirements of the manufacturer of the torrefied product. It does not matter and the presence or absence of a movable shielding protection against heat loss and ingress (suction) of atmospheric air on the doorway 3, specified in paragraph 13 of the claims. The presence of a thermal screen on the doorway only increases the energy efficiency of the installation as a whole. Therefore, this shielding element in FIG. 1 is not shown.

Источник тепла для нагрева циркулирующего газа выполнен в виде стационарного газопроницаемого многоканального рекуператора 4 с высокоразвитой поверхностью конвективного теплообмена из жаростойкого материала, весовая масса которого превышает вес загружаемой единичной партии биомассы не менее, чем в 15÷25 раз. Конфигурация кладки жаростойкого кирпича и его объем определяются в процессе проектирования конкретной установки под конкретную ее производительность и конкретный вид и форму планируемой к переработке биомассы. Рекуператор размещен в термоизолированном корпусе 5, связанном с корпусом 2 двумя газотранспортными каналами 6 и 7.The heat source for heating the circulating gas is made in the form of a stationary gas-permeable multi-channel heat exchanger 4 with a highly developed convective heat exchange surface made of heat-resistant material, the weight mass of which exceeds the weight of the loaded single batch of biomass by at least 15÷25 times. The configuration of the laying of heat-resistant bricks and its volume are determined in the process of designing a specific installation for its specific performance and the specific type and shape of the biomass planned for processing. The heat exchanger is located in a thermally insulated housing 5 connected to housing 2 by two gas transport channels 6 and 7.

Наличие мощного рекуператора с высокоразвитой поверхностью теплообмена гарантирует стабильность технологии торрефикации даже при работе установки в режиме систематически повторяющейся загрузки-выгрузки партий биомассы, то есть в условиях циклического изменения технологических параметров в торрефикационной камере, что предусмотрено нормальным течением технологии. РеализацияThe presence of a powerful heat exchanger with a highly developed heat exchange surface guarantees the stability of the torrefaction technology even when the plant is operating in the mode of systematically repeated loading and unloading of biomass batches, that is, under conditions of cyclic changes in technological parameters in the torrefaction chamber, which is provided for by the normal course of technology. Implementation

стабилизирующей функции рекуператора возможна лишь при постоянной подпитке его определенным количеством тепловой энергии. В предлагаемом техническом решении источником подпитывающей тепловой энергии являются продукты сжигания летучих органических соединений, отгоняемых из биомассы в процессе торрефикации. В конструкции газотранспортного канала 6 предусмотрено формирование из отгоняемых газов торрефикации двух газовых потоков: один поток направляется на циркуляцию в рабочее пространство установки, а второй - по патрубку 8 в печь 9 для сжигания летучих органических соединений, входящих в состав отгоняемых газов торрефикации. Графическое изображение печи 9, представленное на фиг. 1, необходимо рассматривать как принципиальную схему, обеспечивающую решение поставленной технологической задачи -получение подпитывающего тепла за счет максимально эффективного сжигания летучих органических соединений. Для повышения эффективности сжигания предлагается общий газовый поток, поступающий по патрубку 8, системой газовых форсунок 10 разбивать на отдельные потоки, которые более равномерно через ложное днище 11, выполненное, например, в виде перфорированного днища, поступают в топку 12. Приведенная конструкция печи 9 не является принципиальным требованием, необходимым для реализации заявляемого способа торрефикации. В каждом конкретном случае проектирования заявляемой установки выбор конструкции печи 9 является решением конструкторской целесообразности.The stabilizing function of the recuperator is possible only if it is constantly supplied with a certain amount of thermal energy. In the proposed technical solution, the source of fueling thermal energy is the combustion products of volatile organic compounds distilled from biomass in the process of torrefaction. The design of the gas transport channel 6 provides for the formation of two gas streams from the distilled torrefaction gases: one flow is sent for circulation to the working space of the installation, and the second - through the branch pipe 8 to the furnace 9 for burning volatile organic compounds that are part of the distilled torrefaction gases. The graphic representation of the oven 9 shown in FIG. 1 should be considered as a schematic diagram that provides a solution to the set technological problem - obtaining feed heat through the most efficient combustion of volatile organic compounds. To increase the efficiency of combustion, it is proposed that the total gas flow entering through the pipe 8 be divided into separate flows by a system of gas nozzles 10, which more evenly through the false bottom 11, made, for example, in the form of a perforated bottom, enter the furnace 12. The above design of the furnace 9 does not is a fundamental requirement necessary for the implementation of the proposed method of torrefaction. In each specific case of designing the proposed installation, the choice of the design of the furnace 9 is a decision of design feasibility.

Продукты сжигания летучих органических соединений из топки 12 по трубопроводу 13 направляются в разветвленную систему труб 14, проходящих через тело рекуператора 4, и выходящих на дымовую трубу 15. Через стенки труб конвективной теплопередачей рекуператор 4 аккумулирует тепло, необходимое для бесперебойной работы установки в условиях периодичности загрузки биомассы.The combustion products of volatile organic compounds from the furnace 12 through the pipeline 13 are sent to an extensive system of pipes 14 passing through the body of the heat exchanger 4 and exiting to the chimney 15. Through the walls of the pipes, by convective heat transfer, the heat exchanger 4 accumulates the heat necessary for the uninterrupted operation of the plant under conditions of periodic loading biomass.

Формирование из отгоняемых газов торрефикации двух газовых потоков, один из которых направляется на циркуляцию в рабочее пространство установки торрефикации, а второй - на получение подпитывающего рекуператор тепла, возможно лишь при наличие мощного вентиляторного устройства. В газотранспортном канале 6 установлено вентиляторное устройство 16 в виде мощного жаростойкого вентилятора, например, осевого канального типа, функционально соответствующего представленному на фиг. 1 варианту исполнения установки. Как указано в п. 14 формулы изобретения вентиляторное устройство снабжено устройством для регулирования скорости газового потока, циркулирующего в рабочем пространстве установки, вплоть до полного прекращения его циркуляции. Правильный выбор типа и мощности вентилятора обеспечивает качественный ход торрефикации с возможностью быстрого и эффективного управления процессом.The formation of two gas streams from the distilled torrefaction gases, one of which is sent for circulation to the working space of the torrefaction plant, and the second for receiving heat that feeds the heat exchanger, is possible only if a powerful fan device is present. In the gas transport channel 6, a fan device 16 is installed in the form of a powerful heat-resistant fan, for example, of an axial duct type, functionally corresponding to that shown in FIG. 1 installation version. As indicated in paragraph 14 of the claims, the fan device is equipped with a device for regulating the speed of the gas flow circulating in the working space of the installation, up to the complete cessation of its circulation. The right choice of fan type and power ensures a quality torrefaction run with the possibility of fast and efficient process control.

Газотранспортный канал 7, расположенный между рекуператором 4 и торрефикационной камерой 1, снабжен устройством для временного прерывания поступления газового потока в торрефикационную камеру, выполненным, например, в виде шибера 17. Наличие шибера позволяет в период загрузки-выгрузки очередной партии биомассы максимально сохранить тепло, аккумулированное в рекуператоре 4.The gas transport channel 7, located between the recuperator 4 and the torrefaction chamber 1, is equipped with a device for temporarily interrupting the flow of gas flow into the torrefaction chamber, made, for example, in the form of a gate 17. The presence of the gate allows, during the loading and unloading of the next batch of biomass, to keep the heat accumulated as much as possible. in the recuperator 4.

Отходящие из дымовой трубы 15 отработанные газы обладают достаточной энергоемкостью и могут быть использованы для различных промышленных и хозяйственных целей, что зафиксировано в п. 17 формулы изобретения. Направление использования определяется каждым конкретным производителем торрефиката.Exhaust gases leaving the chimney 15 have sufficient energy intensity and can be used for various industrial and household purposes, which is recorded in paragraph 17 of the claims. The direction of use is determined by each specific manufacturer of the torrefied product.

Установка работает следующим образом.The installation works as follows.

Вначале осуществляют предпусковую подготовку с выводом установки на необходимый пусковой температурный режим. В п. 2 формулы изобретения указано, что рабочее пространство установки перед загрузкой первой партии биомассы нагревают до температуры не ниже 200°С. Предварительный нагрев может осуществляться различными способами и различными подвижными теплонагревателями. Но можно применять и простейший способ, а именно: сжигание в пределах камеры торрефикации 1 необходимого объема древесного угля, размещенного, например, элементарно в мешки. В предпусковой период внутреннее рабочее пространство установки равномерно прогревают, что обеспечивается работающим вентилятором 16 при открытом шибере 17. При закрытом шибере 17 и отключенном вентиляторе 16 через дверной проем 3 осуществляют горизонтальную загрузку переносных термостойких конструкций, заполненных биомассой, в зону торрефикации 1. После загрузки шибер 17 открывают и включают вентилятор 16. Длительность процесса торрефикации зависит от типа исходной биомассы и его объемной формы, но, как правило, не превышает полутора часов. Поскольку торрефикация - это процесс теплового воздействия на растительное сырье в бескислородной среде при температуре, когда протекают преимущественно эндотермические реакции, превращающие, например древесину в обожженную древесину, то производитель заинтересован заканчивать процесс торрефикации с достижением максимального удаления влаги при максимальном сохранении летучих калорийных органических углеводородов, наличие которых в торрефицированной биомассе повышает ее теплотворность. Предлагаемый способ позволяет определить время завершения торрефикации визуально по характеру (цвету) отходящих газов.Initially, pre-start preparation is carried out with the output of the installation to the required starting temperature regime. In paragraph 2 of the claims states that the working space of the plant before loading the first batch of biomass is heated to a temperature not lower than 200°C. Preheating can be carried out in various ways and with various movable heaters. But you can apply the simplest method, namely: burning within the torrefaction chamber 1 of the required volume of charcoal, placed, for example, simply in bags. During the pre-start period, the internal working space of the installation is evenly heated, which is ensured by the operating fan 16 with the gate 17 open. 17 open and turn on the fan 16. The duration of the torrefaction process depends on the type of initial biomass and its volumetric form, but, as a rule, does not exceed one and a half hours. Since torrefaction is a process of thermal action on plant raw materials in an oxygen-free environment at a temperature when predominantly endothermic reactions occur, turning, for example, wood into burnt wood, the manufacturer is interested in completing the torrefaction process with the achievement of maximum moisture removal with maximum preservation of volatile caloric organic hydrocarbons, the presence which in torrefied biomass increases its calorific value. The proposed method allows you to determine the completion time of torrefaction visually by the nature (color) of the exhaust gases.

В настоящее время предлагаемый способ торрефикации биомассы прошел успешные полупромышленные испытания на установке, принципиальная схема которой изображена на фиг. 1. Проектная производительность установки по загрузке равна одной тонне биомассы в форме брикета, а фактически достигнутая производительность по торрефикату - 0,6 т/час. Выход торрефиката достигает 90% от загрузки, то есть при квалифицированном ведении процесса торрефикации выход готового продукта приближен к теоретически возможному.At present, the proposed method of biomass torrefaction has passed successful pilot tests on a plant, the schematic diagram of which is shown in Fig. 1. The design capacity of the plant for loading is equal to one ton of biomass in the form of a briquette, and the actual capacity achieved for torrefaction is 0.6 t/h. The output of the torrefied product reaches 90% of the load, that is, with the qualified management of the torrefaction process, the output of the finished product is close to the theoretically possible.

Испытания доказали промышленную применимость и осуществимость заявляемого способа торрефикации биомассы. Был достигнут заявленный выше технический результат: получение торрефиката в значительной степени за счет использования энергии газов торрефикации. Низкие капитальные затраты и минимальные затраты при эксплуатации установки позволяют получать торрефикат с приемлемо низкой себестоимостью, обеспечивающей рентабельность производства даже в европейских ценах, с высоким качеством при выходе торрефиката до 90% от загрузки (снижение данного показателя допустимо и связано с исходной влажностью сырья загрузки).Tests have proven the industrial applicability and feasibility of the proposed method of biomass torrefaction. The technical result stated above was achieved: obtaining a torrefied product to a large extent by using the energy of torrefaction gases. Low capital costs and minimal costs during operation of the plant make it possible to obtain a torrefied product with an acceptably low cost, ensuring production profitability even in European prices, with high quality at a torrefied yield of up to 90% of the load (a decrease in this indicator is acceptable and is associated with the initial moisture content of the feedstock).

Принимая во внимание все вышесказанное, можно рекомендовать предлагаемый способ торрефикации биомассы, реализуемый на предлагаемой установке, для промышленного использования, причем в широком диапазоне производительности и для производителей, использующих биомассу с европейским уровнем цен.Taking into account all of the above, we can recommend the proposed method of biomass torrefaction, implemented on the proposed installation, for industrial use, and in a wide range of productivity and for producers using biomass with a European price level.

Claims

1. A method for torrefaction of biomass of woody origin, carried out in the temperature range corresponding to the endothermic period of thermal decomposition of wood, by convective heat transfer in the circulation mode of a gaseous heat flow, characterized in that the torrefaction is directed to the molded biomass in batches, and the heating of the circulating gaseous heat flow is carried out by the heat of a gas-permeable recuperative heat exchanger , the heating of which is carried out with hot gases, which are the product of combustion of volatile organic compounds distilled from biomass in the process of torrefaction, while the temperature of the circulating gaseous heat flow is maintained in the range of 200°C ÷ 270°C, and the temperature of the gaseous products of combustion of volatile organic compounds at the inlet to the the heat exchanger is maintained in the range of 400°С÷700°С.

2. The method of biomass torrefaction according to claim 1, characterized in that the working space of the plant is heated to a temperature of at least 200°C before loading the biomass.

3. Method for torrefaction of biomass according to claim 1, characterized in that biomass with a humidity preferably below 12% is sent for torrefaction.

4. The method of biomass torrefaction according to claim 1, characterized in that the shaped biomass is fed for torrefaction in portable heat-resistant structures that allow stationary and uniform distribution of the shaped biomass in the space of the torrefaction chamber.

5. The method of biomass torrefaction according to claim 1, characterized in that during the unloading and loading of the next batch of biomass, the rate of the circulating gaseous heat flow is reduced, preferably to a complete stop.

6. Method for torrefaction of biomass according to claim 1, characterized in that the torrefaction of biomass is carried out preferably before the onset of exothermic processes.

7. The method of biomass torrefaction according to claim 1, characterized in that the torrefaction, for example, of wood is carried out in a wide temperature range of 200°C÷270°C.

8. The method of biomass torrefaction according to claim 1, characterized in that the temperature of the products of combustion of volatile organic compounds at the outlet of the heating system of the recuperative heat exchanger is preferably maintained below 300°C.

9. The method of biomass torrefaction according to claim 8, characterized in that the combustion products of volatile organic compounds are directed to household needs, for example, to heat third-party facilities, or, as a rule, directly into the atmosphere.

10. Installation for torrefaction of biomass of woody origin, including a device for the implementation of the torrefaction process, equipped with an input for receiving biomass; a heat source for heating the gas circulating in the working space of the installation; a fan device for creating a circulating flow of heated gas directed to the device for torrefaction; gas transport channels connecting the torrefaction device, the heat source and the fan device; exhaust gas exhaust system, characterized in that the device for carrying out the torrefaction process is made in the form of a stationary hollow chamber equipped with a unit for periodic loading and unloading of biomass, made in the form of a doorway located at the beginning of the torrefaction chamber along the gas flow, and a molded biomass; the heat source for heating the circulating gas is made in the form of a stationary gas-permeable multi-channel heat exchanger with a highly developed convective heat exchange surface made of a heat-resistant material; the fan device is equipped with a powerful heat-resistant fan located between the torrefaction chamber and the gas-permeable heat exchanger along the circulating thermal gas flow; the exhaust gas exhaust system is equipped with a furnace for burning volatile organic compounds distilled from biomass during torrefaction, located behind the fan device along the circulating thermal gas flow, and the system for removing volatile organic compounds combustion products passes through the body of the recuperator and is made in the form of an extensive pipe system, exiting the chimney.

11. Installation for biomass torrefaction according to claim 10, characterized in that the unit for periodic loading and unloading of biomass is equipped with portable heat-resistant structures designed to evenly distribute biomass in the space of the torrefaction chamber, and is made with the possibility of their horizontal movement.

12. Installation for biomass torrefaction according to claim 10, characterized in that the stationary heat exchanger is made of heat-resistant material, the weight mass of which exceeds the weight of the loaded single batch of biomass by at least 15÷25 times.

13. Installation for torrefaction of biomass according to claim 10, characterized in that the doorway for periodic loading and unloading of biomass is equipped with a movable screening protection against heat loss and atmospheric air ingress.

14. Installation for torrefaction of biomass according to claim 10, characterized in that the fan device is equipped with a device for regulating the speed of the gas flow circulating in the working space of the installation.

15. Installation for biomass torrefaction according to claim 10, characterized in that the gas transport channel located along the circulating thermal gas flow between the recuperator and the torrefaction chamber is equipped with a device for temporarily interrupting the flow of the gas flow into the torrefaction chamber, made, for example, in the form of a gate .

16. Installation for torrefaction of biomass according to claim 10, characterized in that the furnace for burning volatile organic compounds distilled from biomass during the torrefaction process is made, for example, in the form of a furnace equipped with a system of gas nozzles directed into the combustion zone through a false bottom, made, for example, in the form of a perforated bottom.

17. The biomass torrefaction plant according to claim 10, characterized in that the exhaust gas exhaust system is configured to direct hot exhaust gases to auxiliary or additional devices for utilizing the heat of exhaust exhaust gases.