[go: up one dir, main page]

CZ201262A3 - Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood - Google Patents

Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood Download PDF

Info

Publication number
CZ201262A3
CZ201262A3 CZ20120062A CZ201262A CZ201262A3 CZ 201262 A3 CZ201262 A3 CZ 201262A3 CZ 20120062 A CZ20120062 A CZ 20120062A CZ 201262 A CZ201262 A CZ 201262A CZ 201262 A3 CZ201262 A3 CZ 201262A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
wood
raw material
pyrolysis
solution
ash
Prior art date
Application number
CZ20120062A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ303617B6 (en
Inventor
Kurc@Ladislav
Krpelík@Zdenek
Kácerik@Martin
Original Assignee
Vysoká skola chemicko-technologická v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká skola chemicko-technologická v Praze filed Critical Vysoká skola chemicko-technologická v Praze
Priority to CZ20120062A priority Critical patent/CZ303617B6/en
Publication of CZ201262A3 publication Critical patent/CZ201262A3/en
Publication of CZ303617B6 publication Critical patent/CZ303617B6/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Je popsáno zvýsení energetického výtezku biooleje az o 26 % procesem rychlé pyrolýzy dreva provádené za teploty 350 az 750 .degree.C, za procesního tlaku 10 az 1000 kPa, s dobou zdrzení vznikající parní fáze v horké reakcní zóne nizsí nez 10 s, v kontinuálním nebo vsádkovém usporádání, pri kterém se pouzije jako surovina drevo, které je metodou výmeny iontu osetreno roztokem vzniklým pusobením roztoku kyseliny sírové na vodou vyluhovaný drevný popel.An increase in bio-energy yield of up to 26% by the process of rapid wood pyrolysis at 350 to 750 degC is described, at a process pressure of 10 to 1000 kPa, with a residence time of the resulting vapor phase in the hot reaction zone of less than 10 s, in a continuous or a batch arrangement in which wood is used as the raw material, which is treated by the ion exchange method with a solution resulting from the action of a sulfuric acid solution on water-leached wood ash.

Description

Tento vynález se týká způsobu úpravy suroviny pro výrobu biooleje ze dřeva. Bioolej vzniká rychlou pyrolýzou za současného katalytického působeni jednoho nebo vice katalyticky aktivních prvků cíleně dodaných do suroviny.The present invention relates to a process for treating a raw material for the production of wood oil. Bio-oil is formed by rapid pyrolysis under the simultaneous catalytic action of one or more catalytically active elements deliberately delivered to the raw material.

Dosavadní stav technikyState of the art

Klasická pyrolýza biomasy je tepelný proces, při němž probíhají termolýzní reakce, je prováděna bez přístupu vzduchu, jejími produkty jsou jednak pevný zbytek (analog dřevěného uhlí označovaný jako biouhel), jednak kapalné podíly (bioolej a voda) a spalitelné plyny. Bioolejem je v tomto textu označována komplexní směs látek, které jsou za podmínek pyrolýzy v plynném skupenství, po ochlazení na normální teplotu jsou v kapalném skupenství. Bioolej nezahrnuje vodu. Bioolej lze využít jako energetickou surovinu, například jako specifické motorové palivo nebo jako surovinu pro rafinérské zpracování na součást standardních motorových paliv. Tato možnost využití biooleje vedla k inovaci pyrolýzy, kterou se zvyšuje účinnost přeměny dřeva na bioolej. Inovace spočívala v rychlém ohřevu suroviny na vysokou teplotu, v krátké reakční době a v rychlém ochlazení plynných produktů. Inovovaný proces je označován jako rychlá pyrolýza nebo jako mžiková pyrolýza nebo jako zkapalňování dřeva. V tomto procesu se teploty pohybují od 350 °C do 750 °C a doby zdržení par v horké zóně činí zlomky až desítky sekund.Classical biomass pyrolysis is a thermal process in which thermolysis reactions take place, it is carried out without air access, its products are both solid residue (charcoal analogue called biochar), liquid fractions (bio-oil and water) and combustible gases. In this text, bio-oil refers to a complex mixture of substances that are in the gaseous state under pyrolysis conditions, after cooling to normal temperature they are in the liquid state. Bio-oil does not include water. Bio-oil can be used as an energy raw material, for example as a specific motor fuel or as a raw material for refinery processing into a part of standard motor fuels. This possibility of using bio-oil has led to the innovation of pyrolysis, which increases the efficiency of wood conversion into bio-oil. The innovation consisted in rapid heating of the raw material to a high temperature, in a short reaction time and in rapid cooling of gaseous products. The innovative process is referred to as rapid pyrolysis or flash pyrolysis or wood liquefaction. In this process, temperatures range from 350 ° C to 750 ° C and the residence time of the vapors in the hot zone is fractions of up to tens of seconds.

Podmínky, za nichž probíhá termolýza dřeva, přes uvedené označení, jsou bližší spíše průmyslovému procesu krakování než petrochemické pyrolýze. Při zpracování fosilních surovin : : , : : : * · · * * * 111 »««**· krakováním i pyrolýzou je cílem získání užitečných menších molekul z vysokomolekulárních látek, petrochemická pyrolýza je vsak z termodynamických důvodů nekatalytický vysokoteplotní proces, zatímco rafinérské krakování je provozováno jako katalytický i nekatalytický termický proces. Podobně jako krakování, není termické štěpení dřeva termodynamicky řízený proces a rovněž jsou známy katalytické i nekatalyzované způsoby termolýzy dřeva.The conditions under which the thermolysis of wood takes place, despite the designation, are closer to the industrial cracking process than to petrochemical pyrolysis. In the processing of fossil fuels:: , ::: * · · * * * 111 »« «** ** · cracking and pyrolysis aim to obtain useful smaller molecules from high molecular weight substances, but petrochemical pyrolysis is a non-catalytic high temperature process for thermodynamic reasons, while refinery cracking is operated as a catalytic and non-catalytic thermal process. Like cracking, thermal splitting of wood is not a thermodynamically controlled process and both catalytic and non-catalyzed methods of wood thermolysis are known.

Použití katalyzátorů jako jsou sloučeniny alkalických kovů, Ni, Pt, Zn, Fe, AI, Si, Ti, při rychlé pyrolýze dřeva vedlo k dalšímu zvýšení přeměny sušiny dřeva na bioolej.The use of catalysts such as alkali metal compounds, Ni, Pt, Zn, Fe, Al, Si, Ti, in the rapid pyrolysis of wood has led to a further increase in the conversion of dry wood to bio-oil.

•>s> J •>s> J

PatentvSpojených států amerických (US 20100212215) uvádí, že nejdůležitějsím faktorem ovlivňujícím kapalný výtěžek pyrolýzy je výběr katalyzátoru přidávaného k pyrolyzované surovině. Patent dále uvádí, že výtěžek pevného zbytku (biouhlu) je u katalyzované pyrolýzy na stejné úrovni jako poskytuje nekatalyzovaná rychlá pyrolýza dřeva. Katalyzátorem H-ZSM-5 se urychlí demethoxylační a další hydrogenolýzní reakce, takže v produkovaném oleji tvoří kyslík jen 21,4 %.The United States Patent (US 20100212215) states that the most important factor influencing the liquid pyrolysis yield is the choice of catalyst added to the pyrolyzed feedstock. The patent further states that the yield of solid residue (biochar) in catalyzed pyrolysis is at the same level as that provided by uncatalyzed rapid pyrolysis of wood. The H-ZSM-5 catalyst accelerates demethoxylation and other hydrogenolysis reactions, so that oxygen is only 21.4% in the oil produced.

Při detailnějším pohledu na uplatnění katalýzy při termolýze dřeva se ukazuje, že tato oblast je nejednoznačná. Často je ke dřevu přidáván prekurzor katalyzátoru a jeho aktivní forma vznikne teprve během termického procesu. Katalyzátor tohoto procesu se vymyká jednoduché definici katalyzátoru: „katalyzátor je látka, která urychluje specifické reakce, ale sama se nespotřebovává. Katalyzátor termolýzy dřeva se v některých uspořádáních spotřebuje společně se surovinou a z procesu vystupuje v proudu biouhlu. Důvodem je skutečnost, že katalyzátor je obvykle v pevné formě, stejně jako zbytek z pyrolýzy dřeva (biouhel) a tyto dvě entity nelze jednoduše oddělit během pyrolýzy. Životnost katalyzátoru je srovnatelná se střední dobou zdržení suroviny v pyrolýzním reaktoru.A closer look at the application of catalysis in wood thermolysis shows that this area is ambiguous. A catalyst precursor is often added to the wood and its active form is formed only during the thermal process. The catalyst for this process goes beyond the simple definition of a catalyst: “A catalyst is a substance that accelerates specific reactions but does not consume itself. In some configurations, the wood thermolysis catalyst is consumed together with the raw material and exits the process in a biochar stream. This is because the catalyst is usually in solid form, as is the residue from the pyrolysis of wood (biochar), and the two entities cannot simply be separated during pyrolysis. The life of the catalyst is comparable to the mean residence time of the feedstock in the pyrolysis reactor.

'X: :.: : . · ' ·♦♦··· 4 φ'X::.::. · '· ♦♦ ··· 4 φ

Přínosy katalytického efektu by měly být vyšší než náklady na pořízení katalyzátoru a jeho účinné zavedení do pyrolyzované suroviny. S ohledem na tuto zákonitost vyplývá, že katalyzátor by měl být levný a nenákladně zavedený do suroviny.The benefits of the catalytic effect should outweigh the costs of acquiring the catalyst and introducing it efficiently into the pyrolyzed feedstock. In view of this pattern, it follows that the catalyst should be cheap and inexpensive to incorporate into the feedstock.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Podle tohoto vynálezu je zvýšení energetického výtěžku biooleje až o 26 % dosaženo způsob úpravy suroviny pro proces rychlé pyrolýzy dřeva zaměřený na získávaní biooleje prováděný za teploty 350 až 750°C, za procesního tlaku 10 až 1000 kPa, s dobou zdržení vznikající plynné fáze v horké reakční zóně nižší než 10 s, v kontinuálním nebo vsádkovém uspořádání, který je charakteristický tím, že pyrolyzovaná surovina je metodou výměny iontů ošetřena roztokem vzniklým působením roztoku kyseliny sírové na vodou vyluhovaný dřevný popel.According to the invention, an increase in the energy yield of the bio-oil of up to 26% is achieved by a raw material treatment process for a rapid wood pyrolysis process aimed at obtaining bio-oil carried out at 350 to 750 ° C, process pressure 10 to 1000 kPa, with residence time in a reaction zone of less than 10 s, in a continuous or batch arrangement, which is characterized in that the pyrolyzed feedstock is treated with an ion exchange solution by the action of a sulfuric acid solution on water-leached wood ash.

Zde uváděný energetický výtěžek biooleje je definován jako poměr spalného tepla biooleje získaného rychlou pyrolýzou určitého množství suroviny ku spalnému teplu použité suroviny. Je-li energetický výtěžek uváděn v procentech, je tento podíl vynásoben stem.The energy yield of bio-oil reported here is defined as the ratio of the heat of combustion of bio-oil obtained by rapid pyrolysis of a certain amount of raw material to the heat of combustion of the raw material used. If the energy yield is given as a percentage, this proportion is multiplied by one hundred.

Účinek zpracování upravené suroviny se projevuje v energetické bilanci rychlé pyrolýzy tím, že dojde ke:The effect of the processing of the treated raw material is reflected in the energy balance of rapid pyrolysis by:

a) zvýšení hmotnostního výtěžku organických kapalných látek na úkor pevného zbytku a/nebo nekondenzujících produktů pyrolýzy a/nebo obou produktů;(a) increasing the weight yield of organic liquids at the expense of solid residue and / or non-condensing pyrolysis products and / or both products;

b) snížení obsahu organického kyslíku v elementárním složení biooleje, což vede ke zvýšení energetického obsahu (spalného tepla) tohoto produktu;b) a reduction in the content of organic oxygen in the elemental composition of the bio-oil, which leads to an increase in the energy content (combustion heat) of this product;

c) snížení procesní teploty a tedy ke snížení energetické náročnosti procesu pyrolýzy dřeva.c) reducing the process temperature and thus reducing the energy intensity of the wood pyrolysis process.

r · ·* * * ta· t t · · · · ·r · · * * * ta · t t · · · · ·

Projevem účinku iontů v surovině mohou být jednotlivé body a) až c) nebo jejich kombinace.The individual points a) to c) or their combinations can manifest the effect of ions in the raw material.

Jako levný zdroj kationtů, které působi katalyticky při zkapalňování dřeva a zvyšuji energetický výtěžek biooleje, se nabízí popel dřeva. Prosté přidávání popela k pyrolyzované surovině však nevede ke zvýšení energetického výtěžku biooleje. Původci vynálezu ale s překvapením zjistili, že pokud jsou katalyticky aktivní kationty zavedeny do pyrolyzované suroviny metodou iontové výměny z vhodného roztoku, a tudíž rovnoměrně distribuovány v pyrolyzované surovině, zvýší se významně energetický výtěžek biooleje v následném procesu zkapalňování dřeva (rychlé pyrolýzy).Wood ash is offered as a cheap source of cations, which act catalytically during liquefaction of wood and increase the energy yield of bio-oil. However, simply adding ash to the pyrolyzed feedstock does not increase the energy yield of the bio-oil. However, the inventors have surprisingly found that if the catalytically active cations are introduced into the pyrolyzed feedstock by ion exchange from a suitable solution, and thus evenly distributed in the pyrolyzed feedstock, the energy yield of the bio-oil in the subsequent wood liquefaction process increases rapidly (rapid pyrolysis).

Podle tohoto vynálezu způsob úpravy suroviny pro proces rychlé pyrolýzy dřeva sestává ze dvou části:According to the invention, the process for treating the raw material for the rapid wood pyrolysis process consists of two parts:

a) získání roztoku iontů, kterým bude ošetřena surovina; aa) obtaining a solution of ions with which the raw material will be treated; and

b) ošetření suroviny metodou výměny iontů.b) treatment of the raw material by the ion exchange method.

ad a) Získání roztoku iontů pro ošetření pyrolyzované surovinyad a) Obtaining an ion solution for the treatment of pyrolyzed raw material

Zdrojem roztoku iontů, kterým se ošetří surovina pyrolýzy, je dřevný popel, který však obsahuje dominantně vápenaté ionty, které působí inhibičně na zkapalňování dřeva. Druhou hlavní složkou popela jsou sloučeniny draslíku, jejichž účinek na zkapalňování dřeva při vysokých koncentracich není kladný, a proto se do roztoku iontů přidávají jen v takovém množství, aby se dosáhlo vhodného pH nebo limitní koncentrace draslíku v surovině 0,1 τ 0,15 hm.%.The source of the ion solution with which the pyrolysis raw material is treated is wood ash, which, however, contains predominantly calcium ions, which have an inhibitory effect on the liquefaction of wood. The second main component of the ash are potassium compounds, whose effect on wood liquefaction at high concentrations is not positive, and therefore they are added to the ion solution only in such an amount as to reach a suitable pH or limit concentration of potassium in the raw material 0.1 τ 0.15 wt. .%.

Prvním krokem přípravy roztoku iontů je s výhodou standardizace suroviny, při které je dřevný popel vyžíhán při 550 °C v proudu vzduchu tak, aby došlo k oxidaci, tedy spálení, zbytků spalitelných látek. Dalším krokem je louženíThe first step in the preparation of the ion solution is preferably the standardization of the raw material, in which the wood ash is annealed at 550 ° C in a stream of air so as to oxidize, i.e. burn, the residues of combustible substances. The next step is leaching

*.: : . : : : . ;* .::. :::. ;

>···«» * * * * · · * · ♦ í í «·«·** popela vodou, přičemž část vzniklého vodného výluhu se může použit k úpravě pH roztoku pro iontovou výměnu. Popel a voda se smíchají v hmotnostním poměru od 1:3 do 1:15 a míchají se takovou dobu, až směs dospěje do rovnováhy, tj. dalším mícháním se nemění koncentrace rozpuštěných látek. Jejich koncentrace může být zjišťována pomocí měření hodnoty pH. Vodný výluh je totiž bazický a kationty v něm rozpuštěné jsou tvořeny z 80 ^95 % alkalickými kovy, další významný kation rozpuštěný ve výluhu je hořečnatý, vápník je mezi kationty výluhu zastoupen v množství méně než 1 %. Do vodného výluhu se z popela rozpustí 50 <90 % ze všech kationtů alkalických kovů obsažených v surovině. Vodný výluh se oddělí filtrací.> ··· «» * * * * · · * · ♦ í í · · «· ** ash with water, part of the resulting aqueous extract can be used to adjust the pH of the ion exchange solution. The ash and water are mixed in a weight ratio of 1: 3 to 1:15 and mixed until the mixture reaches equilibrium, i.e. further mixing does not change the solute concentration. Their concentration can be determined by measuring the pH value. The aqueous extract is basic and the cations dissolved in it are made up of 80-95% alkali metals, another important cation dissolved in the extract is magnesium, calcium is present among the cations of the extract in an amount of less than 1%. 50 <90% of all alkali metal cations contained in the raw material are dissolved in the aqueous extract from the ash. The aqueous extract is separated by filtration.

Ve vodě nerozpuštěná část popela se v dalším kroku podrobuje loužení kyselinou sírovou zředěnou na koncentraci např. 0,5 4' 2,0 mol/1. Koncentraci používané kyseliny lze volit, ta určuje koncentraci z ní vzniklé směsi iontu. Dále lze měnit poměr kyseliny a popela při jeho vyluhování, což rozhoduje o konečném pH získaného roztoku kationtů. Je výhodné přidat takové množství kyseliny sírové, aby v ustáleném stavu bylo pH výluhu kolem 4. Celkové množství přidané kyseliny sírové je závislé na složení popela a může dosahovat 7 θ molk. sirové/kPpopeia .In the next step, the undissolved part of the ash is subjected to leaching with sulfuric acid diluted to a concentration of, for example, 0.5 4, 2.0 mol / l. The concentration of the acid used can be chosen, which determines the concentration of the ion mixture formed from it. Furthermore, the ratio of acid to ash can be changed during its leaching, which determines the final pH of the obtained cation solution. It is advantageous to add such an amount of sulfuric acid that at steady state the pH of the leachate is around 4. The total amount of sulfuric acid added depends on the ash composition and can reach 7 θ molk. cheese / kPpopeia.

Λ '66 '6

Dalším krokem přípravy roztoku iontů je úprava pH výluhu získaného pomocí roztoku kyseliny sírové (obsah zbytkové kyseliny sírové v roztoku iontů je menší než 0,05 mol/kgpopela) . Příliš kyselé pH se upravuje pomocí vodného výluhu popela, který obsahuje cca 0,8 molalkalli/kgpOpeLa. Vodným výluhem se upraví pH výluhu zředěné kyseliny sírové na hodnotu 5 -. .7. Při úpravě pH se z roztoku vysráží nerozpustné složky, především křemičitany. Proto sraženina potřebuje dostatečnou dobu zrát (alespoň 10 hodin). Odfiltrováním sraženiny se získá roztok iontů, který se v dalším stupni zavádí do suroviny. Rozdělením loužení popela do dvou stupňů (loužení vodou a následné : : : : : , :The next step in the preparation of the ion solution is to adjust the pH of the extract obtained with the sulfuric acid solution (the content of residual sulfuric acid in the ion solution is less than 0.05 mol / kg of ash ). Too acidic pH is adjusted by means of an aqueous ash extract which contains about 0.8 mol alkali / kg pO p e L a . The pH of the dilute sulfuric acid extract is adjusted to 5 - aqueous extract. .7. When the pH is adjusted, insoluble components, especially silicates, precipitate out of solution. Therefore, the precipitate needs to mature sufficiently (at least 10 hours). Filtration of the precipitate gives an ion solution, which is introduced into the raw material in the next step. By dividing the leaching of the ash into two stages (leaching with water and subsequent:::::,:

·*·* · · · » * • · · · ♦· ··* ».»!»»♦ loužení kyselinou sirovou) tak jak bylo popsáno výše, se získají tři podíly:As described above), three fractions are obtained as described above:

(i) vodný výluh, který obsahuje především sloučeniny alkalických kovů;(i) an aqueous extract which contains mainly alkali metal compounds;

(ii) výluh zředěné kyseliny sírové, který obsahuje sloučeniny kovů jako Fe, Zn, Mn, Ni, Cu, AI;(ii) dilute sulfuric acid extract containing metal compounds such as Fe, Zn, Mn, Ni, Cu, Al;

(iii) pevný zbytek po loučeni zředěnou kyselinou sirovou, který je tvořen především síranem vápenatým.(iii) a solid residue after partitioning with dilute sulfuric acid, which consists mainly of calcium sulphate.

Popel, z něhož se získává roztok iontů, nemá ustálené složení. Kationty popela jsou obvykle tvořeny z 30 x*60 % v £ vápenatými, z 30 -< 60 % draselnými, z 10 30 % hořečnatými aThe ash from which the ion solution is obtained does not have a stable composition. Ash cations are usually made up of 30 x * 60% calcium, 30- <60% potassium, 10-30% magnesium and

*.í z 10 20 % sodnými ionty, další jednotlivé ionty jsou zastoupeny v množství do 10 %, Z ostatních kovů jsou hmotnostně významné hlinité, měďnaté, železité, manganaté, nikelnaté a zinečnaté ionty, které jsou obsaženy v podílu (ii), který se po úpravě pH použije na ošetření pyrolyzované suroviny.Of the other metals, aluminum, copper, iron, manganese, nickel and zinc ions, which are present in fraction (ii), are important. is used to treat the pyrolyzed feedstock after pH adjustment.

ad b) Ošetření suroviny metodou výměny iontůad b) Treatment of raw material by ion exchange method

Obecně lze zavedení katalyticky působícího roztoku iontů k pyrolyzované surovině provést několika způsoby. Roztokem iontů lze dřevo impregnovat. Koncentrovanější roztok iontů lze aplikovat postřikem. Jak již bylo uvedeno, nevýhodou obou těchto metod je nerovnoměrné rozmístění kationtů v surovině, (ty jsou lokalizovány na povrchu částic dřeva nebo částečně na vnitřním povrchu dřeva) , což má za následek nevýznamný vliv na energetický výtěžek biooleje v procesu rychlé pyrolýzy dřeva.In general, the introduction of a catalytically active ion solution to the pyrolyzed feedstock can be accomplished in several ways. The wood can be impregnated with an ion solution. A more concentrated ion solution can be applied by spraying. As already mentioned, the disadvantage of both of these methods is the uneven distribution of cations in the raw material (these are located on the surface of the wood particles or partially on the inner surface of the wood), which results in a negligible effect on the energy yield of the bio-oil in the rapid wood pyrolysis process.

Ošetření suroviny metodou výměny iontů probíhá v loži suroviny zaplaveném ošetřujícím roztokem iontů po dobu 1. < 48 hodin a teplotě 20 100 °C. Toto ošetření suroviny vyžaduje její úplné zaplavení včetně vnitřního volného ; ·. ; : . : : : : ,· 1 · ’* » ' «»· t 4 ♦ ♦ · i prostoru dřeva (tracheje a tracheidy, transporní kanálky, lumen, porézní struktura ligninu), kterému je nutno cíleně napomoci. Iontovou výměnou se přednostně do objemu dřeva váží vícemocné ionty na úkor nížemocných. Protože roztok iontů je především tvořen dvoj- a trojmocnými kationty kovů, jejichž katalytický účinek byl prokázán, dochází při iontové výměně k nahrazování jednomocných kationtů alkalických kovů ve dřevě výšemocnými kationty. Při iontové výměně se roztok obohacuje o kationty alkalických kovů a ochuzuje se o katalyticky působící kationty kovů, zatímco u dřeva — budoucí suroviny pyrolýzy je tomu naopak. Iontová výměna je rovnovážný děj, který za teploty 20 °C dospěje do rovnováhy za více než 24 hodin. Tato doba je minimální pro přiblížení se rovnovážnému stavu. Dobu potřebnou pro dosažení iontové rovnováhy mezi dřevem a roztokem lze snížit zvýšením teploty při tomto procesu.The treatment of the raw material by the ion exchange method takes place in a bed of raw material flooded with an ion treatment solution for 1 <48 hours and a temperature of 20,100 ° C. This treatment of the raw material requires its complete flooding, including internal free; ·. ; :. ::::, · 1 · '* »'« »· t 4 ♦ ♦ · and wood space (trachea and tracheids, transport canals, lumen, porous structure of lignin), which must be targeted. Polyvalent ions preferentially bind polyvalent ions to the volume of wood at the expense of low-polygons. Because the ion solution consists mainly of divalent and trivalent metal cations, the catalytic effect of which has been demonstrated, the monovalent alkali metal cations in the wood are replaced by high-strength cations during ion exchange. In ion exchange, the solution is enriched in alkali metal cations and depleted in catalytically active metal cations, while in wood - the future raw material of pyrolysis, the opposite is true. Ion exchange is an equilibrium process that reaches equilibrium in more than 24 hours at 20 ° C. This time is the minimum to approach equilibrium. The time required to reach the ionic balance between the wood and the solution can be reduced by increasing the temperature in this process.

Zvýšením teploty o 10 °C se obvykle doba zkracuje na 75 % původní doby.By increasing the temperature by 10 ° C, the time is usually reduced to 75% of the original time.

Před vlastní pyrolýzou je žádoucí upravit vlhkost suroviny. Po aplikaci roztoku iontů tvoří voda více než 50 % hmoty suroviny. Vlhkost se při pyrolýze chová jako inertní látka, má ale vliv na parametry pyrolýzy - vyšší hodnota zpomalí ohřev suroviny na reakční teplotu. Nastavení vlhkosti na optimální úroveň se obvykle provádí sušením. Jeho podmínky jsou odlišné od doporučení pro sušárny dřeva. Sušení suroviny pro pyrolýzu je žádoucí provádět s co nejmenší relativní vlhkostí sušicího media, aby docházelo k pnutí v sušených částicích dřeva a k jejich popraskání. Tímto způsobem se snižuje efektivní velikost pyrolyzovaných částic, především nej rozměrnějších částic, což je žádoucí.Before the actual pyrolysis, it is desirable to adjust the moisture of the raw material. After application of the ion solution, water makes up more than 50% of the raw material. Moisture behaves as an inert substance during pyrolysis, but it affects the parameters of pyrolysis - a higher value slows down the heating of the raw material to the reaction temperature. Adjusting the humidity to the optimum level is usually done by drying. Its conditions are different from the recommendations for wood dryers. It is desirable to dry the pyrolysis feedstock with the lowest possible relative humidity of the drying medium in order to cause stress in the dried wood particles and to crack them. In this way, the effective size of the pyrolyzed particles, especially the largest particles, is reduced, which is desirable.

Protože surovina pro přípravu roztoku iontů (popel) není ustáleného složení, ani složení roztoku iontů (katalyticky působících iontů) není ustálené. Pro každou odlišnou směs iontů i různý způsob jejich aplikace na pyrolyzovanou surovinu je nutné optimalizovat podmínky pyrolýzy z hlediska dosažení maximálního energetického výtěžku biooleje. Podmínkami pyrolýzy se rozumí především teplota, rychlost jejího dosažení a zchlazení produktů, rovněž reakční doba, tedy střední doba zdržení plynných produktů v horké zóně, kterou lze ovlivňovat nastavením průtoku inertního plynu při pyrolýze nebo vlhkostí suroviny nebo změnou rychlosti dávkování suroviny do reaktoru.Because the raw material for the preparation of the ion solution (ash) is not stable, the composition of the ion solution (catalytic ions) is not stable either. For each different mixture of ions and different ways of their application to the pyrolyzed raw material, it is necessary to optimize the pyrolysis conditions in terms of achieving the maximum energy yield of the bio-oil. Pyrolysis conditions are understood primarily as temperature, rate of reaching and cooling of products, as well as reaction time, i.e. the mean residence time of gaseous products in the hot zone, which can be influenced by adjusting the inert gas flow at pyrolysis or raw material humidity or by changing the feed rate.

Podmínky vlastní pyrolýzy upravené suroviny je nutno experimentálně optimalizovat na používaném zařízení.The conditions of the pyrolysis of the treated raw material must be experimentally optimized on the equipment used.

Pro rychlou pyrolýzu dřeva zaměřenou na produkci biooleje obecně platí, že čím je nižší obsah organicky vázaného kyslíku v biooleji, tím je vyšší jeho spalné teplo. Pro hodnocení účinnosti procesu přeměny dřeva na kapalná paliva je rozhodující energetický výtěžek biooleje, hmotnostní výtěžek lze využít jen výjimečně. Pomocí hmotnostního výtěžku je možné srovnávat pouze takové kapalné produkty pyrolýzy, jejichž spalné teplo je přibližně shodné což je splněno u vzorků se stejným obsahem vody a organicky vázaného elementárního kyslíku.For rapid pyrolysis of wood to produce bio-oil, it is generally the case that the lower the content of organically bound oxygen in the bio-oil, the higher its heat of combustion. The energy yield of bio-oil is crucial for evaluating the efficiency of the process of converting wood into liquid fuels, the weight yield can only be used in exceptional cases. Only those liquid pyrolysis products whose combustion heat is approximately the same can be compared by weight yield, which is satisfied for samples with the same water content and organically bound elemental oxygen.

Příklady provedeni vynálezuExamples of embodiments of the invention

Energetický výtěžek byl také aplikován při hodnocení suroviny upravené podle tohoto vynálezu. V bilančním testu rychlé pyrolýzy byly hodnoceny tři vzorky. Vzorek 1 a 2 jsou suroviny (dřevo) upravené takovým způsobem, aby v nich byl zvýšen obsah katalyticky aktivních kationtů. Vzorek 1 byl upraven způsobem podle vynálezu, ve vzorku 2 byl zvýšen obsah iontů impregnací. Třetí vzorek je neošetřené dřevo s průměrným obsahem kationů. Bylo zjištěno, že energetický výtěžek dřeva ošetřeného podle tohoto vynálezu (vzorku 1) je o 26 % vyšší než energetický výtěžek srovnávacího vzorku 3.The energy yield was also applied in the evaluation of the raw material treated according to the invention. Three samples were evaluated in the rapid pyrolysis balance test. Samples 1 and 2 are raw materials (wood) treated in such a way as to increase the content of catalytically active cations. Sample 1 was treated according to the method of the invention, the content of ions in sample 2 was increased by impregnation. The third sample is untreated wood with an average cation content. It was found that the energy yield of the wood treated according to the invention (sample 1) is 26% higher than the energy yield of comparative sample 3.

. 9 - ’.: :.: : ; . :. 9 - ’.::.::; . :

··*·’* If * · 1 · » · * « · «444«*··· * · '* If * · 1 · »· *« · «444« * ·

Příklad 1Example 1

Způsob úpravy pyrolyzované suroviny podle vynálezu la) Příprava katalyticky působící směsi iontů (ošetřujícího roztoku iontů) .Process for the treatment of the pyrolyzed raw material according to the invention 1a) Preparation of a catalytically active ion mixture (ion treatment solution).

Jako surovina pro přípravu roztoku iontů byl použit popel ze dřeva, který byl v elektricky ohřívané trubkové peci při průtoku vzduchu asi 200 ml / min žíhán po dobu 6 hodin při teplotě 550 °C. Tímto zpracováním se hmotnost popela snížila o 27 %.Wood ash was used as a raw material for the preparation of the ion solution, which was annealed in an electrically heated tube furnace at an air flow of about 200 ml / min for 6 hours at a temperature of 550 ° C. This treatment reduced the weight of the ash by 27%.

Ke 300 g vyžíhaného popela bylo přidáno 1500 g vody. Po smíchání těchto složek byla suspenze 14 hodin míchána při laboratorní teplotě. pH roztoku se poslední hodinu neměnilo a bylo 12,8. Titrací vzniklého vodného výluhu na fenolftalein bylo zjištěno, že výluh obsahuje 0,56 mol alkalických látek. Filtrací byl oddělen výluh od nerozpustného zbytku, zbytek byl usušen do konstantní hmotnosti a zvážen (287,4 g) . 280, 0 g tohoto vodou vyluhovaného zbytku bylo smícháno s 4200 g zředěné kyseliny sírové o koncentraci 0,5014 mol/1 a vzniklá suspenze byla míchána 16 hodin. Poslední dvě hodiny se pH, jehož hodnota byla 4,3, neměnilo. Poté byl pevný zbytek odfiltrován a usušen do konstantní hmotnosti a zvážen (348,8 g) . Ve výluhu byla titračně stanovena volná kyselina sírová, jejíž celkové množství ve výluhu bylo 0,016 mol. Během loužení zreagovalo 8,27 molk. sirové/kgpopeia.1500 g of water were added to 300 g of calcined ash. After mixing these components, the suspension was stirred at room temperature for 14 hours. The pH of the solution did not change for the last hour and was 12.8. Titration of the resulting aqueous extract to phenolphthalein revealed that the extract contained 0.56 moles of alkalis. The extract was separated from the insoluble residue by filtration, the residue was dried to constant weight and weighed (287.4 g). 280.0 g of this water-leached residue were mixed with 4200 g of dilute sulfuric acid at a concentration of 0.5014 mol / l, and the resulting suspension was stirred for 16 hours. The pH, which was 4.3, had not changed in the last two hours. The solid residue was then filtered off and dried to constant weight and weighed (348.8 g). The free sulfuric acid in the extract was titrated, the total amount of which in the extract was 0.016 mol. During leaching, 8.27 mol k reacted. si rové / kg popeia .

Vodný výluh obsahoval (jako prvky): draslík 49,3 g/kgpopela sodík 0,8 g/kgpopela hořčík 0 g/kgpopela vápník 0,06 g/kgpopeia • ίο - : : . : : : . :The aqueous extract contained (as elements): potassium 49.3 g / kg ash sodium 0.8 g / kg ash magnesium 0 g / kg ash calcium 0.06 g / kg ash i aίο -::. :::. :

• ♦ * · ♦ · « * B • ♦ * · ♦ · «* B

Výluh získaný pomoci 0,5M H2SO4 obsahoval (jako prvky):The leachate obtained with the help of 0.5M H 2 SO 4 contained (as elements):

železo 1,54 g/kgpopeia mangan 2,51 g/kgpope4a zinek 4,4 g/kgpope4a draslík 26,16 g/kgpopela sodík 0,95 g/kgpopela hořčík 17,58 g/kgpopela vápník 6,16 g/kgpope4a iron 1.54 g / kg ash and manganese 2.51 g / kg ash zinc 4.4 g / kg ash potassium 26.16 g / kg ash sodium 0.95 g / kg ash magnesium 17.58 g / kg ash calcium 6.16 g / kg pope4a

Tab. I: Obsah kationtů v popelu a dvou zbytcích po loužení (jako prvky) stanovený XRF analýzouTab. I: Cation content of the ash and two leach residues (as elements) determined by XRF analysis

Prvek Element Popel [hm.%] Ash [wt.%] Zbytek po loužení vodou [hm.%] Residue after leaching with water [wt.%] Zbytek po loužení H2SO4 [hm.%]Residue after leaching H 2 SO 4 [wt.%] Draslík Potassium 8,41 8.41 3,58 3.58 0, 97 0, 97 Sodík Sodium 0,27 0.27 0,20 0.20 - - Vápník Calcium 50,87 50.87 50,56 50.56 48,71 48.71 Hořčík Magnesium 2,69 2.69 2,81 2.81 0,29 0.29 Hliník Aluminium 2, 08 2, 08 2,06 2.06 1,17 1.17 Mangan Manganese 2,86 2.86 3,01 3.01 2,22 2.22 Železo Iron 0,72 0.72 63 63 1,22 1.22 Zinek Zinc 0, 15 0, 15 0, 16 0, 16 0,10 0.10 Chrom Chrome - - - - Křemík Silicon 2,61 2.61 3,49 3.49 2, 05 2, 05

pH roztoku síranů (získaného pomocí pomocí roztoku H2SO4) bylo upraveno vodným výluhem na 5,5 a vzniklá sraženina po 14 hodinách zrání zfíltrována. Filtrát je označován jako roztok katalyticky působících iontů. Tento roztok se může zahustit podle potřeby na odparce.The pH of the sulfate solution (obtained with H 2 SO 4 solution) was adjusted to 5.5 with aqueous extract and the resulting precipitate was filtered after 14 hours of maturation. The filtrate is referred to as the catalytic ion solution. This solution can be concentrated on an evaporator as needed.

lb) Ošetřeni pyrolyzované suroviny roztokem iontů připraveným podle bodu la)lb) Treatment of pyrolysed raw material with ion solution prepared according to la)

Výchozí surovinou pro pyrolýzu (před úpravou podle patentu) bylo dřevo břízy bělokoré s průměrným obsahemThe starting material for pyrolysis (before treatment according to the patent) was white birch wood with an average content

- li . : : . : : : . :- li. ::. :::. :

i « · e « i * ' t • * · · « * <·· it···*· kationtů v pletivech tohoto jedince (tabulka II). Kmenové dřevo bylo rozřezáno elektrickou kotoučovou pilou na piliny a ty vysušeny do konstantní hmotnosti. Toto dřevo sloužilo k přípravě vzorků 1 a 2, neupravené je použito jako vzorek 3 (srovnávací).i «· e« i * ' t • * · · «* <·· it ··· * · cations in the tissues of this individual (Table II). The log wood was cut with an electric circular saw into sawdust and dried to constant weight. This wood was used to prepare samples 1 and 2, untreated is used as sample 3 (comparative).

Tab. II: Koncentrace jednotlivých prvků ve dřevě břízy bělokoréTab. II: Concentration of individual elements in white birch wood

Koncentrace prvků ve dřevě břízy bělokoré [mgprvku/kgdřeva]Concentration of elements in white birch wood [mg element / kg wood ] AI AI Ca Ca Cu Cu Fe Fe K TO Mg Mg Mn Mn Na On Ni Ni Zn Zn 40,88 40.88 658,14 658.14 10,70 10.70 84,87 84.87 579,88 579.88 117,19 117.19 135,13 135.13 20,14 20.14 0,5 0.5 ^2,37 ^ 2.37

K 500 g pilin v Erlenmayerově baňce bylo přidáno 5 1 roztoku obsahujícího výluh z 600 g popela získaný pomocí 0,5M H2SO4 (příprava roztoku viz la)). Nad touto směsí byl snížen tlak z atmosférického na 5 kPa. Tento tlak byl udržován, dokud z pórů pilin unikal vzduch, poté byl obnoven atmosférický tlak. Následovalo klidové stání směsi a po 5 minutách se operace opakovala. Opět po 5 minutách stáni se opakovala evakuace, tentokrát doba potřebná na odsátí vzduchu unikajícího z pórů dřeva nepřekročila ani 1 minutu. Cílem pulzování tlaku je úplné zaplavení dřeva, tedy odstranění veškerého vzduchu z hmoty dřeva. Poté, kdy byl obnoven atmosférický tlak, byla baňka se směsí umístěna na magnetickou míchačku a její obsah byl 24 hodin míchán při teplotě 20 °C. Po této době a oddělení kapalné a pevné fáze byly piliny opláchnuty 200 ml vody a vysušeny při 105 °C do konstantní hmotnosti. Takto upravená surovina - vzorek 1 - byla pyrolyzována v bilančním testu (viz Příklad 3).To 500 g of sawdust in an Erlenmeyer flask was added 5 L of a solution containing an extract of 600 g of ash obtained with 0.5 M H 2 SO 4 (for solution preparation see la)). Above this mixture, the pressure was reduced from atmospheric to 5 kPa. This pressure was maintained until air escaped from the sawdust pores, then atmospheric pressure was restored. The mixture was allowed to stand and the operation was repeated after 5 minutes. Again, after 5 minutes of standing, the evacuation was repeated, this time the time required to extract the air escaping from the pores of the wood did not exceed even 1 minute. The goal of pressure pulsation is to completely flood the wood, ie to remove all air from the wood mass. After atmospheric pressure was restored, the flask and mixture were placed on a magnetic stirrer and stirred at 20 ° C for 24 hours. After this time and separation of the liquid and solid phases, the sawdust was rinsed with 200 ml of water and dried at 105 ° C to constant weight. The raw material thus treated - sample 1 - was pyrolyzed in a balance test (see Example 3).

: . ::. :

* · * · * ·♦ «*«·«»·* · * · * · ♦ «*« · «» ·

Příklad 2Example 2

Způsob úpravy suroviny impregnacíMethod of raw material treatment by impregnation

2a) Příprava katalyticky působící směsi iontů je identická s popisem příkladu 1 a)2a) The preparation of the catalytically active ion mixture is identical to the description of Example 1 a)

2b) Impregnace pyrolyzované suroviny roztokem iontů připraveným podle bodu la)2b) Impregnation of the pyrolysed raw material with an ion solution prepared according to la)

Výchozí surovinou bylo stejně jako v Příkladu 1 dřevo břízy bělokoré s průměrným obsahem kationů uvedených v tabulce II, rozřezané elektrickou kotoučovou pilou na piliny, které byly vysušeny do konstantní hmotnosti.The starting material was, as in Example 1, white birch wood with an average cation content listed in Table II, cut with an electric circular saw into sawdust, which was dried to constant weight.

K 500 g pilin v Erlenmayerově baňce bylo přidáno 5 1 roztoku obsahujícího výluh z 600 g popela získaný pomocí 0,5M H2SO4 (příprava roztoku viz la)). Nad touto směsí byl snížen tlak z atmosférického na 5 kPa. Tento tlak byl udržován, dokud z pórů pilin unikal vzduch, poté byl obnoven atmosférický tlak. Následovalo klidové stání směsi a po 5 minutách se operace opakovala. Opět po 5 minutách stání se opakovala evakuace, tentokrát doba potřebná na odsátí vzduchu unikajícího z pórů dřeva nepřekročila ani 1 minutu. Směs byla ponechána 5 minut za atmosférického tlaku a pak byl impregnační roztok oddělen od štěpek, ty byly opláchnuty 200 ml vody a vysušeny při teplotě 105 °C na absolutně suché. Takto upravená surovina - vzorek 2 — byla pyrolyzována v bilančním testu (viz Příklad 3) Příklad 3To 500 g of sawdust in an Erlenmeyer flask was added 5 L of a solution containing an extract of 600 g of ash obtained with 0.5 M H 2 SO 4 (for solution preparation see la)). Above this mixture, the pressure was reduced from atmospheric to 5 kPa. This pressure was maintained until air escaped from the sawdust pores, then atmospheric pressure was restored. The mixture was allowed to stand and the operation was repeated after 5 minutes. Again, after 5 minutes of standing, the evacuation was repeated, this time the time required to extract the air escaping from the pores of the wood did not exceed even 1 minute. The mixture was left for 5 minutes at atmospheric pressure and then the impregnation solution was separated from the chips, which were rinsed with 200 ml of water and dried at 105 ° C to absolutely dry. The raw material thus treated - sample 2 - was pyrolyzed in a balance test (see Example 3) Example 3

Bilanční pyrolýzaBalance pyrolysis

Pyrolýzní jednotka se skládala z válcovitého vodorovně uloženého reaktoru těchto rozměrů: průměr 290 mm, délka válcové části 890 mm, reaktor byl z vnějšku ohříván přímýmThe pyrolysis unit consisted of a cylindrical horizontal reactor of the following dimensions: diameter 290 mm, length of the cylindrical part 890 mm, the reactor was heated from the outside by direct

- : . :-:. :

* * I * · · ··· ·«··*·· plamenem o výkonu 22 kW, obě základny válcovitého reaktoru byly opatřeny osovou trubkou dlouhou 200 mm, která byla na jedné straně propojena s dávkovačům zařízením suroviny (netočícím se). Reaktor zde byl trvale uzavřen válcem suroviny o délce 90 mm, který nedovoloval pyrolýzním plynům protékat dávkovači cestou. Druhá základna byla snimatelná, připojená k reakční nádobě přírubou. Po odejmutí základny se vzniklým otvorem z reaktoru periodicky vyjímal biouhel, základna sloužila také k odvodu zplyněných produktů pyrolýzy. Směrem do vnitřku reaktoru byl na základnu pevně přichycen plášť válce z nerezového síta (průměr nerezového drátu 0,3 mm, velikost ok 0,3 x 0,35 mm) rozměry povrchu válce byly průměr 160 mm, výška 200 mm. Tato vestavba zabraňovala úletu biouhlu z reaktoru do vzdušného chladiče. Reaktorem bylo během pyrolýzy otáčeno okolo podélné osy s frekvencí 12 otáček za minutu. Trubka, která byla pevně spojena se základnou a tedy s reaktorem, se otáčela spolu s ním a byla zasunuta do statické trubky o délce 4,5 m, která sloužila jako vzdušný chladič. Na vzdušný chladič navazoval separátor kapalné fáze (Ξι) se spodní výpustí, plynné podíly s teplotou nižší než 260 °C byly vedeny teflonovou trubicí do skleněné baňky (separátor S2) osazené účinnými zpětnými chladiči, v nichž se plynná fáze ochladila na méně než 50 C. Kondenzát stékal do baňky, z níž byl periodicky vypouštěn. Objem ochlazeného plynu byl měřen průtokoměrem. Na pyrolýzní jednotce byla v několika bodech měřena teplota. Jednak byla bezkontaktním teploměrem snímána teplota vnější stěny válcové části pyrolýzního reaktoru těsně před výstupem plynů z reaktoru (TJ , dále byla snímána teplota plynů na vstupu do vzdušného chladiče (T2) , dále teplota na výstupu ze separátoru St (T3) a teplota za vodními chladiči (T4) . Teploty T2, T3 a T4 byly snímány termočlánky zasunutými do proudu plynné fáze.* * I * · · ··· · «·· * ·· with a 22 kW flame, both bases of the cylindrical reactor were equipped with an axial tube 200 mm long, which was connected on one side to the feedstock equipment (non-rotating). The reactor was permanently closed by a 90 mm long raw material cylinder, which did not allow the pyrolysis gases to flow through the metering path. The second base was removable, connected to the reaction vessel by a flange. After removing the base with the resulting opening from the reactor, biochar was periodically removed, the base also served to drain the gasified pyrolysis products. Towards the inside of the reactor, the cylinder shell made of stainless steel sieve (stainless steel wire diameter 0.3 mm, mesh size 0.3 x 0.35 mm) was firmly attached to the base, the dimensions of the cylinder surface were diameter 160 mm, height 200 mm. This installation prevented biochar from escaping from the reactor into the air cooler. During the pyrolysis, the reactor was rotated about a longitudinal axis at a frequency of 12 revolutions per minute. The tube, which was firmly connected to the base and thus to the reactor, rotated with it and was inserted into a 4.5 m long static tube, which served as an air cooler. The air cooler was followed by a liquid phase separator (Ξι) with a bottom outlet, gaseous fractions with a temperature lower than 260 ° C were led through a Teflon tube to a glass flask (separator S 2 ) equipped with efficient reflux coolers, in which the gas phase cooled to less than 50 C. The condensate drained into a flask from which it was periodically drained. The volume of the cooled gas was measured with a flow meter. The temperature was measured at several points on the pyrolysis unit. First, the non-contact thermometer read the temperature of the outer wall of the cylindrical part of the pyrolysis reactor just before the exit of gases from the reactor (TJ), then the temperature of gases at the inlet to the air cooler (T 2 ) , The temperatures T 2 , T 3 and T 4 were sensed by thermocouples inserted into the gas phase stream .

Pyrolýzní reaktor pracoval v polokontinuálním režimu, surovina byla dávkována kontinuálně, biouhel byl z reaktoru ~ 14 : : . : : : . :The pyrolysis reactor operated in a semi-continuous mode, the raw material was fed continuously, the biochar was from the reactor. :::. :

• · * · tv ««· It···*· vyjímán periodicky, vždy se změnou suroviny. Optimální režim byl nastaven pomocí rychlosti dávkování suroviny, ostatní parametry byly konstantní. Výsledky pyrolýzy byly vyhodnoceny na základě 15 minut ustáleného chodu jednotky.• · * · tv «« · It ··· * · excluded periodically, always with a change of raw material. The optimal mode was set using the feed rate of the raw material, other parameters were constant. The pyrolysis results were evaluated on the basis of 15 minutes of steady state operation of the unit.

Teploty dosahované během měřené periody pyrolýzy:Temperatures reached during the measured pyrolysis period:

Ti = 410 - 500 °CTi = 410 - 500 ° C

T2 = 160 230 °CT 2 = 160 230 ° C

T3 = 100 - 120 °CT 3 = 100 - 120 ° C

T4 = 20 - 40 °CT 4 = 20 - 40 ° C

Jako produkt byla odebírána ze separátorů Si a S2 kapalina po dosažení teploty T3 = 100 °C v ustáleném chodu jednotky. Kondenzát, který se v těchto separátorech shromáždil před zahájením měření, byl vypuštěn a nebyl součástí produktu. Vyprodukovaná kapalina byla následně zfiltrována, aby se odstranily pevné částice, které by mohly způsobovat polymeraci. Ze zfiltrovaných kapalných fází byl odebrán vzorek a kalorimetricky byla stanovena spalná tepla. Na základě známé hmotnosti jednotlivých produktů a jejich spalných tepel byl spočítán energetický výtěžek pyrolýzy (viz tabulka II) .The liquid was taken from the Si and S 2 separators as a product after reaching the temperature T 3 = 100 ° C in the steady state operation of the unit. The condensate that had accumulated in these separators before the measurement began was drained and was not part of the product. The resulting liquid was then filtered to remove solids that could cause polymerization. A sample was taken from the filtered liquid phases and the heat of combustion was determined calorimetrically. Based on the known weight of the individual products and their heat of combustion, the energy yield of pyrolysis was calculated (see Table II).

Vzorky biooleje byly komplexně analyzovány. Metodou Karl Fischera byl stanoven obsah vody, organickou elementární analýzou byl zjištěn obsah kyslíku, po odečtení příspěvku vody byl vyčíslen obsah organického kyslíku.Biooleum samples were comprehensively analyzed. The water content was determined by the Karl Fischer method, the oxygen content was determined by organic elemental analysis, and the organic oxygen content was calculated after deducting the contribution of water.

Bilanční pyrolýza vzorků 12/ a 3.Balance pyrolysis of samples 12 / a 3.

Postupem specifikovaným výše byly pyrolyzovány připravené vzorky suroviny. Surovinou srovnávací bilanční pyrolýzy byl vzorek 3, tedy nativní dřevo břízy bělokoré vysušené do konstantní hmotnosti.The prepared raw material samples were pyrolyzed according to the procedure specified above. The raw material of the comparative balance pyrolysis was sample 3, ie native white birch wood dried to constant weight.

Ί5 : : : : : . :Ί5:::::. :

• · I · · · ♦ · · * 4 · 4 « a *• · I · · · ♦ · · * 4 · 4 «a *

Pro každý vzorek byla stanovena optimální rychlost dávkování do pyrolýzy. Ta byla pro vzorek 1 o 45 % a pro vzorek 2 o 30 % vyšší než u vzorku 3, kde činila 18 g/min.The optimal pyrolysis dosing rate was determined for each sample. This was 45% higher for sample 1 and 30% higher for sample 2 than for sample 3, where it was 18 g / min.

Kalibrovanou metodou GC-MS bylo určeno kvalitativní i kvantitativní složení biooleje.The qualitative and quantitative composition of the bio-oil was determined by the calibrated GC-MS method.

Tabulka III:Table III:

Charakteristika vzorků dřeva a základní bilanční charakteristiky produktů bilanční pyrolýzyCharacteristics of wood samples and basic balance characteristics of balance pyrolysis products

Parametr Parameter Vzorek 1 Sample 1 Vzorek 2 Sample 2 Vzorek 3 Sample 3 Příklad 1 Example 1 Příklad 2 Example 2 neošetřené dřevo untreated wood Charakterizace pyrolyzovaných Characterization of pyrolyzed surovin raw materials Sušina (%) Popeloviny v Dry matter (%) Ashes in 100 100 100 100 100 100 sušině (%) Koncentrace dry matter (%) Concentration 1,27 1.27 1, 57 1, 57 0,44 0.44 Ca+Mg (mg/ kgsuáiny ) Koncentrace Ca + Mg (mg / kgs / acid) Concentration 1320 1320 1971 1971 775 775 K+Na (mg/ kgsušiny) Koncentrace K + Na (mg / kg dry matter) Concentration 1920 1920 1395 1395 600 600 Fe (mg/ kgsušiny) Koncentrace Fe (mg / kg dry matter) Concentration 112 112 94 94 85 85 Z n (mg/ kgsuáiny) Koncentrace Z n (mg / kg) Concentration 305 305 225 225 42 42 Mn (mg/ kg sušiny) Mn (mg / kg dry matter) 405 405 447 447 135 135

Produkty pyrolýzy Pyrolysis products (bez vody) (without water) Hmotnost Mass biooleje 296 (g/kgSUEOViny) Hmotnost pevného zbytku ( 9 / ^^suroviny) Spalné teplobio-oils 296 (g / kg SUEOViny ) Weight of solid residue (9 / ^^ raw material) Combustion heat 290 248 255-^260 290 248 255- ^ 260 biooleje 29,01 (M J/ kgpEoduktU) Organický kyslík 16, 84 v biooleji (%) Energetickýbio-oil 29.01 (MJ / kgp E product U ) Organic oxygen 16, 84 in bio-oil (%) Energy 28,4 30,6 17,26 16,84 28.4 30.6 17.26 16.84 výtěžek 53 biooleje (%) yield 53 bio-oils (%) 48 42 48 42

Jestliže výtěžek srovnávacího vzorku 3 byl označen jako 100 %, pak relativní energetický výtěžek vztažený k tomuto vzorku je pro vzorek 2 = 114,3 % a pro vzorek 3 = 126,2 %.If the yield of comparative sample 3 was indicated as 100%, then the relative energy yield related to this sample is = 114.3% for sample 2 and = 126.2% for sample 3.

Zastupuj e:Represents:

JUDr. Michal\ HavlíkJUDr. Michal \ Havlík

JUDr Michal HAVLÍK' advokát \JUDr Michal HAVLÍK 'lawyer \

120 Od PRAHA2, Hálkovaž -120 From PRAGUE2, Hálkovaž -

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS Způsob úpravy suroviny pro proces rychlé pyrolýzy dřeva zaměřený na získáváni biooleje prováděný za teploty 350 až 750°C, za procesního tlaku 10 až 1000 kPa, s dobou zdržení vznikající plynné fáze v horké reakční zóně nižší než 10 s, v kontinuálním nebo vsádkovém uspořádání, vyznačující se tím, že pyrolyzované surovina je metodou výměny iontů ošetřena roztokem vzniklým působením roztoku kyseliny sírové na vodou vyluhovaný dřevný popel.Process for the treatment of raw material for a rapid wood pyrolysis process aimed at obtaining bio-oil carried out at a temperature of 350 to 750 ° C, at a process pressure of 10 to 1000 kPa, with a residence time of the resulting gas phase in the hot reaction zone of less than 10 s, in a continuous or batch arrangement, characterized in that the pyrolyzed raw material is treated with an ion exchange solution by the action of a sulfuric acid solution on water-leached wood ash. 2* Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že část vodního výluhu z loužení dřevného popela se snvýhadon použije k úpravě pH roztoku pro iontovou výměnu.A method according to claim 1 , characterized in that a part of the aqueous extract from the leaching of the wood ash is used to adjust the pH of the ion exchange solution. $· Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pH roztoku pro iontovou výměnu se upraví vodným výluhem z loužení dřevného popela na hodnotu 4 7.The method according to claim 1, characterized in that the pH of the ion exchange solution is adjusted to 47 by the aqueous leachate from the leaching of wood ash. XVXV Způsob podle nároku 1, vyznačující se t-ím že iontová výměna probíhá v loži suroviny zaplaveném ošetřujícím roztokem iontů po dobu 1 48 hodin, při teplotě 20 100 °C.The process according to claim 1, characterized in that the ion exchange takes place in a bed of raw material flooded with an ion treatment solution for 48 hours at a temperature of 20-100 ° C.
CZ20120062A 2012-01-30 2012-01-30 Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood CZ303617B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120062A CZ303617B6 (en) 2012-01-30 2012-01-30 Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120062A CZ303617B6 (en) 2012-01-30 2012-01-30 Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ201262A3 true CZ201262A3 (en) 2013-01-09
CZ303617B6 CZ303617B6 (en) 2013-01-09

Family

ID=47504458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20120062A CZ303617B6 (en) 2012-01-30 2012-01-30 Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ303617B6 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10316969A1 (en) * 2003-04-14 2004-12-02 Jochen Herrlinger Process and device for the catalytic treatment of residues in continuously cleaned and heated tube bundle reactors
WO2009018531A1 (en) * 2007-08-01 2009-02-05 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Fractional catalytic pyrolysis of biomass
CN104962309B (en) * 2008-03-04 2017-09-26 马萨诸塞大学 The catalysis pyrolysis of solid hydrocarbon material and the bio-fuel and aromatic compound of correlation
CN202072663U (en) * 2011-05-17 2011-12-14 潘丽清 Ablation quick pyrolysis composite unit

Also Published As

Publication number Publication date
CZ303617B6 (en) 2013-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2002318452B2 (en) Process for flash carbonization of biomass
Ratnasari et al. The thermal degradation of lignocellulose biomass with an acid leaching pre-treatment using a H-ZSM-5/Al-MCM-41 catalyst mixture
Hita et al. Enhanced production of phenolics and aromatics from raw bio-oil using HZSM-5 zeolite additives for PtPd/C and NiW/C catalysts
RU2395559C1 (en) Method for thermal processing material containing organic substances
Stefanidis et al. Mesopore-modified mordenites as catalysts for catalytic pyrolysis of biomass and cracking of vacuum gasoil processes
DK2850150T3 (en) Process for controlling the water content of pyrolysis liquids
Zhang et al. Pyrolysis characteristics, kinetics, and evolved gas determination of chrome-tanned sludge by thermogravimetry–Fourier-transform infrared spectroscopy and pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry
EP3823934B1 (en) Microwave assisted pyrolysis and gasification
Hernando et al. Performance of MCM-22 zeolite for the catalytic fast-pyrolysis of acid-washed wheat straw
Hartono et al. Synthesis of biodiesel using local natural zeolite as heterogeneous anion exchange catalyst
RU2118291C1 (en) Method and installation for continuously processing hydrocarbon materials
Hita et al. Dynamics of carbon formation during the catalytic hydrodeoxygenation of raw bio-oil
Stolarek et al. Influence of liming on kinetics of sewage sludge pyrolysis
CZ201262A3 (en) Method of treating raw material for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood
CZ201261A3 (en) Method of treating raw material with recycled ions for obtaining biooil by quick pyrolysis of wood
Campusano et al. Improvement of Properties of Bio-Oil from Biomass Pyrolysis in Auger Reactor Coupled to Fluidized Catalytic Bed Reactor
CN103201356A (en) Method and gasification apparatus for producing fuel from organic matter
JP4418854B2 (en) Organic waste treatment methods
Garrido et al. Influences of zinc chloride on fast pyrolysis of pinewood
Bonura et al. Dynamics of carbon formation during the catalytic hydrodeoxygenation of raw bio-oil
EP3470386B1 (en) Method for treating the biomass of lignocellulosic agricultural waste and/or waste containing phenolic functional groups
Sulaiman et al. Bio-char from treated and untreated oil palm fronds
WO2016046580A1 (en) A device for treating materials; and an assembly, an installation and a method for conducting a torrefaction process
Haddad et al. Slow pyrolysis of cypress sawdust: Effect of magnesium additives on by-products yields and biochar proprieties
RU2201952C2 (en) Charcoal production process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20160130