Паливо, одержане з біомаси

Реферат: Винахід стосується палива, яке виробляється з біомаси, що одержують способом, в якому º біомасу оброблюють при температурі понад 160-300 С і тиску понад 5 бар протягом періоду технологічної обробки принаймні 2 години, причому воду, що утворена за хімічною реакцією, видаляють з реактора під час обробки. UA 106581 C2 (12) UA 106581 C2 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [1] Винахід відноситься до матеріалу та (або) палива, який та (або) яке виробляється з біомаси. Крім того, винахід відноситься до пристрою для обробки сумішей твердої речовини й рідини, зокрема, біомаси, який містить принаймні один реактор для прийому суміші твердої речовини й рідини, установку для виробництва енергії з біомаси, яка містить принаймні один пристрій для обробки біомаси. [2] Професором Маркусом Антоніетті (Markus Antonietti) з Інституту колоїдальної хімії спілки Маска Планка у м. Потсдам у червні 2006 року була запропонована так звана гідротермальна карбонізація в лабораторних умовах. У цьому способі біомасу перетворюють у лабораторному автоклаві під тиском 10 бар і температурі +180ºС упродовж півдоби у подібний до вуглецю матеріал або його попередні стадії й воду. [3] Дослідження, спрямовані на використання вологої біомаси для регенерації енергії шляхом виробництва палива, яке є якомога однорідним, проводяться тривалий час, але це використання ще й досі обмежується відсутністю ефективності енергетичного перетворення, що включає спалювання, і низькою економічною ефективністю при його використанні. Відповідальними за зміну клімату через спалювання викопних палив або носіїв енергії зроблені, по суті, викиди діоксиду вуглецю й інших парникових газів. [4] У DE 197 23 510 C1, наприклад, був представлений пристрій для обробки біогенних залишків, який містить циліндричний реактор, у якому харчові відходи й схожі речовини піддаються процесу гідролізу при необхідній температурі та тиску. Реактор виконаний у вигляді реактора з циркуляцією, який має поверхні корпуса, що можуть нагріватися. Для забезпечення змішування суспензії у реакторі за допомогою помпи утворюється потік. [5] Метою винаходу є розробка способу, за допомогою якого палива, гумус, матеріали, що містять вуглець, а також продукти реакції Майяра або подібної до неї можна економічно і з високою ефективністю виготовляти із суміші твердої речовини й рідини, зокрема, у промисловому масштабі. [6] Ця мета досягається предметом незалежних пунктів формули винаходу. Подальші розробки очевидні із залежних пунктів формули винаходу. [7] Пропонований спосіб передбачає, що суміш твердої речовини й рідини, що містить вуглець, та (або) завантажувальний матеріал додатково оброблюють перед технологічною обробкою та (або) під час її та (або) реакції, проміжні вторинні та (або) кінцеві продукти кондиціонують або оброблюють. В силу цієї цілеспрямованої попередньої обробки або попередньої технологічної обробки суміші твердої речовини й рідини й подальшої обробки суміші твердої речовини й рідини під час процесу технологічної обробки або реакції та (або) повторної обробки продуктів реакції, проміжних, вторинних та (або) кінцевих продуктів, вихід палива, гумусу, матеріалів, що містять вуглець та (або) продуктів реакції Майяра або подібної до неї можна суттєво збільшити економічно ефективним чином. [8] У ході цього енергетичного використання біомаси в атмосферу вивільняється лише стільки діоксиду вуглецю, скільки раніш потребували живі рослини для свого росту. Таким чином, використання палив з біомаси є нейтральним щодо діоксиду вуглецю й, відтак, нешкідливим для клімату. Крім того, виробництво гумусу, який розкидають на сільськогосподарських корисних угіддях, може служити як споживач CO2. Без цих заходів і без більшого енергетичного використання не викопних палив і відновлюваної сировини, досягти цілей захисту клімату, таких, як передбачені у Кіотській угоді, буде важко. [9] При використанні пропонованих способів використання біомаси для виробництва палив пропорційна частка вуглецю, яка втрачається упродовж процесу перетворення, є значно меншою у порівнянні до інших способів. У ході упорядкованого процесу перетворення втрачається мало вуглецю або зовсім не втрачається. У процесах спиртового бродіння втрата вуглецю складає понад 30 відсотків, при перетворенні на біогаз – приблизно 50 відсотків, в процесі карбонізації деревини – приблизно 70 відсотків, і в процесі компостування – понад 90 відсотків. При цьому вуглець вивільняється як діоксид вуглецю, або ще й як метан, обидва з яких вважають парниковими газами й шкідливими для клімату. Цього немає у пропонованому способі, в якому CO2 не вивільняється або вивільняється лише в мінімальних кількостях. [10] Пропонований спосіб має високу ступінь коефіцієнта корисної дії. Навпаки, спиртове бродіння має розрахунковий чистий коефіцієнт корисної дії щодо виходу енергії лише три-п'ять відсотків у порівнянні до енергії, що зберігається у вихідній біомасі або виділених речовинах. Упродовж пропонованого способу CO2 не вивільняється взагалі або вивільняється у незначній мірі. На відміну від цього упродовж перетворення біомаси в біогаз приблизно половина вуглецю вивільняється як CO2. Більш за те, для економічної роботи установки з виробництва біогазу підходять лише деякі субстрати. [11] На відміну від більшості відомих способів перетворення біомаси на паливо, тепло, що 1 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вивільняється упродовж технологічного процесу за пропонованим способом, можуть використовувати для інших стадій або операцій у самій установці. Одною з основних проблем енергетичного використання біомаси є її високий вологовміст. У пропонованому способі, навпаки, присутність води є необхідною передумовою процесу хімічного перетворення. Підсумовуючи, можна зазначити, що способи, застосовувані у промисловому масштабі для перетворення біомаси на енергію, обмежені в їх застосуванні через відсутність ефективності, нижчі енергетичну експлуатаційну готовність й економічну ефективність. [12] При обробці сумішей твердої речовини й рідини, таких, як біомаса, наприклад, при високих температурах і високих тисках, реактори, в яких відбувається технологічна обробка, можуть мати спеціальні характеристики. Так, внутрішня поверхня реактора з огляду на екстремальні умови може бути корозієстійкою або мати відповідне покриття. Крім того, може передбачатися пристрій для змішування суміші твердої речовини й рідини. [13] Винахід відноситься до способу виробництва матеріалів та (або) палив, гумусу та (або) продукти реакції Майяра та (або) подібної до неї із сумішей твердої речовини й рідини, що містять вуглець, причому суміш твердої речовини й рідини оброблюють при температурі понад +100 градусів Цельсія і тиску понад 5 бар упродовж періоду технологічної обробки принаймні 1 година. [14] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, спосіб здійснюють напівбезперервно або безперервно. Це означає, що обробку суміші твердої речовини й рідини здійснюють не перервним чином, тобто, у періодичному режимі, зокрема, упродовж процесу реакції. Відношення температури й тиску підтримують, головним чином, у робочій області для оптимізації використання реакційного простору й скорочення часу перебування. Завантажуваний матеріал, каталізатори, технологічну воду й не перетворений завантажуваний матеріал й інші середовища можуть відводити, рециркулювати й повертати у процес, якщо у цьому є потреба. І навпаки, продукти реакції, проміжні, вторинні та (або) кінцеві продукти можуть впродовж процесу, що триває, видаляти з реакційного простору. Ці й інші стадії способу, такі, як, наприклад, кондиціювання та (або) очистка технологічної води, стічної води, випускного повітря, продуктів реакції, проміжних, вторинних та (або) кінцевих продуктів, можуть здійснювати паралельно безперервним чином або із затримкою або з інтервалами. [15] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що температуру регулюють до позначки вище 160 градусів Цельсія, або між 160 й 300 градусами Цельсія, або між 185 й 225 градусами, та (або) що температурою керують автоматично. [16] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що тиск регулюють до значення вище 7 бар, або між 10 й 34 бар, або між 10 й 17 бар, 17 й 26 бар, або 26 й 34 бар. [17] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що тривалість технологічної обробки встановлюють принаймні 2 години, або 3-60 годин, або 5-30 годин або 30-60 годин, зокрема, 6-12 годин або 12-24 години. [18] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що тривалість або умови обробки вибираються у залежності від типу завантажуваного матеріалу та (або) суміш твердої речовини й рідини та (або) потрібного продукту реакції. [19] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що принаймні один завантажуваний матеріал та (або) суміш твердої речовини й рідини попередньо оброблюють, переважно, шляхом зневоднення, подрібнення, преінкубації з допоміжними матеріалами, змішування та (або) попереднього нагрівання. [20] Частиною попередньої обробки може бути й інкубація у кислотному оточенні або середовищі, наприклад, із значенням pH нижче 6, переважно, нижче 5, особливо переважно, нижче 4, особливо, нижче 3 й при цьому переважно нижче 2. Необхідна тривалість цієї стадії зменшується при збільшенні подрібнення й зниженні значення pH. Інкубація при кислотному значенні pH може відбуватися після подрібнення. [21] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що завантажуваний матеріал та (або) суміш твердої речовини й рідини подрібнюють перед обробкою, під час її та (або) після неї, переважно, ріжуть та (або) товчуть. Розмір часток подрібненої суміші твердої речовини й рідини має бути при цьому переважно менше 10 см, особливо переважно, менше 1 см, зокрема, менше 2 мм. [22] Перед технологічною обробкою та (або) під час її у суміш твердої речовини й рідини або принаймні у один із завантажуваних матеріалів можуть додавати принаймні один каталізатор з добавкою води та (або) водного розчину або без цього. Каталізатор може складатися принаймні з одного або кількох різних компонентів. Разом вони утворюють суміш каталізатора. Один із компонентів каталізатора може, наприклад, складатися з кислоти, такої, як карбонова кислота й, 2 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 особливо переважно, може використовуватися протонна кислота. Особливо переважним виявилося використання ди- або трикарбонової кислоти і, переважним над усіма, винної кислоти й лимонної кислоти. Лимонна кислота й винна кислота кристалічні й нетоксичні. Обидві існують природно (лимонна кислота у цитрусових, наприклад, лимонах, а винна кислота у винограді). Але в одному особливо переважному варіанті здійснення винаходу це може бути, наприклад, й неорганічна кислота, переважно, сірчана кислота. Кислоту, яку використовують як компонент каталізатора, можуть одночасно використовувати для одержання кислого середовища для стадії інкубації. [23] На додаток каталізатор або суміш каталізатора може містити один або кілька металів та (або) сполук металів, зокрема, ще й додатково. Використовують перехідні метали вторинних груп Ia, IIa, IVa, Va, VIa й VIIa періодичної таблиці елементів, такі, як, наприклад, залізо, нікель, кобальт, мідь, цинк, родій, паладій, платина, срібло, ванадій, хром, вольфрам, молібден та (або) титан, причому залізо виявилося особливо переважним. Особливо переважними є також оксиди цих металів, наприклад, оксид ванадію (V2O5), оксид міді (CuO), оксид цинку (ZnO) та (або) оксид хрому (Cr2O3). Але як каталізатор можуть переважно використовувати й метали основних груп періодичної таблиці елементів або їх оксиди, наприклад, оксид алюмінію (Al2O3). [24] На додаток або альтернативно, перед технологічною обробкою суміші твердої речовини й рідини можуть використовувати й біокаталізатори, щоб прискорити перетворення суміші твердої речовини й рідини на палива, матеріали, що містять вуглець, гумус та (або) продукти реакції Майяра або подібної до неї. При цьому можуть, наприклад, використовувати ферменти, мікроорганізми (зокрема, бактерії та (або) гриби), клітини рослин, клітини тварин та (або) клітинні екстракти у вільному та (або) іммобілізованому вигляді. Через екстремальні умови під час технологічної обробки суміші твердої речовини й рідини, лише біокаталізатори можуть використовуватися під час обробки суміші твердої речовини й рідини, зокрема, під час попередньої обробки та (або) кондиціювання продуктів реакції та (або) вторинних продуктів. [25] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що принаймні один із завантажуваних матеріалів та (або) суміш твердої речовини й рідини змішують перед технологічною обробкою та (або) упродовж її, переважно, шляхом помішування, змішування, суспендування та (або) перемішування. При цьому для змішування можуть використовувати один або кілька змішувальних пристроїв, зокрема, сполучення різних змішувальних пристроїв, переважно, принаймні одну вакуум-помпу або струминний змішувач, помпу або форсунку. Відповідно до винаходу, переважними є змішувальні пристрої, які можуть обійтися без рухомих частин у реакційному просторі. [26] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що після технологічної обробки продукти реакції сушать за допомогою сушарки або сполучення різних способів сушіння, переважно, за допомогою конвекційної або контактної сушарки, особливо переважно, за допомогою прямоточної сушарки та (або) стрічкової сушарки та (або) сушарки з псевдозрідженим шаром. [27] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що технологічну воду, що накопичується упродовж пропонованого способу, відводять, переважно, принаймні одним пристроєм для розділення твердої речовини й рідини, та (або) очищують і повертають у реакційну суміш. Як пристрій для розділення твердої речовини й рідини можуть використовувати, наприклад, принаймні один пристрій для мікро-, ультра-, нанофільтрації і способу зворотного осмосу або сполучення різних вищезазначених пристроїв, переважно з керамічними фільтрувальними елементами і, особливо переважно, фільтр з обертовим диском та (або) відцентровий мембранний фільтр. [28] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що накопичені стічні води очищають механічно, хімічно та (або) біологічно. [29] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що випускне повітря, накопичене упродовж технологічної обробки, обробки та (або) кондиціювання, очищають або обробляють механічно, хімічно та (або) біологічно. [30] Крім того, винахід відноситься до способу, зокрема, до безперервного або напівбезперервного технологічного процесу промислового виробництва різних продуктів реакції, проміжних, вторинних і кінцевих продуктів. Продукти реакції, проміжні, вторинні й кінцеві продукти можуть, наприклад, представляти собою палива, подібні до торфу, а також лігніту й кам'яному вугіллю, гумус, продукти реакції Майяра або подібної до неї, матеріали, що містять вуглець, такі, як ізоляційні матеріали, наногубки, пелети, волокна, дроти, активоване або сорбційне вугілля, замінник деревного вугілля, високо ущільнені вуглецеві вироби й матеріали й, зокрема, ще й завантажувані матеріали для графітових виробів і виробів, що містять графіт, або схожих виробів і вуглецевих волокон й завантажувані матеріали для композитних і 3 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 волокнистих композитних матеріалів. [31] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що суміш твердої речовини й рідини складається, принаймні частково, з біомаси. При цьому використовують принцип гідротермальної карбонізації шляхом подачі тиску й тепла, щоб спочатку деполімеризувати й гідролізувати вологу біомасу з вивільненням теплової енергії ефективним і високо економічним способом за даним винаходом. Полімеризація результуючих мономерів призводить до розвитку продуктів реакції, що містять вуглець, упродовж кількох годин. Необхідні продукти реакції одержують залежно від умов реакції. Після реакції коротшої тривалості першим серед інших одержують гумус, і упродовж подальшого протікання реакції одержують палива з підвищенням вмісту вуглецю, які придатні для виробництва енергії. [32] Пропонується також виробництво різних продуктів реакції, проміжних, вторинних і кінцевих продуктів пропонованим способом, включаючи виробництво палив, від торфу та лігніту до кам'яного вугілля, гумусу, продуктів реакції Майяра або подібної до неї, матеріалів, що містять вуглець, таких, ізоляційні матеріали, наногубки, пелети, волокна, дроти, активоване або сорбційне вугілля, замінник деревного вугілля, високо ущільнені вуглецеві вироби й матеріали, й, зокрема ще й завантажувані матеріали для графітових виробів і виробів, що містять графіт, або схожих виробів і вуглецевих волокон й завантажувані матеріали для композитних і волокнистих композитних матеріалів. [33] Відповідно до винаходу, пропонований спосіб може також бути попередньої стадією для виробництва енергії з біомаси, причому пропонованим способом виробляють паливо, а потім це паливо кондиціонують для виробництва енергії. При цьому кондиціювання може складатися, наприклад, з виробництва пелет або брикетів пилоподібного або гумусоподібного палива. В одному переважному варіанті здійснення цього способу передбачається потім використовувати кондиціоноване паливо для виробництва енергії і, зокрема, спалювати його. Відповідно до винаходу, спосіб можна здійснювати для виробництва різних видів енергії, включаючи теплову енергію та (або) електричний струм, переважно, їх сполучення, використовуючи паливо, вироблене відповідно до винаходу. Відповідно до винаходу, можна також використовувати різні сполучення для виробництва різних видів енергії з різних відновлюваних енергоносіїв, включаючи інші тверді, рідкі й газоподібні палива з відновлюваної сировини, викопні палива, енергію води, сонячну та (або) вітрову енергію й різні види зберігання вищезазначених енергоносіїв і систем генерування, й використовуючи паливо, виробленевідповідно до винаходу. [34] Крім того, винахід відноситься до способу виробництва енергії, переважно, типу, в якому використовують парову та (або) газову турбіну, включаючи способи, в яких використовують паливо відповідно до винаходу, у сполученні з видами енергії, що може зберігатися вітровою енергією, зокрема, стисненого повітря й, особливо переважно, до систем вітрової енергії, що може відвантажуватися (Dispatchable Wind Power Systems (DWPS)). [35] Крім того, винахід відноситься до використання матеріалу або палива, виробленого відповідно до винаходу для виробництва енергії з біомаси. [36] Пропонується також пристрій, який уможливлює ефективну технологічну обробку сумішей твердої речовини й рідини у промисловому масштабі. [37] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор складається із циліндричного основного тіла та (або) виконаний стійким до тиску. [38] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор містить конусоподібну основу, яка утворює кут не більше 45 градусів відносно вісі реактора, переважно, менше 40 градусів, особливо переважно, менше 35 градусів відносно вісі реактора. [39] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що внутрішній простір реактора, зокрема, частини основи або стінок, складаються з тепло- й корозієстійкого і водовідштовхувального матеріалу, наприклад, з металу з покриттям, особливо, шляхетного металу, або керамічних матеріалів. Внутрішній простір реактора, зокрема, зони основи або стінок, й компоненти й інші деталі, що контактують з реакційною сумішшю, пройшли повну або часткову поверхневу обробку та (або) покриті матеріалом покриття, який попереджає або зменшує спікання або відкладення компонентів реакційної суміші. Матеріал покриття може переважно містити корозієстійкі, зносостійкі та (або) водовідштовхувальні матеріали, зокрема, металеві або керамічні матеріали й сплави, переважно хрому, нікелю, молібдену, титану, алюмінію, ніобію, й матеріалів кремнію, заліза, кобальту, вольфраму, бору й вуглецю, й, зокрема, сполук титану-алюмінію. Зокрема, передбачається, що матеріал покриття наноситься за допомогою способу нанесення покриття, переважно осадженням, особливо переважно, способом газополум'яного напилення, таким, як, наприклад, високошвидкісний кисневопаливний спосіб. 4 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [40] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що у внутрішньому просторі реактора розміщена принаймні одна мембранна частина. Ця мембранна частина може бути перфорована з отворами на відстанях менш 10 мм, переважно, менш 6 мм, особливо переважно, менш 4 мм. Якщо мембранна частина виконана як листовий метал, через отвори вона може називатися й мембранним листовим металом. В реакторі можуть передбачатися кілька мембранних частин. [41] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що діаметр отворів у мембранній частини менший 400 мкм, переважно, менший 100 мкм, особливо переважно, менший 35 мкм. [42] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що отвори у мембранній частині виконані у формі лійки. [43] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що між перфорованою мембранною частиною і стінкою реактора присутня принаймні одна порожнина. При цьому мембранна частина може з'єднуватися зі стінкою реактора таким чином, що зазначена порожнина поділена на зони, відокремлені одна від одної. У такому варіанті здійснення переважно, якщо принаймні одна зона зазначеної порожнини має впускний отвір, і принаймні інша зона має випускний отвір. З'єднання між мембранною частиною і стінкою реактора може виконуватися, наприклад, точковим або лінійним зварюванням, і при цьому зварені зони, що обмежують проходи потоку, розширені або "роздуті як подушка" шляхом введення середовища під високим тиском між частинами або пластинами листового металу, через які рідина, що темперує, або теплообмінне середовище може протікати через прохід між впускним і випускним отворами або муфтою, як описано у документі US-A-4 700 445. У цьому випадку подвійна стінка реактора може, таким чином, використовуватися одночасно як теплообмінник. [44] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що стінка реактора виконана подвійною, і при цьому між внутрішнім шаром стінки й зовнішнім шаром стінки знаходиться принаймні одна порожнина. Ці два шари стінки або листові пластини можуть бути з'єднані таким чином, що, принаймні одна зона зазначеної порожнини має впускний отвір, і принаймні інша зона має випускний отвір або муфту. З'єднання між обома шарами стінки може виконуватися, наприклад, точковим або лінійним зварюванням, і при цьому зварені зони, що обмежують проходи потоку, розширені або "роздуті як подушка" шляхом введення середовища під високим тиском між частинами або пластинами листового металу, через які рідина, що темперує, або теплообмінне середовище може протікати через прохід між впускним і випускним отворами або муфтою, як описано у документі US-A-4 700 445. У цьому випадку подвійна стінка реактора може, таким чином, використовуватися одночасно як теплообмінник. [45] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор представляє собою каскадний, трубчастий, циклічний реактор, реактор з циркуляцією та (або) реактор з мішалкою та (або), переважно, мембранний реактор та (або) реактор із псевдозрідженим шаром. Принаймні один реактор або одне сполучення різних реакторів переважно мають принаймні одну характеристику й, переважно, сполучення характеристик каскадного, трубчастого, циклічного реактора й, переважно, реактора з циркуляцією та (або) реактора з мішалкою, або, особливо переважно, мембранного реактора або реактора з псевдозрідженим шаром. Особливо переважно, якщо принаймні один реактор містить принаймні одну мембранну частину та (або) принаймні пристрій для створення циркулюючого псевдозрідженого шару. [46] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор оснащений системою, що темперує, або теплообмінною системою, яка може підключатися принаймні до одного блоку керування. Система, що темперує, може містити переважно принаймні нагрівач, що вкручивається, принаймні нагріваючий й охолоджуючий змійовик, принаймні напівтрубчастий змійовик, приварений до стінки реактора, принаймні одну теплообмінну трубку або пластину та (або) принаймні мембранну частину або перфоровану основу та (або) стінну частину. Система, що темперує, може також мати двостінну або двотрубчасту конструкцію реактора. У ще одному переважному варіанті здійснення винаходу усі пристрої у реакторі, через які протікає середовище, включаючи перфоровані мембранні частини, ежекторну вакуум-помпу або струминні змішувачі, помпи й форсунки, можуть бути частиною системи, що темперує. [47] Пропонуються також пристрої, які представляють собою практично немеханічний вузол, тобто, механічні та (або) рухомі части відсутні, або їх якомога мало. [48] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пропонований пристрій виконаний як змішувальний пристрій, призначений для змішування, 5 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 помішування, енергійного перемішування вмісту реактора. Реактор також може оснащатися пристроєм змішування, помішування, енергійного перемішування та (або) очистки. При цьому для того щоб ввести кінетичну енергію у вміст реактора, можуть використовуватися системи помішування й змішування з рухомими частинами або без них. [49] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що змішувальний пристрій виконаний без рухомих частин й містить, наприклад, принаймні одну ежекторну вакуум-помпу або струминний змішувач, принаймні одну рідинну помпу та (або) принаймні одну форсунку. [50] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що змішувальний пристрій, зокрема, пристрої у зоні всмоктування, розроблені таким чином, що турбулентності й зрізувальні навантаження, що виникають у цій зоні, подрібнюють і розбивають тверді речовини. [51] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій представляє собою подрібнювальний пристрій, зокрема, для подрібнення вмісту твердих речовин у реакторі, який містить принаймні дробарку та (або) принаймні подрібнювач. [52] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій представляє собою сушильний пристрій, який містить одну конвекційну або контактну сушарку, або прямоточну та (або) стрічкову сушарку. [53] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що кондиціонування технологічної води відбувається впродовж процесу, що триває. Тоді пристрій переважно представляє собою установку кондиціонування технологічної води, яка переважно містить принаймні одне сито, один фільтр, один гідроциклон, одну центрифугу або електричний або магнітний сепаратор. При цьому кондиціонування технологічної води служить практично для відділення твердих речовин з реакційної суміші. Установка кондиціонування технологічної води містить принаймні резервуар технологічної води та (або) принаймні сепаратор твердої речовини й рідини. В одному особливо переважному варіанту здійснення винаходу передбачається, що пристрій для кондиціонування технологічної води містить принаймні один блок сита, фільтра, центрифуги, гідроциклона, підтримуваний силовим полем сепаратор або їх сполучення. При цьому технологічна установка кондиціонування може складатися зі сполучення різних або таких самих сепараторів. [54] Технологічна установка кондиціонування може також містити принаймні одну фільтрувальну станцію, зокрема, обертовий дисковий фільтр, переважно, з керамічним диском. [55] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій представляє собою станцію біологічної підготовки стічних вод, яка переважно містить принаймні один біореактор, переважно, біомембранний реактор. При цьому біореактор може містити принаймні один реактор з циркуляцією. [56] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор з циркуляцією містить принаймні одну форсунку, призначену для змішування газоподібної і рідкої фаз. [57] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор з циркуляцією містить трубу, в якій потік проходить зверху донизу. [58] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій представляє собою пристрій для очистки повітря, який переважно представляє собою принаймні один пристрій для очистки технологічного та (або) випускного повітря, зокрема, повітряний фільтр. [59] Пропонується також використання пропонованого пристрою для виробництва палив, матеріалів, що містять вуглець, й корисних матеріалів, гумусу та (або) продуктів реакції Майяра або подібної до неї з біомаси. [60] Пропонується також установка, яка уможливлює ефективне виробництво енергії для палива з біомаси у промисловому масштабі, у якій передбачений принаймні один агрегат для виробництва енергії. [61] В одному переважному варіанті здійснення винаходу передбачається, що агрегат для виробництва енергії містить спалювальну установку для використання твердого палива з біомаси, в якій палива, вироблені у пропонованому пристрої для обробки біомаси, можуть безпосередньо спалюватися й можуть використовуватися для одержання газоподібних продуктів згоряння й водяної пари. Спалювальна установка може підключатися до турбіни й генератора, щоб із газів, одержаних у спалювальній установці, й водяної пари можна було генерувати електричний струм. При пропонованій компоновці більше 43 відсотків, переважно, більше 46 відсотків, особливо переважно, 49-55 відсотків можуть бути реалізованими у технологічному процесі комбінованої газової-парової турбіни для генерування струму з 6 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 найвищим можливим коефіцієнтом корисної дії. Для того досягти запобігання корозії, очистка гарячого димового газу об'єднується з системою генерування теплової енергії, що, крім того, допомагає досягти кращих екологічних рівнів викидів. [62] Установка містить принаймні один реактор установки, який розрахований на температури принаймні +100 градусів Цельсія і тиск принаймні вище 5 бар. Одночасно в установці для її експлуатації використовується паливо з біомаси, яке виробляють пропонованим способом, який включає принаймні наступні стадії: стадію, на якій здійснюють технологічну обробку біомаси при температурі вище +100 градусів Цельсія й тиску вище 5 бар з тривалістю обробки принаймні одна година, й стадію, на якій здійснюють обробку біомаси та (або) кондиціонування продуктів реакції, проміжних, вторинних та (або) кінцевих продуктів. [63] Агрегат для виробництва енергії може містити піч для пелет або електростанцію на вугільному пилу, де може передбачатися енергія комбінованого циклу згоряння з циркулюючим псевдозрідженим шаром під тиском або комбінованого циклу зі спалюванням вугілля, такого, як згоряння вугільного пилу під тиском. [64] Агрегат для виробництва енергії може містити вуглецевий паливний елемент. [65] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій для технологічної обробки біомаси містить принаймні один реактор для прийому біомаси й принаймні пристрій для обробки біомаси та (або) кондиціонування продуктів реакції та (або) вторинних продуктів. [66] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що реактор представляє собою трубчастий реактор, циклічний реактор й, особливо переважно, реактор з циркуляцією або реактор з перемішуванням та (або), переважно, мембранний реактор або реактор з псевдозрідженим шаром. Принаймні один реактор переважно містить принаймні одну мембранну частину та (або) принаймні пристрій для створення циркулюючого псевдозрідженого шару. Одночасно реактор розрахований на температури принаймні +100 градусів Цельсія і тиск принаймні вище 5 бар. [67] Для підвищення ємності або витрати пропонованої установки можуть передбачатися кілька реакторів для прийому й технологічної обробки біомаси. Вони можуть підключатися послідовно. [68] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, реактор передбачається з системою темперування, яка може підключатися принаймні до одного блоку керування. Система темперування може містити принаймні нагрівач, що вкручується, принаймні нагріваючий й охолоджуючий змійовик, принаймні напівтрубчастий змійовик, приварений до стінки реактора, та (або) принаймні одну теплообмінну трубку або пластину. Система темперування може також містити двостінну або двотрубчасту конструкцію реактора. [69] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій виконаний як змішувальний пристрій, призначений для змішування, помішування, енергійного перемішування вмісту реактора. Реактор також може оснащатися пристроєм змішування, помішування, енергійного перемішування та (або) очистки. У ще одному варіанті здійснення винаходу може передбачатися, що пристрій представляє собою подрібнювальний пристрій, зокрема, для подрібнення вмісту твердих речовин у реакторі, який представляє собою принаймні дробарку та (або) принаймні подрібнювач. [70] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, можна передбачити, що пристрій виконаний як сушильний пристрій, який переважно представляє собою одну конвекційну або контактну сушарку, переважно, прямоточну та (або) стрічкову сушарку. [71] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, можна передбачити, що кондиціонування технологічної води відбувається впродовж процесу, що триває. Тоді пристрій може представляти собою установку кондиціонування технологічної води, яка може містити принаймні одне сито, один фільтр, один гідроциклон, одну центрифугу або електричний або магнітний сепаратор. При цьому кондиціонування технологічної води може практично служити для відділення твердих речовин з реакційної суміші. Установка кондиціонування технологічної води містить принаймні резервуар технологічної води та (або) принаймні сепаратор твердої речовини й рідини. У ще одному варіанті здійснення винаходу може передбачатися, що пристрій для кондиціонування технологічної води містить принаймні один блок сита, фільтра, центрифуги, гідроциклона, електричний або магнітний сепаратор або їх сполучення. При цьому технологічна установка кондиціонування може складатися зі сполучення різних або таких самих сепараторів. Технологічна установка кондиціонування може також містити принаймні одну фільтрувальну станцію, зокрема, з керамічними дисками, а також з обертовим дисковим фільтром та (або) з відцентровим мембранним фільтром. [72] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій 7 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 представляє собою станцію біологічної або фізичної водопідготовки або їх сполучення, яка переважно містить принаймні один пристрій для розділення твердої речовини й рідини, біореактор, переважно, біомембранний реактор, пристрій зворотного осмосу, мікрофільтрації, ультрафільтрації та (або) мокрого окислення. При цьому біореактор представляє собою принаймні один реактор з циркуляцією. [73] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, передбачається, що пристрій представляє собою повітроочисний пристрій, який переважно представляє собою принаймні один для очистки технологічного та (або) випускного повітря, зокрема, повітряний фільтр. [74] Використання пропонованої установки є особливо переважним для виробництва енергії, зокрема, електричного струму. [75] Крім того, пропонується матеріал та (або) паливо, який та (або) яке можна виробити переважним чином, і який та (або) яке має покращені характеристики у порівнянні до відомих матеріалів або палив. [76] Ця мета досягається, відповідно до винаходу, матеріалом або паливом, який та (або) яке виробляється з біомаси, і який та (або) яке містить, у порівнянні до біомаси, частку вуглецю, яка вище на 1-300 відсотків за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). Пропонований матеріал та (або) паливо представляють собою палива, подібні до торфу, лігніту й кам'яного вугілля, гумус, продукти реакції Майяра або подібної до неї, й матеріали, що містять вуглець, такі, як ізоляційні матеріали, наногубки, пелети, волокна, дроти, матеріали, подібні до чистого, найчистішого й зверхчистого вугілля або активованого або сорбційного вугілля, замінник деревного вугілля, високо пресовані вуглецеві вироби і матеріали й, зокрема, ще й завантажувані матеріали для графітових виробів і виробів, що містять графіт, або схожих виробів і вуглецевих волокон й завантажувані матеріали для композитних і волокнистих композитних матеріалів. [77] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу може містити частку вуглецю, збільшену на 10-300 відсотків, також на 50-300 відсотків, або також на 100-300 відсотків, і, зокрема, на 200-300 відсотків, у порівнянні до біомаси за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). [78] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу може альтернативно містити частку вуглецю, збільшену на 5-200 відсотків, також на 10-150 відсотків, також на 10-120 відсотків і, зокрема, на 50-100 відсотків, у порівнянні до біомаси за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). [79] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу містить частку вуглецю у порівнянні до завантажуваного матеріалу 50-90 відсотків, також 55-80 відсотків і також понад 98 відсотків за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). [80] У ще одному варіанті здійснення винаходу, частка водню у матеріалі та (або) паливі у порівнянні до біомаси зменшена на 1-300 відсотків, також на 5-200 відсотків і також на 20-100 відсотків за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). [81] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, частка кисню у матеріалі та (або) паливі у порівнянні до завантажуваного матеріалу зменшена на 1-300 відсотків, також на 5-200 відсотків і також на 15-100 відсотків за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). [82] Відповідно до ще одного варіанту здійснення винаходу, частка азоту у матеріалі та (або) паливі зменшена на 1-300 відсотків, також на 5-200 відсотків, особливо переважно, на 15-100 відсотків відповідно за відсотковою масовою часткою елементів (суха маса). [83] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу може містити принаймні або більше ніж 65 відсотків вихідної теплоти згоряння завантажуваних матеріалів і, зокрема, біомаси за сухою масою. [84] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу може мати через свій склад і структуру у порівнянні до біомаси або альтернативного викопного палива або палива з біомаси значно переважніші й екологічно прийнятніші характеристики згоряння, наприклад, через зменшені частки золи, менший вміст хлору, нітратів, сірки й важких металів і менші викиди пилу або твердих часток, дрібного пилу й газоподібних токсичних речовин, включаючи оксиди азоту й сірки. [85] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу може також мати вищу реакційну здатність і нижчу температуру займання у порівнянні до біомаси або альтернативного твердого викопного палива або палива з біомаси. [86] Якщо матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу виявляється достатньо пористим, його можна подрібнити з меншою витратою енергії, ніж тверді викопні палива, які мають порівняну теплоту згоряння або вміст вуглецю. 8 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [87] Велика поверхня є поряд з малим розміром часток матеріалу та (або) палива відповідно до винаходу, зокрема розміром часток приблизно 2 нанометри- 50 мікрометрів, також менше одного мікрометра, й також менше 200 нанометрів. Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу можуть легше висушуватися через малий розмір часток і його велику поверхню. [88] Матеріал та (або) паливо відповідно до винаходу містить продукти реакції Майяра або подібної до неї. [89] В одному варіанті здійснення винаходу, матеріал та (або) паливо з біомаси виробляють пропонованим способом, який включає принаймні наступні стадії: стадію, на якій здійснюють технологічну обробку біомаси при температурі вище +100 градусів Цельсія й тиску вище 5 бар з тривалістю обробки принаймні одна година, й стадію, на якій здійснюють технологічну обробку біомаси та (або) кондиціонування продуктів реакції, проміжних, вторинних та (або) кінцевих продуктів. [90] Температуру можуть регулювати до позначки вище 160 градусів Цельсія, або між 160 й 300 градусами Цельсія, або між 185 й 225 градусами. Тиск можуть регулювати принаймні до 7 бар, також між 10 й 34 бар, і також між 10 й 17 бар, 18 й 26 бар або 27 й 34 бар. Тривалість технологічної обробки складає принаймні 2 години, переважно 3-60 годин, також 5-30 годин або 31-60 годин, зокрема 6-12 годин або 13-24 години. Після технологічної обробки біомаси продукти реакції сушать сушаркою, наприклад, конвекційною або контактною сушаркою, прямоточною (або) стрічковою сушаркою та (або) сушаркою з псевдозрідженим шаром до необхідного вологовмісту 6-25 відсотків, також 10-20 відсотків або також 12-15 відсотків. [91] Продукти реакції, проміжні, вторинні та (або) кінцеві продукти вищеописаного способу включають палива від подібних до торфу й лігніту до подібних кам'яному вугіллю, гумус, продукти реакції Майяра або подібної до неї, й матеріали, що містять вуглець, такі, як ізоляційні матеріали, наногубки, пелети, волокна, дроти, активоване або сорбційне вугілля, замінник деревного вугілля, високоущільнені вуглецеві вироби й матеріали й, зокрема, ще й завантажувані матеріали для графітових виробів і виробів, що містять графіт, або схожих виробів і вуглецевих волокон й завантажувані матеріали для композитних і волокнистих композитних матеріалів. [92] Крім того, винахід відноситься до використання матеріалу або палива, виробленого відповідно до винаходу, для виробництва енергії з біомаси. [93] – Біомаса містить, на відміну від викопних палив, відновлювану сировину, яка є доступною у довгостроковому аспекті як внутрішні енергоносії, а також усі рідкі й тверді органічні речовини й продукти, які мають достатньо високий вміст вуглецю для цього способу, і які можна також інакше оброблювати з їх складом і властивостями в економічно корисні продукти реакції, проміжні, вторинні й кінцеві продукти пропонованим способом, включаючи палива. Завантажуваними матеріалами є, наприклад, серед вуглеводнів, цукор і крохмалі, продукти сільського й лісового господарства, також спеціально вирощувані енергетичні рослини (швидкорослі типи дерев, очерети, зернові рослини тощо), солома сої, сахарного очерету й зернових культур, біогенні залишкові речовини, відходи й вторинні продукти, рослини й залишки рослин різного походження (трав'яні огородження, товари для оздоблення ландшафту тощо), відходи сільського господарства, включаючи солому, листя цукрового очерету, зернові відходи, не використовувані частини сільськогосподарської продукції, такої, як, наприклад, картопля або цукрові буряки, розкладені частини силосу й інші залишки кормів, сіно, солома, листя буряків, листя сахарного очерету, залишки й відходи, що містять вуглець, включаючи органічні відходи, частки з високою теплотворною здатністю побутових і промислових відходів (залишкові відходи), мул, різні типи й класи деревини, включаючи лісову деревину, лісоматеріали, палети, старі меблі, деревна тирса, залишки й відходи харчової промисловості, включаючи кухонні й харчові відходи, овочеві відходи, відходи мастил, папір і целюлоза, тканини, зокрема, з природного волокна й природних полімерів, й екскременти тварин, включаючи рідкий гній, конячий гній і пташиний послід. Трупи й, зокрема, трупи тварин також можна відносити до біомаси. [94] Під технологічною обробкою завантажуваного матеріалу та (або) суміші твердої речовини й рідини у сенсі цього винаходу слід розуміти всі впливи або дії на суміш твердої речовини й рідини, які служать для перетворення суміші твердої речовини й рідини на продукти реакції, зокрема, подачу енергії для початку й підтримування реакції реакція перетворення, включаючи технологічну обробку суміші твердої речовини й рідини при температурі понад +100 градусів Цельсія й тиску вище 5 бар. [95] Переробка біомаси та (або) суміші твердої речовини й рідини у сенсі цього винаходу – це технологічна обробка завантажуваного матеріалу, продуктів реакції та (або) проміжних продуктів на різних стадіях до процесу хімічного перетворення й після нього. Переробка 9 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 включає усі стадії, процеси й впливи або діяння на участників реакції, включаючи попередню обробку та (або) наступну обробку. [96] Під попередньою обробкою слід розуміти усі впливи або діяння, які справляють вплив на суміш твердої речовини й рідини для початку реакції перетворення до закінчення процесу заповнення реакційного простору й початку подачі енергії. Зокрема, попереднє нагрівання завантажуваного матеріалу й подрібнення, головним чином, більше двох третин компонентів реакційної суміші, до розміра часток менше 10 мм всередині або зовні реакційного простору розглядається як попередня обробка. [97] Суміші твердої речовини й рідини у сенсі цього винаходу – це усі суспензії, дисперсії й інші дисперсні системи, включаючи тверді речовини, що містять рідину, зокрема, біомаса. Пропонований спосіб знаходить застосування особливо для тих сумішей твердої речовини й рідини, які призводять до збільшення вмісту рідкої фази або до розчинення та (або) до фізичної або хімічної зміни твердої речовини, які уможливлюють краще розділення твердої речовини й рідини або змінені відношення з вищими частками твердих речовин у ході протікання реакції фізичним або хімічним чином. Завантажуваний матеріал або речовини у цьому контексті – це тверді речовини, що містять або не містять рідину, які використовуються для виробництва суміші твердої речовини й рідини. [98] Відновлення кондиції або кондиціювання продуктів реакції та (або) вторинних продуктів у сенсі цього винаходу означає усі впливи або діяння вторинні та (або) кінцеві продукти реакції перетворення, за допомогою яких вони доводяться до бажаного або потрібного стану. [99] Напівбезперервний або безперервний спосіб у сенсі цього винаходу слід розуміти як виробництво продуктів реакції, проміжних, вторинних і кінцевих продуктів на дослідній установці та (або) в промисловому масштабі, в якому дотримуються принаймні один критерій, або два, або більше критеріїв із перелічених нижче: [100] 1. Температура, зокрема, принаймні в одній судині високого тиску, реакторі або компоненті установки упродовж принаймні двох циклів реакції постійно лежить вище +40…+90 градусів Цельсія, переважно у межах +60…+70 градусів Цельсія та (або) вище температур кипіння технологічної води при абсолютному тиску один бар, таким чином, що тривалий безпосередній контакт шкіри, наприклад, руки зі стінкою судини або контейнера, яка безпосередньо перебуває у контакті з реакційною сумішшю, упродовж більше однієї хвилини без збільшеного видимого почервоніння шкіри можливий лише з використанням допоміжних засобів, ізолюючих речовин або додаткових пристроїв. 2. Тиск, зокрема, принаймні в одній судині високого тиску, реакторі або компоненті установки упродовж принаймні двох циклів реакції постійно лежить вище абсолютного тиску один бар або навколишнього тиску. Принаймні два контейнери, принаймні один з яких представляє собою реактор, з'єднуються таким чином, що уможливлюється реалізація транспорту, вирівнювання тиску або зберігання середовища під тиском. 3. Обробка завантажуваних матеріалів, сумішей твердої речовини й рідини, продуктів реакції, вторинних, проміжних та (або) кінцевих продуктів або інших учасників реакції здійснюється у більш, ніж одному контейнері або одній судині в установці. 4. Повний об'єм контейнерів або судин, в яких відбувається ця обробка, й кожен або кожна з яких представляє собою складовий або суттєвий компонент установки, є принаймні 500 літрів, і при цьому принаймні один або одна із цих контейнерів або судин повинне або повинна переміщуватися не лише рукою, а лише за допомогою допоміжних засобів. 5. Упродовж циклу реакції використовуються попередньо нагріті суміш твердої речовини й рідини, що містить вуглець, та (або) інші типи завантажуваного матеріалу, біомаси або вуглецеві сполуки, зокрема, різного складу й консистенції. 6. Різний завантажуваний матеріал сумішей твердої речовини й рідини, продукти реакції, вторинні, проміжні та (або) кінцеві продукти та (або) інші учасники реакції, включаючи каталізатори та (або) пропелант або середовища, що темперують, наприклад, воду, зокрема, технологічну воду та (або) газ, такий, як технологічний/синтетичний газ, подаються у реакційну суміш або відводяться з неї одночасно, із затримкою, безперервно, перервно або з часовими проміжками. 7. Процеси за пунктом 6 відбуваються, коли температура судини високого тиску, реактора або інших компонентів установки перевищує +60…+70 градусів Цельсія або вище температур кипіння технологічної води при абсолютному тиску один бар, або коли тиск принаймні однієї установки лежить вище абсолютного тиску один бар. 8. Реакційна суміш оброблюється в зв'язному процесі, зокрема, в одній автономній установці. 10 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 9. Завантажуваний матеріал або реакційна суміш приводяться до руху перед циклом реакції та (або) упродовж його шляхом введення кінетичної енергії, зокрема, принаймні однією системою перемішування або змішування або сполучення систем перемішування або змішування неважно якого типу, переважно, із взаємодією принаймні однієї немеханічної системи перемішування або змішування, і при цьому, якщо використовується автономна система, вона не містить електромагнітної муфти лише з одним валом й одночасно й не керується електрично. 10. Теплова енергія подається у завантажуваний матеріал або реакційну суміш або відводиться з них перед циклом або упродовж нього, зокрема, з використанням принаймні однієї системи темперування або сполучення різних систем і пристроїв, причому при використанні автономної системи це переважно не є піч, що випускається серійно, та (або) вона не має теплопередачі з боку стінки за допомогою нагрівання контейнера корпуса, який можна відділити за допомогою кількох рукояток. [101] Під контейнером слід розуміти предмет, відкритий або закритий у верхній частині, який має всередині порожнину, що служить, зокрема, для відділення його вмісту від оточуючого його середовища. Контейнер, у якому здійснюється реакція перетворення, тобто, технологічна обробка суміші твердої речовини й рідини та (або) обробка суміші твердої речовини й рідини, наприклад, судина високого тиску або реактор, утворений реакційним простором або простором контейнера високого тиску, закритого назовні. [102] Під реактором слід розуміти контейнер, у якому відбуваються вирішальні стадії реакції. Під вирішальними стадіями реакції розуміються, зокрема, стадії, які протікають у значній мірі, наприклад, у зоні температури й тиску, яка має бути присутньою у середньому, щоб бути в змозі перетворити принаймні 10-30 відсотків завантажуваного матеріалу на один із згаданих продуктів реакції, проміжних, вторинних і кінцевих продуктів. [103] Реакційні простори або простору контейнера високого тиску визначаються існуванням просторових зон також лише в одному реакційному просторі або просторі контейнера високого тиску, де присутні умови реакції, що у певній мірі відхиляються одні від одних. При цьому умова реакції, що відхиляється, відбувається через конструктивний, механічний, залежний від потоку (втрати) та (або) фази, хімічний, електричний або електрохімічний або інший тип впливу. Пристрій, використовуваний для цієї мети, представляє собою автоклав для лабораторних цілей, оснащеного системою перемішування або змішування з електричним керуванням з одним валом й електромагнітною муфтою, й має теплопередачу з боку стінки навантаженого стисненням гладкого внутрішнього боку зовнішньої стінки реактора електрично нагрітим контейнером корпуса, який можна відділити за допомогою кількох рукояток. [104] Реакційний цикл, цикл або реакція слід розуміти як тривалість однієї реакції перетворення, яка починається з введення вихідних продуктів у реакційній простір і подачі енергії, яка служить для початку реакції перетворення. Цикл триває від початку процесу реакції до виникнення у реакційній суміші потрібного продукту реакції без наступної обробки або кондиціювання, або до завершення процесу реакції. [105] Пристрої, які передають енергію в реакційну суміш механічним шляхом або за допомогою ультразвуку, залежно від потоку, термічним шляхом або залежно від конструкції і тим самим здійснюють переміщення вмісту шляхом помішування або енергійного перемішування, відносяться до систем перемішування або змішування. До них відносяться також пристрої для переміщення реакційної суміші, такі, як помпи, рідинні струминні змішувачі або ежекторні вакуум-помпи, розбризкувальні сопла або форсунки й механічні й термічні змішувачі або пристрої для направлення реакційної суміші по градієнтах тиску. [106] Установка складається принаймні з двох апаратів або пристроїв для здійснення пропонованого способу. Принаймні два контейнери або принаймні дві судини, принаймні один або одна з яких представляє собою реактор, можуть з'єднуватися таким чином, що уможливлюється реалізація вирівнювання тиску або зберігання середовища під тиском. Пристрій або контейнер є складовим або суттєвим компонентом установки, якщо у випадку відмови цього компонента ефективність способу обмежується, зокрема, у частині його економічної ефективності, принаймні двома, або п'ятьма й принаймні десятьма відсотками. [107] Зв'язний процес присутній, якщо апарати або пристрої установки використовуються спільно. У такій установці можна обробляти більш, ніж 200 кілограмів завантажуваного матеріалу на тиждень в перерахунку на суху речовину. Установка використовується спільно, якщо апарати або пристрої з'єднуються між собою або лінійними з'єднаннями, або просторово способами, які уможливлюють обмін вихідними, проміжними, вторинними продуктами і продуктами реакції, а також іншими учасниками реакції, або вони спільно використовуються в радіусі 50 км. 11 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [108] Початок або виникнення реакції або процесу реакції характеризується досягненням принаймні одного цільового параметра процедури реакції, включаючи тиск або температуру, причому реакція перетворення при гідротермальній карбонізації може відбуватися упродовж періоду принаймні одна година. Кінець процесу реакції характеризується залишенням, що не закінчується, принаймні одного із цільових параметрів процедури реакції до спорожнення реакційного простору. [109] Продуктами реакції, проміжними або вторинними продуктами або партнерами у сенсі цього винаходу є усі тверді, рідкі й газоподібні речовини, які знаходяться або продовжують знаходитися у робочих умовах (тиск вище 5 барів, температура вище +100ºС) незалежно від тривалості їх перебування у реакційному просторі. [110] Суміші твердої речовини й рідини у сенсі цього винаходу – це усі суспензії, дисперсії й інші дисперсні системи, включаючи тверді речовини, що містять рідину, зокрема, біомаса. Пропонований пристрій використовується, зокрема, для тих сумішей твердої речовини й рідини, які призводять упродовж процесу реакції до збільшення вмісту рідкої фази або до розчинення та (або) до фізичної або хімічної зміни твердої речовини, які уможливлюють краще розділення твердої речовини й рідини або змінені відношення з вищими частками твердих речовин. [111] Суспензії і дисперсії – це обидві неоднорідні суміші твердих речовин і рідин. Під суспензією слід розуміти неоднорідну суміш (незмішуваних) речовин – рідини й твердої речовини. Суспензія має принаймні одну тверду фазу й принаймні одну рідку фазу. Колоїдні дисперсії, міцели, везикули, емульсії, гелі й аерозолі, наприклад, фарби, емульсіє або піни відносяться до дисперсних систем, тобто, подвійних сумішей малих твердих часток і безперервного дисперсного середовища. [112] Продукти реакції, подібної до реакції Майяра, у сенсі цього винаходу слід розуміти як сполуки, які є проміжними, вторинними, кінцевими продуктами або партнерами за реакцією продуктів реакції Майяра, і які можуть мати схожі хімічні, фізичні або біологічні властивості. До цих сполук відносяться пізні продукти глікозилювання, які утворюються перетворенням первинних продуктів Амадорі, які далі реагують з кінцевими продуктами реакції Майяра, пізніми продукти глікозилювання. Пізні продукти глікозилювання можуть утворювати зшивки з іншими білками шляхом перегрупування й полімеризації. Через шлях розвитку є численні різні й складні види пізніх продуктів глікозилювання, серед яких дотепер найбільш інтенсивно досліджені Nε(карбоксиметил)лізин (КМЛ), фурозин (епсилон-фуроїлметил-лізин) і пентозидин. [113] Речовини, схожі до політетрафторетилену (ПТФЕ), слід розуміти як речовини й сполуки схожих або пов'язаних або не пов'язаних класів, які мають принаймні одну або кілька характеристик політетрафторетилену, наприклад, інертність реакції, дуже низький коефіцієнт тертя, дуже низький показник заломлення, високий тепловий опір, мала довговічність прилипання забруднень поверхні або гладка поверхня. [114] Палива – це речовини, що служать для виробництва енергії і перетворюються на енергію за допомогою хімічних, електричних або інших способів. [115] Матеріали або корисні матеріали- це речовини, які перероблюються у продукт шляхом додаткової переробки, обробки або кондиціювання, або які переходять у кінцевий продукт як цілі роботи. [116] Далі наводиться докладніше пояснення винаходу. [117] Процес перетворення завантажуваного матеріалу або біомаси у пропонованому способі можна грубо поділити на наступні стадії: [118] 1. Стадія нагрівання. Біомасу доводять до певної температури й тиску. Стадію деполімеризації починають подачею енергії. Зокрема, при використанні біомас, що мають високий вміст вуглеводнів, упродовж стадії нагрівання спочатку вже виникають реакції розбухання. При цьому між полісахаридами у стінці клітини поміщають воду. Під час процесу розбухання також тимчасово утворюють драглисті, у подальшому колоїдні структури, які упродовж подальшої стадії деполімеризації ізнов розчинюють. 2. Стадія деполімеризації. На цій стадії розчинюють початкові структурні білки, які, зокрема, у випадку рослинної або лігноцелюлозної біомаси, складаються, головним чином, з полімеризованих структурних білків целюлози, геміцелюлози й лігніну. Утворюють мономерні й олігомерні вуглецеві сполуки. Чим вище пропорція резистентних і зшитих структурних білків, і чим менше поверхня завантажуваного матеріалу, тим більше часу потрібно на стадію деполімеризацію. Одночасно в результаті відбувається гідроліз, тобто, хімічна реакція, в якій хімічні сполуки розбиваються реакцією з водою. Чим вище пропорція вуглеводнів, нерослинних і не структурних білків і жирів і, відповідно, чим нижча пропорція лігноцелюлозної біомаси, тим швидше здійснюють цю стадію. Наприкінці цієї стадії вивільнення теплової енергії збільшують, й утворюють речовину, схожу на сиру нафту. 12 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3. Стадія полімеризації. Мономерізовані й незшиті вуглецеві сполуки ізнов структурують і зшивають. Утворюють агломерати, які макроскопічно нагадують вихідні грубі структури завантажуваного матеріалу, але які втратили внутрішнє зчеплення із суперординованою структурою й при цьому й свою стійкість і твердість. Знов утворені структури, які мають більшу крихкість і пористість, складаються з малих часток діаметром кілька сотень мікрометрів- 5 нанометрів і менше у проміжному, а також кінцевому станах. Утворюють нові вуглецеві сполуки, які мають схожість до вуглецевих сполук природного вугілля. Вони складаються, серед іншого, з різних вуглецевих сполук і терпенових похідних, вміст вуглецю в яких збільшений, а частки водню й кисню в яких за відсотковою масовою часткою елементів (за сухою масою) зменшений. Однією з відмітних ознак у порівнянні до викопних палив є присутність продуктів реакції Майяра у рідкій і твердій фазах продуктів реакції. 4. Стадія стабілізації. На той час як стадії деполімеризації і полімеризації протікають екзотермічними, на цій стадії вивільнення теплової енергії значно зменшують, і реакцію проводять на стадії стабілізації і врешті-решт закінчують. [119] Характеристики продукту реакції, такі, як ступінь чистоти, вид, структура, густина, механічна стійкість або міцність, розмір часток, структура поверхні, склад, характеристики горіння, теплота згоряння й запас енергії, залежать від способі або умов реакції, тобто, параметрів, які відповідають за керування пропонованим способом, тобто, за технологічною процедурою. На хід реакції або технологічної процедури справляють вплив умови подальшої обробки або реакції або критерії, серед яких: [120] 1. Склад й характеристики виділених речовин або завантажуваного матеріалу, включаючи густину, розмір часток, вологовміст, чистоту, вміст вуглецю, мінералу і лугу. 2. Відношення між твердою і рідкою фазами або сухою масою і технологічною водою. 3. Температура, тиск і межа коливання цих параметрів. 4. Каталізатори: вибір, склад, концентрації, розмір часток, співвідношення компонентів суміші й час подачі. Реакцію можна прискорювати, нею можна маніпулювати, і її можна направляти додаванням каталізаторів або сумішей каталізаторів пізніше при протіканні реакції. На характеристки продукту реакції таким чином можна здійснювати вплив. Розмір часток металевого каталізатора відіграє суттєву роль для утворення й структури продуктів реакції. Час реакції у значній мірі визначається силою кислоти (значення pKs). 5. Теплообмінні системи або системи, що темперують, і час регулювань температури, значення pH, показники концентрації, також у технологічній воді. 6. Зміни матеріалів або хімічні зміни реакційної суміші, наприклад, гідролізом: серед іншого, підвищення густини й пористості під час реакції перетворення. 7. Тривалість полімеризації, оскільки чим швидше протікання полімеризації, тим чистіше продукт реакції. 8. Спосіб і порядок, яким і в якому вміст реактора змішується або перемішується, і в нього передається енергія, а також швидкість потоку й зрізувальні зусилля й інтервали між змішуванням і його час. 9. Технологічна вода: концентрація лужних солей, кислот, елементів, таких, як хлор, сірка і їх солі, й метали й мінерали, включаючи фосфорні й нітратні сполуки. Способи очистки технологічної воді під час технологічного процесу і поза нього. 10. Концентрація непотрібних речовин, наприклад, піску або речовин, що заважають протіканню реакції, уповільнюють, затримують його або призводять до небажаних вторинних продуктів або осаджень. 11. Тип виконання, включаючи інтенсивність і тривалість зазначених стадій способу. 12. Вибір, сполучення, співдія та регулювання систем, що темперують і систем змішування. 13. Вибір, сполучення, виконання й ефективність кондиціювання і направлення технологічної води, включаючи врахування необхідного регулювання змінних об'ємів реакції подачею або відбором технологічної води й речовин. [121] Подальші стадії способу можуть бути такими: 2. Стадія, на якій забезпечують завантажуваний матеріал, включаючи біомасу, завантажуваний матеріал, каталізатори й воду. 3. Стадія, на якій здійснюють попередню обробку. 4. Стадія, на якій здійснюють передачу завантажуваного матеріалу у транспортну систему та (або) контейнер. 5. Стадія, на якій здійснюють передачу завантажуваного матеріалу в контейнер, придатний для відповідної стадії переробки або обробки. 6. Стадія, на якій здійснюють зневоднення та (або) сушіння завантажуваного матеріалу. 7. Стадія, на якій здійснюють подрібнення завантажуваного матеріалу й, можливо, 13 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 каталізаторів. 8. Стадія, на якій видаляють метал та непотрібні речовини. 9. Стадія, на якій здійснюють інкубацію з каталізатором, зокрема, з кислотою. 10. Стадія, на якій домішують один або кілька подальших каталізаторів. 11. Стадія, на якій біомасу попередньо нагрівають. 12. Стадія, на якій здійснюють ущільнення, наприклад, при введенні в реактор. 13. Стадія, на якій здійснюють введення у контейнер високого тиску або реакційний простір. 14. Стадія, на якій здійснюють нагрівання. 15. Стадія, на якій здійснюють кондиціювання технологічної води й очистку повітря. 16. Стадія, на якій продукт реакції видаляють з реакційного простору. 17. Стадія, на якій здійснюють відділення продуктів реакції, проміжних, вторинних та (або) кінцевих продуктів із реакційної суміші. 18. Стадія, на якій потрібний продукт реакції висушують. 19. Стадія, на якій потрібний продукт реакції подрібнюють. 20. Стадія, на якій потрібний продукт реакції охолоджують. 21. Стадія, на якій здійснюють кондиціювання. 22. Стадія, на якій здійснюють регенерацію енергії, зокрема, через термічну рециркуляцію або теплообмін. [123] Завантажуваний матеріал й продукти реакції, проміжні, вторинні та (або) кінцеві продукти перероблюють на різних стадіях до технологічного процесу хімічного перетворення і після нього. Стадії переробки мають на меті перетворення речовин у промисловій або технічній мірі. Тому переробку слід розуміти як більше, ніж ручне розбирання або ручне подрібнення парою ножиць. Переробка біомаси та (або) відновлення кондиції продуктів реакції та (або) вторинних продуктів у пропонованому способі представляє собою системи перемішування або змішування з електричним керуванням з одним валом з електромагнітною муфтою, й має теплопередачу з боку стінки навантаженого стисненням гладкого внутрішнього боку зовнішньої стінки реактора електрично нагрітим контейнером корпуса, який можна відділити за допомогою кількох рукояток. Це також включає критерії, згадані для системи перемішування або змішування та (або) системи, що темперує, у пунктах 9 й 10 для напівбезперервного або безперервного способу. [124] Перед зберіганням й особливо перед фактичним технологічним процесом перетворення, зокрема, перед завантаженням у реакційний простір та (або) після цього, біомаса звичайно вже може бути подрібненою. Подрібнення, зокрема, здійснюють механічним шляхом, переважно, різанням й, особливо переважно, за допомогою пристрою дроблення, наприклад, дробарки або валкового млина. Залежно від завантажуваного матеріалу й потрібного розміру часток, використовуються різні типи різання та (або) млинів (дробарок). На протікання реакції справляє вплив розмір часток. При цьому чим менший розмір часток, тим більша поверхня завантажуваного матеріалу. Чим більша поверхня учасників реакції, тим швидше відбувається хімічне перетворення. При цьому розмір часток подрібненої біомаси може бути менше 10 см, також менше 1 см і також менше 2 мм. Енергія, час і зусилля на матеріал під час процесу подрібнення залежать, таким чином, від процедури технологічного процесу й, зокрема, від конфігурації завантажуваного матеріалу, розміру часток і тривалості перебування. [125] Інкубація у кислотному оточенні або середовищі із значенням pH нижче 6, також нижче 5, й також нижче 4, зокрема нижче 3 й при цьому також нижче 2, є частиною попередньої обробки. Необхідна тривалість цієї стадії зменшується при збільшенні подрібнення й зниженні значення pH. Інкубація при кислотному значенні pH може наприклад відбуватися після подрібнення. [126] Зокрема металеві, неорганічні або піскоподібні речовини й інші домішки відділяються від біомаси. Способи й технологічні процеси використовуються в об'ємі обробки біомаси й органічних відходів, встановленою, наприклад, на підприємствах з виробництва біогазу. [127] Після попередньої інкубації у кислому середовищі можуть додавати каталізатор з добавкою або без добавки води та (або) у водному розчині. Каталізатор може складатися принаймні з одного або кількох різних компонентів. Разом вони утворюють суміш каталізатора. Один із компонентів каталізатора може, наприклад, складатися з кислоти. На процедуру реакції у значній мірі впливають вибір, склад, концентрація, розмір часток, співвідношення компонентів суміші й час подачі каталізаторів. Таким чином, чинники, що залежать від каталізаторів, мають значний вплив на утворення, структуру й характеристики кінцевого продукту. Розмір часток металевого каталізатора відіграє суттєву роль для утворення й структури кінцевого продукту або продукту реакції. Час реакції також визначається силою кислоти (значення pKs). Якщо, наприклад, використовуються частки розміром менше десяти мікрометрів, переважно, 200-1000 14 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нанометрів й, особливо переважно, 10-199 нанометрів, ймовірність утворення рівномірно утворених подібних до волокон наноструктур збільшується. Чим менший розмір часток, тим точніші й рівномірніші подібні до волокон структури нових вуглецевих сполук можна одержати. Однак вміст вуглеводнів, розмір часток і ступінь однорідності розміру часток – усе це відіграє роль у направлення протікання реакції для виробництва визначених наноструктур. Реакцію можна прискорювати й направляти за допомогою вибору часу й тривалості подачі каталізаторів або сумішей каталізаторів. Залежно від потрібного кінцевого продукту, введення каталізатора може здійснюватися й пізніше упродовж процесу реакції. Як кислоти, використовуються й неорганічні кислоти, переважно, мінеральні кислоти, особливо переважно, сильні кислоти, тобто, кислоти, які мають pKs якомога низьке. Кислоти і їх продукти реакції, які використовуються, повинні бути неотруйними й мати мінімальну корозійну дію. Крім того, вони не повинні виявлятися у продукті реакції, і суттєві компоненти кислот повинні очищуватися або утилізуватися якомога легше. Сірчана кислота, яка також використовується як харчова добавка, відповідає більшості вимог і тому є особливо прийнятною. Крім того, різні кислоти можуть комбінуватися. Альтернативно або на додаток, використовуються карбонові кислоти й, зокрема, протонові кислоти. Особливо переважним виявилося використання ди- або трикарбонової кислоти і, переважним над усіма, винної кислоти й лимонної кислоти. Лимонна кислота й винна кислота кристалічні й нетоксичні. Обидві існують природно у плоді (лимонна кислота у цитрусових, наприклад, лимонах, а винна кислота у винограді). Кислоту, яку використовують як компонент каталізатора, можуть одночасно використовувати для одержання кислого середовища для стадії інкубації. Концентрація кислоти залежить серед іншого від значення pKs й складає приблизно 0,1-3 відсотки, 0,6-2 відсотки й, особливо переважно, 0,3-1 об'ємний відсоток. Попередня інкубація завантажуваного матеріалу з кислотою скорочує час реакції. Чим триваліша попередня інкубація, чим сильніше кислота й чим вище її концентрація, тим коротше час реакції. Каталізатор або суміш каталізатора може містити на додаток до іншого один або кілька металів. Переважно, використовують перехідні метали, такі, як залізо, нікель, кобальт, мідь, хром, вольфрам, молібден або титан, причому залізо виявилося особливо переважним. Додавання каталізатора можуть здійснювати перед введенням у реактор, а також в інші моменти часу упродовж способу. Крім того, у реакційну суміш у різні моменти часу можуть додавати різні суміші або склади каталізаторів. [128] Біомасу ретельно змішують з каталізатором або сумішшю каталізатора. Після цього каталізатор утворює разом із біомасою реакційну суміш. Процес змішування альтернативно здійснюють у реакторі. Ущільнення реакційної суміші можуть здійснювати на одній або кількох стадіях зовні реактора або всередині нього. Переважним є високе ущільнення, яке знов-таки означає краще використання реакційного простору. Міра ущільнення залежить від можливості передачі у реактор, від потрібного продукту реакції й від процедури технологічного процесу. Реакційну суміш можуть, наприклад, уводити в реактор й після попередньої обробки. [129] Попереднє нагрівання можуть, наприклад, здійснювати перед введенням компонентів реакції у простір контейнера високого тиску. Нагрівати можуть усі учасники реакції. Серед завантажуваного матеріалу усе та, зокрема, біомаси, можуть нагрівати до температури приблизно +60…+90 градусів Цельсія. Попереднє нагрівання здійснюють, наприклад, шляхом подачі теплової енергії і, зокрема, добавки технологічної води, близької до кипіння, попередньо нагрітої суспензії біомаси або іншої води під абсолютним тиском приблизно один бар або шляхом подачі води й технологічної пари або інших носіїв теплової енергії. Для цього альтернативно або на додаток можуть використовувати теплову енергію з теплообмінних процесів. [130] Час реакції залежно від потрібного продукту реакції коливається між однією годиною і 60 годинами, переважно, між трьома й 40 годинами, особливо переважно, між п'ятьма й 18 годинами. Час реакції вважають закінченим або реакцію припиненою, коли будь-яке помітне вивільнення ентальпії вже не спостерігають. Мінімальна попередня обробка та (або) не проведення окремих стадій попередньої обробки може збільшити час реакції до тривалості більше 60 годин. Час реакції особливо залежить від складу й характеристик відповідного завантажуваного матеріалу. Чим більша поверхня, чим менший розмір часток, чим менша пропорція лігніну або целюлози й чим більша пропорція вуглеводнів, тим швидше вивільняється теплова енергія на стадії деполімеризації й тим швидше досягають стадії стабілізації, і скорочують час реакції або утримування. Чим коротший час перетворення відповідного завантажуваного матеріалу, тим більшою може бути затримка, наприклад, введення в реакцію в реакторі, що вже протікає. Коротшого часу реакції досягають також при відносно великих пропорціях жиру й нерослинних, не зшитих, наприклад, тваринних або бактеріальних білків. Покажчиком закінчення процесу перетворення є припинення вивільнення теплової енергії під 15 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 час процесу реакції. [131] Відповідно до винаходу, можуть досягати температур до +300 градусів Цельсія. Але переважними є температури між +185 і +205 градусів Цельсія, і, зокрема, до +215 градусів Цельсія і, особливо переважно, до +225 градусів Цельсія. [132] Відповідно до винаходу, тиск збільшується при запобіганні притоку повітря і складає, наприклад, 7-90 бар. Переважним є тиск 11-18 бар, також 18-26 бар, і також 26-34 бар. [133] Фіг. 1 представляє собою схематичний поздовжній розріз пропонованого реактора з іншими компонентами пропонованої установки. [134] Фіг. 2 представляє собою розріз зони стінки реактора, показаного на фіг. 1. [135] Пропонований пристрій містить реактор, який може розроблятися по-різному у залежності від процесів, що протікають у ньому, використовуваної кількості або типу твердих речовин та (або) потрібного продукту реакції. Принаймні один з пропонованих реакторів може бути, наприклад, каскадним, трубчастим, контурним, реактором з циркуляцією, мембранним реактором, реактором із псевдозрідженим шаром та (або) судиною-мішалкою або реактором із судиною-мішалкою або мати окремі характеристики або сполучення різних характеристик цих реакторів. Псевдозріджений шар реактора переважно є циркулюючим. Пропонований реактор або сполучення різних реакторів можуть використовувати упродовж різного часу стадій обробки й переробки в установці. Крім того, через потрібний тиск реактор можуть розробляти як судину високого тиску. Конструкція судини високого тиску залежить від процедури технологічного процесу й використовуваного способу змішування. [136] Відповідно до ще одного варіанта об'єкта винаходу, реактор виконаний як реактор з кількома мембранами й циркулюючим псевдозрідженим шаром. Такий реактор поєднує у собі переважні характеристики різних типів реакторів з мембранами й псевдозрідженим шаром. У цьому контексті псевдозріджений шар слід розуміти як баластуючий або сукупність твердих часток, яка приведена у псевдозріджений стан направленим вгору потоком текучого середовища. Термін "псевдозріджений" у цьому контексті домислює, що (колишнє) баластування тепер має характеристики, схожі до характеристик текучого середовища (наприклад, до характеристик води). Всередині пропонованого реактора присутня суміш твердої речовини й рідини. Дрібнозернисте або таке, що складається з часток, баластування твердої речовини енергійно перемішується, нібито через нього проходить газ або рідина – так зване текуче середовище – знизу вгору. Текуче середовище має проходити з достатньо високою швидкістю, щоб піднімати частки, щоб вони перемішувалися. Необхідне підведення енергії залежить від умов відповідної реакції. Через енергійне перемішування частки твердої фази можуть легко – частково, але також безперервно – видалятися з реакційного простору, коли реакція завершилася. При цьому може відповідно заправлятися свіжий твердий матеріал. Швидкість потоку текучого середовища регулюється таким чином, що тверді речовини перемішуються принаймні таким чином, що утворюється нерухомий псевдозріджений шар. Однак швидкість текучого середовища у цьому стані все одно нижча, ніж швидкість осадження часток. При об'єднанні окремих сусідніх часток їх опір потоку є вищим, аніж опір потоку однієї частки. Це може призвести до утворення шару суспензії із визначеною поверхнею. Швидкість потоку текучого середовища можна збільшувати, прикладаючи до мембранних частин більший тиск. При вищому потоку текучого середовища відносно багато часток відриваються від основної зони, і верхня границя шару розчиняється. Певна частка твердої речовини ще й досі падає назад в основну зону у псевдозрідженому шарі. У так званому вільному просторі над щільною зоною, де тверда речовина піднімається як тонка суспензія у відносно широкому осерді, причому тверда речовина переміщується вниз групами з високою швидкістю на краю реактора, утворюється потік. При розміщенні принаймні чотирьох змішувачів потоків рідини, розподілених на діаметрі якомога рівномірно й з якомога рівномірними вертикальними відстанями, й додаткових змішувачів, які також включають поверхні безпосередньо над основними металевими листами, утворення агломератів і границь шару можна подавити таким чином, що відбуватиметься відносно однорідне перемішування часток. [137] З пропонованим реактором при його відповідному використанні, зокрема, при використанні мембранних частин, можна серед інших досягти наступних переваг: [138] 1. Турбулентності, створені прискореними потоками пропеланту й текучого середовища, призводять до високої відносної швидкості між безперервними текучими середовищами й дисперсною твердою фазою. 2. Часті удари часток між собою, а також часток із стінкою. 3. Інтенсивне змішування часток. 4. Прискорений теплообмін реакційної суміші з текучим середовищем. 5. Мінімізація осаджень. 16 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6. Контрольоване дозування, наприклад, води й реагентів упродовж технологічного процесу реакції. [139] Пропонований реактор відповідно може мати одну або кілька з наступних характеристик. [140] Реактор може містити принаймні один контейнер високого тиску й принаймні один пристрій для розділення твердої речовини й рідини. Такий реактор може зватися мембранним реактором. Реактор може мати принаймні один фільтр грубої та (або) тонкої фільтрації або сполучення обох пристроїв, які можуть також об'єднуватися в один фільтрувальний пристрій. Принаймні одна із судин високого тиску може мати систему перемішування та (або) змішування. Такий реактор може зватися реактором із судиною-мішалкою. Загальний об'єм усіх реакційних просторів судин високого тиску або реакторів може складати 0,5-10 000 кубічних метрів, також 5-2000 кубічних метрів і також 50-500 кубічних метрів. Загальний об'єм усіх контейнерів установки, включаючи реакційні простори судин високого тиску або реакторів, бункерів і просторів для зберігання може складати 0,5-10 000 кубічних метрів, також 10 000-70 000 кубічних метрів і також 50 000-500 000 кубічних метрів. Залежно від завантажуваного матеріалу й біомаси, вміст води у біомасі може складати до 95 відсотків або більше від загальної маси. З цієї причини доцільним може бути введення процесу зневоднення, який передує реакції перетворення. Через високий вологовміст й малу масу пакування багатьох біомас їх переносимість обмежена, тому начальна пропорція твердих речовин у реакційному просторі може бути приблизно 5-30 відсотків. При цьому вихід продукту реакції може бути порядку однієї цифри відсотків відносно до загального об'єму реакційного простору. Як наслідок, потрібен відносно великий реакційний простір. Великого реакційного простору можна досягти шляхом сполучення кількох судин високого тиску або реакторів. При їх сполученні, наприклад, у сенсі каскаду та (або) комбінування різних типів реакторів, можна реалізувати переважніший розподіл часу утримування й, відтак, вищу робочу продуктивність через покращене керування протіканням технологічного процесу. Одночасно можна задовольнити різні вимоги різних стадій реакції і часткових стадій. Наприклад, у трубчастому реакторі може відбуватися сприятливіший теплообмін, у реакторі з судиною-мішалкою або із змішуванням може бути краще змішування й повторне змішування. При розбивці усього об'єму реактора на кілька судин високого тиску полегшується транспортування окремих компонентів установки, включаючи судину високого тиску. При з'єднанні кількох судин високого тиску або реакторів полегшується реалізація безперервного або напівбезперервного технологічного процесу. При цьому можна використовувати і ввести в установку принаймні одну судину високого тиску для прийому стисненого технологічного газу, що утворений або міститься у реакторах. [141] Упродовж способу частку твердих речовин можна збільшувати шляхом безперервного відділення або відведення окремих реагентів, таких, як, наприклад, вода, під час протікання технологічного процесу. Вміст твердих речовин можна збільшувати, наприклад, від начального 15 відсотків до 20-30 відсотків, переважно, до 31-45 й, особливо переважно, до 46-70 відсотків, залежно від процедури реакції або умов обробки. Одночасно, по мірі протікання реакції, об'єм для кожного реактора можна зменшувати. При цьому завантажуваний матеріал, який може перетворюватися швидше, можна додавати таким чином, щоб можна було досягти вищої робочої продуктивності об'єму даного реактора. Послідовне підключення кількох реакторів, наприклад, розділених клапанами, додатково уможливлює вибіркове завантаження або перенавантаження окремих судин високого тиску свіжим завантажуваним матеріалом, реагентами або каталізаторами з метою підвищення пропускної здатності. Передача реакційної суміші з однієї судини високого тиску до наступної відбувається практично в робочих умовах. Реактор й усі поверхні й компоненти пристрою в контакті з реагентами, включаючи компоненти й лінії труб, виготовлені з теплостійких і корозієстійких матеріалів, переважно, з нержавіючої сталі, порівняної за якістю з матеріалом, описаним нижче для мембранних частин. Товщина стінок реактора розрахована на тиск 7-20 бар, переважно, на тиск 20-30 бар й, особливо переважно, на тиск 30-40 бар, і температуру +160…+230 градусів Цельсія, переважно, до +260 градусів Цельсія й, особливо переважно, до +300 градусів Цельсія. Температура, зокрема, принаймні в одній судині високого тиску, реакторі або компоненті установки лежить упродовж принаймні двох циклів реакції безперервно вище +40…+90 градусів Цельсія, переважно, +60…+70 градусів Цельсія та (або) вище температури кипіння технологічної води при абсолютному тиску один бар, таким чином, що тривалий безпосередній контакт шкіри, наприклад, руки зі стінкою судини або контейнера, яка безпосередньо перебуває у контакті з реакційною сумішшю, упродовж більше однієї хвилини без збільшеного видимого почервоніння шкіри можливий лише з використанням допоміжних засобів, ізолюючих речовин або додаткових пристроїв. 17 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [142] Пропонований реактор може містити вертикальний циліндричний основний корпус. Верхня основа може бути утворена як торосферична основа. У верхній частині, переважно, верхній половині, й особливо переважно, у верхніх двох третинах, він може мати конічну форму з діаметром, що повільно збільшується у бік днища. Конусоподібна основа може мати кут до вісі реактора 45 градусів, переважно, менше 40 градусів, й особливо переважно, менше 35 градусів. Перехід, наприклад, від стіни до основи може бути округленим для зменшення порушення потоку. Розміщення форсунки для подачі реакційної суміші може бути регульованим і знаходиться, наприклад, у верхній половині, переважно, у верхній третині судини високого тиску. Подача може здійснювати через клапан через випускну форсунку, що знаходиться приблизно в центрі основи або конічної основи. Компоненти й форсунки реактора можуть з'єднувати зварюванням. Може встановлюватися кришка. При переважному використанні рідинних струминних змішувачів або ежекторних вакуум-помп і повних форсунок відношення діаметра до висоти може бути приблизно один до двох – один до трьох, але також один до чотирьох – один до п'яти, й також один до шести. [143] Мембранний реактор – це пристрій, який уможливлює об'єднання принаймні однієї хімічної реакції з мембранним способом або розділенням твердої речовини й рідини. При цьому обидва процеси об'єднані як одне ціле, завдяки чому можливе розвинення синергії. Обидва процеси можуть протікати одночасно в одному корпусі або установці. Під час хімічної реакції перетворюється принаймні один компонент реакційної суміші. Завдяки використанню мембранного реактора продукти реакції, проміжні, вторинні й кінцеві продукти можуть вибірково видалятися з реакційної суміші, виділені речовини можуть контрольовано додаватися, або контакт виділених речовин може інтенсифікуватися. Продукти реакції, проміжні, вторинні й кінцеві продукти й, зокрема, вода видаляються з реакційної суміші безперервно або через певні інтервали часу. Таким чином можна досягти суттєвого збільшення пропускної здатності. Для протікання реакції і зменшення корозії переважним може бути й видалення газоподібного середовища або газоподібних речовин і, зокрема, розчиненого кисню. Розділенню твердої речовини й рідини сприяє хімічна зміна складу й характеристик, включаючи густину, зокрема, під час стадії полімеризації. При цьому можна досягти вищої концентрації твердих речовин у реакційній суміші. Реакційна суміш передається у реактор з циркуляцією у залежності від вмісту твердих речовин і стану технологічного процесу перетворення. Реакційна суміш при цьому протікає через радіальну внутрішню частину циліндра аксіально у першому напрямку й аксіально у другому, протилежному напрямку. При використанні реактора з циркуляцією може передбачатися, наприклад, внутрішня труба з теплообмінними елементами таким чином, щоб прискорити теплообмін і, відтак, уможливити більші діаметри реактора. Ця внутрішня труба називається також вставною або направляючою трубою. Діаметр направляючої труби впливає на втрати циркуляційного потоку від тертя й відхилення. При зменшенні діаметру при залишенні довжини незмінною ці втрати збільшуються. Якщо діаметр вибраний занадто великим, циркуляційний потік може зруйнуватися. Діаметр вставної труби може, таким чином, дорівнювати приблизно чверті-третині, максимум половині діаметра реактора. Направляюча труба може розміщуватися на відстані приблизно третини, переважно, чверті, від основи реактора. [144] У реакційній суміші присутні відновні взаємодії. Через кисле середовище, присутність агресивних речових, таких, як хлор, високі температури й тиски, поверхні, що вступають у контакт з реакційною сумішшю в робочих умовах, перебувають під загрозою корозії. При цьому через локалізовану корозію може з'явитися знос, зокрема, при довготривалій роботі. Для зменшення корозії використовуються – залежно від діаметра – жорстко встановлені мембранні частини або проникний для текучого середовища картридж. [145] Мембранні частині складаються з перфорованих елементів, переважно металевих листів, які уможливлюють транспортування, зокрема, газів і рідин через елемент. Проникний для текучого середовища й газу картридж також складається з перфорованих, здебільшого металевих компонентів, через які очищений пропелант, розчинник або вода можуть протікати до реакторного простору. Що використовується – мембранна частина чи проникний для текучого середовища картридж це, головним чином, залежить від діаметра відповідної реакційної судини й допусків при переробці, а ще й від виду і навантаження корозії. Пластмаси, метали, зокрема, тверді метали, керамічні матеріали й політетрафторетилен і, переважно, нержавіюча сталь й, особливо переважно, сплави, що використовуються для нержавіючої сталі, згаданої для мембранних частин, розглядаються як можливі матеріали або речовини покриття або матеріали-носії. Покриття зазвичай представляє собою простий змінний картридж з політетрафторетилену, який, наприклад, використовується з автоклавами в лабораторних умовах. Для нанесення покриття використовуються хімічні, механічні, термічні й термомеханічні 18 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 способи. При цьому матеріал, що має бути нанесеним, матеріал-носій та (або) адгезійний засіб присутні у газоподібному, розчиненому або твердому вигляді. Переважно використовуються гальванічні способи або способи газополум'яного напилення, такі як, наприклад, високошвидкісний кисневопаливний спосіб. Одним із способів нанесення покриття є осадження. [146] Альтернативно або на додаток осадження, внутрішній простір одного або кількох контейнерів установки може оснащатися картриджем. Особливо внутрішня стінка реактора може облицьовуватися мембранними частинами. Картридж здебільшого має циліндричну форму й може нести решітку, тобто, сіткоподібну конструкцію. [147] Альтернативно, кожух із нержавіючої сталі, порівняний до пластинчастої теплообмінної системи, укладається на зовнішні або внутрішні шари із нержавіючої сталі реактора або картриджа. Сталеві пластини прикріплюються точковим або лінійним зварюванням, і при цьому не зварені зони, що обмежують проходи потоку, розширені або "роздуті як подушка" шляхом введення середовища під високим тиском між частинами або пластинами листового металу, через які рідина, що темперує, або теплообмінне середовище може протікати через прохід. Через ці порожнини можуть потім протікати різні середовища. Ці середовища можуть служити і як теплоносії, якими можуть бути достатньо підготовлена технологічна вода, свіжа вода або водяна пара або термічна олія. [148] Для того щоб зменшити стискне навантаження кожуха із нержавіючої сталі, який повернений у бік реакторного простору, використовуються пристрої, завдяки яким між порожниною і реакторним простором виникає якомога мала різниця тиску. Можливі різниці тиску у порожнині можна попередити або зменшити отворами, висвердленими у кожусі з нержавіючої сталі за допомогою лазера. Діаметр і форма цих отворів відповідає діаметру й формі отворів у мембранних частинах або в картриджі. Відстані отворів також можуть відстояти одне від одного якомога далі, щоб реакційного простору досягло якомога менше середовища. [149] Отвори у кожусі й картриджі мають відстань 10-20 см, також принаймні 60 см і також принаймні 150 см. Середовище досягає внутрішнього простору реактора через отвори у внутрішньому просторі реактора або у порожнині між стінкою реактора й картриджем під дією надлишкового тиску, присутнього у контурі кожуха. Проходи для потоку створюються шляхом з'єднання окремих ланцюгів точкового або лінійного зварювання лазерним швом таким чином, що забезпечується рівномірний розподіл середовища, що темперує, у кожусі. Тиск, який присутній у цій системі, що темперує, перевищує внутрішній тиск реактора на величину до 6 бар. Зовнішній кожух картриджа впирається безпосередньо у внутрішній бік судини високого тиску. Альтернативно, він може впиратися в перфоровану решітку або сітки. Картридж має упорядковані отвори діаметром приблизно 20-70 мікрометрів. [150] Якщо використовуються осаджені металеві листи, внутрішній кожух може наноситися на додаток до одно- або двостороннього осадження та/або після виникнення ознак зносу, кожух прикріплюється способом зварювання, переважно, лазерного зварювання. Для одночасного використання внутрішнього кожуха створюються вищезазначені порожнини із зовнішнім кожухом картриджа. Внутрішній кожух має товщину 1-1,5 мм, також 1,5-2 мм або також 2-2,5 мм. Втрати тиску мінімальні й на додаток зменшені кількістю й розміром впускних і випускних форсунок. [151] Картридж або мембранні частини зі сталі або особливо нержавіючої сталі, особливо аустенітних сталей й, особливо переважно, сталей, що мають підвищений вміст хрому й молібдену, груп 6, 7 й 8, або також дуплекс сталей (назви за стандартом DIN серед інших 1.4571 (1.4404), 1.4435, 1.4539, 1.4439, 1.4462, 1.4529, 1.4501). Якщо вибрані більш вимогливі умови реакції, повинні використовуватися, наприклад, сплави міді й нікелю, сплави з високим вмістом молібдену, що містять нікель, наприклад, 2.4610, і титан. Товщина стінки картриджа передбачена таким чином, що картридж може піддаватися діянню перепаду тиску 2, переважно, 4 й, особливо переважно, 6 бар. [152] Через осадження й дію сили тяжіння матиме місце скопичування твердих часток, особливо у зоні основи, з небезпекою спікання й блокування. Останні унеможливлюють безперешкодний теплообмін і погіршують контакт виділених речовин у реакційній суміші, що перешкоджає керуванню реакцією. Тому мембранні частини, використовувані на цих деталях, пройшли спеціальну обробку, зокрема, на основі або в зоні стінки, але принаймні у конічній зоні й переважно у нижній третині, особливо в зонах, де можуть виникнути осадження й спікання. Обробка цих металевих листів здійснюється, наприклад, через свердлення отворів на регулярних відстанях, переважно, з відстанями менше 10 мм, також менше 6 мм і також менше 4 мм. [153] Отвори у мембранних частинах або у картриджі свердляться в елементі або в компоненті за допомогою лазера і мають діаметри 200-10 мікрометрів, також 100-20 19 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 мікрометрів, а також 50-25 мікрометрів. Отвори переважно мають форму лійки, причому діаметр отворів на випуску принаймні вдвічі перевищує діаметр отворів на впуску. Таким чином досягається віялоподібний потік, який уможливлює оптимізований теплообмін. Вісь отворів проходить майже паралельно вісі реактора та (або) вертикалі до поверхні перфорованих мембранних частин. Нагріта або охолоджена й достатньо оброблена технологічна вода, свіжа вода або водяна пара пропускається через отвори з порожнини у внутрішній простір судини високого тиску за допомогою надлишкового тиску. Отвори можуть, таким чином, діяти як форсунки. Вищезазначені рідини служать одночасно як засіб, що темперує, й пропелант. Технологічна вода або свіжа вода повинна достатньо оброблятися, щоб бути у змозі проходити через отвори або теплообмінну систему. Стандарти, чинні для живильної води й води для судин, орієнтовані на кондиціювання. [154] Між стінкою реактора й мембранними частинами залишається порожнина, ущільнена від внутрішнього простору реактора, яка служить для направлення розчинників, води або водяної пари. Надлишковий тиск технологічної води, яка виходить з отворів, завжди достатньо високий, тому проникнення реакційної суміші унеможливлене. Міцність мембранних частин або стінки картриджа передбачена такою, що відповідає вимогам різниць тиску між внутрішнім і зовнішнім боками. Мембранні частини або порожнини, які вони утворюють зі стінкою судини високого тиску, можна поділити на зони, які, наприклад, мають концентричну поверхню у конічній зоні або в зоні основи. Ці зони характеризуються стадіями різного тиску. Стадії різного тиску матеріалізуються, наприклад, за допомогою клапанів або окремих помпових систем. Таким чином можна протидіяти осадженням і спіканню, спричиненим осадженням. Порівняні результати досягаються при відповідно підібраних діаметрах отворів з постійним тиском. Наприклад, у зонах із сильними осадженнями діаметри можуть бути більшими. [155] Альтернативно покриттю або використанню додаткових речовин, щоб запобігти корозії, внутрішній простір, зокрема, основа або конус судини високого тиску й компонентів й інших частин у контакті з реакційною сумішшю, може піддаватися обробці поверхні, особливо яка має на меті зменшення шорсткості поверхні. Альтернативно або на додаток до обробки поверхні, після звичайної попередньої обробки використовуються абразивні способи виготовлення, а також електрохімічні абразивні способи, або також анодне шліфування металу в електроліті, спеціально підібраного для даного матеріалу. [156] Під час реакції хімічного перетворення приблизно 5-34 відсотків енергії, що міститься у завантажуваному матеріалі, вивільняється як тепло. Ця енергія використовується для інших технологічних процесів, які потребують тепло, або зовнішнього процесу через пристрої для теплообміну. Тепло, наприклад, може використовуватися для попереднього нагрівання біомас або реакційних просторів в технологічному процесі або установці. Зовні технологічного процесу або установки енергія може використовуватися для опалення приміщень, нагрівання машин або як технологічне тепло для інших технологічних процесів. За допомогою системи, що темперує, повинна не лише додаватися енергія, яка необхідна для початку процесу хімічного перетворення, а ще й відводитися теплова енергія, що вивільнюється при екзотермічній реакції. Таким чином можна протидіяти розвитку неконтрольованих гарячих плям і, відтак, розгону реактора. Використовуються принаймні одна, а переважно кілька або сполучення різних систем, що темперують, які приводяться механічним, електричним або хімічним чином. На додаток до них або альтернативно системам технологічної води, про які йдеться нижче, система, що темперує, реактора має, наприклад, двостінну конструкцію, вкрутний радіатор, нагріваючий й охолоджуючий змійовики або ребра, введені в реактор, або напівтрубчасті змійовики, приварені до зовнішньої стінки. Альтернативно або на додаток, теплообмінна пластинчаста система може використовуватися залежно від конструкції і вибраного матеріалу. Технологічна вода та (або) термічна олія переважно використовуються як носій теплової енергії або середовище, що темперує, для систем, що темперують, наскрізь проточних і закритих у внутрішній простір реактора. [157] Об'єднання, розміщення, конструкція й керування відповідною системою, що темперує, обумовлюються процедурою технологічного процесу й особливо залежать від складу завантажуваного матеріалу. Для процесу темперування можуть використовуватися усі системи технологічної води зовні й всередині реактора. Він може відбуватися, з одного боку, за допомогою зовнішніх, тобто, теплообмінних процесів зовні реактора, а з іншого боку, за допомогою введення темперованої технологічної води як середовища для розріджування, темперування, всмоктування або пропеланту для змішувачів, помп та (або) форсунок як матеріал для рідинних або ежекторних вакуум-помп. Змішування технологічної і свіжої води також може служити для оптимізації темперування реактора. Крім того, процедуру технологічного процесу можна оптимізувати, наприклад, шляхом зниження концентрації деяких 20 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 неорганічних речовин. Введенням переважно може бути середовище, що темперує, зокрема шляхом введення темперованої води або рециркуляційної технологічної води у місцях, критичних щодо температури. Темперування, крім того, керується через процедуру технологічного процесу. На додаток до об'єднання завантажуваного матеріалу, підготовки проби значення pH і каталізаторів, суттєвим елементом регулювання температури є введення завантажуваного матеріалу із затримкою часу у залежності від його характеристик перетворення. [158] Упродовж протікання способу в'язкість, густина й розмірна характеристика й інші характеристики завантажуваного матеріалу або реакційної суміші змінюються. Ці зміни можуть приписуватися хімічним реакціям і структурним змінам завантажуваного матеріалу, що містить вуглець, які також можуть обумовлюватися деполімеризацією і пізніше полімеризацією завантажуваного матеріалу. При цьому до процесу змішування можуть висуватися різні вимоги у залежності від процедури технологічного процесу. Змішування та (або) розподіл потоку, яке (який) є якомога рівномірним й однорідним, залежить від стану технологічного процесу, завантажуваного матеріалу, концентрацій твердих речовин і вимог, які висуваються продуктом реакції. Енергійне перемішування або суспендування здійснюється безперервно або повторнокороткочасно з метою теплообміну, інтенсифікації контакту виділених речовин та (або) з метою кращого подрібнення, наприклад, шарів з високим вмістом лігніну або целюлози, які ще й досі зшиті, рівномірного розподілу реагентів, головним чином, суміші каталізаторів, і провітрювання реакційної суміші. Одночасно осадження розчинюються, розпушуються, і вчиняється протидія утворенню тромбів й агломератів. Це справляє у цілому позитивний вплив на протікання реакції. Тобто, чим ретельніша й чим рівномірніша процедура змішування, тим швидша процедура реакції, і тим однорідніший продукт реакції. Можуть використовуватися принаймні одна або кілька і, зокрема, сполучення різних систем змішування з рухомими частинами та (або) без них у реакційному просторі. Як змішувачі можуть використовуватися одна або кілька або сполучення різних мішалок з рухомими частинами у реакційному просторі. Мішалка має принаймні один, переважно два або кілька валів таким чином, що додаткові мішалки приводяться від одного електричного двигуна через той самий вхід реактора. Перевагою цих систем перемішування є відносно низька потреба енергії у порівнянні до подачі енергії або до часу змішування. Суттєвим недоліком, на додаток до високої вартості, є чутливість до відмови й більший обсяг робіт з технічного обслуговування у порівнянні до систем змішування без рухомих частин у реакційному просторі. [159] Ежекторні вакуум-помпи або струминні змішувачі, помпи й форсунки відносяться до рідинних струминних систем. Вони зазвичай не мають рухомих частин і тому менше потребують технічного обслуговування. Рідинні струминні системи можуть служити як системи змішування, оскільки вони придатні для введення кінетичної енергії в реактор через пропелант, який може також служити як нагрівальне або охолоджувальне середовище, так, щоб суспендувати й гомогенізувати вміст реактора. До інших переваг рідинних струминних систем відносяться, серед інших, їх малий розмір, мінімальне збурювання потоку й усунення потреби в системах ущільнення. Перервники потоку, які часто доводиться використовувати для звичайних систем перемішування, перетворюються на зайві. Тому при використанні цих систем мертві зони, обумовлені наявністю перервника потоку, відсутні. Одночасно спливання (спливання твердих речовин) відвернене, завдяки чому зменшилася небезпека забору повітря. Рідинні струминні системи можуть живитися із спільного резервуара або кількох резервуарів технологічної води. Вони можуть керуватися незалежно одна від одної, й через них можуть пропускатися різні кількості пропеланту та (або) засобу, що темперує. Пропеланти та (або) засоби, що темперують, переважно додаються майже безперервно та (або) через певні інтервали часу для суспендування й гомогенізації. Розміщення рідинних струминних систем і, зокрема, ежекторних вакуум-помп або струминних змішувачів, вибирається таким чином, що це призводить до створення потоку рідини, наприклад, у вигляді вертикального циркулюючого потоку. Для реакторів, які мають відношення діаметр:висота 1:2, циркулюючий потік може утворюватися також за формою вісімки, або, при відповідній висоті, з іншими петлями, що проходять поперечно до вертикалі. Струминні змішувачі або ежекторні вакуум-помпи переважно розміщуються у верхній половині, особливо у верхній третині, і при цьому струмінь пропеланту направлений вниз майже паралельно вісі реактора. Кілька струминних змішувачів або ежекторних вакуум-помп підключаються послідовно з більшими або вищими реакторами, зокрема, з відношенням діаметр:висота від 1:3, тобто, вони підключаються послідовно на різних висотах таким чином, що відповідний наступний змішувач прискорює прискорений потік. При більших діаметрах, зокрема, більше одного метра, кілька струминних змішувачів або ежекторних помп розміщуються на поздовжній вісі таким чином, що струмінь пропеланту 21 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ефективно підсилюється в одному напрямку. Якщо на одній висоті використовуються більше двох струминних змішувачів або ежекторних вакуум-помп, кількість струминних змішувачів, прискорений потік яких направлений вниз у бік основи реактора, відповідно така сама. Один або кілька струминних змішувачів або ежекторних вакуум-помп розміщуються відразу над зоною основи або конусом таким чином, що потік направляється по дотичній по стінці основи або конуса. Один або кілька струминних змішувачів або ежекторних вакуум-помп розміщуються відразу завипускною форсункою у центрі зони основи або конуса таким чином, що потік направляється по дотичній по стінці основи або конуса. [160] Тверді речовини розпадаються за допомогою турбулентності й зрізувального навантаження рідинних струминних систем або ежекторних вакуум-помп. При додатковому використанні пристроїв подрібнення у зоні максимальної турбулентності й зрізувального навантаження, зокрема, у забірних або всмоктувальних і випускних отворах, протидія утворенню скупчень й агломератів здійснюється цілеспрямованим чином. У положеннях, де забірні або всмоктувальні отвори мають тенденцію до забивання, вони можуть мати власну подачу технологічної води, і при цьому технологічна вода для цієї мети потребує лише грубої очистки. Для грубої очистки використовуються, наприклад, сита, фільтри й мембрани. Груба очистка є швидшою і практично миттєвою і не потребує або потребує дуже низьких резервних об'ємів у порівнянні до очистки технологічної води як пропеланту й засобу, що темперує. Альтернативно, забірні або всмоктувальні отвори змішувачів під загрозою забивання й осаджень підтримуються вільними за допомогою їх власного контуру потоку пропеланту та (або) оснащуються механізмом для короткочасного реверсування потоку. Для керування цими форсунками служать витратоміри, манометри й клапани, які реагують на забивання, наприклад, змінами тиску у зоні всмоктування. Змішана подача реакційної суміші для всмоктувальних щілин або всмоктувальних отворів змішувачів під загрозою забивання й осаджень може здійснюватися шляхом поділеної подачі потоку пропеланту: одна частина всмоктується безпосередньо з реактора, інша частина грубо фільтрується і всмоктується з верхньої частини реактора. Подача потоку пропеланту керується і переключається клапанами таким чином, що пропелант економиться, наприклад, коли виникають експлуатаційні проблеми, або рівень обробленої очищеної води досягає низьких рівнів. [161] Форсунки можуть використовуватися у цільових місцях у внутрішньому просторі судини. Серед цих місць особливо важливими є зони мертвого простору, в яких необхідно запобігти осадженням і спіканню. В усіх рідинних струминних системах присутня постійна різниця тиску у порівнянні до внутрішнього тиску реактора, щоб запобігти протитечії реакційної суміші в змішувачі, помпи й форсунки. Уповільнення або зупинка прискорює процес осадження твердих продуктів реакції, які при цьому все більше скопичуються у нижній частині реактора. [162] Під час процесів хімічного перетворення на стінках реактора й компонентах і деталях, що вступають у контакт із реакційною сумішшю, можуть виникнути осадження й спікання. Процес очистки можна проводити після передачі вмісту реактора до іншої судини високого тиску практично без зниження робочої температури. Як очисний пристрій, може використовуватися, наприклад, переносна форсунка з регульованим високим тиском. Пристрій може вводитися у внутрішній простір через отвір для руки, шлюз або клапан. Очистка проводиться під безпосереднім візуальним контролем або за допомогою однієї або кількох камер. Очисний пристрій може керуватися дистанційно. Тиск і температура пропеланту регулюються таким чином, що найкращий можливий результат очистки досягається без пошкодження лицювальних матеріалів або покрить. Особливо прийнятними для очистки поверхні струминним середовищем є джерела сухого льоду: пелети сухого льоду як струминні засоби стисненим повітрям прискорюються до 300 м/с і б'ються у шар бруду з високою кінетичною енергією. При цьому вони охолоджують його до температури мінус 80 °C; шар бруду дає усадку і стає крихким. Одночасно пелети сухого льоду випаровуються й різко збільшуються в об'ємі – майже в 700 раз, що відриває шар бруду від поверхні. При використанні струменю сухого льоду у ретельному відновленні кондиції або утилізації очищувального середовища немає потреби… Екологічно шкідливі органічні розчинники й галогенізовані вуглеводні перетворюються на зайві. Ще однією переконливою перевагою є той факт, що пелети сухого льоду розчинюються у повітрі: поділ і зовнішня очистка компонентів установки часто стають зайвими. Струмінь сухого льоду переважно використовується як система для занурення із шноркелем. Вона вводиться в реактор через отвір для руки у центральному положенні і стикується з попередньо встановленим затискним пристроєм. Пелети сухого льоду направляються у бік місць, що підлягають очистці, за допомогою обертового розбризкувального пристрою. [163] Пропелантом для ежекторних вакуум-помп або струминних змішувачів може служити 22 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рідке або газоподібне середовище, наприклад, вода, повторно кондиціонована або очищена технологічна вода або газ, наприклад, водяна пара. Технологічна вода пропускається через сита, фільтрується і звільняється від непотрібних речовин на виході з реактора або відразу після нього, тому змішувачі, помпи й форсунки не забиваються, і знос труби реактора, компонентів помп й інших частин зведений до мінімуму. Температура пропеланту регулюється за допомогою теплообмінника таким чином, що його введення служить для регулювання технологічної температури. Пропелант/середовище, що темперує, пропускається зовні реактора (реакторів) під тиском, схожим до тиску в реакторі (реакторах). Якщо функція темперування технологічної води неминуча, вона пропускається через зовнішні реакційні простори при температурах, схожих до температур всередині. Як альтернатива технологічній воді, як пропелант, нагрівальний або охолоджувальний засіб може використовуватися свіжа вода, водяна пара або вода з інших технологічних процесів. [164] Матеріали, присутні у технологічній воді, залежать від суміші завантажуваного матеріалу й процедури технологічного процесу, включаючи каталізатори. Матеріали, раніше зв'язані з біомасою, розчиняються при розпаді під час процесу. Під час процесу хімічного перетворення численні елементи, включаючи хлор, сірку, нітрати і їх солі і метали, зокрема, важкі метали, й мінерали й лужні метали, наприклад, калій або натрій, і їх солі проходять у рідку фазу у певній частині. Одна частина знов зв'язується у тверду фазу. Решта залишається у рідкій фазі. Частки матеріалів, що переходять в рідку фазу, також залежать від різниці концентрації, тобто, концентрації, вже присутній у рідкій фазі. При підвищенні концентрацій відбувається насичення впритул до осадження. При цьому неорганічні матеріали й сполуки, наприклад, сульфати й хлориди, можуть осаджуватися як солі й при цьому справляти негативний вплив на процедуру технологічного процесу і компоненти реактора. Частка органічних вуглецевих сполук у рідкій фазі може перевищувати 50 г на літр. Значення хімічної потреби у кисні (ХПК) технологічної води вже знаходиться у вищій 5-значній області (мг O2/л) і без рециркуляції і, таким чином, значно перевищує введені законодавством гранично допустимі значення. Хімічну потребу у кисні (ХПК) зазвичай слід розуміти як кількість кисню, потрібну для хімічного окислення усього органічного вмісту у визначеній кількості матеріалу. [165] У технологічний цикл повертається частка технологічної води у кількості 10-35 відсотків, також 35-60 відсотків або також 60-85 відсотків у залежності від вологовмісту завантажуваного матеріалу й процедури технологічного процесу, включаючи відношення твердої речовини до рідини. Майже повне повернення технологічної води, тобто, замкнення або обмеження контуру технологічної води, можливе лише в обмежених випадках з метою економії свіжої води і зменшення об'єму стічних вод. Оскільки, на додаток до накопичування органічних сполук вуглецю, відбувається збагачення неорганічних матеріалів, таких, як сульфати, нітрати, кальцій, хлор, фосфор або їх сполуки. Концентрації неорганічних непотрібних речовин прискорюють корозію. Осадження вапна порушують потік у реакторі, а також завдають шкоди компонентам, таким, як помпи, клапани й форсунки. Як результат, вимоги до конструкції реактора стають жорсткішими, і його вартість збільшується. Сульфати можуть випадати в осадок. Тривалість накопичування або насичення залежить від складу матеріалу завантажуваного матеріалу й процедури технологічного процесу. [166] Процес хімічного перетворення зазвичай триває кілька годин. Упродовж цього часу протікають складні хімічні процеси, пов'язані із суттєвими змінами, на які потрібно зважувати для оптимізації процедури технологічного процесу. На протязі перших двох-трьох стадій технологічного процесу з певними інтервалами подаються різні типи біомаси. Залежно від потрібного продукту реакції, наприкінці, наприклад, двох останніх стадій технологічного процесу продукти реакції відводяться. Пропелант або засіб, що темперує, наприклад, газ, вода, зокрема, технологічна вода та (або) технологічний / синтетичний газ, і каталізатори відводяться або подаються впродовж процесу, що триває. Реагенти, зокрема, вторинні продукти, видаляються, що порушує хід хімічної реакції, змішування, а також потік. [167] Для осаджування твердих матеріалів і, зокрема, продуктів реакції у реакційній суміші, можуть використовуватися різні способи. Розділення твердої речовини й рідини служить для відділення рідкої фази, завдяки чому досягається певна концентрація твердих речовин. Для сепарації твердих речовин можуть комбінуватися різні способи просіювання (просіювання через сита з великими отворами, просіювання через сита з дрібними отворами), способи фільтрування та (або) осадження відцентровою силою за допомогою циклона. Для того щоб зменшити об'єм робіт з фільтрування або просіювання упродовж технологічного процесу, один або кілька процесів фільтрування або просіювання проводяться в обсязі попередньої обробки. [168] Із цих двох методів може мати місце принаймні одне фільтрування грубої очистки або одне фільтрування тонкої очистки або сполучення цих двох методів. За допомогою методів 23 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фільтрування, зокрема, методу мікрофільтрації та (або) ультрафільтрації або їх сполучення, з технологічної води можна видалити від третини до двох третин загального вмісту органічних сполук вуглецю. Розділення твердої речовини й рідини переважно здійснюють при робочих умовах і зазвичай представляє собою використання простого паперового фільтра, який, наприклад, використовується в лабораторних умовах. Вибір використовуваних способів залежить, серед іншого, від хімічного складу, розподілу розміру часток, густини, форми часток, твердості й розчинності й включає використання електричних струмів і навантажень, різних густин і відцентрових сил і різних розмірів часток. [169] Динамічна, статична, вакуум-фільтрація, фільтрація під тиском і стерильна фільтрація, серед них, зокрема, поперечнопоточна фільтрація, включаючи наявні методи мікро-, ультра-, нанофільтрації і зворотного осмосу – на цих принципах працюють використовувані пристрої. Переважно використовувати пристрої, основані на методі або принципі дії гідроциклонів, центрифуг, електричних або магнітних сепараторів та (або) методах фільтрації. Переважні методи фільтрації відносяться особливо до тих, які можна використовувати з умовами реакції гідротермальної карбонізації. Для розділення твердої речовини й рідини, зокрема при робочих умовах, переважно використовуватися обертові дискові фільтри або відцентрові мембранні фільтри. Переважний матеріал, який відповідає за утворення пор, складається з металу, зокрема, кераміки. Форма матеріалу, що утворює пори, переважно дископодібна. Залежно від методу фільтрації і введених матеріалів, не завжди є пропорційне відношення розміру пор фільтру і кількості твердої речовини у фільтраті. Це особливо стосується використання керамічних матеріалів для фільтруючих елементів. Водна фаза вводиться у резервуар технологічної води фільтрованою або не фільтрованою. Характеристики твердих речовин, які необхідно відділити, і, таким чином, вибір способу, вибраного для сепарації, залежать від процедури технологічного процесу й характеристик потрібного продукту реакції. Чим далі зайшов процес, і чим вища густина продукту реакції, тим легше здійснювати процес сепарації. Сепарація переважно відбувається близько до робочих умов. Кількість твердої речовини у фільтраті зазвичай знижується пропорційно розміру пор і може значно збільшитися при використанні методу ультрафільтрації і бути від двох третин до чотирьох п'ятих. Один або кілька пристроїв для розділення твердої речовини й рідини вводяться у технологічний процес для усунення піску й інших непотрібних речовин з високою густиною або великою масою, які в ході обробки біомаси стають такими, що піддаються сепарації. Використання принципу сепарації твердих речовин за допомогою відцентрової сили є особливо переважно для очистки технологічної води, яка використовується як струминне середовище-пропелант для захисту помп, змішувачів і форсунок. [170] Технологічна вода відводиться для відновлення кондиції або очистки упродовж технологічного процесу в одному або кількох місцях з верхньої половини, переважно, з верхньої третини, особливо переважно, з верхньої чверті реактора. Технологічна вода з відновленою кондицією або очищена повертається у водяний контур установки для повторного використання. Для кожного окремого реактора або для кількох об'єднаних реакторів можна використовувати принаймні один, переважно, кілька резервуарів технологічної води. Окремим резервуарам технологічної води передують різні стадії очистки. Об'єм окремого або спільного резервуара технологічної води складає приблизно 35-85 відсотків загального об'єму усіх реакторів в сумі. Резервуар технологічної води розрахований на температурне й стискне навантаження реакторів, тому пристрої для зменшення ступеню тиску й теплообміну не обов'язково потрібні. Очистка технологічної води передбачена у водяному контурі описаної установки. Необхідні різні методи обробки або відновлення кондиції залежно від використання технологічної води з відновленою кондицією. Для цього окремо або у сполученні використовуватися різні механічні, хімічні й біологічні методи. Аеробні й анаеробні високоефективні біореактори, мембранні біореактори, анаеробні методи й методи анімації суспензії. Вищезазначені методи й пристрої, вбудовані в контур технологічної води або підключені до нього, значно зменшать вміст органічних сполук у воді контуру, але покажчик повернення технологічної води треба зробити залежним від концентрацій органічних речовин, які розпалися недостатньо, і високих концентрацій лужних металів або мінеральних матеріалів, як, наприклад, кальцій. Таким чином, для того щоб бути в змозі повернути якомога більшу частину технологічної води, необхідно використовувати особливо ефективне сполучення різних методів і пристроїв. [171] Пристрій для механічної очистки стічних вод представляє собою фільтр, переважно, мікрофільтр, особливо переважно, ультрафільтр, і може бути конгруентним із способами розділення твердої речовини й рідини, описаними вище. Пристрій для розділення твердої речовини й рідини, в який фільтр (фільтри) вбудований (вбудовані), переважно представляє 24 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 собою обертовий дисковий фільтр й, особливо, відцентровий мембранний фільтр. Для біологічної очистки технологічної води або стічних вод використовується пристрій, який найскоріше відповідає складним вимогам до очистки або обробки. Наприклад, повинен використовуватися пристрій стальної конструкції, переважно, наприклад, високоефективний біореактор у біомембранному методі, переважно, аеробна обробка технологічної води, особливо, реактор з циркуляцією. Реактор з циркуляцією повинен мати у своїй конструкції ефективну форсунку для змішування твердої і рідкої фаз. Альтернативно або на додаток до аеробного методу, може використовуватися реактор для анаеробної обробки технологічної води або також реверсивний електродіаліз, особливо для регенерації нітратів, перегонка, випарювання та (або) іонообмінні методи й активоване вугілля. [172] Проблема запаху обумовлює вимоги щодо зберігання і транспортування твердої речовини, проектування установки, будівлі й конвеєрної установки. Упродовж часу зберігання інтенсивність запаху зменшується. Будівлі або простори для зберігання й транспортування, зокрема, для палив, повинні проектуватися непроникними для повітря або запаху, щоб повітря із запахом не могло вийти. Доступи в будівлю ущільнюються шлюзами. Встановлюються одна або кілька станцій хімічної та (або) біологічної очистки повітря, так що вплив запаху на працівників, постачальників і місцевих мешканців зменшиться до мінімуму. [173] Охолодження продукту реакції, зокрема, до температури нижче температури кипіння при абсолютному тиску один бар, зазвичай відбувається поза реакційного простору, крім того, у пристрої для релаксації. Теплова енергія, що вивільняється при цьому, може передаватися до інших технологічних процесів за допомогою методів з використанням теплообмінників. [174] Перед цим процесом, упродовж його й після нього відбуваються одна або кілька стадії подрібнення. Для цього переважно використовуються дробарки або способи пресування. [175] Відділення твердої фази від реакційної суміші зазвичай відбувається на першій стадії у механічних сепараторах і на другій стадії у термічних сепараторах. [176] Для зменшення вмісту води під дією сили тяжіння з використанням механічного обертового пристрою або грабельної машини або без них, використовується статичний згущувач, наприклад, стаціонарний згущувач або прохідний згущувач. Регулювання кількості подачі може здійснюватися дозувальним пристроєм. Цей пристрій дозволяє розподіляти згущену суміш, рівномірно дозовану, кільком машинам з відповідно великим об'ємом. Крім того, згущувач може вбудовуватися безпосередньо в сушильний пристрій. Переважна конусна конструкція уможливлює безпосередньо завантаження суміші в сушильний пристрій. Можуть передбачатися й зовнішні установки з відповідним коригуванням параметрів технологічного процесу. Суміш для згущування може альтернативно подаватися під тиском на вигнуту аркою поверхню сита або криволінійну сітку. Результуюча відцентрова сила протискує частину рідини через щілини сита. Згущена суміш об'єднується в кінці проходження сит і подається в сушильний пристрій. Гідроциклон пропонує ще один переважний метод сепарації, в якому тверда речовина й рідина розділяються за допомогою відцентрового прискорення. Згущена суміш нижнім продуктом подається в сушильний пристрій, а очищена або освітлена рідина залишає гідроциклон верхнім продуктом. Безперервна й оптимізована подача в сушильний пристрій може забезпечуватися відрегульованими згущувальними пристроями, що передують, і проміжними дозувальними пристроями. Це особливо важливо при використанні для сушіння зрізувальної центрифуги. Зрізувальні центрифуги мають високу безпечність в експлуатації і придатні для зневоднення й промивки гранульованих твердих речовин. [177] Методи термічного сушіння переважно використовуються для сушіння на додаток до механічного пристрою, який часто доводиться підключати перед сушінням з енергетичних міркувань. Кількості, що подаються до процедури сушіння, мають масу більше одного кілограма. Безперервна робота переважніша за періодичну. Сушильний процес здійснюється за допомогою принаймні однієї або кількох сушарок або за допомогою сполучення різних пристроїв для сепарації та (або) сушіння. Для сушіння, наприклад, продуктів реакції і вторинних продуктів використовується конвекційна сушарка. Товар для сушіння нею вступає у контакт з гарячим сушильним газом. Недоліком цього способу є те, що використаний газ доводиться випускати і зазвичай очищати пиловловлювачами. Після конденсація газ, можливо, повертається до вологи. Як конвекційна сушарка, може використовуватися, наприклад, сушарка з псевдозрідженим шаром. Крім того, залежно від наявного або бажаного розміру часток, можуть використовуватися розпилювальні, форсункові шахтні або прямоточні сушарки. Переважним є безперервний процес, в якому використовуються одна або кілька лоткових, барабанних або тунельних (канальних) сушарок. [178] Якщо використовується контактна сушарка, для теплообміну доступна по суті лише контактна поверхня. Використовується стрічкова, вакуумна стрічкова, гвинтова, циліндрична, 25 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 валкова або стрічкова сушарка і, переважно, вакуумний барабанний фільтр або сушарка. Для того щоб досягти нижчого вологовмісту, альтернативно або на додаток може використовуватися дискова сушарка залежно від пропускної здатності. Сушильний процес може здійснюватися за допомогою гарячого газоподібного середовища, як, наприклад, повітря про температурі +61…+ 95 градусів Цельсія, переважно, +65…+90 градусів Цельсія, переважніше, +70…+85 градусів Цельсія. Альтернативно, у пристроях термічного сушіння використовується, головним чином, перегріта водяна пара й, особливо переважно, водяна пара при температурі +130…+180 градусів Цельсія. [179] Для сепарації або для сушіння може використовуватися комбінований термомеханічний спосіб. Однією з переваг термомеханічного способу у порівнянні до звичайних способів є значно нижча залишкова вологість продукту, завдяки чому досягається краща здатність продукту до транспортування, особливо при дрібних частках або наносистемах. Ще однією перевагою є те, що часткове змивання забруднювань з продукту реакції здійснюється за допомогою конденсації пари. Використання пари як ще одного суттєвого потенціалу зневоднення дає у результаті покращення експлуатаційних характеристик центрифуг, які працюють в режимі фільтрації. Механізм рівномірного механічного зміщення фронту конденсації взаємодіє із силою маси і практично призводить до повного виснаження грубої капілярної системи. До способів, в яких використовується цей механізм, відноситься, наприклад, фільтрація під тиском пари. У ньому замість стисненого повітря використовується насичена або перегріта пара для видалення за допомогою різниці тиску газу. Особливо переважно використовується відцентрове зневоднення з накладеним тиском пари. У просторі способу в процесі з комбінованими тиском пари й відцентровим зневодненням дрібнодисперсна тверда речовина продукту реакції передається із суспензії в сухий, чистий, сипучий кінцевий продукт відповідно до винаходу. [180] Залишковий вологовміст продуктів реакції відповідно до винаходу переважно складає приблизно 6-25 відсотків, також 10-20 відсотків або також 12-15 відсотків. [181] Після реакції перетворення реакційна суміш присутня як суспензія. Серед інших, у залежності від завантажуваного матеріалу одержуються наступні продукти реакції, проміжні, вторинні та (або) кінцеві продукти: [182] Палива від палив, схожих до торфу, лігніту, до палив, схожих до кам'яного вугілля, гумус, продукти реакції Майяра або подібної до неї, матеріали, що містять вуглець, такі, як ізоляційні матеріали, наногубки, пелети, волокна, дроти, активоване або сорбційне вугілля, замінник деревного вугілля, високоущільнені вуглецеві вироби й матеріали й, зокрема, ще й завантажувані матеріали для графітових виробів і виробів, що містить графіт, або схожих виробів і вуглецевих волокон й завантажувані матеріали для композитних і волокнистих композитних матеріалів. [183] До продуктів відповідно до винаходу належать матеріали, схожі до чистого, найчистішого й зверхчистого вугілля. Вони мають переважні характеристики, які можна здебільшого приписати зменшенню мінеральних матеріалів у порівнянні до завантажуваного матеріалу. Під чистим вугіллям слід, головним чином, розуміти горючу частку вугілля, а найчистішим вугіллям слід також розуміти активоване або деревне вугілля. Вміст мінералів у зверхчистому вугіллі складає, наприклад, менше 0,1 масового відсотку. [184] Фіг. 1 ілюструє пристрій 1 з реактором 2. Реактор 2 містить циліндричне основне тіло 3, яке включає реакційний простір. Реакційний простір 4 служить для прийому суміші твердої речовини й рідини, наприклад, біомаси. Реактор 2 містить заливну горловину 5 для суміші твердої речовини й рідини і відвідний патрубок 6, з якого проміжні, вторинні або кінцеві продукти можна відводити з реакційного простору 4. Крім того, реактор містить пристрій для змішування суміші твердої речовини й рідини. У показаному варіанті здійснення цей пристрій представляє собою мішалку 7, за допомогою якої суміш твердої речовини й рідини може змішуватися під час технологічної обробки та (або) переробки. Крім того, реактор 2 містить циліндричну направляючу або вставну трубу 8, яка направляє або керує потоком суміші твердої речовини й рідини у реакційному просторі 4. Реактор 2 на додаток містить немеханічний змішувальний пристрій у вигляді ежекторної вакуум-помпи або струминного змішувача 9. Крім того, реактор 2 оснащений фільтруючим пристроєм, за допомогою якого тверді компоненти затримуються у реакційному просторі 4. Через фільтруючий пристрій 10 і по лінії 11 технологічна вода може витягатися з реакційного простору 4 й направлятися в резервуар 12. Технологічна вода може або подаватися в ежекторну вакуум-помпу або струминний змішувач 9 і при цьому у суміш твердої речовини й рідини у реакційному просторі 4 по лінії 13, або може подавати як чиста вода у ще один резервуар 15 через фільтр тонкої очистки 14. З цього це одного резервуара 15 чиста або очищена вода може або повертатися в реактор 2 по лінії 16 або відводитися як стічна 26 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вода по лінії 17. [185] Фіг. 2 ілюструє частину зони стінки реактора 2, показаного на фіг. 1. Стінка реактора 20 виконана подвійною: стінка реактора 20 складається із зовнішнього шару 21 і внутрішнього шару 22. Внутрішній шар 22 має мембранну частину 23 на краю реакційного простору 4, яка може представляти собою, наприклад, перфорований металевий лист або мембранний металевий лист, але ще й теплообмінну пластину. Мембранна частина 23 може або встановлюватися у реакторі або монтуватися на внутрішній стінці 22, наприклад, приварюватися. Зовнішній шар 21 і внутрішній шар 22 відстоять на певну відстань, тому між двома цими шарами стінки присутня порожнина 24. У порожнині 24 може бути термічна олія, така, яка використовується, наприклад, для передачі теплової енергії в теплообмінних установках. Термічна олія нагрівається і вводиться у порожнину 24 для нагрівання внутрішнього простору реактора. Це відбувається у замкненому контурі. Перевагою термічної олії у порівнянні до води є значно вища точка кипіння, завдяки чому можна досягти температури до +300 °C. Між мембранною частиною 23 і внутрішнім шаром 22 є ще одна порожнина 25. Ця ще одна порожнина 25 служить для прийому чистої води й може, наприклад, використовуватися ще й як система темперування. Якщо мембранна частина 23 представляє собою металевий лист або перфоровану теплообмінну пластину, тиск у порожнині 25 має бути принаймні трохи вищим за тиск у реакційному просторі 4, щоб жоден компонент реакційної суміші не зміг досягти порожнини 25. Через екстремальні умови реакції у реакційному просторі внутрішній шар 22, але, головним чином, мембранна частина 23 виготовлені з корозієстійкого матеріалу або принаймні покриті таким матеріалом. [186] Фіг. 3 ілюструє примірний схематичний варіант здійснення установки. [187] Згоряння палив або продуктів реакції, одержаних у пристрої, може, у залежності від типу палив, відбуватися, наприклад, у пелетних печах, пелетних судинах або доданих камерах згоряння, переважно, з автоматичною подачею палива. [188] Агрегат для виробництва енергії може, наприклад, містити спалювальну установку. Форма і розмір диска для спалювання у пелетних печах регулюються відповідно до вмісту золи. Оскільки при використанні пропонованого пристрою вміст золи нижче, достатні менші діаметри дисків для спалювання. Для того щоб запобігти спіканню на диску для спалювання, спалювальна установка або пелетна піч відповідно до винаходу оснащена пристроєм для автоматичного видалення золи з диска для спалювання. [189] Під час виробництва енергії з пилоподібних палив пропонована установка для спалювання пилу представляє собою вугільну електростанцію принаймні з однією паровою турбіною або надкритичну вугільну електростанцію. Для того щоб досягти високого коефіцієнту корисної дії, процес згоряння відбувається при якомога вищих температурах – вище +600 градусів Цельсія, або вище +650 градусів Цельсія, і ще в одному прикладі варіанту здійснення вище +700 градусів Цельсія. Подальше підвищення коефіцієнту корисної дії у високотемпературній зоні може досягатися, наприклад, при використанні сучасних технологій електростанцій таким чином, що комбінований процес з використанням газової і парової турбін з якомога вищим коефіцієнтом корисної дії може бути реалізованим для виробництва електричного струму з коефіцієнтом корисної дії вище 43 відсотків, або вище 46 відсотків, або ще в одному прикладі варіанту здійснення 49-55 відсотків. [190] Для згоряння палива, виробленого пропонованим способом, є придатним комбінований цикл виробництва електроенергії з попередньо газифікованого вугілля з вбудованою газифікацією вугілля, але також й способи згоряння з псевдозрідженим шаром, особливо комбінований процес з комбінованим циклом згоряння з циркулюючим псевдозрідженим шаром під тиском й особливо комбіновані електростанції з енергією комбінованого циклу зі спалюванням вугілля, такого, як згоряння вугільного пилу під тиском. [191] Процес згоряння повинен мати вхідну температуру димових газів > 1 000 градусів Цельсія, переважно > 1 200 градусів Цельсія, й особливо переважно > 1 400 градусів Цельсія. Очистка димових газів при високій температурі передбачена таким чином, що вміст твердих часток і вміст корозійних матеріалів, зокрема, сполук натрію і калію, а також корозійних димових газів, знижений у такій мірі, що димові гази можна відразу подавати в газову турбіну, використовуючи низькотемпературні плазменні характеристики димових газів. [192] Вміст твердих часток < 3мг/м3 з діаметром < 3 мікрометрів, вміст луг V0,01 мг/м3 можуть бути реалізованими при використанні сепаратора рідкого шлаку, що міститься у димових газах пропонованої установки. [193] Ще один шлях для виробництва електричного струму або енергії з пилоподібних палив – це використання вуглецевого паливного елемента. Вуглецевий паливний елемент має дві виразні переваги у порівнянні до водневого паливного елемента: з одного боку, розмір вуглецю 27 UA 106581 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 60 у стані заправки вдвічі більший, ніж розмір молекули водню. Об'єми газу до реакції і після неї у випадку вуглецевого паливного елемента однакові, а у випадку водневого паливного елемента різні. Це означає, що ентропія у першому випадку майже не змінюється, відтак, усю теплоту згоряння можна повністю перетворити на електричну енергію. Коефіцієнт використання вуглецевого паливного елемента теоретично вищий майже на 60 відсотків коефіцієнта використання водневого паливного елемента. Існує проблема, пов'язана з досягненням необхідної щільності часток для вуглецю. Установка відповідно до винаходу пропонує можливість виробництва подібного до вугілля палива з розміром часток у нанометричному діапазоні для вуглецевого паливного елемента. [194] Синергії з іншими способами виробництва енергії можна створити шляхом спільного використання пристроїв для виробництва енергії, зокрема турбін, таких, як парових, газових або вітрових турбін, таких, які використовуються, наприклад, у вітряках. Система вітрової енергії, що може відвантажуватися (Dispatchable Wind Power System (DWPS)), відноситься до відновлюваних видів енергії, в яких можливе спільне використання турбін, зокрема, парових або газових турбін. При цьому тиск стисненого повітря скидається у змішувальній камері. Це стиснене повітря потім додатково вводиться в турбіну, яка вже функціонує. При введенні стисненого повітря у турбіну, яка вже функціонує, коефіцієнт корисної дії підвищується більш ніж на 20-200 відсотків, або на 40-170 відсотків, й у ще одному прикладі варіанту здійснення на 60-150 відсотків. [195] Принаймні одна частина енергії, яка виробляється у пропонованому пристрої з використанням вироблених палив, зокрема, у вигляді теплової та (або) електричної енергії, може використовуватися одним з наступних пристроїв: [196] мережа централізованого і локального опалення [197] процеси переробки й обробки завантажуваного матеріалу, води, включаючи технологічну воду, продукти реакції, проміжні, вторинні та (або) кінцеві продукти, зокрема, палива, матеріали, що містять вуглець, гумус та (або) продукти реакції Майяра або подібної до неї біомаси, включаючи подрібнення, сушіння, зневоднення, кондиціювання, очистку та (або) сушіння, процеси видалення металів і непотрібних речовин, зокрема, металевих матеріалів, наприклад, за допомогою циклонних сепараторів, інкубатори, системи перемішування або змішування, помпи, опалення, подача водяної пари, процеси, пов'язані з теплообмінниками, процеси ущільнення, транспортування й передавання, технологічна вода, кондиціювання або очистка води й стічних вод й очистка або обробка повітря, процеси розділення твердої речовини й рідини, охолодження й кондиціювання для подальшої обробки і регенерації енергії; [198] промислові підприємства з виробництва, переробки й обробки металів, зокрема, алюмінію, феросиліцію, харчових продуктів, зокрема, з переробки молока, з виробництва пива, підприємства у сфері садівництва з теплицями і без них, і переробка м'яса; [199] підприємства з виробництва й переробки туку й тукових засобів, заводи з утилізації автомобільних шин; [200] підприємства й промислові установки хімічної промисловості, зокрема, з виробництва й переробки продукції з компонентів повітря й інших матеріалів у газоподібному й рідкому вигляді, включаючи кисень, азот й аргон; [201] водоочисні й опріснювальні установки, зокрема, які використовують зворотний осмос; або [202] маслоробки, нафтоперегінні заводи, заводи з виробництва етанолу. [203] Для обміну теплом й енергією і для використання потенціалів синергії, використання палив та (або) продуктів реакції, вироблених пропонованою установкою, остання може експлуатуватися разом з іншими електростанціями і процесами виробництва енергії. Для цього особливо придатні наступні: [204] –Вугільні електростанції, серед яких комбінований цикл виробництва електроенергії з попередньо газифікованого вугілля, але також й способи згоряння з псевдозрідженим шаром, особливо комбінований процес з комбінованим циклом згоряння з циркулюючим псевдозрідженим шаром під тиском й особливо комбіновані електростанції з енергією комбінованого циклу зі спалюванням вугілля, такого, як згоряння вугільного пилу під тиском. [205] – газові електростанції; [206] – паливні елементи з різними паливами, включаючи метанол, вугілля й газ; [207] – електростанції на біомасі; або [208] – електростанції на сонячній енергії. [209] Фіг. 3 ілюструє установку для виробництва енергії з пристроєм 1 для обробки біомаси й агрегатом 2 для виробництва енергії. Пристрій 1 містить два реактори 3, 4, підключених послідовно, кожен з яких має циліндричне основне тіло, яке включає реакційний простір 5 і 28