Совершенствование техники и технологии процесса газификации высоковлажных отходов. Монография

При получении   вместо пара вместе с воздухом можно также подавать углекислый газ. Иногда вместо воздуха в газификатор вместе с паром вдувают технический кислород.

Основные химические превращения древесины в горючие газы остаются одинаковыми и представлены следующим образом [42, 51].

В последнее время возрос интерес к исследованию каталитической газификации биомассы. Обнаружено, что щелочные катализаторы (карбонаты натрия, калия и др.) значительно повышают выход синтез-газа при газификации биомассы водяным паром в интервале температур 550-750°С. Карбонаты натрия и калия являются также эффективными катализаторами газификации древесных углей диоксидом углерода. Соли переходных металлов, хотя и проявляют высокую активность на начальной стадии реакции, в ходе процесса дезактивируются.

Используются различные приемы осуществления процессов каталитической газификации биомассы. Газификация механических смесей растительной биомассы и катализатора отличается технической простотой, но менее эффективна по сравнению с другими приемами каталитической газификации вследствие ограниченной поверхности контакта гетерогенного катализатора с твердым сырьем. Исключение составляют механические смеси на основе катализаторов, способных плавиться или возгоняться при температуре процесса. Развитая поверхность контакта достигается путем формирования в пористой структуре биомассы высокодисперсных частиц катализатора. В частности, для введения катализаторов в состав древесного угля применяли пиролиз древесины тополя с введенными ионным обменом катионами K, Ca, Mg, Co, Ni. В газификации древесного угля СО2 при температуре 800°С катализаторы располагались по активности в ряду Co > Ca > Ni > Мg-K-Na > Cu. Наиболее высокую активность проявлял кобальтовый катализатор,

Представляются перспективными процессы окислительной газификации измельченной растительной биомассы в псевдоожиженном слое катализатора окисления. На этой основе возможно создание комбинированных процессов переработки биомассы с одновременным получением топливного газа или синтез­газа, а также пористых углеродных материалов. Также необходимы новые методы утилизации древесных отходов и безотходной переработки древесного сырья.

С экономической точки зрения целесообразно производить жидкие и газообразные топлива из растительных отходов взамен нефтяного сырья, а также метанол путем газификации биомассы, особенно для стран, обладающих большими ресурсами растительной биомассы.

Несмотря на то что идея газогенератора была выдвинута в конце 30-х гг. 19 в. в Германии (K. G. Bischof в 1839 г. и J. Ebelmen в 1840 г.), промышленное применение газогенераторов началось после того, как Siemens (1861) предложил регенеративный принцип отопления заводских печей, позволивший эффективно применять генераторный газ. Изобретателями первого промышленного газогенератора были братья Siemens. Их конструкция газогенератора получила повсеместное распространение и просуществовала в течение 40 - 50 лет. Только в начале 20 в. появились более совершенные конструкции [1].

Первая схема применялась на крупных лесопромышленных предприятиях, имеющих собственную энергетическую базу в виде электростанции мощностью 1500 кВт или сравнительно большой теплоснабжающей котельной. Преимущество ее состояло в большом энергетическом потенциале и возможности попутного снабжения населения бытовым газом. Для работы по такой схеме создавалось специальное крупногабаритное оборудование. Основной характеризующий признак – сравнительно большая единичная электрическая и тепловая мощность. Наиболее рациональное применение данного оборудования – переработка конденсированных бытовых, промышленных и сельскохозяйственных отходов с получением некоторого количества тепловой и/или электрической энергии (как правило, путём подмешивания к природному газу или иному топливу и в первую очередь для собственных нужд организаций, эксплуатирующих оборудование ГКТ).

Вторая схема при определенных условиях была эффективна для небольших лесопромышленных предприятий, основной целью которых было производство химических продуктов, а генераторный газ (при соответствующей очистке) мог использоваться также в качестве топлива.

Сегодня на формирование конъюнктуры национального рынка оборудования для термохимической конверсии биомассы оказывают влияние три основных фактора:

Отечественные и зарубежные установки, относящиеся к одному поколению, имеют практически одинаковые показатели тепловой экономичности. Однако стоимость и обслуживание зарубежных установок выше, чем отечественных. Поэтому более выгодным представляется использование установок отечественного производства.

В области газогенерации Россия имеет определенные реальные успехи в создании современного оборудования для газификации твердой биомассы (древесины, лузги, ТБО). В настоящее время существуют различные модификации промышленных процессов газификации. Конструктивные особенности аппаратов для осуществления данных процессов газификации обусловлены разными подходами к подготовке сырья и его ввода в газификатор и условиями проведения процесса.

В газогенераторах с обращенным процессом носитель кислорода и образующийся газ движутся сверху вниз. Для обеспечения обращенного потока средняя часть таких газогенераторов снабжается фурмами, через которые вводится дутьё. Так как отвод образовавшихся газов осуществляется в нижней части газогенератора, то зона горения (окислительная) находится сразу же под фурмами, далее следует зона восстановления, над зоной горения располагается зона пирогенетического разложения топлива, происходящего за счёт тепла раскалённого горящего топлива. Сушка самого верхнего слоя топлива в газогенераторах происходит за счёт передачи тепла от зоны пиролиза.

Существуют следующие основные технологии сжигания биомассы: сжигание топлива в неподвижном слое; сжигание топлива в псевдоожиженном (кипящем и циркулирующем) слое; факельное сжигание.

Если проанализировать конструктивные особенности и принцип действия современных промышленных газогенераторов, можно выделить четыре основополагающих инженерных решения.

Для выработки тепловой энергии можно применять все виды газогенераторов, однако в настоящее время предпочтение следует отдать газогенераторам Пинча, которые преобразуют в газ мелкозернистое топливо с размером частиц до 70 мм и влажностью ниже 40%. Такой тип газогенератора является базовым для установок фирмы HERBST (Ирландия), АО «Импет» (Беларусь), усовершенствованных газогенераторов ИПИПРЭ НАНБ серии УГВ-Т, предназначенных для отопления помещений, газогенераторных установок для воздушного отопления помещений ассоциации

В связи с единичным выпуском себестоимость твёрдотопливных электростанций пока значительно превышает себестоимость аналогичных энергогенерирующих комплексов,