3.1.5 Окислительная газификация

Газификация биомассы кислородом дает газ средней энергоемкости, содержащий в основном оксид углерода и водород. Аналогичная реакция происходит на воздухе, но образующиеся газы разбавляются азотом, снижающим теплотворную способность. Химические процесс газификации представляет собой сочетание химического процесса сжигания с некоторыми реакциями пиролиза, описанными в предыдущем разделе. Уголь, полученный в результате пиролиза, реагирует с паром или диоксидом углерода с образованием синтез газа:

С+Н₂О СО+Н₂;

С+СО₂ 2СО

Пиролитеческие масла претерпевают аналогичные реакции. При температуре выше 1000оС единственно стабильными молекулами топливного газа являются молекулы СО и Н2. При более низких температурах стабильны молекулы этилена, метана и другие молекулы с небольшим весом.

Газификаторы классифицируют следующим образом: газификаторы восходящего тока, нисходящего тока, кипящего слоя и взвешенного потока. Схематические диаграммы газификаторов восходящего и нисходящего токов показаны на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Газификация способом нисходящего и восходящего токов

Последний тип широко использовался в период второй мировой войны на транспортных средствах, трейлерах и небольших силовых установках. Недавно газификаторы, работающие на угле, использовались на Филиппинах для различных форм транспорта. Такие газификаторы нуждаются в постоянном уходе и внимательном отношении при запуске, регулировании и техническом обслуживании. Воздушные газификаторы нуждаются в постоянном уходе и внимательном отношении при запуске, регулировании и техническом обслуживании. Воздушные газификаторы представляются как первые биотопливные системы будущего для замены существующих бойлеров и для обеспечения процессов необходимой теплотой с использованием отходов отраслей промышленности, перерабатывающих биомассу, например продовольствие и бумагу. Состав типичных газов, полученных с использованием кислородного газификатора, дает возможность химического их превращения, например в метанол и аммиак.

3.1.6 Сжижение/восстановление

Были разработаны предложения по превращению биомассы в жидкость, напоминающую тяжелую топливную нефть, путем реакции ее с восстановительными газами (оксид углерода и водород) в присутствии катализатора. Обычно необходимо давление 250 бар и температура 600-700оС. Процессы сжижения обычно предполагают подготовку восстановительных газов путем пиролиза или окислительной газификации большего количества биомассы. В редких случаях можно получить дешевый водород из других источников, например при электролизе воды на гидроэлектрических установках

По данным Питтсбургского энергетического центра, типичный процесс сжижения древесины выражается следующей реакцией:

0,61(С₆Н_9,13О_4,33)+0,23СО+0,08Н₂ Н₂О+0,64СО₂+0,53(С₆Н_6,93О_1,22)

Биомасса Сжиженная нефть

Древесину высушивают до влажности 4%, размалывают в муку и смешивают с частью продуцированной нефти. В качестве катализатора добавляют карбонат натрия в количестве 5% по массе. Смесь древесины, нефти, пара и катализатора подвергают первоначальному давлению 29 бар и нагревают до 300оС в течении часа для обеспечения 99%-ного превращения древесины и выхода нефти 56%. Схематически процесс показан на рисунке 3.5,

Рисунок 3.5 - Сжижение древесины

а состав сжиженной нефти дан в таблице 3.2. Нефть рекомендована для использования в качестве бойлерного топлива.

Таблица 2. Состав и свойства сжиженной нефти