83
получения максимального выхода горючих газов, принято называть
газогенераторами. КПД пиролизных определяется как отношение теплоты
сгорания получаемого топлива к теплоте сгорания используемой биомассы.
Величина КПД может достигать 80 – 90 %. Например, газогенератор на
древесине может перерабатывать в горючие газы (преимущественно Н
2
и СО) до
80 % исходной энергии. Т.е. процесс пиролиза по
своей эффективности
сопоставим с процессом сжигания органического топлива в паровых и
водогрейных котлах. Подобные устройства потенциально пригодны для
мелкомасштабной электроэнергетики (менее 150 кВт). В некоторых странах
широко используются процессы перегонки угля для получения синтетических
газов, смол, масел кокса и даже моторного топлива.
Чтобы процесс пиролиза шел успешно, необходимо соблюдать
определенные условия. Используемую биомассу предварительно сортируют для
удаления негорючих примесей, частично подсушивают (следует
избегать
избыточного высушивания) и измельчают. Важнейшим параметром, влияющим
на температуру и на состав получаемого продукта, является соотношение воздух –
биомасса. Проще всего управлять процессом пиролиза, протекающим при
температуре ниже 600 °С. При более высоких температурах (от 600 до 1000 °С)
управлять процессом сложнее, но количество водорода (наиболее ценного
компонента) в вырабатываемом продукте увеличивается. При температуре ниже
600 °С можно выделить четыре стадии перегонки:
100 – 120 °С – подаваемая в газогенератор биомасса освобождается от влаги
(подсушивается);
125 – 275 °С – из биомассы
выделяются газовая смесь, состоящая в
основном из N
2
, CO и C0
2
, извлекаются уксусная кислота и метанол;
280 – 350 °С – начинаются экзотермические реакции, в процессе которых
выделяется сложная смесь летучих веществ (кетоны, альдегиды, фенолы,
эфиры);
свыше 350 °С – выделяются все типы летучих веществ происходит
образование СО и Н
2
, часть углерода сохраняется в форме древесного угля,
смешанного с зольными остатками.
Горючие газы, получаемые в результате пиролиза, обладает меньшей по
сравнению с исходной биомассой
суммарной теплотой сгорания, но являются
более удобными для практического применения. Некоторые продукты
газификации характеризуются значительно более высокой плотностью энергии,
например, СН
4
имеет весьма высокую теплоту сгорания – 55 МДж/кг. Их
применение в теплоэнергетических установках упрощает организацию процесса
горения при одновременном уменьшении загрязнения окружающей среды. Они
более удобны при транспортировке, а также отличаются более широким спектром
возможных потребителей. Максимальная массовая доля горючих газов,
получаемая в газогенераторах, составляет примерно 80 %. Смесь выделяющихся
при пиролизе в присутствии азота известна как генераторный газ. Теплота
сгорания генераторного газа в смеси с воздухом составляет 5 – 10 МДж/кг. Он в
основном состоит из N
2
, H
2
и СО с незначительными добавками СН
4
и СО
2
. Его
можно накапливать в газгольдерах при давлении, близком к атмосферному. Этот
84
газ можно непосредственно использовать в качестве моторного топлива в
карбюраторных двигателях с искровым зажиганием,
при условии исключения
попадания в цилиндры золы и конденсирующихся продуктов пиролиза. Более
чистый и однородный генераторный газ может быть получен при газификации
увлажненного древесного угля. Это связано с тем, что большая часть смол при
переработке древесины на древесный уголь уже удалена
Современные установки для получения древесного угля, работающие при
температуре 600 °С, преобразуют в конечный продукт от 25 до 35 % сухой
биомассы. Древесный уголь на 75 – 85 % состоит из углерода (специальный
химически чистый древесный уголь даже больше), обладает теплотой сгорания
около 30 МДж/кг. Древесный уголь используется в
качестве топлива с
контролируемой чистотой. Химически чистый древесный уголь используется как
в лабораторной практике, так и в промышленных процессах. Он превосходит
обычный угольный кокс при выплавке высококачественных сталей.
Получаемые при пиролизе древесины жидкости (конденсированные
испарения) делятся на вязкие фенольные смолы и текучие жидкости,
пиролигенные кислоты (в основном уксусную кислоту), метанол (массовая доля
не более 2 %) и ацетон. Жидкости могут быть отсепарированы, либо могут
использоваться вместе в качестве необработанного топлива с теплотой сгорания
около 22 МДж/кг. Максимальный выход составляет примерно 400 л горючих
жидкостей на 1 т сухой биомассы.
В качестве других термохимических процессов переработки биомассы
можно отметить процессы гидрогенизации. При гидрогенизации измельченную,
разложившуюся
или переваренную биомассу, например навоз, нагревают в
атмосфере водорода при давлении около 5 МПа, до температуры 600 °С. При
этом образуются горючие газы, преимущественно метан и этан, при сжигании
которых выделяется около 6 МДж на 1 кг сухого исходного сырья. Возможна
также гидрогенизация с применением СО и пара. Протекает она аналогично
предыдущему процессу, но нагревание производится в атмосфере СО и водяного
пара при том же давлении, до температуры 400 °С. Из
продуктов реакции
извлекается синтетическая нефть, которую можно использовать как топливо.
Биохимические реакции идут в присутствии катализатора. Эффективность
преобразования энергии в этом процессе составляет примерно 65 %.
Do'stlaringiz bilan baham: 
