Учебно-методическое пособие Ростов-на-Дону 2019

5.4. Пиролиз (сухая перегонка) биомассы 
Эта технология подразумеваются любые процессы, при которых 
органическое сырье подвергается нагреву или частичному сжиганию для 
получения производных топлив или химических соединений. Исходным сырьем 
могут служить: древесина, отходы биомассы, городской мусор и, , уголь. 
Продуктами пиролиза являются газы, жидкий конденсат в виде смол и масел, 
твердые остатки в виде древесного угля и золы. Примером является традиционная 
технология получения древесного угля в результате пиролиз без сбора паров и 
газов. Другим вариантом пиролиза является газификация – это пиролиз, 
предназначенный для максимального получения производного газообразного 
топлива. Получаемое газообразное топливо более удобно в эксплуатации (проще 
транспортировать, меньше загрязняет окружающую среду), чем исходная 
биомасса. Установки для частичного сжигания биомассы, проектируемые в целях 

---

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 %.