2020-05-25
150
Методы и устройства переработки биомассы [1], [2, С. 109–116], [2, С. 26–93]
Гидрогенизация состоит в нагревании исходного сырья под давлением в замкнутой среде в присутствии оксида углерода, водяного пара и катализатора. Измельченные сырьевые отходы и щелочной катализатор (например, углекислый натрий Na2CO3) реагируют с оксидом углерода и водяным паром при высокой температуре (300 °С) и большом давлении (20 МПа). При этом около 85…90 % органических веществ, содержащихся в отходах, могут быть превращены в битум, водорастворимые фракции и газ. В результате полного преобразования отходов выход жидкого топлива составляет 57 % (среднее содержание углерода в жидком топливе – 78 %). Часть углерода превращается в газообразные продукты, главным образом в углекислый газ. Значение теплоты сгорания получаемой искусственной нефти может достигать 34 МДж/кг.
Пиролиз – процесс химического превращения одних органических соединений в другие (разложения) при высокой температуре в отсутствие окислителя. Пиролиз применяется для производства метанола (спирта), древесного угля, а также уксусной кислоты, скипидара и ряда других продуктов. В качестве исходного энергетического материала в процессе пиролиза могут использоваться: органическое топливо (уголь, сланцы, торф и т.д.), биобрикеты и др.
|
|
|
При нагреве углеводы теряют воду и углекислый газ. В процессе пиролиза одновременно протекают три реакции:
– конверсия водяного газа (газовая смесь, состав которой (в среднем, об. %) CO — 44, N2 — 6, CO2 — 5, H2 — 45)
 ;
| (7.2) |
– реакция между водяным паром и углеродом
 ;
| (7.3) |
– реакция между водяным паром и углеводородом
 .
| (7.4) |
Виды получаемых продуктов зависят от условий работы реактора: температуры и скорости ее повышения, состава исходного сырья и др. При медленном нагреве примерно в равных пропорциях получаются газ, жидкость и уголь. При увеличении температуры и продолжительности времени нагрева повышается выход газа, а при снижении температуры и меньшем времени нагрева больше производится жидкости и угля.
Жидкая органическая фракция является потенциальным источником получения синтетической нефти. При дальнейшей переработке из нее может быть выделена водорастворимая летучая фракция, содержащая около 10 % органических веществ. Оставшаяся часть органической жидкой фракции представляет собой нелетучее, не растворимое в воде вещество – смолистую массу черного цвета (деготь). Другой основной продукт – высокозольный древесный уголь с теплотой сгорания более 23 МДж/кг.
Получаемые в результате пиролиза газы, жидкости и древесный уголь разделяются и направляются соответствующим потребителям.
|
|
|
Газификация – процесс частичного окисления при высокой температуре (сжигания) биомассы или твердого угольного топлива для получения газового топлива, состоящего в основном из оксида углерода и водорода. При газификации отходов биомассы получается до 70…80 % горючего газа, в то время, как при газификации угля – только 20…40 %.
Газификация осуществляется в специальном устройстве – газогенераторе. Процесс газификации включает следующие последовательные стадии: сушка, коксование, и собственно газификация топлива. В зоне сушки за счет теплоты генераторного газа, покидающего газогенератор, из топлива, поступающего в газогенератор, выпаривается начальная влага. В зоне коксования при температуре до 800 °С от топлива отделяются легкие газообразные фракции, самой важной из которых является метан. Закоксовавшееся топливо реагирует с кислородом, содержащимся в воздухе (либо с чистым кислородом), образуя диоксид углерода и водяной пар
 ;
| (7.5) |
 .
| (7.6) |
В зоне газификации при температуре, превышающей 900 °С углекислый газ и водяной пар продолжают реагировать с углеродом, образуя оксид углерода и водород, которые являются активно горящими газами
 ;
| (7.7) |
 .
| (7.8) |
Агрохимический метод переработки биомассы – экстракция топлив – процесс получения жидких топлив прямо из биомассы растений или животных. Экстракция – способ разделения твердых или жидких смесей, основанный на обработке их различными растворителями (экстрагентами), в которых компоненты смеси растворяются неодинаково. При этом получаемые таким образом продукты (масла, скипидар, канифоль и т.д.) по своим химическим свойствам могут быть значительно более ценными, чем топливо.
Производство спиртов из биомассы [2, С. 116–119]
