Промышленные схемы организации производства биогазового топлива
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
е отходы с влажностью не менее 75%, хотя в России имеются разработки научных основ биоконверсии биомассы с влажностью менее 75% - твердофазная метангенерация осадков сточных вод и твердых бытовых отходов. Биотехнологическая конверсия биомассы в топливо и энергию развивается по двум направлениям:
ферментация с получением этанола, низших жирных кислот, углеводородов;
получение биогаза.
Получение биогаза связано, прежде всего, с переработкой и утилизацией отходов животноводства, птицеводства, растениеводства, пищевой, спиртовой промышленности, коммунально-бытовых стоков и осадков. Проблемами разработки биогазовых технологий, созданием установок, оборудования и станций занимаются достаточно много как частных, так и государственных организаций и компаний России, да и Украина имеет достаточно серьезные наработки и практические внедрения.
5Методы газификации
В зависимости от характера контакта частиц биомассы с газовой фазой методы газификации могут быть классифицированы на систему с неподвижным слоем (одна или несколько ступеней), систему с псевдоожиженным слоем и прочие системы (например, система с проталкиванием сырья или с жидким теплоносителем).
Типы газификаторов, разработанные министерством энергии. Ряд новых газификаторов для переработки твердых отходов и остатков рассматривается в работе []. Удобное диаграммное представление различных видов материалов, пригодных для саморазвивающегося термического процесса, было предложено автором работы []. Согласно данным этой работы, при содержании золы 1-2% и влаги более 70%, например в древесине без предварительной обработки, термическая переработка древесины без введения дополнительного топлива практически неосуществима. Кроме того, не рекомендуется проводить термическую переработку водорослей с содержанием 82% воды или торфа с содержанием 90% воды без их предварительной подготовки. Снижение влажности до приемлемых пределов может быть достигнуто механическим обезвоживанием или сушкой в полевых условиях. Согласно экспериментальным данным, расход тепла при термической переработке обычного горючего сырья находится в пределах, близких к 21000 кДж/кг.
В системе газификации с неподвижным слоем при противоточном или прямоточном движении газа или твердых материалов в газификаторе образуются различные температурные зоны, способствующие превращению связанного углерода в газ. В противоточных системах газификации нисходящий слой проходит через зоны сушки/удаления летучих компонент при высокой (низкой) температуре; зону разложения паром и реакций, снижающих содержание углерода; зону высокотемпературно-я углерода
Возможны комбинированные системы с неподвижным слоем сырья с использованием поворотных печей для твердых материалов (Арканзасский университет) и с движущимся, периодически перемешиваемым слоем (фирма Garrett Energy Research and Engineering).
Выбор наиболее подходящего метода газификации часто определяется типом и условиями подвода сырья, требованиями к содержанию влаги и зольных элементов (например, высокое или низкое содержание кремния, высокое или низкое содержание щелочных металлов).
Зола и непревращенный углерод выводятся с образующимся потоком газов. В одноступенчатых газификаторах первого поколения потери углерода зависят от температуры в нижней части газификатора, которая ограничивается эксплуатационными требованиями и должна быть ниже температуры размягчения золы, чтобы свести к минимуму возможность образования клинкера. В многоступенчатых газификаторах потери углерода могут быть снижены в результате правильного ведения процесса в оптимальном температурном интервале с агломерацией золы.
В промышленности для газификации угля применяются системы проталкивающего типа (процесс Koppers-Totzek). Общим требованием для таких систем с малым временем контакта частиц биомассы с газовой фазой является увеличение скорости реакции измельченного угля. Однако в случае переработки биомассы измельчение может оказаться непрактичным или нежелательным, поскольку биомасса содержит много влаги, а многие виды ее обладают мягкой и волокнистой структурой
В проточной системе (при непрерывном или квазинепрерывном процессе) субстрат загружают в реактор непрерывно или через, короткие отрезки времени (например, ежесуточно), удаляя соответствующий объем шлама. Всегда постоянный объем субстрата рассчитывается в соответствии с заданным гидравлическими расчетами временем пребывания массы в реакторе. Если обеспечивается постоянство условий производства, а именно подачи массы, концентрации сухого вещества и загрузки рабочего пространства, т. е. концентрация способного к брожению органического вещества при загрузке, оптимальная температура брожения и равномерное перемешивание массы, то этот вид производства позволяет получить максимальный выход газа при непрерывном процессе газообразования.
Система с попеременным использованием реакторов характеризуется прерывистым процессом, протекающим не менее чем в двух одинаковых по размерам и форме реакторах. В случае (например) ежесуточной загрузки свежего субстрата реакторы при образовании определенного количества шлама (так называемого затравочного шлама) попеременно заполняются свежим субстратом и по истечении заданного срока брожения опорожняются так, что в них остается только затравочный шлам. Поскольку при постоянном количестве подаваемого в реактор материала загрузка рабочего пространства во