Оптимизация с-х энергетических установок - Пиролиз биомассы

Рис. 4.6. Схема технологии пиролиза установки Tech-Air
Пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода. Он происходит при относительно низких температурах (500...800 °C). Поскольку этот процесс — эндотермическая реакция, для ее протекания требуется внешний источник теплоты. Технология пиролиза дает возможность превращать твердую биомассу в газообразное, жидкое и твердое топливо, которые могут использоваться для получения теплоты, электроэнергии и других целей. Минимальный выход жидких продуктов (пиротоплива) при переработке сухой древесной биомассы достигает 80 % от массы сухого сырья. При более высоких температурах (более 650 °C) основным продуктом является газ.
В ЭНИНе разработана технология, предусматривающая предварительное термическое разложение органической составляющей отходов в безкислородной атмосфере, после чего образовавшаяся концентрированная парогазовая смесь направляется в камеру дожигания, где в режиме управляемого дожига токсичные вещества переводятся в безопасные. В этой технологии могут использоваться древесные, бытовые, коммунальные, пищевые отходы. При этом из 1 т среднестатистических отходов может быть получено 8 МДж энергии [13].
Подобный энерготехнологический комплекс на базе котельных с комбинированной системой использования природного и искусственного газов является экономически перспективным и экологически эффективным.
Схема процесса пиролиза на примере установки Tech-Air [15] приведена на рис. 4.6.
Наиболее перспективными для получения энергии из биомассы являются технологии пиролиза, направленные на получение высокого выхода жидкого топлива. Это топливо имеет высокий энергетический показатель — 28 ГДж/ма по сравнению с исходным сырьем — 2 ГДж/мя (солома) и 8 ГДж/м³ (древесная щепа).
При сжижении биомассы в присутствии катализатора из реактора выходят газообразные и жидкие горючие продукты, неконвертированная биомасса, зола и другие материалы. С помощью разделительных операций газообразные продукты отделяются от жидко-твердых материалов, потоки которых делятся фильтрацией, испарением или другими способами.
В табл. 4.3 приведен материальный баланс продуктов пиролиза на примере данных, полученных на установке фирмы Occidental Research [16].
К настоящему времени накоплен определенный опыт использования жидкого пиролиза (пиротоплива) в котлах, дизельных и газотурбинных двигателях.
На практике применяются различные конструкции установок для пиролиза твердых топлив, в том числе биомассы. Быстрый пиролиз осуществляют в реакторах следующих конструкций: с кипящим слоем, абляционный, с циркулирующим кипящим слоем, в двух реакторах с кипящим слоем.
Для медленного пиролиза используют реакторы следующих типов: вращающаяся, шнековая или многокамерная печь; с процессом в плотном слое; в горизонтально движущемся слое. Наилучшие результаты достигнуты при использовании установок с двумя реакторами кипящего слоя.
В США с 1979 г. действует пиролизная установка со ступенчатым испарителем мощностью 181 т/сутки отходов, сооруженная фирмой Occidental Research. Более мощная установка была сооружена в 1978 г. в г. Олбани (шт. Орегон). Для получения пиротоплива использовалось 500 т/сутки щепы, для производства газа — 488 т/сутки, для производства топливной жидкости — 170 т/сутки. В 1975 г. была построена установка производительностью 1000 т/сутки [17]. Ряд установок производительностью 184 т/сутки были построены фирмой Union Carbide [18]. В штате Висконсин (США) с 1993 г. действует пиролизная установка производительностью 2,5 т сырья/час [19]. Установка, вырабатывающая пиротопливо для дизельной электростанции мощностью 1,5 МВт, построена в Финляндии [19].