CC BY
187
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_
УДК 662.7
Н.М. Гафуров
студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет
Р.Ф. Хисматуллин
лаборант-исследователь научно-исследовательской лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
г. Казань, Российская Федерация
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ
Аннотация
В статье рассматриваются основные особенности технологии быстрого пиролиза биомассы и способы их осуществления.
Ключевые слова
Быстрый пиролиз биомассы, пиротопливо, углистое вещество
В технологиях BTL, или Biomass-to-Liquids (получение биотоплив второго поколения на основе биомассы), этот процесс активно изучается уже более 25 лет в большинстве развитых стран, некоторые технологии уже внедрены в промышленное производство. Быстрый (скоростной) пиролиз биомассы (Fast Pyrolysis, Flash Pyrolysis), термохимический процесс - конверсия (превращение) при температуре 500-900°С высокомолекулярных органических компонентов в отсутствие кислорода с получением газовой, жидкой и твердой реакционных фаз. Сырье подвергается быстрому нагреву, а продукты реакции - быстрому охлаждению (здесь важна скорость нагрева сырья и скорость охлаждения продуктов). Период реакции не более 2 сек.
Первичными полупродуктами могут быть газы, жидкость, твердое углистое вещество, их взаимный выход зависит от вида сырья и параметров процесса пиролиза. Быстрый пиролиз используется для получения максимального количества либо жидкости, либо газа в зависимости от установленной температуры процесса (в отличие от газификации, при которой основная цель процесса - получение всегда максимального количества только газовой фазы - генераторного газа). Жидкие продукты пиролиза вызывают большой интерес вследствие их потенциальной возможности использования в качестве жидкого топлива. Жидкую фазу пиролиза часто называют пиротопливом (биотопливо, пиролизная смола, пиролизное масло) с теплотой сгорания около 20-25 МДж/кг. Она состоит из сложной смеси высокоокисленных углеводородов с большим содержанием воды до 30%. Необработанное пиротопливо представляет собой густую черную смолянистую жидкость, выход которой может достигать до 80% массы сухого сырья при быстром низкотемпературном пиролизе. Такое пиротопливо может использоваться как заменитель котельного топлива низкого качества [1].
Имеется опыт использования пиротоплива в стационарных газовых турбинах и стационарных дизельных малооборотных двигателях. Твердые продукты пиролиза - это углистое вещество с теплотой сгорания около 30 МДж/кг, его выход может достигать 30-35% массы сухого сырья при медленном пиролизе. Углистое вещество может использоваться как топливо для бытового применения и для технологических нужд металлургической, электроугольной, фармакологической промышленности, а также для очистки воды и газов. Газообразные продукты пиролиза - это среднекалорийный газ с теплотой сгорания 15-22 МДж/нм3, его выход может достигать до 70% массы сухого сырья при высокотемпературном быстром пиролизе. Состав газа зависит от сырья и параметров пиролиза. Такой газ обычно используется для сжигания в самом процессе пиролиза для поддержания требуемой температуры процесса и для сушки исходного сырья. Химические продукты представлены несколькими сотнями составляющих компонентов, все большее значение уделяется выделению из продуктов пиролиза отдельных химических соединений (левоглюкозан и гидроксиуксусный альдегид и др.) или их семейств (полифенолы). Высокая ценность таких химических соединений делает выгодным их извлечение даже при их небольших концентрациях.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070
Основной особенностью быстрого пиролиза по сравнению с традиционным, или медленным, является очень высокая скорость нагрева небольших частиц сырья (несколько тысяч градусов в секунду) и такое же быстрое охлаждение и конденсация получаемых реакционных паровых и газовых продуктов. Например, при низких температурах 450-600°С и давлении 100 кПа за время реакции в 1-2 секунды возможен выход жидкости до 75% с содержанием в ней воды 25%, газа 13% и углистого вещества 12%. При еще большем снижении температуры реакции выход жидкости уменьшается до 50% с содержанием в ней 50% воды, а выход углистого вещества возрастает до 25%. А при высоких температурах 650-900°С и давлении 10-100 кПа за время реакции в 1-2 секунды можно получить выход реакционного газа до 70%. Медленный пиролиз среднего размера частиц древесины при 500-700°С и давлении 100 кПа за время реакции 5-30 минут дает выход жидкости только до 30% с содержанием в ней 70% воды, а также выход углистого вещества увеличивается до 35% и выход газа до 35%. Быстрый пиролиз требует размера измельченных частиц сырья меньше 2 мм для реактора с кипящим слоем и меньше 6 мм для реактора с циркулирующим кипящим слоем и влажностью не более 10% [2].
Список использованной литературы:
1. Обзор современных технологий получения жидкого топлива из биомассы быстрым пиролизом. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/analit/an001.htm.
2. Синтетические моторные топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://enciklopediya-tehniki.ru/tehnologiya-dobycЫ-gaza-i-nefiti/sinteticheskie-motornye-topliva.html.
© Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф., 2016
УДК 662.7
Н.М. Гафуров
студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет
Р.Ф. Хисматуллин
лаборант-исследователь научно-исследовательской лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
г. Казань, Российская Федерация
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИРОТОПЛИВА И СПОСОБЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ
Аннотация
В статье рассматриваются основные характеристики пиротоплива, получаемого быстрым пиролизом из биомассы, и способы его переработки.
Ключевые слова
Пиротопливо, примеси, вязкость, фильтрация, гидроочистка
Качество неподготовленного пиротоплива является недостаточным для непосредственного использования его в качестве топлива. Жидкие продукты пиролиза - это высокоокисленные углеводороды с большим содержанием нежелательной воды, как исходной, так и образовавшейся в процессе реакции, присутствует также нежелательная примесь твердого углистого вещества, зольность которого 0,13% (вместо менее 0,01% для моторного нефтяного дизельного топлива и 0,03% для нефтяного мазута).
Элементный состав пиротоплива и его вязкость существенно отличаются от нефтяных топлив, а теплота сгорания пиротоплива около 17,5 МДж/кг (против 40,7 МДж/кг для котельного топлива типа
