Спосіб енерготехнологічної переробки біомаси

Реферат: Винахід належить до теплоенергетики, зокрема біоенергетики, а саме до способу енерготехнологічної переробки біомаси шляхом утилізації фізичної теплоти продуктів піролізу для підігрівання повітря, частину якого використовують для спалювання технологічного газу, а частину для підсушувння вихідної біомаси. UA 102789 C2 (12) UA 102789 C2 UA 102789 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до теплоенергетики, зокрема біоенергетики і безпосередньо до енерготехнологічної переробки біомаси. Відомі способи переробки біомаси і утилізації її енергії шляхом прямого спалювання в різних теплоенергетичних пристроях з одержанням теплоти і електроенергії [Гелетуха Г.Г., Железная Т.А. Обзор современных технологий сжигания древесины с целью выработки тепла и электроэнергии. Часть 1. //Экотехнологии и ресурсосбережение.-1999. - №5. - С.3-12]. Іншими відомими способами переробки біомаси є способи, в яких біомаса піддається попередній термохімічній переробці (піроліз, газифікація чи анаеробна ферментація). В залежності від направленості процесу на виході можуть отримуватися горючий газ, рідке паливо чи біовуглець. На даний час, більшість відомих способів, направлена на газифікацію біомаси з отриманням горючого газу і наступним його спалюванням в теплоенергетичних установках. Проте, ефективність використання енергії біомаси при цьому залишається низькою. Особливо це відчутно при переробці біомаси з високою (40 % і більше) початковою вологістю, коли унеможливлюється проведення процесу в автотермічному режимі. У таких випадках не достатньо теплоти екзотермічних реакцій і тому для проведення процесу необхідно підводити теплоту від стороннього джерела енергії. Крім того, при газифікації біомаси, з використанням повітряного дуття, горючий газ отримують сильно забаластованим азотом, двоокисом вуглецю і 3 парами води. Внаслідок цього теплота згоряння такого газу не перевищує 4.6 МДж/м . Ці недоліки, дещо, можна ліквідувати шляхом піролізної переробки біомаси в спеціальних енерготехнологічних установках [С.Д.Федосеев, А.Б. Чернышев. Полукоксование и газификация твердого топлива. М.: ГОСТОПТЕХ- ИЗДАТ, 1960.-326с.]. В цих установках, при відсутності кисню, здійснюють енерготехнологічну переробку біомаси, як за рахунок теплоти екзотермічних реакцій, так і за рахунок теплоти іншого джерела енергії, яку підводять через стінку (зовнішній теплообмін). При цьому, одночасно отримують, як горючий газ (пірогаз), так і тверде (біовуглець) чи рідке паливо. Так, відомий спосіб [Промышленное производство древесного угля. -Экспресс - информ.: Заруб. Опит. - М.: ВНИПИЭИ леспром, 1987.-20с., ил, табл.(лесохимия и подсочка; Вып.3)], в якому піроліз проводять за рахунок теплоти рециркулюючого теплоносія, одержаного при спалюванні неконденсованих газів піролізу і його подачі в піролізну зону горизонтальної реторти на зустріч руху біомаси. При проходженні над шаром біомаси, теплоносій температурою 450-550 °C, віддає теплоту і нагріває її до температури термічного розкладання. Вище зони розкладання біомаси, відбувається часткове її підсушування. При цьому сам теплоносій охолоджується, насичуючись газами термічного розкладання і водяними парами від сушіння біомаси, що подається в зону піролізу. В такому способі піролізу, в порівнянні зі способом піролізу із зовнішнім обігрівом, забезпечується краща теплопередача і інтенсифікація самого процесу. Основним недоліком цього способу є те, що значна частина біомаси (15-20 %) згоряє оскільки неможливо чітко регулювати об'єм необхідного повітря. Це зменшує вихід кінцевих продуктів, збільшує нерівномірність прогріву біомаси та спричиняє перепал біовуглецю, тобто погіршується його якість. Як у першому, так і в другому способі піролізу теплоносій сильного баласту є горючий газ, чим знижує його теплоту згоряння. Крім того, насичення пірогазу водяними парами призводить до його охолодження і конденсації важких вуглеводневих сполук, що також зменшує теплоту згоряння горючого газу. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб піролізу [Патент України № 43070, від 15.11.2001. Бюл. № 10, 2001, "Спосіб піролізу деревини"], який вибрано за прототип. У відомому способі біомасу піддають піролізу з одночасним отриманням пірогазу і біовуглецю за рахунок теплоти теплоносія, що утворюється при спалюванні технологічного газу. Отриманий теплоносій температурою 900-1100 °C, подають в піролізну камеру з подальшим його проходженням крізь рухомий, затиснутий шар біомаси. При змішуванні високотемпературного теплоносія з холодною біомасою, останню швидко нагрівають в режимі "теплового удару" до температури термічного розкладання важких вуглеводневих сполук в горючий газ. Крім того, внаслідок проходження високотемпературного теплоносія крізь шар біомаси, що піддається піролізу, у порівнянні зі способом, в якому теплоносій проходить над шаром біомаси, забезпечується підвищення швидкості і рівномірності її прогріву, та інтенсивності тепло- масообмінних процесів. Це дозволяє підвищити продуктивність процесу та інші його техніко-економічні характеристики. Іншою перевагою цього способу є те, що на виході з піролізної камери потік парогазової суміші має температуру, при якій виключається конденсація летючих речовин. Це підвищує теплоту згоряння пірогазу і дозволяє його спалювати в топкових пристроях без охолодження і складної системи очистки. 1 UA 102789 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Одним із суттєвих недоліків прототипу є те, що значна кількість теплоти втрачається у вигляді фізичної теплоти продуктів піролізу при їх охолодженні, збільшуючи при цьому теплові викиди в атмосферу. Величина цих втрат може сягати до 10 і більше відсотків, від загальної потенціальної теплоти, поданої в установку, що суттєво погіршує енергетичну ефективність даного способу піролізу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу енерготехнологічної переробки біомаси за рахунок утилізації фізичної теплоти продуктів піролізу, що забезпечить підвищення його енергетичної ефективності та зменшить теплові викиди в навколишнє середовище. Поставлена задача вирішується тим, що згідно з винаходом в способі енерготехнологічної переробки біомаси, в якому біомасу піддають піролізу з одночасним отриманням пірогазу і біовуглецю, шляхом проходження крізь рухомий, затиснутий шар біомаси гарячого газового теплоносія, утвореного при спалюванні технологічного газу, фізичною теплотою продуктів піролізу підігрівають повітря, частину якого використовують для спалювання технологічного газу з коефіцієнтом надлишку повітря α