Продукты переработки углеродосодержащих исходных веществ

Быстрый пиролиз (БП) — пиролиз, при котором подвод тепловой энергии к исходному веществу производится с высокой скоростью и без доступа кислорода (либо воздушной смеси в которой присутствует кислород).

Если медленный пиролиз подобен (условно) процессу доведения воды до состояния закипания, то БП условно подобен процессу попадания капли воды в раскаленное масло («взрывное вскипание»).

Отличительными особенностями БП являются:

— способность построения непрерывного замкнутого технологического производственного процесса;

— минимальное содержание угарного газа, при практическом отсутствии углекислого газа;

— относительная «чистота» выходных продуктов пиролиза, из-за отсутствия процесса бертинирования («осмоления»);

— минимальная энергоемкость процесса, по сравнению с другими видами пиролиза;

— процесс сопровождается выделением тепловой энергии (экзотермические реакции превосходят эндотермические);

— управляемость температурными режимами процесса, с возможностью (при определенных условиях) построения «управляемого синтеза углеводородов» и т.д.

Однако БП требует тщательной подготовки исходного сырья:

— измельчения до как можно меньшего эквивалентного диаметра частиц исходного вещества;

— сушку исходного вещества (эндотермия) до как можно меньшей относительной влажности (идеально до 0 % — абсолютно сухое вещество).

Если нивелировать эти недостатки (каким либо образом), то себестоимость выходных продуктов БП становится значительно ниже традиционных, полученных из: угля, нефти и природного газа.

Основные отличительные особенности БП от МП:

— технологическая возможность создания высокопроизводительных непрерывных производств;

— возможность создания энергетически самообеспечивающих систем, что снижает производственные затраты, как минимум, на 30%, а следовательно приводит к снижению себестоимости продуктов переработки;

— малое время нахождения исходного вещества, в зоне термической деструкции, не допускает процессов вторичного крекинга (вторичной термической деструкции), что позволяет получать более чистые, по своему химическому составу (практическое отсутствие гудроновых и мазутных составляющих), продукты пиролиза. Так синтез-газ, полученный БП, имеет теплоту сгорания на 50% больше, чем при МП;

— возможность использования « энтропийных взрывов »), что позволяет, дополнительно к продуктам БП, получать значительное количество тепловой энергии;

— возможность регулирования рабочих температурных режимов, без технологических и конструктивных изменений оборудования;

— возможность переработки различных исходных продуктов на одном и том же оборудовании, без принципиальных технологических и конструктивных изменений.

Продукты переработки углеродосодержащих исходных веществ

Для процесса МП:

— пиролизная жидкость — «синтетическая нефть» (средняя теплота сгорания составляет 18 Мдж/кг, у природной нефти — 45 Мдж/кг). Обычно количество «синтетической нефти составляет 50- 60% от количества исходного вещества;

— пиролизный газ, в состав которого входят водяной и генераторный газы, а также метан (средняя теплота сгорания составляет 20 Мдж на куб.м, у природного газа — 35 Мдж на куб.м). Его количество колеблется в пределах 20-30% от количества исходного вещества;

—твердое углистое вещество — полукокс (средняя теплота сгорания 20 Мдж/кг, у кокса — 30 Мдж/кг) Количественные характеристики составляют 10-20% от количества исходного вещества.

Для процесса БП:

— «синтетическая нефть» (средняя теплота сгорания составляет 30 Мдж/кг). В зависимости от установленного температурного режима, количество «синтетической нефти» колеблется от 15-70% от сухого исходного вещества;

— синтез-газ, в состав которого входят водород, сумма от метана и выше, небольшое количество оксида углерода, при отсутствии углекислого газа (средняя теплота сгорания составляет 35 Мдж на куб.м). В зависимости от установленного рабочего температурного режима, его количество может находиться в пределах 20-65% от сухого исходного вещества;

— твердое углистое вещество — высокоуглеродистый материал (средняя теплота сгорания составляет 40 Мдж/кг). Количество высокоуглеродистого материала (ВУМ) находится в пределах 10-20% от сухого исходного вещества;

— тепловая энергия, выделившаяся посредством «энтропийных взрывов». Количество выделяемой тепловой энергии зависит от вида исходного вещества.

— технические проблемы, связанные с процессом быстрого пиролиза:

— сушка сырья. Это требование особенно существенно, если сырье не является естественно сухим, например, солома. Поскольку влага образуется и в самом процессе пиролиза, пиротопливо всегда содержит по меньшей мере 15 % воды, которую удалить достаточно сложно;

— размер частиц БМ. Частицы должны быть достаточно малыми, чтобы удовлетворять требованиям технологии быстрого нагрева и обеспечивать высокий выход жидкого продукта. Это дорогостоящее требование, поэтому реакторы, использующие частицы большего размера, имеют преимущество;

— предварительная обработка. Для повышения выхода определенных химических продуктов и жидкого топлива применяется кислотная промывка;

— конструкция реактора. Исследование большого числа пиролизных реакторов различной конструкции показало, что многие из них отвечают основным требованиям технологии быстрого пиролиза. Наилучшая конструкция пока не установлена;

— способ нагрева. Основное ограничение на конструкцию реактора накладывает требование высокого уровня теплопередачи. В реакторах кипящего слоя тепло привносится в реактор с циркулирующими горячими твердыми частицами. Для абляционного реактора передача тепла в реактор осуществляется через стенку и является основным ограничением производительности;

— теплопередача. Теплопередача осуществляется либо при контакте газ - твердое тело, либо твердое тело - твердое тело. Последний вариант более эффективен и встречается в большинстве реакторов;

— температура реакции. Типичная температура, при которой выход жидких продуктов максимальный, составляет 500-520 °С для большинства видов древесной БМ;

— время существования продуктов пиролиза в паровой фазе. Этот параметр играет важную роль при получении некоторых химических продуктов, но он менее важен при получении жидких топлив;

— вторичный крекинг. Присутствие пара в течение длительного времени и высокие температуры вызывают, вторичный крекинг, первичных продуктов пиролиза, при этом снижается выход жидких топлив;

— отделение углистого вещества. Некоторое количество углистого вещества неизбежно уносится из циклонов и накапливается в жидкости. Произвести отделение достаточно трудно;

— сбор жидкостей. В течение длительного времени это было главной трудностью. На установках большого масштаба обычно используется определенный способ гашения или контакт с охлажденным жидким продуктом. Необходима тщательно продуманная конструкция установки, чтобы избежать забивания элементов оборудования тяжелыми конденсирующимися продуктами.

В настоящее время быстрый пиролиз утвердился как технология термохимической конверсии БМ со значительным потенциалом, особенно для высокого выхода жидкого топлива и химических продуктов. Этот тип пиролиза используется для получения максимального количества либо газа. либо жидкости в соответствии с установленной температурой процесса. Низкотемпературный быстрый пиролиз позволяет максимизировать долю жидкого продукта. Быстрый пиролиз является основным термохимическим способом прямого получения жидкости из БМ и отходов.

Жидкие продукты пиролиза вызывают большой интерес вследствие их высокой энергетической плотности и потенциальной возможности использования их в качестве жидкого топлива. Жидкость, образующуюся в процессе пиролиза, часто называют "масла", "пиротопливо", "биотопливо" или "смолы". Она близка по своему составу к БМ, имеет чуть большую теплоту сгорания (20-25 МДж/кг) и состоит из сложной смеси высокоокисленных углеводородов с содержанием воды до 20 % (мас.). Необработанное пиротопливо представляет собой густую черную смолянистую жидкость, выход которой может достигать до 80 % массы сухого сырья (при быстром низкотемпературном При высоких скоростях нагрева (1000-10000 °С/с) до 650 °С с последующим быстрым гашением происходит конденсация промежуточных жидких продуктов. Доля образующегося углистого вещества минимальна, а при определенных обстоятельствах углистое вещество, по-видимому, вообще не образуется. При более высоких температурах процесса основным продуктом является газ.

Пиротопливо может использоваться в качестве заменителя котельного топлива. Имеется опыт использования пиротоплива в газовых турбинах и дизельных двигателях.

Суммируя вышесказанное, нетрудно понять, что накапливаемое в процессе совместной работы газогенератора небольшой мощности и реактора- пиролизера пиролизное топливо является прекрасным легкосжигаемым сырьем для выработки тепловой энергии с высокой степенью теплотворности и может резервироваться на длительный срок. При необходимости в дальнейшем, например, в зимнее время, оно даст дополнительный резерв тепловой энергии и позволит проводить регламентные ремонтные работы без остановки генерации энергии в целом.

Итак, мы определились с исходным топливом для получения на данном комплексе тепловой и электрической энергий.

Ниже приведены ознакомительные таблицы выхода продуктов термохимической переработки в пересчете на одну тонну исходного сырья, в нашем конкретном случае - древесных отходов и бурого угля:

Поиск по сайту: