Термическое повышение качества биомассы

Основной целью всех процессов повышения качества биомассы является превращение её в стабильное транспортабельное топливо, способное заменить ископаемые виды топлива без использования специального оборудования для погрузочно-разгрузочных работ. Путем сочетания нагрева и частичного сжигания биологических материалов можно получить твердые, жидкие и газообразные соединения, обладающие, по крайней мере, некоторыми свойствами угля, нефти и природного газа. В Интернете описано много процессов, широко использовавшихся в прошлом; производство газа для использования его в качестве топлива путем сухой перегонки и газификации угля и биомассы было начато почти 200 лет назад. Различные термические процессы повышения качества биомассы, предлагаемые в настоящее время и использовавшиеся в прошлом, имеют много общих черт.

Рис. 3. Термическое обогащение биомассы

При нагревании биомассы происходит распад углеродсодержащих молекул с образованием ряда газообразных, жидких и твердых продуктов. Специфические продукты реакции определяются температурой реакции, тепловой мощностью, степенью измельчения и типом биомассы, а также присутствием неорганических примесей и катализатора. Тепло, необходимое для осуществления этих изменений, носящих эндотермический характер, подводится или из внешнего источника, или путём введения воздуха или кислорода в реактор и сжигания части биологического материала.

Термины «сухая перегонка», «газификация» и «сжижение» не имеют точного значения в литературе. Газификация и сжижение биомассы происходят как в присутствии, так и в отсутствие окислительных (O₂,(Воздух) и восстановительных (CO, H₂) газов, обычно связанных с этими процессами. Сухая перегонка рассматривается отдельно как анаэробный процесс. Превращение биомасса в газы при сжигании на месте рассматривается как газификация. Понятие «сжижение» охватывает восстановление биомассы до масел под действием восстановительных газов, полученных также из биомассы.

Сухая перегонка. Нагрев биомассы приводит к удалению влаги. При температуре выше 100^оС биомасса начинает разлагаться, а между 250 и 600^оС основными продуктами являются уголь и маслянистая кислая смесь дегтя и различных количеств метанола, уксусной кислоты, ацетона и следы других органических веществ. До развития нефтехимической промышленности источником этих соединений была перегонка древесины. В качестве примера можно рассматривать пиролиз целлюлозы. При температуре свыше 600^о С жидкие продукты пиролиза могут быть газифицированы, а свыше 800^oС газифицируется также и уголь в результате эндотермической реакции углеродсодержащих молекул с водой с образованием синтез газа, смеси оксида углерода и водорода. Пиролиз - термическое разложение органических соединений без доступа воздуха.

Газификация.Газификация биомассы кислородом дает газ средней энергоемкости, содержащий в основном оксид углерода и водород. Аналогичная реакция происходит на воздухе, но образующиеся газы разбавляются азотом, снижающим теплотворную способность. Химические процесс газификации представляет собой сочетание химического процесса сжигания с некоторыми реакциями пиролиза, описанными в предыдущем разделе. Уголь, полученный в результате пиролиза, реагирует с паром или диоксидом углерода с образованием синтез газа.

Сжижение. Были разработаны предложения по превращению биомассы в жидкость, напоминающую тяжелую топливную нефть, путем реакции ее с восстановительными газами (оксид углерода и водород) в присутствии катализатора. Обычно необходимо давление 250 бар и температура 600-700^оС. Процессы сжижения обычно предполагают подготовку восстановительных газов путем пиролиза или окислительной газификации большего количества биомассы. В редких случаях можно получить дешевый водород из других источников, например при электролизе воды на гидроэлектрических установках. [4]

Подготовка биомассы.Высокая влажность биомассы представляет собой непосредственную проблему при осуществлении всех процессов повышения качества биотоплива вследствие затрат энергии на испарение воды и разбавления продуктов реакции не прореагировавшим паром. Большинство методов включают стадию высушивания при использовании уже частично высушенных материалов; однако в материале допускается определенное количество воды, которое необходимо для образования синтез газа (паровая газификация). Биомасса, содержащая более 30% воды, потребует, очевидно, сушки перед осуществлением любых процессов.

Для облегчения процесса сушки, а также достижения требуемой скорости реакции в процессе тепловой обработки биомасса должно быть измельчена с получением соответствующих размеров частиц. Технологическая схема включает дробильные, измельчительные и размалывающие установки. Если биологический материал представляет часть общих отходов, необходим предварительный отсев негорючих и других примесей. «Уплотненная биомасса» может быть использована для процессов обогащения без дальнейших обработок. [2]

Заключение

Полноценное и последовательное развитие мировой биоэнергетики невозможно без получения исчерпывающей и достоверной информации о достоинствах и преимуществах этого вида альтернативных источников энергии.

Преимущества биотоплива всем известны. Ведь производить биотопливо можно из самых разных органических материалов. А это означает, что развитие биоэнергетики, в отличие от других видов альтернативных источников энергии, возможно в любом регионе или стране мира, вне зависимости от климатических условий или рельефа. Кроме того, производство биотоплива поможет решить проблемы, связанные с утилизацией мусора. Это означает, что есть реальные перспективы решения весьма важной проблемы, которая уже давно заботит многих учёных, политиков и простых людей во всём мире. Теперь то, что представляло угрозу экологической безопасности планеты и являлось головной болью многих землян, может принести неоценимую пользу. Но не всё так просто.

Наряду с очевидными преимуществами, существуют и недостатки биоэнергетики. Так, многие учёные опасаются уничтожения лесов и нанесения вреда окружающей среде.

В то же время, по мнению, некоторых исследователей, массовое выращивание растений, предназначенных для производства биотоплива, способно истощить плодородные земли и послужить причиной голода во многих странах третьего мира. Это понимают многие,и все перечисленные факторы тормозят развитие биоэнергетики. Конечно, указанные недостатки серьёзны и требуют тщательного изучения.Но все же хочется надеяться, что в скором времени человечество научится в полной мере использовать преимущества и бороться с недостатками биоэнергетики.

Во всяком случае, потенциал биотоплива заслуживает того, чтобы приложить определённые усилия для его реализации. [1]