Реакции. Основные уравнения

  Вся электронная библиотека >>>

 Альтернативная энергетика. Биомасса>>

 

Альтернативная энергетика

Биомасса


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Основные уравнения

 

 

Процесс газификации биомассы сопровождается различного рода реакциями, многие из которых являются сопряженными. Поскольку кинетика процессов газификации биомассы и угля во многом аналогична, рассмотрим кинетику реакций углерода в процессе газификации угля, используя для этого сведения, содержащиеся в работе

Ниже приводится один из возможных методов оценки получения продуктов газификации биомассы в одноступенчатых реакторах, включающий следующие этапы:

-          определение основы для расчета (например, 1000 кг);

-          выбор биомассы;

-          выражения сырья для газификации в молях с учетом влаги и золы сырья;

-          выбор типа газификатора и условий газификации (температура, давление) на основании таких показателей, как влажность сырья, размеры частиц и т. п., с учетом конечной характеристики получаемого газа в зависимости от его назначения (например, топливный газ низкого давления, синтез-газ высокого давления и т.п.);

-          определение некоторых привходящих условий.

Жидкие продукты. В газификаторах некоторого типа (например, в газификаторах с неподвижным слоем) получаются жидкие углеводороды, пары которых кондесируются при охлаждении продуктов газификации до 50-100°С перед очисткой газа. В газификаторах другого типа (например, проталкивающие газификаторы, газификаторы с высокими температурами: 1000-1300°С) образуются в основном неконденсирующиеся углеводороды, так как потенциальные жидкие продукты в таком температурном интервале подвергаются крекингу и превращаются в газ. При выборе биомассы количество и состав жидких продуктов лучше всего определять экспериментально. Углерод и водород, содержащиеся в конденсируемых продуктах, не могут быть использованы для производства водорода и СО без рециркуляции через газификатор. Ковденснруемые продукты оказывают также влияние на тепловой баланс газификатора, поскольку они выходят из него в виде паров (пользуясь критериями, рассмотренными в разд. 1, теплосодержание конденсируемых продуктов на выходе из газификатора представляет собой сумму теплоты сгорания (25°С), скрытой теплоты парообразования и теплосодержания пара от 25°С до температуры выхода из газификатора).

Азот. Поскольку в газификаторах образуются условия для протекания реакций восстановления, часть азота, содержащегося в сырье, будет превращаться в аммиак, который в последующем может быть удален. По аналогии с газификацией угля 50—100% азота сырья может быть превращено в аммиак в реакторах с нисходящим слоем.

Сера. К возможным продуктам превращения серы сырья относятся H2S, COS, CS2, меркаптаны и т.п. Наибольшее внимание из них, с точки зрения очистки получаемых продуктов, заслуживают два первых соединения. Многие виды биомассы содержат небольшое количество серы, поэтому можно полагать, что для получения горючего газа потребуются минимальные усилия для ее удаления. По аналогии с газификацией угля молярное отношение H2S/COS в газе может быть равно примерно 20 в газификаторах с неподвижным слоем, 15-с проталкиваемым слоем и 6-с псевдоожиженным слоем (флюид).

Потери углерода. Полное превращение углерода сырья в полезные продукты возможно лишь теоретически, поскольку для этого твердые материалы должны находиться в реакционной зоне практически неограниченное время. Для каждого типа газификатора или метода газификации существует равновесие между перерабатываемьш углеродом (обычно в виде углистого вещества)1'. В процессе г ции по мере истощения водорода сырья остающийся углерод с ся менее реакционноспособным. В результате небольшая доля (2-5%) поступающего с сырьем углерода может быть удалена из газификатора в виде обуглившихся продуктов (например, 95 масс. % С, 5 масс. % Н)

Выход метана и других неконденсирующихся углеводородных газов. Большой выход метана и других углеводородных газов наблюдается при высоких давлениях и низких температурах газификации. При газификации угля образуются более высокие концентрации метана по сравнению с расчетными, полученными для модельной пары (3-графит/водо-род []. Следовательно, при расчете выхода метана необходимо учитывать тип сырья и газификатора. Очевидно, что в газификаторах с высокими температурами или с неподвижным слоем выход метана из любого сырья будет незначительным. Значительные выходы метана наблюдаются в угольных газификаторах с неподвижным слоем и обратным потоком газов и паров. При низкотемпературной верхней зоне удаления летучих веществ 5-10% подаваемого углерода может быть превращено в метан, что достигается при переработке биомассы в газификаторах с неподвижным слоем и обратным потоком []. Выход метана из газификатора при переработке биомассы пропорционален доле образующихся летучих веществ.

Принятые условия газификации. Число оставшихся неизвестных параметров процесса равно шести: продукты реакции (Н2, Н20, СО и С02) и скорости подвода водяного пара/пар и кислорода/Ь2- Обычно эти неизвестные величины входят в пять уравнений: (а) три уравнения, характеризующие балансы элементов С, Н и О, (б) одно уравнение,

стающиеся очаги активного углерода. В противоположность иды биомассы (например, древесина) отличаются высоким очных металлов (Na, К) в золе, которые каталитически дейс азификации.

Тепловой баланс учитывает ввод и  вывод тепла из газификатора

Ввод тепла включает:

-          сырье с его теплотой сгорания плюс влияние любого физического тепла, поступающего в газификатор при температуре выше 25°С (например, после сушки);

-          пар при давлении в газификаторе или при большом давлении и соответствующей температуре;

-          окислитель (воздух или кислород 95-98% чистоты) при давлении в газификаторе или при большом давлении и соответствующей темпе- -ратуре;

-          твердое вещество (например, углистое вещество) или конденсат (например, смола, проходящая газификатор).

Вывод тепла включает:

-          газовый поток, т.е. () образующиеся неконденсирующиеся при

температуре на выходе из газификатора газы. Азот, поступающий как с окислителем, так и с неконвертированным паром, удаляется вместе с образующимися газами; (2) образующиеся конденсирующиеся материалы при температуре на выходе из газификатора [теплота сгорания (25°С), скрытая теплота парообразования при 25°С и влияние тепловых эффектов] п и (3) часть золы и неконвертированного углерода (углистое вещество). Для определения влияния тепловых эффектов золы удобно пользоваться теплоемкостями порядка 1,0-1,7 кДж/кг°С, влияние неконвертированного углерода включает его теплоту сгорания при 25°С (32,740 кДж/кг) плюс влияние тепловых эффектов реакций;

-          тепловые потери, которые могут быть оценены в количестве 1-2% тепла, поступающего с сырьем;

-          золу и углистое вещество, образующиеся внизу газификатора: при образовании нешлакующейся золы следует руководствоваться п. 3 (с. 000); при образовании шлакующейся золы, чтобы достичь теплоты плавления золы (обычно 700-1150 кДж/кг), необходимо дополнительное тепло. Обычно изменяются температура пара, температура окислителя и температура на выходе из газификатора, что необходимо учесть при

Разложение водяного пара на Н2 и 02 при газификации угля обычно колеблется в пределах 25-85% [8]. В газификаторе угля с неподвижным слоем со шлакованием золы разложение пара может достигать и 100% [11]. Разложение водяного пара зависит от температуры в газификаторе, системы ввода и прохождения пара. Желательна высокая степень разложения пара, поскольку в этом случае потребуется меньше окислителя при меньшем количестве непрореагировавшего пара (конденсата).

 

 

К содержанию: Биомасса как источник энергии

 

Смотрите также:

 

 БИОГАЗ. Получение и применение биогаза как источника топлива

Процессы биохимических превращений

Метаболическая активность и репродуктивная способность микроорганизмов

Технологическое время брожения (время пребывания массы в реакторе)  

Состав газа

Свойства газа

Перебродивший субстрат (шлам)

Технологические схемы биогазовых установок

Биореактор

Подогрев сбраживаемой массы

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА. Аккумулирование газа

Подготовка биогаза к использованию

Использование биогаза

Использование биогаза

Использование биошлама

Экономичность биогазовой установки

 

 Альтернативная энергетика. Нетрадиционные возобновляемые источники ...

Книга посвящена важной и актуальной проблеме - проблеме более разумного и эффективного использования человеком природных энергетических богатств. ...
www.bibliotekar.ru/alterEnergy/index.htm

 

 Проблемы энергетики. Альтернативная энергетика

Прогнозы относительно тенденций развития энергетики говорят о том, что доля солнечной энергетики в различных ее формах будет непрерывно возрастать. ...
bibliotekar.ru/alterEnergy/2.htm

 

 Альтернативная энергетика. Солнечные батареи, ветрогенераторы. Азаров

Альтернативная энергетика. (аномальные источники "свободной энергии"). Микрокондиционер Азарова. Хотите получить рукотворный смерч? ...
www.bibliotekar.ru/2alterEnerg.htm

 

 Микроэнергетика. Альтернативная энергетика будущего

Среди альтернативных источников энергии особенно активно развивается ветроэнергетика -- 24% в год. Сейчас это наиболее быстро растущий сектор энергетической ...
bibliotekar.ru/2mikroenerg.htm

 

 Биогаз. Биоконверсия солнечной энергии. Способы получения энергии ...

Биомасса, если иметь в виду древесину, Солому, является одним из самых древних возобновляемых энергоресурсов, используемых человеком. ...
bibliotekar.ru/alterEnergy/27.htm

 

 БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА В БИОФИЛЬТРАХ. Биофильтры. Биологические фильтры

В биологических фильтрах прикрепленная к загрузке биомасса осуществляет изъятие органических загрязнений за время прохождения сточных вод, зависящее от типа ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-137-oborudovanie/58.htm

 

 ТЕПЛОВЫЕ УСТАНОВКИ НА БИОТОПЛИВЕ. Биотопливо. Биогаз

В процессе соединения с кислородом при сгорании биомасса выделяет теплоту, ... Биогаз также может быть получен при анаэробном сбраживании биомассы, ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-144-3/170.htm

 

 АЭРОТЕНКИ. Фильтросные пластины. Турбинный аэратор. Аэротенки с ...

Собственная зольность биомассы, т. е. минеральная часть клеточного вещества, ... Такие залповые выносы биомассы снижают общесанитарный эффект очистки воды. ...
bibliotekar.ru/spravochnik-109-kanalizacia/95.htm

 

 Гибридные солнечные станции. Биогаз. Биоконверсия солнечной ...

Специальное выращивание биомассы с последующим ее пе-ребраживанием в спирт или метан позволяет создать искусственные аналогии процесса образования ...
bibliotekar.ru/alterEnergy/28.htm

 

 Дисконтирование - процедура дисконтирования и определения величины ...

В качестве «биологического капитала» может рассматриваться биомасса экосистемы или общий ... Наличие устойчивых многолетних параметров запасов биомассы и ...
www.bibliotekar.ru/biznes-8/91.htm

 

 АНАЭРОБНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ, метановое сбраживание

Биомассу принято оценивать но концентрации беа-зольного в-ва в бродящем осадке. Для поддержания пост, концентрации активной биомассы необходимо обеспечить ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-144-inzhenernoe-oborudovanie/32.htm