Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Современные технологии конверсии биомассы в топливо




Технологии получения твердых, жидких и газообразных топлив из различных видов биомассы – от фотосинтетической до органических отходов – развиваются по двум направлениям: термохимическому и биотехнологическому.

В свою очередь термохимические технологии включают в себя следующие процессы:

- прямое сжигание; - пиролиз;

- газификацию; - сжижение;

- быстрый пиролиз; - синтез.

К биотехнологическим технологиям относятся такие процессы, как:

- биогазовые технологии; - производство эталона;

- получение биодизельных топлив, жирных кислот, растительных углеводородов; - получение тепловой энергии.

Прямое сжигание – древнейший, но наименее выгодный процесс с к.п.д. получения тепловой энергии 15-18 %. Однако существуют такие виды биомассы, которые выгоднее сжигать при условии создания тепловых агрегатов с более высоким к.п.д. К таким видам биомассы относятся:

- солома злаковых и крупяных культур; - стебли подсолнечника и кукурузы, из которых готовят топливные гранулы;

- некоторые виды древесины; - древесные отходы;

- твердые отходы сельскохозяйственного производства;

- городские твердые отходы;

- отходы производства сахара из сахарного тростника – багасса, которая при прямом сжигании используется для производства пара, электричества, пульпы, бумаги, картона, корма для животных. В 1995 г. во всем мире было получено около 200 млн. т багассы, из которых 95 % использовалось как топливо для производства сахара, заменив 40 млн. т нефти.

Пиролиз – термохимическая конверсия сырья без доступа воздуха при температуре 450-550 оС позволяет из 1 м3 абсолютно сухой древесины получать: 140-180 кг древесного угля, не содержащего ни серы, ни фосфора и используемого для получения лучших сортов стали, 280-400 кг жидких продуктов – метанола, уксусной кислоты, ацетона, фенолов; 80 кг горючих газов – метана, монооксида углерода, водорода.

Газификация– сжигание биомассы при температуре 900-1500 оС в присутствии воздуха или кислорода и воды с получением синтез-газа, состоящего из смеси монооксида углерода, водорода и стеклообразной массы (7-10 % массы исходного материала), применяемой как наполнитель для дорожных покрытий. Газификация – более прогрессивный и экономичный способ использования биомассы для получения тепловой энергии, чем пиролиз. Синтез-газ имеет высокий к.п.д. тепловой конверсии. Он может употребляться для получения метанола.

Сжижение – это производство жидкого топлива из биомассы путем термической конверсии: термический пиролиз или газификация в присутствии катализаторов. Реакция происходит так, чтобы в качестве основного продукта получалось жидкое топливо, и при этом можно производить уголь и газ.

Быстрый пиролиз – биомасса в течение короткого времени подвергается воздействию экстремально высоких температур (700-1400 оС), в результате которого происходят быстрое разложение исходных продуктов и образование новых соединений: этанола, пропилена, углеводородов, близких к бензину. Газ, получаемый с помощью быстрого пиролиза, содержит водород, метан, этилен, пропилен. Использование быстрого пиролиза биомассы выгоднее, чем пиролиза угля, так как биомасса содержит значительно меньше золы, и ее можно подвергнуть воздействию более низких температур. Этому направлению, очевидно, принадлежит будущее.

Синтез– каталитический синтез метанола из газов, образующихся из термической конверсии биомассы. Изменяя температуру и давление, а также используя уникальные катализаторы, кроме метанола можно получить целый ряд других соединений. Промежуточные соединения образуются из лигнина. Из 1 т древесины можно синтезировать 410-540 л метанола. Если синтез производить в присутствии водорода, получающегося при электролизе воды, то выход метанола увеличивается до 1400 л.

Биогазовые технологии. Биогаз – смесь метана и углекислого газа – продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения, осуществляемого специфическим природным биоценозом анаэробных бактерий различных физиологических групп. Метановое брожение протекает при температурах от 10 до 55 оС в трех четко определенных диапазонах: 10-25 оС – психрофильное; 25-40 оС – мезофильное; 52-55 оС – термофильное; влажность составляет от 8 до 99 , оптимальная – 92-93 %.

Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять от 50 до 90 %. В зависимости от природы исходного сырья изменяется и выход биогаза: от 200 до 600 л на 1 т абсолютно сухого вещества.

К настоящему времени разработано и применяется множество технологий получения биогаза, основанных на использовании различных вариаций температурного режима, влажности, концентраций бактериальной массы, длительности протекания биореакций.

Производство этанола. Этанол, а также другие низшие спирты, альдегиды и кетоны – продукты спиртового брожения разнообразных сахаро- и крахмалосодержащих субстратов. Однако наиболее распространенными видами сырья для производства этанола являются отходы сахарного производства: багасса или меласса (сахарная свекла), а также крахмал кукурузы, сорго, картофеля, пшеницы и риса. До недавнего времени в России этанол получали при брожении гидролизной целлюлозы.

Наиболее значительный интерес в мире к жидким биотопливам (особенно к этанолу) для использования на транспорте высоким ценам на нефть. Однако и в настоящее время в развивающихся странах он имеет тенденцию к продолжению вследствие экологический проблем.

В некоторых странах этанол в чистом виде или в смеси с бензином (газохол) широко применялся в 70-е годы для двигателей внутреннего сгорания.

Биодизельное топливо имеет те же характеристики, что и обычные дизельные масла, которые могут использоваться в дизельных двигателях. Биодизельное топливо может быть получено из любого маслосодержащего растения – семян рапса, сои, кактусов и т.д. Преимущество биодизельного топлива состоит в том, что его производство основано на широко известных технологиях получения растительных масел с их дальнейшим метилированием и растительных углеводородов.

В 80-е годы возрос интерес к растительным углеводородам. Как правило, эффективные продуценты углеводородов и масел являются представителями тропической и субтропической флоры. Однако и в умеренном климате имеются культурные растения, семена которых содержат значительные количества масел, - подсолнечник, конопля, лен, рапс и др.

Получение тепловой энергии активным компостированием (микробным окислением). Использование этого метода для утилизации твердой биомассы и, прежде всего, твердых органических отходов также может внести существенный вклад в энергетику, в частности, в производство тепловой энергии. Метод основан на процессе бактериального окисления твердых органических веществ с образованием тепловой энергии, которая повышает температуру пропускаемого воздуха до 80…90 оС. Путем компрессии температуру выходящих газов можно поднять до 110 оС. В некоторых странах, например в Японии, разработаны опытно-промышленные установки к.п.д. которых достигает 95 %.


Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой





Дата добавления: 2015-04-19; просмотров: 1644. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.019 сек.) русская версия | украинская версия
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7