Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа
Представлены результаты исследования процесса термохимической конверсии мелкофракционной растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа. В процессе применяется скоростной пиролиз биомассы с комбинированным обогревом и фильтрацией высокотемпературных продуктов неполного...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут газу НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141957 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа / Е.В. Скляренко, Б.Д. Билека // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2016. — № 2. — С. 43-49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141957 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Скляренко, Е.В. Билека, Б.Д. 2018-09-18T16:59:52Z 2018-09-18T16:59:52Z 2016 Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа / Е.В. Скляренко, Б.Д. Билека // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2016. — № 2. — С. 43-49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0235-3482 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141957 662.743 Представлены результаты исследования процесса термохимической конверсии мелкофракционной растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа. В процессе применяется скоростной пиролиз биомассы с комбинированным обогревом и фильтрацией высокотемпературных продуктов неполного сгорания углеводородного газа через уплотненный подвижный слой. Исследовано распределение температур продуктов конверсии и их выход по длине реактора в зависимости от температуры процесса, времени пребывания, параметров теплоносителя и исходной растительной биомассы. Приведены результаты расчетных и экспериментальных исследований основных режимных параметров процесса. Представлено результати дослідження процесу термохімічної конверсії дрібнофракційної рослинної біомаси у горючий газ та біовуглець на установці шнекового типу. У процесі використовується швидкісний піроліз біомаси з комбинованим обігрівом та фільтрацією високотемпературних продуктів неповного згоряння вуглеводневого газу через ущільнений рухомий шар. Досліджено розподілення температур продуктів конверсії та їх вихід по довжині реактора у залежності від температури процесу, часу перебування, параметрів теплоносія та вихідної рослинної біомаси. Наведено результати розрахункових та експериментальних досліджень основних режимних параметрів процесу. Installation of screw type that implements the technology of thermochemical conversion of small fraction plant biomass into combustible gas and biocarbon is proposed. The technology is based on the use of high-speed pyrolysis of biomass in combined heating and filtering high temperature products of incomplete combustion of hydrocarbon gas through the pressed movable layer. Temperature distribution of conversion products and their output along the reactor length depending on process temperature, dwell time, heat transfer medium parameters and initial plant biomass are investigated on the basis of the developed mathematical model. The results of theoretical and experimental studies of the basic regime parameters of process are presented. ru Інститут газу НАН України Энерготехнологии и ресурсосбережение Переработка сырья и ресурсосбережение Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа Дослідження процесу термохімічної конверсії рослинної біомаси у горючий газ та біовуглець на установці шнекового типу Experimental Study of Thermochemical Conversion Process for Plant Biomass into Com- bustible Gas and Biocarbon on Installation of Screw Type Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа |
| spellingShingle |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа Скляренко, Е.В. Билека, Б.Д. Переработка сырья и ресурсосбережение |
| title_short |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа |
| title_full |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа |
| title_fullStr |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа |
| title_full_unstemmed |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа |
| title_sort |
исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа |
| author |
Скляренко, Е.В. Билека, Б.Д. |
| author_facet |
Скляренко, Е.В. Билека, Б.Д. |
| topic |
Переработка сырья и ресурсосбережение |
| topic_facet |
Переработка сырья и ресурсосбережение |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження процесу термохімічної конверсії рослинної біомаси у горючий газ та біовуглець на установці шнекового типу Experimental Study of Thermochemical Conversion Process for Plant Biomass into Com- bustible Gas and Biocarbon on Installation of Screw Type |
| description |
Представлены результаты исследования процесса термохимической конверсии мелкофракционной растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа. В процессе применяется скоростной пиролиз биомассы с комбинированным обогревом и фильтрацией высокотемпературных продуктов неполного сгорания углеводородного газа через уплотненный подвижный слой. Исследовано распределение температур продуктов конверсии и их выход по длине реактора в зависимости от температуры процесса, времени пребывания, параметров теплоносителя и исходной растительной биомассы. Приведены результаты расчетных и экспериментальных исследований основных режимных параметров процесса.
Представлено результати дослідження процесу термохімічної конверсії дрібнофракційної рослинної біомаси у горючий газ та біовуглець на установці шнекового типу. У процесі використовується швидкісний піроліз біомаси з комбинованим обігрівом та фільтрацією високотемпературних продуктів неповного згоряння вуглеводневого газу через ущільнений рухомий шар. Досліджено розподілення температур продуктів конверсії та їх вихід по довжині реактора у залежності від температури процесу, часу перебування, параметрів теплоносія та вихідної рослинної біомаси. Наведено результати розрахункових та експериментальних досліджень основних режимних параметрів процесу.
Installation of screw type that implements the technology of thermochemical conversion of small fraction plant biomass into combustible gas and biocarbon is proposed. The technology is based on the use of high-speed pyrolysis of biomass in combined heating and filtering high temperature products of incomplete combustion of hydrocarbon gas through the pressed movable layer. Temperature distribution of conversion products and their output along the reactor length depending on process temperature, dwell time, heat transfer medium parameters and initial plant biomass are investigated on the basis of the developed mathematical model. The results of theoretical and experimental studies of the basic regime parameters of process are presented.
|
| issn |
0235-3482 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141957 |
| citation_txt |
Исследование процесса термохимической конверсии растительной биомассы в горючий газ и биоуглерод на установке шнекового типа / Е.В. Скляренко, Б.Д. Билека // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2016. — № 2. — С. 43-49. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sklârenkoev issledovanieprocessatermohimičeskoikonversiirastitelʹnoibiomassyvgorûčiigazibiouglerodnaustanovkešnekovogotipa AT bilekabd issledovanieprocessatermohimičeskoikonversiirastitelʹnoibiomassyvgorûčiigazibiouglerodnaustanovkešnekovogotipa AT sklârenkoev doslídžennâprocesutermohímíčnoíkonversííroslinnoíbíomasiugorûčiigaztabíovuglecʹnaustanovcíšnekovogotipu AT bilekabd doslídžennâprocesutermohímíčnoíkonversííroslinnoíbíomasiugorûčiigaztabíovuglecʹnaustanovcíšnekovogotipu AT sklârenkoev experimentalstudyofthermochemicalconversionprocessforplantbiomassintocombustiblegasandbiocarbononinstallationofscrewtype AT bilekabd experimentalstudyofthermochemicalconversionprocessforplantbiomassintocombustiblegasandbiocarbononinstallationofscrewtype |
| first_indexed |
2025-11-26T21:33:01Z |
| last_indexed |
2025-11-26T21:33:01Z |
| _version_ |
1850773409813757952 |
| fulltext |
References
1. DNAOP 0.00.-1.26-96, [Terms of design and safe op-
eration of steam boilers with steam pressure not ex-
ceeding 0.07 MPa (0.7 kgf/cm2), boilers and water
heaters heat water with a temperature no higher
than 115 �C] , Kiev : State regulation of labor pro-
tection, 1996, 128 p. (Ukr.)
2. Balaban-Irmenin Ju.V., Suslov P.S. [Features of
antiscale in heating systems], Proceedings of the IV
Conference «Modern water treatment technology and
corrosion protection of equipment and scale forma-
tion». — [Electron resource]. — http://www.tra-
vers.su/upload/iblock/b14/b14caa976c3907580eb
8aa6a5b179ddf.pdf (Rus.)
3. Rudakova G.Ja., Samsonova N.K., Larchenko V.E.
[Some aspects of the practice and use of complexons
for water treatment], Jenergosberezhenie i vodo-
podgotovka, 2007, (2), pp. 32–33. (Rus.)
4. Driker B.N., Sikorskij I.P., Cirul’nikova N.V. [Ex-
plore the use of zinc complexonates IOMC for the
inhibition of structural steels corrosion], Jenergo-
sberezhenie i vodopodgotovka, 2006 (2), pp. 7–9.
(Rus.)
5. Nesterenko S.V. [Feed water treatment technology to
prevent corrosion and scaling processes on heat trans-
fer surfaces], Kommunal’noe hozjajstvo gorodov,
2008, Iss. 84, pp.190–194. (Rus.)
6. Pager S., Gerasimenko Ju. [Inhibiting effect of scale
formed in the ultrasonic field on heat transfer sur-
faces], F³ziko-h³m³chna mehan³ka mater³al³v.
Problemi koroz³¿ ³ protikoroz³jnogo zahistu ma-
ter³al³v, L’v³v, 2012, 1 (9), pp. 272–278. (Ukr.)
7. DSTU 3895–99. (GOST 9.514-99). [Corrosion inhib-
itors of metals for water systems. Electrochemical
method for determining the protective ability].
(Ukr.)
8. Gerasimenko Ju.S., Nechaj M.V., Belousova N.A.,
Shlokova E.A. [Estimation of the accuracy of mea-
surements of corrosion rate by the method of polar-
ization resistance], Fiz.-him. mehanika materialov,
1996, 31 (3), pp. 302–306. (Rus.)
9. [Encyclopedia of heating. Deposits and abrasion]. —
[Electron resource]. — http://www.rosteplo.
ru/w/ (Rus.)
10. Potapov S.A. [Complexions water-chemical mode of
heat supply system. Problems and solutions], Mate-
rials of the conference «Modern technologies of wa-
ter treatment and protect equipment from corro-
sion», Moscow, June 2003, IREA, pp. 20–28. (Rus.)
11. Gerasimenko Ju., B³lousova N., Red’ko R. [Scale,
its anticorrosive properties and regulation], 13th In-
ternational Conference «Corrosion 2016», Lvov,
Ukraine, 14–15 June 2016, Lvov, 2016. (Ukr.)
Received May 19, 2016
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 43
ÓÄÊ 662.743
Ñêëÿðåíêî Å.Â., Áèëåêà Á.Ä., äîêò. òåõí. íàóê
Èíñòèòóò òåõíè÷åñêîé òåïëîôèçèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, Êèåâ
óë. Æåëÿáîâà, 2à, 03057 Êèåâ, Óêðàèíà, å-mail: bilbo1@i.com.ua
Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà òåðìîõèìè÷åñêîé êîíâåðñèè
ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû â ãîðþ÷èé ãàç è áèîóãëåðîä
íà óñòàíîâêå øíåêîâîãî òèïà
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà òåðìîõèìè÷åñêîé êîíâåðñèè ìåëêî-
ôðàêöèîííîé ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû â ãîðþ÷èé ãàç è áèîóãëåðîä íà óñòàíîâêå øíåêî-
âîãî òèïà. Â ïðîöåññå ïðèìåíÿåòñÿ ñêîðîñòíîé ïèðîëèç áèîìàññû ñ êîìáèíèðîâàííûì
îáîãðåâîì è ôèëüòðàöèåé âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðîäóêòîâ íåïîëíîãî ñãîðàíèÿ óãëåâî-
äîðîäíîãî ãàçà ÷åðåç óïëîòíåííûé ïîäâèæíûé ñëîé. Èññëåäîâàíî ðàñïðåäåëåíèå òåì-
ïåðàòóð ïðîäóêòîâ êîíâåðñèè è èõ âûõîä ïî äëèíå ðåàêòîðà â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðà-
òóðû ïðîöåññà, âðåìåíè ïðåáûâàíèÿ, ïàðàìåòðîâ òåïëîíîñèòåëÿ è èñõîäíîé ðàñòèòåëü-
íîé áèîìàññû. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòíûõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé
îñíîâíûõ ðåæèìíûõ ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà. Áèáë. 11, pèñ. 4.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: áèîìàññà, òåðìîõèìè÷åñêàÿ êîíâåðñèÿ, ïèðîëèç, ôèëüòðàöèÿ ãàçî-
âîãî òåïëîíîñèòåëÿ, øíåêîâûé ðåàêòîð.
� Ñêëÿðåíêî Å.Â., Áèëåêà Á.Ä., 2016
Òåðìîõèìè÷åñêàÿ êîíâåðñèÿ ðàñòèòåëüíîé
áèîìàññû â ãîðþ÷èé ãàç è áèîóãëåðîä ÿâëÿåòñÿ
àêòóàëüíûì è ïåðñïåêòèâíûì ìåòîäîì ïîâûøå-
íèÿ ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ âîçîáíîâëÿå-
ìûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè, çàìåùåíèÿ è ýêîíîìèè
òðàäèöèîííûõ èñêîïàåìûõ òîïëèâ è ñîêðàùåíèÿ
âðåäíûõ âûáðîñîâ â îêðóæàþùóþ ñðåäó.
Îäíèì èç îñíîâíûõ ñäåðæèâàþùèõ ôàêòî-
ðîâ øèðîêîãî ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ
ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû â ýíåðãåòè÷åñêèõ óñòà-
íîâêàõ ÿâëÿåòñÿ íåäîñòàòî÷íàÿ ýôôåêòèâíîñòü
ñóùåñòâóþùèõ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ âûñîêî-
êà÷åñòâåííûõ è ñ íèçêîé ñåáåñòîèìîñòüþ ýíåð-
ãåòè÷åñêèõ ïðîäóêòîâ.
Ïîñòàíîâêà çàäà÷è
Íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóåìûìè òåõíî-
ëîãèÿìè òåðìîõèìè÷åñêîé êîíâåðñèè ðàñòè-
òåëüíîé áèîìàññû ÿâëÿþòñÿ òåõíîëîãèè,
áàçèðó- þùèåñÿ íà ïðîöåññàõ ãàçèôèêàöèè è
ïèðîëèçà.
Ãàçèôèêàöèÿ — ïðîöåññ ïîëó÷åíèÿ ãàçîâî-
ãî òîïëèâà ïðè ìàêñèìàëüíîé ñòåïåíè êîíâåð-
ñèè (äî 70–75 %) ýíåðãåòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà
èñõîäíîé áèîìàññû â åãî òåïëîòó ñãîðàíèÿ.
Ïðîöåññ ãàçèôèêàöèè ïðîòåêàåò ïðè òåì-
ïåðàòóðàõ 800–1300 �Ñ. Ïîëó÷åííûå â ðå-
çóëüòàòå ãàçèôèêàöèè áèîìàññû ãàçîîáðàçíûå
ïðîäóêòû, ñîñòàâ êîòîðûõ çàâèñèò îò ïðèìåíÿ-
åìîãî îêèñëèòåëÿ, íå âñåãäà óäîâëåòâîðÿþò
òðåáîâàíèÿì ñóùåñòâóþùåãî ýíåðãåòè÷åñêîãî
îáîðóäîâàíèÿ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêîêàëî-
ðèéíûõ ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ãàçèôèêà-
öèè íåîáõîäèìà ðåàëèçàöèÿ ñëîæíûõ è äîðî-
ãîñòîÿùèõ òåõíîëîãèé.
Ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü ýíåðãåòè÷åñêîãî
èñïîëüçîâàíèÿ ðàçíûõ âèäîâ áèîìàññû, îñîáåí-
íî ìåëêîôðàêöèîííîé ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû,
ïîçâîëÿþò ïèðîëèçíûå ïðîöåññû, êîòîðûå îñó-
ùåñòâëÿþòñÿ çà ñ÷åò òåïëîòû ýêçîòåðìè÷åñêèõ
ðåàêöèé (âçàèìîäåéñòâèå îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ
è ñâÿçàííîãî êèñëîðîäà) èëè äîïîëíèòåëüíîé
òåïëîòû ñòîðîííåãî èñòî÷íèêà ýíåðãèè. Ïðî-
öåññ ïèðîëèçà ïðîõîäèò ïðè áîëåå íèçêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ (êàðáîíèçàöèÿ — 170–350 �Ñ, ïîëó-
êîêñîâàíèå — 500–700 �Ñ, êîêñîâàíèå — 900–
1100 �Ñ).
Ñõåìàòè÷åñêè ïðîöåññ ïèðîëèçà ìîæíî
ïðåäñòàâèòü òàê:
ÐÁÌ + òåïëîòà = Ñ (óãëåðîä) +
+ Ñ (ñìîëû) + ÑÎ + ÑÎ2 + ÑÍ4 +
+ ÑnHm + Í2 + Í2Î.
 ïðîöåññå ïèðîëèçà ïðîèñõîäèò äåñòðóê-
öèÿ îðãàíè÷åñêîé ÷àñòè èñõîäíîé ðàñòèòåëüíîé
áèîìàññû (ÐÁÌ) íà ãàçîâóþ ôàçó, æèäêèå è
òâåðäûå ïðîäóêòû.
Òâåðäûì ïðîäóêòîì ÿâëÿåòñÿ êîêñîâûé îñ-
òàòîê (áèîóãëåðîä) ñ òåïëîòîé ñãîðàíèÿ äî Qí
ð
= 30 ÌÄæ/êã è ñðåäíèì âûõîäîì 25–30 % îò
ñóõîé ìàññû áèîìàññû, â çàâèñèìîñòè îò åå âè-
äà è òåìïåðàòóðû ïðîöåññà.
Æèäêèå ïðîäóêòû (äî 50–55 % (ìàñ.)) ñî-
ñòîÿò èç ñìåñè âûñîêîìîëåêóëÿðíûõ óãëåâîäî-
ðîäîâ è âîäû (äî 20 % (ìàñ.)) è èìåþò òåïëî-
òó ñãîðàíèÿ Qí
ð = 20–25 ÌÄæ/êã. Èõ ìîæíî
èñïîëüçîâàòü êàê òîïëèâî, äëÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ
óñòàíîâîê èëè êàê ñûðüå äëÿ äàëüíåéøåé õè-
ìè÷åñêîé ïåðåðàáîòêè.
Ãàçîâàÿ ôàçà (äî 20–35 % (ìàñ.)) — ýòî
ãîðþ÷èé ãàç ñ òåïëîòîé ñãîðàíèÿ Qí
ð = 15–
22 ÌÄæ/íì3, ÷òî ñóùåñòâåííî ïðåâîñõîäèò
òåïëîòó ñãîðàíèÿ (5–6 ÌÄæ/íì3) ãîðþ÷åãî
ãàçà âîçäóøíîé ãàçèôèêàöèè.
Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ïèðîëèçíûõ ïðî-
öåññîâ ÿâëÿåòñÿ îòíîñèòåëüíî íåâûñîêèé óäåëü-
íûé âûõîä ãîðþ÷èõ ãàçîâ è çíà÷èòåëüíîå êîëè-
÷åñòâî (äî 30 % (ìàñ.)) äèîêñèäà óãëåðîäà â
åãî ñîñòàâå. Íàïðèìåð, îòíîøåíèå òåïëîòû ñãî-
ðàíèÿ ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà ê òåï-
ëîòå ñãîðàíèÿ èñõîäíîé ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû
íå ïðåâûøàåò 30 %. Ïîâûøåíèå ýòîãî ïîêàçàòå-
ëÿ íà 15–20 % ìîæíî äîñòè÷ü çà ñ÷åò âûñîêî-
òåìïåðàòóðíîé êîíâåðñèè æèäêîé ôàçû â ãàçî-
îáðàçíûå ïðîäóêòû èëè èñïîëüçîâàíèÿ ãîðþ÷å-
ãî ãàçà áåç îõëàæäåíèÿ è êîíäåíñàöèè.
 õîäå ïèðîëèçíîãî ïðîöåññà ïðîèñõîäèò
íå òîëüêî ðàçëîæåíèå îðãàíè÷åñêîé ÷àñòè, íî è
ïåðåðàñïðåäåëåíèå ýíåðãèè èñõîäíîé áèîìàññû â
ïîëó÷àåìûå ïðîäóêòû. Íàïðèìåð, íà ðèñ.1 ïðè-
âåäåíû îáîáùåííûå äàííûå ïèðîëèçà äðåâåñèíû
[1] è ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ ýíåðãèè èñõîäíîé áèî-
ìàññû â ïðîäóêòû ïèðîëèçà â çàâèñèìîñòè îò
òåìïåðàòóðû ïðîöåññà. Îñîáåííî ýòîò ïðîöåññ
èíòåíñèôèöèðóåòñÿ ñ íà÷àëîì ýêçîòåðìè÷åñêèõ
ðåàêöèé (äëÿ äðåâåñèíû ýòî 275–280 �Ñ), êîãäà
÷àñòü âûäåëèâøåéñÿ ýíåðãèè èäåò íà ðàçîãðåâ
44 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ðèñ.1. Çàâèñèìîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ òåïëîâîé ýíåðãèè äðåâå-
ñèíû â ïðîäóêòàõ åå ïèðîëèçà îò òåìïåðàòóðû ïðîöåññà:
1 — äðåâåñíûé óãîëü; 2 — ïàðîãàçû; 3 — æèäêèå ïðîäóê-
òû; 4 — ãàçû.
èñõîäíîãî ñûðüÿ è ïîêðûòèå ïîòåðü ÷åðåç ñòåí-
êó àïïàðàòà.
Èç ðèñ.1 âèäíî, ÷òî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü
(ïðèìåðíî 50 %) òåïëîâîé ýíåðãèè Q àáñîëþòíî
ñóõîé äðåâåñèíû ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû
ïèðîëèçà ïåðåõîäèò â ïàðîãàçîâûå ïðîäóêòû, ãäå
áîëåå 70 % ýíåðãèè ïðèõîäèòñÿ íà êîíäåíñèðî-
âàííûå (æèäêèå) ïðîäóêòû. Îñòàëüíàÿ ÷àñòü ïå-
ðåõîäèò â äðåâåñíûé óãîëü, óìåíüøàÿñü ñ ïîâû-
øåíèåì òåìïåðàòóðû ïðîöåññà, õîòÿ ïðè ýòîì åãî
êà÷åñòâî ñóùåñòâåííî óëó÷øàåòñÿ (íàëè÷èå òâåð-
äîãî íåëåòó÷åãî óãëåðîäà äîñòèãàåò áîëåå 80 %).
Àíàëèçèðóÿ ýíåðãåòè÷åñêóþ ýôôåêòèâíîñòü
èñïîëüçîâàíèÿ ìåëêîôðàêöèîííîé ðàñòèòåëü-
íîé áèîìàññû, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî öåëå-
âàÿ êîíâåðñèÿ â ÷èñòî ãàçîâîå, æèäêîå èëè
òâåðäîå òîïëèâî ÿâëÿåòñÿ ìàëîðàöèîíàëüíîé
èç-çà âûñîêîé ñåáåñòîèìîñòè ïîëó÷åíèÿ êîíå÷-
íûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ ïðîäóêòîâ (òåïëîâîé è
ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè).
Äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçî-
âàíèÿ ýíåðãèè òàêîé ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû,
ñîêðàùåíèÿ âðåäíûõ âûáðîñîâ è ñíèæåíèÿ ñå-
áåñòîèìîñòè öåëåâûõ ïðîäóêòîâ ïåðñïåêòèâíû-
ìè ïðåäñòàâëÿþòñÿ òåõíîëîãèè è ïðîöåññû
ýíåðãîòåõíîëîãè÷åñêîé íàïðàâëåííîñòè, â êîòî-
ðûõ íàðÿäó ñ ýíåðãåòè÷åñêèìè ïðîäóêòàìè ïî-
ëó÷àþò è äðóãèå âûñîêîëèêâèäíûå ïðîäóêòû.
Êàê âèäíî èç ðèñ.1, òàêèå ïðîäóêòû íàèáîëåå
öåëåñîîáðàçíî ïîëó÷àòü â òåìïåðàòóðíîì äèàïà-
çîíå 350–500 �Ñ, ïîñêîëüêó çàòðàòû íà èõ ïî-
ëó÷åíèå áóäóò ìèíèìàëüíû, à âûõîä è êà÷åñòâî
íàèáîëåå îïòèìàëüíû.
 ðàçðàáîòàííîé òåõíîëîãèè òåðìîõèìè÷å-
ñêîé êîíâåðñèè ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû [2, 3]
òàêèì ïðîäóêòîì íàðÿäó ñ ãîðþ÷èì ãàçîì ÿâëÿ-
åòñÿ áèîóãëåðîä, èìåþùèé âûñîêèå òåïëîòåõíè-
÷åñêèå è ïîòðåáèòåëüñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Åãî
ìîæíî èñïîëüçîâàòü êàê òâåðäîå òîïëèâî â áû-
òó, äëÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ íóæä ïðîìûøëåííî-
ñòè, ïðîèçâîäñòâà òåõíè÷åñêèõ ñîðáåíòîâ (äëÿ
î÷èñòêè âîäû è ãàçîâ), ïîëó÷åíèÿ òîïëèâíîãî
ãàçà, ìèíåðàëüíûõ óäîáðåíèé è äð.
Ñóòü ðàññìàòðèâàåìîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî
ïðîöåññà ñîñòîèò â òîì, ÷òî êîíâåðñèÿ ðàñòè-
òåëüíîé áèîìàññû â ãîðþ÷èé ãàç è áèîóãëåðîä
îñóùåñòâëÿåòñÿ âñëåäñòâèå ñêîðîñòíîãî ïèðî-
ëèçà â ðåæèìå «òåïëîâîãî óäàðà» ïðè êîìáè-
íèðîâàííîì îáîãðåâå è ôèëüòðàöèè âûñîêîòåì-
ïåðàòóðíûõ ïðîäóêòîâ íåïîëíîãî ñãîðàíèÿ óã-
ëåâîäîðîäíîãî ãàçà ÷åðåç óïëîòíåííûé ïîä-
âèæíûé ñëîé.
Ðåàëèçàöèÿ äàííîãî ïðîöåññà ïîçâîëÿåò ïî-
ëó÷èòü ñëåäóþùèå ïðåèìóùåñòâà:
— âûñîêîòåìïåðàòóðíûå ïðîäóêòû íåïîë-
íîãî ñãîðàíèÿ óãëåâîäîðîäíîãî ãàçà ïîçâîëÿþò
äîñòè÷ü âûñîêîé ñòàáèëüíîñòè ïðîöåññà ïðè èç-
ìåíåíèè âëàæíîñòè áèîìàññû, ïîâûñèòü òåïëî-
òó ñãîðàíèÿ ãîðþ÷åãî ãàçà, ïîëó÷èòü íîâûå
òâåðäûå óãëåðîäñîäåðæàùèå ìàòåðèàëû;
— óïëîòíåííûé ñëîé ïîçâîëÿåò ôîðñèðî-
âàòü ñêîðîñòü ôèëüòðàöèè òåïëîíîñèòåëÿ, ïðåä-
îòâðàòèòü ìåõàíè÷åñêèé âûíîñ ìåëêèõ ÷àñòèö
áèîìàññû è èíòåíñèôèöèðîâàòü òåïëî- è ìàññî-
îáìåííûå ïðîöåññû â ðåàêöèîííîé çîíå, à òàê-
æå óâåëè÷èòü êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ðåàêòî-
ðà, ÷òî ñïîñîáñòâóåò óìåíüøåíèþ ìàññû è ãàáà-
ðèòîâ óñòàíîâêè;
— ïîäâèæíîñòü ñëîÿ ïîçâîëÿåò èíòåíñèôè-
öèðîâàòü òåïëî- è ìàññîîáìåííûå ïðîöåññû,
ïðåäîòâðàòèòü îáãàð è ñïåêàíèå ÷àñòèö â îò-
äåëüíûõ çîíàõ, ïîëó÷èòü áèîóãëåðîä îäíîðîä-
íîãî êà÷åñòâà.
Óïðàâëÿòü òàêèì ïðîöåññîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ
íóæíûõ êîíå÷íûõ ïðîäóêòîâ ìîæíî, èçìåíÿÿ
òåõíîëîãè÷åñêèå ïàðàìåòðû ïðîöåññà: òåìïåðà-
òóðó, äàâëåíèå, ñêîðîñòü íàãðåâà, âðåìÿ ïðåáû-
âàíèÿ áèîìàññû â ðåàêöèîííîé çîíå, õàðàêòåðè-
ñòèêè òåïëîíîñèòåëÿ. Ñàì ïðîöåññ ïèðîëèçà è
âëèÿíèå íà íåãî âûøåïåðå÷èñëåííûõ ôàêòîðîâ
èçó÷åí è îñâåùåí â ëèòåðàòóðå. Îäíàêî, â ðå-
àëüíûõ óñëîâèÿõ òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà è
àïïàðàòà ýòà âçàèìîçàâèñèìîñòü èìååò èíäèâè-
äóàëüíóþ ñïåöèôèêó, ïîýòîìó íåîáõîäèìûì
óñëîâèåì ýôôåêòèâíîãî óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì
ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ñîîòâåòñòâóþùèõ äàííûõ.
Äëÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé çàäà÷è áûë ïðîâå-
äåí êîìïëåêñ àíàëèòè÷åñêèõ è ýêñïåðèìåíòàëü-
íûõ èññëåäîâàíèé.
Èçó÷åíèå äàííîãî ïðîöåññà ñîïðÿæåíî ñ ðå-
øåíèåì äâóõ ïðîáëåì.
Ïåðâàÿ èç íèõ — ýòî îïðåäåëåíèå êîëè÷å-
ñòâà ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà è èõ ñîñòàâà, à òàêæå
òåðìîäèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïðè áëèçêèõ
ê îïòèìàëüíûì òåïëîâûì, òåìïåðàòóðíûì è
ãèäðîäèíàìè÷åñêèì óñëîâèÿì ïðîöåññà. Ïðè
âûïîëíåíèè àíàëèòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, ñâå-
äåíèè òåïëîâîãî è ìàòåðèàëüíîãî áàëàíñîâ ýòè
óñëîâèÿ èäåàëèçèðîâàëèñü, ïîñêîëüêó èñïîëü-
çîâàíèå òåðìîõèìèè è òåðìîäèíàìèêè äëÿ àíà-
ëèçà ïðîöåññà òðåáóåò çíà÷èòåëüíî áîëåå ïîä-
ðîáíûõ èñõîäíûõ äàííûõ.
Êàê ïîêàçûâàåò àíàëèç ëèòåðàòóðíûõ èñòî÷-
íèêîâ, íàïðèìåð, íåêîòîðûå êèíåòè÷åñêèå õà-
ðàêòåðèñòèêè, íåîáõîäèìûå äëÿ òàêèõ ðàñ÷åòîâ,
ëèáî îòñóòñòâóþò, ëèáî èçó÷åíû íåäîñòàòî÷íî.
Äðóãàÿ ïðîáëåìà — ýòî îöåíêà òåïëîòû,
êîòîðàÿ âûäåëÿåòñÿ èëè ïîãëîùàåòñÿ â õèìè÷å-
ñêèõ ðåàêöèÿõ ïðîöåññà. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè
ðàññìîòðåíèè ýòîãî âîïðîñà íåîáõîäèìî ó÷èòû-
âàòü íå òîëüêî òåïëîâûå ýôôåêòû ðåàêöèé è
ñêîðîñòè èõ ïðîõîæäåíèÿ, íî è ïðîöåññû ñìå-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 45
øåíèÿ, ïîäâîäà òåïëîòû, ïî-
òåðü ÷åðåç ñòåíêó àïïàðàòà è
äðóãèå ôàêòîðû. Îáû÷íî ïðè-
íèìàåòñÿ, ÷òî èíòåãðàëüíûé ýô-
ôåêò ðàâåí íóëþ, à ïðîöåññ îñó-
ùåñòâëÿåòñÿ íåïðåðûâíî â êâà-
çèñòàöèîíàðíîì ðåæèìå è â
àäèàáàòíûõ óñëîâèÿõ, ïðè ïî-
ñòîÿííîì äàâëåíèè è âðåìåíè
ïðåáûâàíèÿ, äîñòàòî÷íîì äëÿ
äîñòèæåíèÿ òåðìîõèìè÷åñêîãî
ðàâíîâåñèÿ.
 íàøåì ñëó÷àå ïðè ðàçðà-
áîòêå íîâîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî
ïðîöåññà êîíâåðñèè ðàñòèòåëü-
íîé áèîìàññû â ãîðþ÷èé ãàç è
áèîóãëåðîä ìîæíî îãðàíè÷èòüñÿ áîëåå ïðîñòû-
ìè èñõîäíûìè äàííûìè, à èìåííî: êàêîå îáùåå
êîëè÷åñòâî ëåòó÷èõ è áèîóãëåðîäà ìîæåò âûäå-
ëèòüñÿ èç èñõîäíîé áèîìàññû, êàêîâ ýëåìåíòàð-
íûé ñîñòàâ è íåîáõîäèìûå òåõíîëîãè÷åñêèå óñ-
ëîâèÿ èõ ïîëó÷åíèÿ â äàííîì àïïàðàòå.
Ïðè ïðèíÿòèè ýòèõ è íåêîòîðûõ äðóãèõ
äîïóùåíèé áûëè ðàçðàáîòàíû ìàòåìàòè÷åñêàÿ
ìîäåëü è ïðîãðàììà ðàñ÷åòà ïðîöåññà [4]. Â
äàííîé ðàáîòå ïðèâåäåíû îñíîâíûå ðåçóëüòà-
òû ðàñ÷åòíî-ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðàáîò, íà-
ïðàâëåííûõ íà ïîëó÷åíèå äåòàëüíîé èíôîð-
ìàöèè î òåõíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðàõ ðàáî÷åãî
ïðîöåññà â äèíàìèêå, à èìåííî: îïðåäåëÿëîñü
ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð ïðîäóêòîâ êîíâåð-
ñèè è èõ âûõîä ïî äëèíå ðåàêòîðà â çàâèñèìî-
ñòè îò òåìïåðàòóðû ïðîöåññà, âðåìåíè ïðåáû-
âàíèÿ, ïàðàìåòðîâ òåïëîíîñèòåëÿ è èñõîäíîé
áèîìàññû.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû ïðîâîäèëèñü íà
ëàáîðàòîðíîé óñòàíîâêå, îïèñàííîé â ðàáîòå
[5]. Óñòàíîâêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãîðèçîíòàëü-
íûé öèëèíäðè÷åñêèé ðåàêòîð ñî øíåêîì, îáåñ-
ïå÷èâàþùèé óïëîòíåíèå è ïåðåìåùåíèå ðàñòè-
òåëüíîé áèîìàññû âäîëü êàìåðû ïèðîëèçà, êî-
òîðàÿ èìååò òåïëîâóþ îáå÷àéêó.  íåå èç òåõíî-
ëîãè÷åñêîé òîïêè ïîäàåòñÿ òåïëîíîñèòåëü â âè-
äå âûñîêîòåìïåðàòóðíûõ ïðîäóêòîâ íåïîëíîãî
ñãîðàíèÿ óãëåâîäîðîäíîãî ãàçà. Òåïëîíîñèòåëü
îòäàåò íåêîòîðóþ ÷àñòü òåïëîòû áèîìàññå ÷åðåç
ñòåíêó êàìåðû ïèðîëèçà, à çàòåì ïîñòóïàåò â
êàìåðó ïèðîëèçà è ôèëüòðóåòñÿ ÷åðåç óïëîò-
íåííûé øíåêîì ïîäâèæíûé ñëîé áèîìàññû.
Áëàãîäàðÿ ðàçâèòîé ïîâåðõíîñòè ïîðèñòîãî
ñëîÿ áèîìàññû ïðîèñõîäèò èíòåíñèâíûé ðàçî-
ãðåâ è ðàçëîæåíèå åå îðãàíè÷åñêîé ÷àñòè íà ëå-
òó÷èå ïðîäóêòû è òâåðäûé îñòàòîê. Ñòåïåíü òà-
êîãî ïðåâðàùåíèÿ ðåãóëèðóåòñÿ òåìïåðàòóðîé
ïðîöåññà è âðåìåíåì ïðåáûâàíèÿ áèîìàññû â
ðåàêöèîííîé çîíå.
Íà ðèñ.2 ïðèâåäåíî èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû
ïðîãðåâà ñëîÿ ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû Ts ðàçíîé
èñõîäíîé âëàæíîñòè ïî äëèíå ðåàêòîðà ïðè íà-
÷àëüíîé òåìïåðàòóðå ãàçîâîãî òåïëîíîñèòåëÿ
Tg = 1020–1040 �Ñ è âûõîä ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà
(Gi) èç áèîìàññû 30 % âëàæíîñòè, ïðè òåõ æå
óñëîâèÿõ.
Èç ðèñ.2 âèäíî, ÷òî âáëèçè âõîäíîãî ñå÷å-
íèÿ ðåàêòîðà ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ïðîöåññû ñìå-
øåíèÿ è òåïëîîáìåíà èìåþò âûñîêóþ èíòåíñèâ-
íîñòü, ïîñêîëüêó îíè ïðîõîäÿò â ðåæèìå «òåï-
ëîâîãî óäàðà». Ýòî ïîçâîëÿåò ïðè äëèíå êàìåðû
ïèðîëèçà L = 1,3 ì è åå äèàìåòðå D = 0,309 ì çà
15–20 ìèí ýôôåêòèâíî íàãðåòü ñëîé áèîìàññû
0,35 ì ñ 30 %-é âëàæíîñòüþ (êðèâàÿ 2) äî çà-
äàííîé òåìïåðàòóðû ïðîöåññà (450–500 �Ñ).
Ïðè èçìåíåíèè âëàæíîñòè äî 40 % (êðèâàÿ 3)
íåîáõîäèìî óâåëè÷èòü ðàñõîä òåõíîëîãè÷åñêîãî
ãàçà íà 17 % èëè óâåëè÷èòü âðåìÿ ïðåáûâàíèÿ
áèîìàññû â ðåàêöèîííîé çîíå ïî÷òè â 3 ðàçà,
÷òî óâåëè÷èâàåò ãàáàðèòû óñòàíîâêè. Òàêèì
îáðàçîì, âëàæíîñòü èñõîäíîé áèîìàññû ÿâëÿåòñÿ
êëþ÷åâûì ôàêòîðîì, âëèÿþùèì íå òîëüêî íà
êà÷åñòâî ýíåðãåòè÷åñêèõ ïðîäóêòîâ è ðàñõîäû
òåõíîëîãè÷åñêîãî ãàçà, íî è íà êîíñòðóêòèâíûå
46 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ðèñ.2. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïðîãðåâà ñëîÿ ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû (Ts) ðàçíîé
èñõîäíîé âëàæíîñòè Wp, %: 1 — 20; 2 — 30; 3 — 40, ïî äëèíå ðåàêòîðà (L), ïðè
íà÷àëüíîé òåìïåðàòóðû ãàçîâîãî òåïëîíîñèòåëÿ Tg = 1020–1040 �Ñ) (à) è âûõîäà
ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà Gi èç áèîìàññû âëàæíîñòüþ 30 % ïðè òåõ æå óñëîâèÿõ (á):
1 — áèîóãëåðîä; 2 — ëåòó÷èå.
Ðèñ.3. Âëèÿíèå òåìïåðàòóðû ïèðîëèçà Ò íà âûõîä ëåòó÷èõ
V (1) è èõ òåïëîòó ñãîðàíèÿ Qð
í (2).
à á
îñîáåííîñòè àïïàðàòà: õàðàêòåðèñòèêè øíåêà
(äèàìåòð, øàã âèòêà, ÷àñòîòà âðàùåíèÿ), äëèíó è
äèàìåòð ðåàêòîðà, êîòîðûå íåïîñðåäñòâåííî
îïðåäåëÿþò âðåìÿ ïðåáûâàíèÿ áèîìàññû â
ðåàêöèîííîé çîíå.
Ïðè ýòîì óñòàíîâëåíî, ÷òî äàííûé
òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí ÿâëÿåòñÿ îïòèìàëüíûì
äëÿ âûõîäà ëåòó÷èõ V è èõ êà÷åñòâà (ðèñ.3),
ïîñêîëüêó ïðîöåññ èõ âûõîäà ïðàêòè÷åñêè
çàâåðøàåòñÿ íà 70 %, à èõ íèçøàÿ òåïëîòà
ñãîðàíèÿ Qí
ð ñîñòàâëÿåò îêîëî 7,3 ÌÄæ/íì3.
Òåìïåðàòóðà ïðîöåññà ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì
ôàêòîðîì, âëèÿþùèì íà êà÷åñòâåííûé ñîñòàâ
ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà, ÷òî ïîêàçàíî íà ðèñ.4.
 ðàññìàòðèâàåìîì òåìïåðàòóðíîì äèàïàçî-
íå âûõîä ëåòó÷èõ ñîñòàâèë äî 1,8 êã/êã ðàáî-
÷åé ìàññû. Ýòî ñìåñü êîíäåíñèðîâàííûõ è íå-
êîíäåíñèðîâàííûõ ïðîäóêòîâ, êîòîðóþ íàèáî-
ëåå ðàöèîíàëüíî èñïîëüçîâàòü â ñóùåñòâóþùèõ
ýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ â ãîðÿ÷åì ñîñòîÿíèè
(áåç êîíäåíñàöèè). Òåïëîòà ñãîðàíèÿ íåêîíäåí-
ñèðîâàííîé ÷àñòè (ãîðþ÷îãî ãàçà) ñîñòàâëÿåò
îêîëî 6,5 ÌÄæ/íì3.
Âûõîä áèîóãëåðîäà ñîñòàâèë 0,13–0,175
êã/êã ðàáî÷åé ìàññû; åãî ñðåäíèé ñîñòàâ, %:
óãëåðîä — 70–80; ëåòó÷èå — äî 15; çîëüíîñòü
— 4–10; âëàæíîñòü — 4–10.
Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ óñòàíîâèëè
âëèÿíèå èñïîëüçîâàíèÿ ãàçîâîãî òåïëîíîñèòåëÿ
íà êà÷åñòâî ãàçîâîé ôàçû, ïîñêîëüêó â åãî ñî-
ñòàâå èìåþòñÿ ãîðþ÷èå êîìïîíåíòû Í2, ÑÎ è
ÑÍ4 [6]. Îïðåäåëåíî, ÷òî çà ñ÷åò òåïëîíîñèòå-
ëÿ òåïëîòó ñãîðàíèÿ ïèðîëèçíîãî ãàçà ìîæíî
ïîâûñèòü ïðèìåðíî íà 20 %. Ýòî ÿâëÿåòñÿ äåé-
ñòâåííûì ìåõàíèçìîì óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì è
êà÷åñòâîì êîíå÷íûõ ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà çà
ñ÷åò èçìåíåíèÿ ðåæèìà ðàáîòû óñòàíîâêè èëè
èñõîäíîé âëàæíîñòè áèîìàññû.
Äðóãèì ôàêòîðîì ðåãóëèðîâàíèÿ êà÷åñòâà
ãîðþ÷åãî ãàçà ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ââåäåíèÿ â
òåïëîíîñèòåëü âòîðè÷íîãî óã-
ëåâîäîðîäíîãî ãàçà. Ïðè ýòîì
óãëåâîäîðîäíûé ãàç ðàçëàãàåò-
ñÿ íà âîäîðîä è òâåðäûé óãëå-
ðîä íà ïîâåðõíîñòè ðàñêàëåí-
íîãî áèîóãëåðîäà, ïîâûøàÿ åãî
ìåõàíè÷åñêèå è òåïëîòåõíè÷å-
ñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Ïðèíöè-
ïèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü ïîëó÷å-
íèÿ âîäîðîäà â ðåçóëüòàòå ãåòå-
ðîãåííîãî ïèðîëèçà óãëåâîäî-
ðîäíîãî ãàçà â ïðîöåññå åãî
ôèëüòðàöèè ÷åðåç ïîðèñòûé
ñëîé ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû
ðàññìîòðåíà â ðàáîòàõ [7–9].
Èñïîëüçîâàíèå ðàñòèòåëüíîé
áèîìàññû ïî ïðåäëàãàåìîé òåõíîëîãèè äëÿ ïîëó-
÷åíèÿ íîâûõ óãëåðîäñîäåðæàùèõ ìàòåðèàëîâ ñ
çàäàííûìè ñâîéñòâàìè, à òàêæå äëÿ íåéòðàëèçà-
öèè ðàçëè÷íûõ ãàçîâ â ðàçîãðåòîì ñëîå áèîóãëå-
ðîäà ïîñðåäñòâîì èõ âîññòàíîâëåíèÿ â ïðèñóòñò-
âèè ãàçà-âîññòàíîâèòåëÿ (ÑÎ, ÑÍ4, Í2) [10, 11]
ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíûì íàïðàâëåíèåì äàëüíåé-
øèõ èññëåäîâàíèé.
Ðåçóëüòàòû âûïîëíåííûõ èññëåäîâàíèé áû-
ëè èñïîëüçîâàíû ïðè ñîçäàíèè ýíåðãîòåõíîëî-
ãè÷åñêîé óñòàíîâêè êîíâåðñèè ìåëêîôðàêöèîí-
íîé ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû â ãîðþ÷èé ãàç è
áèîóãëåðîä.
Âûâîäû
Ðåçóëüòàòû âûïîëíåííûõ èññëåäîâàíèé ïî-
çâîëèëè îïðåäåëèòü òåõíîëîãè÷åñêèå ïàðàìåòðû
ïðîöåññà, à òàêæå êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè
óñòàíîâêè: äèàìåòð è äëèíó ïèðîëèçíîé êàìå-
ðû, ïàðàìåòðû øíåêà, ãîðåëêè, âåíòèëÿòîðà è
òåõíîëîãè÷åñêîé òîïêè.
Ýòè äàííûå ïîçâîëèëè ñîçäàòü ýêñïåðèìåí-
òàëüíóþ ýíåðãîòåõíîëîãè÷åñêóþ óñòàíîâêó
ÝÒÓ-1 ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ 200 êã/÷ ïî äðå-
âåñíîé ùåïå ïðè âûõîäå äî 300 íì3/÷ ãîðþ÷å-
ãî ãàçà ñ òåïëîòîé ñãîðàíèÿ 6,3–7,5 ÌÄæ/íì3
è 30–35 êã/÷ áèîóãëåðîäà.
Âàæíûì äîñòîèíñòâîì òåõíîëîãèè ÿâëÿåòñÿ
åå áåçîòõîäíîñòü è âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàòü
ìåëêîôðàêöèîííóþ ðàñòèòåëüíóþ áèîìàññó ñ
âûñîêîé âëàæíîñòüþ (50–55 %) â ñóùåñòâóþ-
ùèõ ýíåðãîòåõíîëîãè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ áåç èõ
ñóùåñòâåííîé ðåêîíñòðóêöèè.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Êîçëîâ Â.Í. Ïèðîëèç äðåâåñèíû. — Ì. : Èçä-âî
ÀÍ ÑÑÑÐ, 1952.— 283 ñ.
2. Ïàòåíò íà âèíàõ³ä 43070 À Óêðà¿íà, ÌÏÊ Ñ 10 Â
53/02. Ñïîñ³á ï³ðîë³çó äåðåâèíè / Â.Ã.Íîñà÷,
Ë.².²âàíîâà, Ï.Ï.ßâîðîâñüêèé, ª.Â.Ñêëÿðåíêî,
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 47
Ðèñ.4. Âëèÿíèå òåìïåðàòóðû ïèðîëèçà ðàñòèòåëüíîé áèîìàññû íà ñîñòàâ ãîðþ÷åãî
ãàçà (à) �k: 1 — ÑÍ4; 2 — ÑÎ; 3 — ÑÎ2; 4 — Í2; 6 — N2; 7 — Í2Î; òåïëîòó ñãî-
ðàíèÿ Qí
ð (5), à òàêæå âûõîä è ñîñòàâ áèîóãëåðîäà (á), Gsi: 1 — Í2; 2 — ÑÎ; 3 —
ÑÍ4; 4 — ÑÎ2; 5 — Ñ (áèîóãëåðîä); 6 — Í2Î.
à á
5
4
1
Â.².Ðîä³îíîâ; âëàñíèê: ²íñòèòóò òåõí³÷íî¿ òåï-
ëîô³çèêè ÍÀÍ Óêðà¿íè. — ¹ 2001020750; çàÿâë
02.02.2001. — Îïóáë. 15.11.2001, Áþë. ¹ 10.
3. Ïàòåíò íà âèíàõ³ä UA 102789 C2 Óêðà¿íà, ÌÏÊ C
10 B 51/00, C 10 B 53/02, C 10 B 53/00, C 10 J
3/00, F 23 J 15/00, F 23 G 5/027, F 23 G 7/00, F
23 L 15/00. Ñïîñ³á åíåðãîòåõíîëîã³÷íî¿ ïåðåðîáêè
á³îìàñè / Â.Ã.Íîñà÷, Á.².Áàñîê, Á.Ä.Á³ëåêà,
Ñ.Ê.Äåìèäåíêî, Â.Ì.Ïîãîæåâ, ª.Â.Ñêëÿðåíêî;
âëàñíèê: ²íñòèòóò òåõí³÷íî¿ òåïëîô³çèêè ÍÀÍ Óê-
ðà¿íè. — ¹ à 2012 07752; çàÿâë.: 25.06.2012. —
Îïóáë. 12.08.2013, Áþë. ¹ 15.
4. Áàøòîâîé À.È., Ñêëÿðåíêî Å.Â. Ìàòåìàòè÷åñêîå
ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññà ãàçèôèêàöèè äðåâåñèíû
// Ïðîì. òåïëîòåõíèêà. — 2006. — Ò. 28, ¹ 6.
— Ñ. 71–77.
5. Íîñà÷ Â.Ã., Ñêëÿðåíêî Å.Â., Ðîäèîíîâ Â.È. Èñ-
ñëåäîâàíèå òåðìîõèìè÷åñêîé ïåðåðàáîòêè äðåâå-
ñèíû â çàæàòîì ïîäâèæíîì è ôèëüòðóåìîì ñëîå
// Ïðîì. òåïëîòåõíèêà. — 2005. — Ò. 27, ¹ 5.
— Ñ. 66–69.
6. Áåðáåíåâ Â.È. Ñæèãàíèå ãàçà â ïå÷àõ áåçîêèñëè-
òåëüíîãî è ìàëîîêèñëèòåëüíîãî íàãðåâà. — Ë. :
Íåäðà, 1988. — 175 ñ.
7. Çàé÷åíêî Â.Ì., Øïèëüðàéí Ý.Ý., Øòåðåíáåðã
Â.ß. Êîìïëåêñíàÿ ïåðåðàáîòêà ïðèðîäíîãî ãàçà ñ
ïîëó÷åíèåì âîäîðîäà äëÿ ýíåðãåòèêè è óãëåðîä-
íûõ ìàòåðèàëîâ øèðîêîãî ïðîìûøëåííîãî ïðèìå-
íåíèÿ // Òåïëîýíåðãåòèêà. — 2006. — ¹ 3. —
Ñ. 51–56.
8. Çàé÷åíêî Â.Ì., Êîñîâ Â.Â., Êîñîâ Â.Ô. è äð. Íî-
âûé êîìïîçèòíûé óãëåðîäíûé ìàòåðèàë : Òåõíî-
ëîãèÿ è ïåðñïåêòèâû // Ñòàëü. — 2008. — ¹ 4.
— Ñ. 77–84.
9. Çàé÷åíêî Â.Ì., Êîñîâ Â.Â., Êîñîâ Â.Ô. è äð. Ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíîå îáîñíîâàíèå òåõíîëîãèè êîì-
ïëåêñíîé ïåðåðàáîòêè äðåâåñíûõ îòõîäîâ è ïðè-
ðîäíîãî ãàçà // Òåïëîýíåðãåòèêà. — 2008. —
¹ 7. — Ñ. 47–53.
10. Êóçíåöîâ È.Å., Òðîèöêàÿ È.Ì. Çàùèòà âîçäóøíî-
ãî áàññåéíà îò çàãðÿçíåíèÿ âðåäíûìè âåùåñòâàìè.
— Ì. : Õèìèÿ, 1979. — 344 ñ.
11. Áèëåêà Á.Ä., Êàáêîâ Â.ß., Ñêëÿðåíêî Å.Â., Ïîãî-
æåâ Â.Í. Ïóòè óëó÷øåíèÿ òåïëîâûõ è ýêîëîãè÷å-
ñêèõ õàðàêòåðèñòèê êîãåíåðàöèîííûõ óñòàíîâîê ñ
ïðèâîäîì îò ãàçîòóðáèííûõ è ãàçîïîðøíåâûõ
äâèãàòåëåé // Àâèàöèîííî-êîñìè÷åñêàÿ òåõíèêà
è òåõíîëîãèÿ. — 2011. — ¹ 10.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 13.05.16
48 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2
Ñêëÿðåíêî ª.Â., Á³ëåêà Á.Ä., äîêò. òåõí. íàóê
²íñòèòóò òåõí³÷íî¿ òåïëîô³çèêè ÍÀÍ Óêðà¿íè, Êè¿â
âóë. Æåëÿáîâà, 2à, 03057 Êè¿â, Óêðà¿íà, å-mail: bilbo1@i.com.ua
Äîñë³äæåííÿ ïðîöåñó òåðìîõ³ì³÷íî¿ êîíâåðñ³¿
ðîñëèííî¿ á³îìàñè ó ãîðþ÷èé ãàç òà á³îâóãëåöü
íà óñòàíîâö³ øíåêîâîãî òèïó
Ïðåäñòàâëåíî ðåçóëüòàòè äîñë³äæåííÿ ïðîöåñó òåðìîõ³ì³÷íî¿ êîíâåðñ³¿ äð³áíî-
ôðàêö³éíî¿ ðîñëèííî¿ á³îìàñè ó ãîðþ÷èé ãàç òà á³îâóãëåöü íà óñòàíîâö³ øíåêîâîãî òè-
ïó. Ó ïðîöåñ³ âèêîðèñòîâóºòüñÿ øâèäê³ñíèé ï³ðîë³ç á³îìàñè ç êîìáèíîâàíèì îá³ãð³âîì
òà ô³ëüòðàö³ºþ âèñîêîòåìïåðàòóðíèõ ïðîäóêò³â íåïîâíîãî çãîðÿííÿ âóãëåâîäíåâîãî
ãàçó ÷åðåç óù³ëüíåíèé ðóõîìèé øàð. Äîñë³äæåíî ðîçïîä³ëåííÿ òåìïåðàòóð ïðîäóêò³â
êîíâåðñ³¿ òà ¿õ âèõ³ä ïî äîâæèí³ ðåàêòîðà ó çàëåæíîñò³ â³ä òåìïåðàòóðè ïðîöåñó, ÷àñó
ïåðåáóâàííÿ, ïàðàìåòð³â òåïëîíîñ³ÿ òà âèõ³äíî¿ ðîñëèííî¿ á³îìàñè. Íàâåäåíî ðåçóëü-
òàòè ðîçðàõóíêîâèõ òà åêñïåðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü îñíîâíèõ ðåæèìíèõ ïàðàìåòð³â
ïðîöåñó. Á³áë. 11, pèñ. 4.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: á³îìàñà, òåðìîõ³ì³÷íà êîíâåðñ³ÿ, ï³ðîë³ç, ô³ëüòðàö³ÿ ãàçîâîãî òåïëî-
íîñ³ÿ, øíåêîâèé ðåàêòîð.
References
1. Kozlov V.N. [Wood pyrolysis], Moscow : Izdatelstvo
AN SSSR, 1952, 283 p. (Rus.)
2. Patent na vinah³d 43070 A Ukra¿na, MPK S10V
53/02 [Wood pyrolysis method], Nosach V.G.
²vanova L.²., Javorovs’kij P.P., Skljarenko ª.V.,
Rod³onov V.².; vlasnik: ²nstitut tehn³chno¿
teplof³ziki NAN Ukra¿ni. — ¹ 2001020750; zajavl
02.02.2001, Publ. 15.11.2001, Bjul. 10. (Ukr.)
3. Patent na vinah³d 102789 C2 UA, MPK C 10 B
51/00, C 10 B 53/02, C 10 B 53/00, C 10 J 3/00,
F 23 J 15/00, F 23 G 5/027, F 23 G 7/00, F 23 L
15/00, [Power and technological method of bio-
mass processing], Nosach V.G., Basok B.²., B³leka
B.D., Demidenko S.K., Pogozhev V. M.,
Skljarenko ª.V.; vlasnik: ²nstitut tehn³chno¿
teplof³ziki NAN Ukra¿ni. —¹ a 2012 07752;
zajavl.: 25.06.2012. — Publ. 12.08.2013, Bjul. 15.
(Ukr.)
4. Bashtovoj A.I., Skljarenko E.V. [Mathematical simu-
lation of wood gasification process], Promysh-
lennaja teplotehnika, 2006, 28 (6), pp.71–77.
(Rus.)
5. Nosach V.G., Skljarenko E.V., Rodionov V.I. [Investi-
gation of thermochemical processing of wood in
pressed movable and filtered layer], Promysh- lennaja
teplotehnika, 2005, 27 (5), pp. 66–69. (Rus.)
6. Berbenev V.I. Gas combustion in furnaces of heating
without oxidation and low oxidation heating, Le-
ningrad : Nedra, 1988, 175 p. (Rus.)
7. Zajchenko V.M., Shpil’rajn Ye.Ye., Shterenberg
V.Ja. [Complex processing of natural gas with hy-
drogen production for power engineering and carbon
materials of wide industrial application],
Teplojenergetika, 2006, (3), pp. 51–56. (Rus.)
8. Zajchenko V.M., Kosov V.V., Kosov V.F.,
Sinel’shhikov V.A., Sokol G.F. [New composite car-
bon material : Technology and prospects], Stal’,
2008, (4), pp. 77–84. (Rus.)
9. Zajchenko V.M., Kosov V.V., Kosov V.F.,
Sinel’shhikov V.A., Sokol G.F. [Experimental sub-
stantiation of technology of complex processing of
wood waste and natural gas], Teplojenergetika,
2008, (7), pp. 47–53. (Rus.)
10. Kuznecov I.E., Troickaja I.M. [Air pool protection
from pollution by harmful substances], Moscow :
Himija, 1979, 344 p. (Rus.)
11. Bileka B.D., Kabkov V.Ja., Skljarenko E.V.,
Pogozhev V.N. [Ways of improving thermal and en-
vironmental characteristics of gas turbine and gas
piston motor — operated cogeneration plants],
Aviacionno-kosmicheskaja tehnika i tehnologija,
2011, (10). (Rus.)
Received May 13, 2016
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2016. ¹ 2 49
Sklyarenko E.V., Bileka B.D., Doctor of Technical Sciences
Institute of Engineering Thermophysics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev
2a , Zhelyabova Str., 03057 Kiev, Ukraine, e-mail: bilbo1@i.com. ua
Experimental Study of Thermochemical Conversion Process
for Plant Biomass into Combustible Gas and Biocarbon
on Installation of Screw Type
Installation of screw type that implements the technology of thermochemical conversion
of small fraction plant biomass into combustible gas and biocarbon is proposed. The tech-
nology is based on the use of high-speed pyrolysis of biomass in combined heating and
filtering high temperature products of incomplete combustion of hydrocarbon gas through
the pressed movable layer. Temperature distribution of conversion products and their out-
put along the reactor length depending on process temperature, dwell time, heat transfer
medium parameters and initial plant biomass are investigated on the basis of the devel-
oped mathematical model. The results of theoretical and experimental studies of the basic
regime parameters of process are presented. Bibl. 11, Fig. 4.
Key words: biomass, thermochemical conversion, pyrolysis, filtration of the gas heat me-
dium, screw reactor.
|