Способ получения газообразного топлива

 

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из древесного сырья и может быть использовано для получения тепла, электроэнергии и жидкого топлива. Способ получения газообразного топлива ведут путем газификации древесного сырья при температуре 900-1100°С водяным паром, при нагреве древесины в течение 9-35 минут и расходе водяного пара не менее 0,7 кг на 1 кг абсолютно сухой древесины. Способ позволяет получить горючий газ с теплотворной способностью 11-12 МДж/м³ и энерговыходом не менее 80% от теплотворной способности исходной древесины. 1 табл.

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из древесного сырья и может быть использовано для получения тепла, электроэнергии и жидкого топлива.

Известны способы получения газообразного топлива из древесины путем газификации. Процесс осуществляют следующим образом. Древесину нагревают до температуры 900-1100°С, при этом вначале идет ее подсушка, затем разложение с образованием паров органических веществ, газов и карбонизата (угля). Полученный карбонизат подвергают взаимодействию с газифицирующим агентом (воздух, паровоздушная смесь, кислород, углекислый газ), который подают на раскаленный карбонизат. Образующиеся при этом газы вместе с газами разложения древесины составляют газообразное топливо [1, 2]. [1. Гелетуха Г.Г., Железная Г.А. Обзор технологий газификации биомассы //Экотехнологии и ресурсосбережение - 1998, - №2. - с.21-30].

Различают способы газификации древесины с восходящим движением парогазов, противотоком движению древесины (прямой процесс), и нисходящим прямотоком движению древесины (обращенный процесс).

Наиболее близкий к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения газообразного топлива с нисходящим движением парогазов, включающий нагрев древесной щепы до температуры 900-1100°С и обработку полученного карбонизата паровоздушной смесью [2. Лямин В.А. Газификация древесины. // - М. - Из-во “Лесная промышленность” - 1967 - с.18]. Продолжительность процесса 3 часа. Выход газообразного топлива составляет 1,6 ³ на один кг абсолютно сухой древесины (а.с.д.), теплотворная способность 7 МДж/м³. Достигаемый энерговыход 11,3 МДж/кг а.с.д., т.е. 59,7% от теплотворной способности древесины (18,9 МДж/кг а.с.д.).

Недостатком являеюся низкие теплотворная способность газообразного топлива и энерговыход.

Целью изобретения является повышение теплотворной способности газообразного топлива до величины не менее 11,7 МДж/м³ при одновременном увеличении энерговыхода до 15,1 МДж/кг а.с.д. (не менее 80% от теплотворной способности древесины).

Поставленная цель достигается описываемым способом, включающим нагрев древесного сырья до температуры 900-1100°С в течение 9-35 минут и последующую обработку образующегося карбонизата водяным паром в количестве не менее 0,7 кг/кг а.с.д. при указанной температуре, в течение 35-50 мин.

Отличие способа заключается, в том, что нагрев древесины осуществляют в течение 9-35 минут.

Другое отличие состоит в том, что расход пара составляет не менее 0,7 кг/кг а.с.д.

Способ осуществляют следующим образом.

Древесную щепу нагревают до температуры 900-1100°С в течение 9-35 минут, на образующийся карбонизат подают водяной пар в количестве не менее 0,7 кг/кг а.с.д. Получающийся от взаимодействия карбонизата и водяных паров газ, объединенный с парогазами разложения древесины, образующимися при ее нагреве, является газообразным топливом.

Пример 1

Древесную щепу размером частиц 5-15 мм, влажностью 10% и массой 1 кг нагревают до температуры 1000°С в течение 24 минут. На образующийся карбонизат подают водяной пар в количестве 0,8 кг/кг а.с.д. Объединенные от разложения древесной щепы при нагревании и полученные при взаимодействии карбонизата с парами воды парогазы поступают в холодильник-конденсатор, где конденсируются пары и охлаждаются газы.

Получаемое газообразное топливо имеет следующий состав, %: СО₂ - 13,7; СН₄ - 5,8; СО - 37,5; Н₂ - 42,9; CnHm -0,1.

Его теплотворная способность 11,5 МДж/кг а.с.д., выход равен 1,37 м³/кг а.с.д.

Энерговыход составляет 15,8 МДж/кг, т.е. 83,4% от теплотворной способности древесины.

Остальные примеры сведены в таблицу. Опыты проведены при расходе пара 0,8-0,9 кг/кг а.с.д.

При осуществлении процесса по предложенному способу с продолжительностью нагрева древесины менее 9 минут энерговыход составляет менее 80% от теплотворной способности древесины из-за снижения выхода газа (пример 2). При продолжительности нагрева древесины более 35 минут энерговыход менее 80% из-за снижения теплотворной способности газа (пример 7).

При получении газообразного топлива по предложенному способу с расходом пара менее 0,7 кг/кг а.с.д., например, 0,6 кг/кг а.с.д., снижается выход газа до 1,2 м³/кг а.с.д., что снижает до 76,7% энерговыход.

Таким образом осуществление процесса по предложенному способу позволит получать газообразное топливо с большими в 1,6 раза теплотворной способностью и в 1,3 раза энерговыходом по сравнению с известным способом.

Достоверность результатов подтверждена большим числом экспериментальных данных. Закончена лабораторная проработка предлагаемого способа, создана опытная установка. Работа находится на стадии получения на опытной установке исходных данных для промышленного проектирования.

Предлагаемый способ получения газообразного топлива из древесины вызвал интерес нескольких организаций (например, ФГУП "Амзинский ЛК", Башкортостан), получено их согласие на создание у них опытно-промышленной установки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гелетуха Г.Г., Железная Г.А. Обзор технологии газификации биомассы //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1998. - №2. - с.21-30.

2. Лямин В.А., Газификация древесины. // - М. - Из-во “Лесная промышленность”. - 1967. - с.18.

Формула изобретения

Способ получения газообразного топлива, включающий нагрев древесного сырья до 900-1100°С и последующую обработку полученного карбонизата водяным паром, отличающийся тем, что нагрев древесины осуществляют в течение 9-35 мин при расходе пара не менее 0,7 кг на 1 кг абсолютно сухой древесины.