Способ получения газообразного топлива

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из древесного сырья и может быть использовано для получения тепла, электроэнергии и синтетического жидкого топлива. Способ получения газообразного топлива включает нагрев древесного сырья и последующую обработку полученного карбонизата водяным паром, причем нагрев древесины до температуры 800-1100°С осуществляют в течение не более 3-х минут при расходе пара 0,26-0,49 кг на 1 кг абсолютно сухой древесины. Предлагаемый способ позволяет увеличить энерговыход не менее чем на 30,4%, сократить продолжительность процесса и уменьшить расход пара, что приводит к снижению себестоимости газообразного топлива. 1 табл.

 

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

Известен способ получения газообразного топлива с нисходящим движением парогазов, включающий нагрев древесной щепы и обработку полученного карбонизата паровоздушной смесью (Лямин В.А. Газификация древесины. 1967 г., стр.18). Продолжительность процесса 3 часа. Выход газообразного топлива составляет 1,6³ м на один килограмм 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 являются низкие теплотворная способность газообразного топлива и энерговыход. Предлагаемое изобретение является продолжением исследовательских работ в области разработки и совершенствования способов получения газообразного топлива. Прототипом предлагаемого является способ получения газообразного топлива, описанный в Патенте РФ №2238962, созданный разработчиками ЦНИЛХИ.

Известный способ включает нагрев древесного сырья до температуры 900-1100°С и последующую обработку образующегося при терморазложении древесины карбонизата водяным паром. Продолжительность нагрева древесины 9-35 минут (скорость нагрева 31-122°С/мин). При этом происходит терморазложение древесины с образованием парогазов и карбонизата, который при повышении температуры до 900-1100°С взаимодействует с водяным паром с образованием горючих газов (газификация). Выход газообразного топлива по известному способу составляет 1,32-1,39 л на грамм абсолютно сухой древесины (а.с.д.) или 1,32-1,39 м³/кг_а.с.д.. Теплотворная способность - 11,7 МДж/м³. Достигаемый энерговыход - 15,1 МДж/кг_а.с.д. не менее 80% от теплотворной способности древесины (18,9 МДж/кг_а.с.д.).

Недостатком способа является низкий энерговыход осуществляемого процесса.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование способа для повышения энерговыхода.

Поставленная цель достигается описываемым способом, включающим нагрев древесного сырья до температуры 800-1100°С в течение не более 3-х минут, (скорость не менее 350°С в минуту), что обеспечивает завершение процесса терморазложения древесины при этой температуре (800-1100°С), обработку образующегося карбонизата водяным паром в количестве 0,26-0,49 кг/кг_а.с.д. при указанной температуре в течение 8-40 минут.

Отличия предлагаемого способа от прототипа заключаются в следующем:

- нагрев древесины осуществляют с большей скоростью в течение не более 3-х минут,

- расход воды на получение пара уменьшен и находится в пределах от 0,26 до 0,49 кг/кг_а.с.д..

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Древесную щепу нагревают до температуры 800-1100°С в течение не более 3-х минут, при этом скорость нагрева составляет не менее 350°С в минуту. На образующийся карбонизат подают водяной пар в количестве 0,26-0,49 кг/кг_а.c.д.. Получающийся при взаимодействии карбонизата с водяным паром газ (включающий водород от разложения воды), объединенный с парогазами термораспада древесины, образующимися при ее нагреве, поступает в холодильник, где охлаждается и конденсируется.

Неконденсирующиеся газы представляют собой газообразное топливо.

Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован примерами, которые сведены в таблицу.

Выход газообразного топлива при газификации древесины при Т=800°С от продолжительности нагрева и расхода воды.
П.н.	Продолжительность нагрева древесины (мин)	Расход воды, (кг/кга.с.д)	Выход газа, (м3/кга.с.д.)	Теплотворная способность (кДж/м3)	Энерговыход, (кДж/кга.с.д.)	% от теплотворной способности древесины
1	0,83 (50 сек)	0,35	1,60	12364	20742	110,0
2	1,0	0,35	1,66	11800	19644	104,2
3	1,5	0,35	1,67	11795	19694	104,2
4	4	0,7	1,36	10748	14617	77,2
5	2,3	0,49	1,64	12039	19744	104,5
6	2,3	0,26	1,61	12567	20233	106,9
7	2,3	0,53	1,52	11294	17167	91,0
8	2,3	0,2	1,4	11874	16624	87,9

В соответствии с Примером 1 древесную щепу с размером частиц 5-15 мм, влажностью 11,5% и массой 100 г нагревают до температуры 800°С в течение 0,83 минут (50 сек), скорость нагрева составляет 530°С. На образующийся карбонизат подают водяной пар в количестве 0,35 кг/кг_а.с.д. в течение 20 минут. Объединенные от разложения древесной щепы при ее нагревании и полученные взаимодействием карбонизата с водяным паром парогазы направляются в холодильник для охлаждения и конденсации паров. Выход газа при данных условиях составляет 1,60 м³/кг от абсолютно сухой древесины (а.с.д.), теплотворная способность - 12364 кДж/м³. При этом энерговыход достигает - 20742 кДж/кг_а.с.д., что составляет 110,0% от теплотворной способности древесины.

При получении газообразного топлива по заявленному способу (скорость нагрева 350°С) при том же расходе водяного пара 0,35 кг/кг_а.с.д. снижается энерговыход до 19694 кДж/кг_а.с.д. из-за снижения теплотворной способности газообразного топлива до 11795 кДж/мл Пример 3).

При осуществлении процесса по заявленному способу в течение более 3-х минут, например 4 мин (скорость нагрева 250°С), энерговыход уменьшается до 14617 кДж/кг_а.с.д.; даже при оптимальном расходе воды - 0,7 кг/кг_а.с.д. для этой продолжительности нагрева древесины. Снижение энерговыхода происходит, так как снижается теплотворная способность газообразного топлива до 10748 кДж/м³ (Пример 4).

При получении газообразного топлива по заявленному способу (скорость нагрева 350°С) при расходе водяного пара менее 0,26 кг/кг_а.с.д. например 0,2 кг/кг_а.с.д., снижается энерговыход до 16624 кДж/кг_а.с.д. из-за уменьшения выхода газообразного топлива до

1,4 м³/кг_а.с.д. (Пример 8).

В случае расхода пара более 0,49 кг/кг_а.с.д., например 0,53 кг/кг_а.с.д., энерговыход уменьшается до 17167 кДж/кг_а.с.д. за счет снижения теплотворной способности газообразного топлива до 11294 кДж/м (Пример 7).

Наилучшие характеристики газа получены при расходе воды от 0,26 до 0,49 кг/кг_а.с.д. при продолжительности нагрева 2,3 минуты, при скорости нагрева 350°С (Примеры 5 и 6).

При проведении процесса при температуре 900-1100°С и продолжительности нагрева не более 3-х минут (скорость нагрева 350°С) энерговыход составляет 19693-20531 кДж/кг_а.с.д.

Преимущества предлагаемого способа заключаются:

- В увеличении энерговыхода не менее чем на 30,4% по сравнению с прототипом, что составляет не менее 104,2% от теплотворной способности древесины (18,9 МДж/кг_а.с.д.). Увеличение энерговыхода более 100% происходит благодаря выделению водорода (Н₂) при разложении воды в результате взаимодействия карбонизата с водяным паром.

- В снижении расхода воды на получение пара, что приводит к уменьшению себестоимости получаемого продукта (газообразного топлива), за счет снижения затрат на парообразование.

- В уменьшении времени осуществления всего процесса, что ведет к снижению себестоимости.

- В снижении температуры начала процесса газификации на 100°С до 800°С.

На данный момент в ЦЕИЛХИ закончена лабораторная проработка предложенного способа. Создана опытная установка, на которой подтверждены результаты лабораторных исследований и получены экспериментальные данные для разработки исходных данных на проектирование опытно-промышленной установки получения газообразного топлива.

Предлагаемый способ получения газообразного топлива из древесины вызвал интерес нескольких организаций: компания Энко-Инвест, г.Ростов-на-Дону, инвестиционная компания «Аврора», г.Москва. В ходе переговоров получено согласие на создание опытно-промышленной установки.

Способ получения газообразного топлива, включающий нагрев древесного сырья и последующую обработку полученного карбонизата водяным паром, отличающийся тем, что нагрев древесины до температуры 800-1100°С осуществляют в течение не более 3-х мин при расходе пара 0,26-0,49 кг на 1 кг абсолютно сухой древесины.