Торрефикация биомассы: Учёные разработали уникальную технологию получения биотоплива

Учёные разработали уникальную технологию получения биотоплива


Учёные из Московского физико-технического института и Объединённого института высоких температур РАН предложили новую уникальную технологию получения биотоплива из отходов древесины. В настоящее время интерес к решению подобного рода задач во всём мире весьма активный, что обусловлено стремлением использовать возобновляемые источники энергии. Соответствующие статьи были опубликованы в ведущих научных журналах Fuel Processing Technology и Energy.


Основа биоэнергетики — это биотопливо, сырьём для которого служит различные виды биомассы. Под термином биомасса понимается материал растительного или животного происхождения. К примеру, в виде сырья можно использовать отходы лесной промышленности — опилки. С помощью технологии прессования из них получают древесные топливные пеллеты или брикеты, которые используют в качестве топлива в котельных и электрогенераторах. Однако в необработанном виде использование биомассы во многом проблематично из-за её достаточно низкой энергетической плотности и гидрофобности. Для преодоления подобного рода проблем свойства биомассы необходимо «модернизировать», например, с помощью технологии торрефикации.


Торрефикация — это процесс термической обработки, который обычно осуществляется в неокислительной среде (при отсутствии или незначительном содержании кислорода) при температурах 200–300 °C. В основном древесная биомасса состоит из трёх основных компонентов: целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы. При торрефикации разрушается главным образом гемицеллюлоза. Торрефицированная биомасса обладает улучшенными топливными характеристиками. В настоящее время существует или находится в разработке большое многообразие различных технологических методов торрефикации. Однако следует признать, что до сих пор этот процесс переработки биомассы не получил широкого коммерческого использования в мире. Во многом это обусловлено несовершенством существующих технологических процессов, в том числе и возникающими при этом экологическими проблемами. Обычно в процессе торрефикации используют инертный газ для защиты биомассы от избыточного окисления, которое может привести к значительной потере массы биотоплива. Фактически при избытке кислорода часть топлива просто сгорает. Так как в данном методе газообразные продукты оказываются разбавленными большим количеством инертного газа, это затрудняет их последующую утилизацию.


Для преодоления отмеченных выше проблем российскими учёными разработана совершенно новая технология переработки биомассы. Для её реализации не требуется использование большого количества инертного газа, что заметно улучшает её экономические и экологические показатели. Сущность данной технологии состоит в следующем. Древесные пеллеты или брикеты в реакторе засыпаются слоем минерального наполнителя. В качестве такого наполнителя может выступать бентонитовая глина, тальк или мел. Все эти компоненты химически устойчивы и относительно недороги. Далее реактор нагревается, а сам процесс торрефикации проводится без использования инертного газа.


Борис Кичатов, один из авторов исследования, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики активных сред и систем МФТИ и лаборатории диагностики пылевой плазмы ОИВТ РАН, рассказал: «Используя данную технологию, можно получать биотопливо весьма высокого качества, энергетические характеристики которого оказываются близкими к углю. Важным достоинством этой технологии является её экологичность. Кроме того, здесь наряду с твёрдым топливом можно получать порядка 10% весьма ценных химических соединений: альдегиды, кетоны, спирты и карбоновые кислоты. Соединение биоэнергетики и химической промышленности — это весьма важная задача для нашей страны на ближайшие десятилетия. Необходимо также отметить, что по своей сути это достаточно простая технология, а для создания производства здесь не требуется больших капитальных затрат. Этот фактор весьма важен для предприятий малого и среднего бизнеса. Установки, использующие подобную технологию, можно размещать в местах непосредственной заготовки древесины. При вырубке лесов образуется большое количество отходов: пни, ветви деревьев. В настоящий момент чаще всего такие отходы сжигаются на месте, а порой и просто выбрасываются. В последнем случае они представляют собой источник для развития болезней и вредителей наших лесов. На основе разработанной нами технологии можно создавать относительно небольшие производства, которые позволят решать как энергетические, так и экологические проблемы».


Важным достоинством такого вида топлива является то, что его сжигание не приводит к дополнительным выбросам двуокиси углерода в атмосферу.


Рисунок. Схема технологического процесса получения торрефицированных пеллет

Темы:
лаборатория физики активных сред и систем,
торрефикация,
биотопливо,
технологии,

Предложена простая и дешевая технология получения биотоплива из древесной щепы — Газета.Ru

Предложена простая и дешевая технология получения биотоплива из древесной щепы — Газета.Ru | Новости

Совфед предлагает конфисковать машины нелегальных перевозчиков
04:02

Премьер Японии Кисида заявил, что не видит условий для обсуждения мирного договора…
03:56

Военнопленный рассказал, как украинские военные используют Starlink помимо боевых действий
03:50

На юго-востоке Украины была объявлена воздушная тревога
03:44

Генменеджер сборной Германии рассказал о гневе и злости после вылета с ЧМ-2022
03:44

WP: Пентагон планирует расширение программы обучения украинских войск
03:38

«Ъ»: Baskin Robbins в России проведет ребрендинг
03:29

Российские ученые спроектировали оснащенного дронами робота-разведчика
03:23

Эксперт Юрий Дешевых оценил безопасность хамамов в квартирах
03:17

Полузащитник сборной Германии Хавертц заявил, что его команда заслуженно вылетела. ..
03:11

Наука

close

100%

Ученые исследовали новую технологию торрефикации (обжига) биомассы. Ее применение может помочь преодолеть проблемы, возникающие при использовании традиционных способов получения биотоплива. Для этой технологии можно создать недорогие мобильные установки. Причем можно получать не только твердое биотопливо, но и ценные побочные продукты — метанол, уксусную кислоту и ряд других компонентов. О своих исследованиях ученые рассказали на страницах ведущего американского журнала химического общества Energy & Fuel. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).

«Наша технология торрефикации биомассы существенно проще и дешевле ранее предложенных. Ее важным достоинством является возможность создания мобильных установок с небольшими капитальными затратами. Таким образом можно получать не только твердое биотопливо, но и ценные побочные продукты — метанол, уксусную кислоту и ряд других компонентов», — рассказывает Алексей Коршунов, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва).

Биотопливо относится к альтернативным источникам энергии. Впрочем, к подобным источникам относят любые, которые не являются производными от классических ископаемых углеводородов — природного газа и нефти. Уже в прошлом году объемы мирового потребления топливных гранул (пеллет) превысили 52 миллиона тонн. Основной покупатель российского биотоплива — Дания, на втором месте находится Швеция. Кроме того, отечественные пеллеты экспортируют в Нидерланды, Финляндию, Германию, Южную Корею и ряд других стран. Топливные гранулы, как и топливные брикеты, производят из опилок, других древесных отходов, шелухи подсолнечника, соломы. Растительная масса помещается в особые установки, где происходит измельчение: получается практически мука из отходов растительного производства. Эта масса поступает в сушилку, где выпаривается жидкость. Именно этот процесс подготавливает массу к качественной прессовке в гранулы или брикеты. Однако такая продукция имеет ряд недостатков, от которых можно избавиться, если обработать сырье. Это может быть торрефикация — процесс «мягкого» обжига биомассы, без доступа воздуха, который осуществляется при температуре 200-320 °С в течение 30-90 минут.

Роль минерального наполнителя в исследовании ученых выполнял тальк. Результаты показали, что при низких температурах обжиг идет в кинетическом режиме – скорость процесса в основном ограничивается температурой в реакторе. А при повышенных температурах – в диффузионном, когда выход массы в основном зависит от интенсивности проникновения кислорода и паров воды через минеральный слой.

Исследователи изучили свойства полученного биотоплива. Оказалось, что по характеристикам оно близко к углю. В связи с этим последний может быть заменен на биотопливо без модернизации оборудования на существующих теплоэнергетических установках, что существенно упрощает внедрение технологии в промышленность. Существенный недостаток древесины при ее непосредственном использовании в качестве топлива — способность поглощать влагу из окружающей среды. Авторы работы показали, что можно сделать не впитывающее влагу биотопливо, если обжигать древесину в слое минерального наполнителя. Особенно это характерно для мягких пород.

Использование ископаемого топлива сильно вредит экологии, а потому возобновляемая энергетика на основе биомассы привлекает все большее внимание. Пока ее применение в промышленности сильно ограничено как свойствами самого биотоплива, так и экономической целесообразностью его синтеза. Результаты новой работы позволят пересмотреть перспективы направления.

Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Новости

Дзен

Telegram

Картина дня

Байден заявил, что готов обсуждать с Путиным завершение конфликта на Украине

Пригожин призвал США признать террористами самих себя вместо ЧВК «Вагнер»

По мнению бизнесмена, «Вагнер» не подходит под критерии Госдепа

«Нужно, чтобы люди нормально жили». Путин рассказал ученым о скачке, 90-х и иностранных приборах

Путин заявил, что люди в новых регионах должны почувствовать преимущества жизни в РФ

Зеленский сообщил о мерах по запрету Украинской православной церкви

В офисе Зеленского назвали число погибших с начала спецоперации военных ВСУ

Пентагон заключил контракт с Lockheed Martin на $431 млн для производства РСЗО HIMARS

Axios: Канье Уэст отказался от покупки соцсети Parler

Новости и материалы

Совфед предлагает конфисковать машины нелегальных перевозчиков

Премьер Японии Кисида заявил, что не видит условий для обсуждения мирного договора с РФ

Военнопленный рассказал, как украинские военные используют Starlink помимо боевых действий

На юго-востоке Украины была объявлена воздушная тревога

Генменеджер сборной Германии рассказал о гневе и злости после вылета с ЧМ-2022

WP: Пентагон планирует расширение программы обучения украинских войск

«Ъ»: Baskin Robbins в России проведет ребрендинг

Российские ученые спроектировали оснащенного дронами робота-разведчика

Эксперт Юрий Дешевых оценил безопасность хамамов в квартирах

Полузащитник сборной Германии Хавертц заявил, что его команда заслуженно вылетела с ЧМ

Россиянам рассказали, когда банковскую карту надо срочно заблокировать

В Мехико власти развернули операцию по поиску замеченной на улицах пантеры

В Нью-Йорке нашли тело актера «Зеленой Книги» Фрэнка Валлелонга

В США разрешили SpaceX развернуть до 7,5 тысячи спутников Starlink второго поколения

ФИФА оштрафовала сборную Сенегала на 10 тысяч швейцарских франков

Бывший замначальника сахалинской колонии осужден на восемь лет за взятки

Мэр Нью-Йорка ищет крысолова с «инстинктом убийцы» и «аурой крутизны»

Пушков увидел энергетический кризис в Германии по тому, как играет ее сборная на ЧМ-2022

Все новости

Минюст собрал всех иноагентов в одном реестре

Минюст опубликовал единый реестр физлиц и организаций, признанных иноагентами

Военная операция РФ на Украине. День 281-й

Онлайн-трансляция военной спецоперации на Украине — 281-й день

Приговор оглашали шесть дней. Миллиардеров Магомедовых отправили в колонию строгого режима

Суд приговорил владельца «Суммы» Магомедова к 19 годам колонии строгого режима

«Обнаружены два обгоревших тела». В Армении разбился самолет с российскими пилотами

При крушении самолета Beechcraft 55 в Армении погибли двое россиян

«Надо уничтожать таких нацистских ублюдков»: Медведев ответил секретарю СНБО Украины

Медведев ответил секретарю СНБО Данилову на призыв уничтожить Россию

«Отменить суверенный иммунитет». Киев предложил ЕС способ конфискации активов Банка России

WSJ: ЕС не может конфисковать замороженные средства ЦБ РФ для передачи Украине

Самые яркие болельщики ЧМ-2022 в Катаре

Шесть посылок со взрывчаткой за два дня. В Испании расследуют покушения на политиков и военных

Конверт со взрывчаткой получили в посольстве США в Испании

«Бизнеса как обычно не будет»: Лавров заявил, что Россия и Запад никогда не помирятся

Глава МИД России Сергей Лавров заявил, что Москва не просила Киев о переговорах

«Мать все видела в окно». Трехлетний ребенок погиб при взрыве авто в Волгограде

Трехлетний ребенок погиб после взрыва автомобиля в Волгограде

«Мы сможем вживить чип человеку». Маск показал, как обезьянка силой мысли напечатала вопрос

Илон Маск анонсировал планы вживить первый нейрочип человеку через полгода

Стратегический «невидимка» шестого поколения

В США впервые продемонстрируют новый стратегический бомбардировщик B-21 Raider

«Военного победителя не будет». Экс-глава ЦРУ рассказал, как закончится конфликт на Украине

Бывший глава ЦРУ Дэвид Петреус: кризис на Украине закончится переговорами с Россией

Анастасия Миронова

Если тебя слышно, ты плохой сосед

О том, что нам срочно нужно менять архаичные законы о тишине

Мария Дегтерева

Постмодернизм закончился

О новых трендах в российской культуре

Юлия Меламед

Обмануть генетику

О национальных особенностях генетического тестирования и исторической памяти

Георгий Бовт

Почти как в кино

О том, что методы и нравы дипломатии времен Тегеранской конференции уже не вернуть

Яков Пеер

Гамбургер по-русски

О новом российском фастфуде

—>

Читайте также

Найдена ошибка?

Закрыть

Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.

Продолжить чтение

Торрефикация: преобразование биомассы в «зеленый уголь»

Доктор Аджай Шах, доцент, кафедра пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии

Ашиш Манандхар, научный сотрудник, кафедра пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии

процесс термической обработки для повышения качества биомассы, который происходит в диапазоне температур от 390 до 570 градусов по Фаренгейту (от 200 до 300 градусов по Цельсию) при давлении, близком к атмосферному, в отсутствие кислорода и при времени пребывания в реакторе от 10 до 30 минут или дольше ( Медик и др., 2012). Во время торрефикации вода и летучие органические соединения (ЛОС) удаляются, а гемицеллюлозные фракции биомассы в основном разлагаются, оставляя целлюлозу и лигнин с минимальным разложением в биомассе (Prins et al., 2006). Для биомассы, обожженной при более высоких температурах, конечный продукт похож на древесный уголь.

Процесс торрефикации

Первый этап торрефикации биомассы включает подачу сырой биомассы в систему торрефикации. Размер частиц может варьироваться в зависимости от источника сырья; тем не менее, единый размер даст наилучшие результаты. Затем биомассу медленно нагревают в отсутствие кислорода в камере торрефикации до достижения температуры от 390 до 570 F, которую поддерживают в течение 10-30 минут. Это частично разлагает биомассу и высвобождает некоторые летучие вещества, включая воду, летучие органические соединения и гемицеллюлозу. Оставшаяся твердая часть представляет собой торрефицированную биомассу, которая является основным конечным продуктом. Летучие вещества, пары и газы, образующиеся во время торрефикации, могут сжигаться в секции сжигания для получения тепла, которое можно использовать для предварительного нагрева поступающей сырьевой биомассы перед торрефикацией. Торрефицированную биомассу можно гранулировать для получения частиц высокой плотности и однородного размера (рис. 1).

Сырая биомасса Торрефицированная биомасса Обожженные пеллеты

Рисунок 1. Сырая биомасса, преобразованная в торрефицированную биомассу и торрефицированные гранулы. (Отказ от ответственности: рисунок собран из разных интернет-источников.)

Преимущества торрефикации

Сельскохозяйственные и лесные отходы, энергетические культуры и подстилка животных могут использоваться в качестве сырья для производства биоэнергии, такой как этанол, тепло и электричество. Однако эти исходные материалы обычно имеют низкую объемную плотность и энергетическую плотность. Методы повышения качества биомассы, такие как торрефикация, изменяют свойства биомассы для улучшения хранения, транспортировки, предварительной обработки и преобразования.

Преимущества торрефицированной биомассы по сравнению с сырой биомассой включают:

  • Пониженное содержание влаги и повышенная гидрофобность . При торрефикации содержание влаги в биомассе резко снижается до менее 1 процента при измерении сразу после торрефикации. Он производит относительно гидрофобный продукт, который поглощает минимальное количество воды из атмосферы, поэтому при хранении он имеет минимальное увеличение содержания влаги, что снижает порчу биомассы (Commandre and Leboeuf, 2015). Кроме того, низкое содержание влаги снижает транспортные расходы.
  • Повышенная хрупкость . Торрефикация разрушает клеточную структуру биомассы, что увеличивает хрупкость материала. Биомасса обычно должна быть уменьшена в размере для преобразования в конечные продукты, такие как топливо, химикаты или другие материалы. Повышенная хрупкость торрефицированной биомассы снижает затраты энергии на измельчение на 80–90 процентов (Phanphanich and Mani, 2011).
  • Более высокое содержание энергии на единицу веса . После торрефикации теплотворная способность биомассы обычно увеличивается с 5 000–7 000 БТЕ на фунт до 8 500–10 500 БТЕ на фунт (Tumuluru et al., 2011). Это делает его идеальным кандидатом для использования в термохимических установках, а также в бытовых горелках.
  • Однородное твердое вещество с меньшим количеством дыма . Сырая биомасса имеет широкий диапазон содержания влаги и летучих органических соединений в зависимости от типа, источника и условий сбора. Торрефикация значительно снижает содержание влаги и летучих органических соединений, в результате чего получается однородное твердое топливо, при сгорании которого выделяется меньше дыма.
  • Устранение запахов и патогенных микроорганизмов . Торрефикация при высокой температуре уничтожает патогенные микроорганизмы (если они есть) и большую часть пахучих ЛОС (Исемин и др., 2017).

Торрефицированная биомасса может быть дополнительно уплотнена в гранулы. Торрефицированные гранулы имеют более однородный размер и форму, что обеспечивает лучшую сыпучесть по сравнению с сырой биомассой, а также улучшает обращение с ней и ее хранение. Кроме того, гранулы из торрефицированной биомассы имеют ряд преимуществ по сравнению с гранулами из сырой биомассы, в том числе:

  • Повышенная износостойкость . Биомасса содержит более высокую долю горячего лигнина сразу после торрефикации, что способствует ее уплотнению с сильным сцеплением между частицами биомассы, улучшая долговечность пеллет и удобство обращения с ними.
  • Повышенная насыпная плотность. Торрефицированные гранулы обычно имеют более высокую объемную плотность (47-53 фунта/фут 3 ) по сравнению с гранулами из сырой биомассы (34-44 фунта/фут 3 ) (Бергман, 2005).

В конечном счете, торрефикация биомассы и ее уплотнение снижают потери сухого вещества и улучшают логистику его обработки и транспортировки.

Материальный баланс и энергетическая ценность биомассы во время торрефикации

Торрефикация биомассы происходит при высоких температурах, что приводит к удалению влаги, присутствующей в биомассе. В дополнение к влаге торрефикация также удаляет летучие органические соединения и разлагает гемицеллюлозную фракцию биомассы, которая обычно составляет от 10 до 35 процентов веса сухой биомассы, в зависимости от типа биомассы. Таким образом, торрефикация снижает вес биомассы и содержание энергии по сравнению с сырой биомассой. Однако снижение абсолютного содержания энергии ниже по сравнению с уменьшением веса, что приводит к более высокой плотности энергии (рис. 2).

Рисунок 2. Влияние торрефикации на массу и энергетическую ценность биомассы (адаптировано из HM3 Energy, 2013).

Области применения торрефицированной биомассы

Торрефицированная биомасса/пеллеты могут использоваться для различных целей, таких как:

  • Альтернатива углю на обычных угольных электростанциях. Торрефицированная биомасса является возобновляемой и имеет теплотворную способность (8 500–10 500 БТЕ на фунт), сравнимую с теплотворной способностью угля (~ 11 000 БТЕ на фунт). Кроме того, он имеет более низкую зольность и содержание минералов по сравнению с углем. Они превращают торрефицированную биомассу в «зеленый уголь».
  • Сырье для производства биотоплива. Торрефицированная биомасса может быть преобразована в биотопливо, особенно с помощью методов термохимической конверсии.
  • Удобрение почвы. Торрефицированная биомасса содержит почти все минералы и питательные вещества, содержащиеся в биомассе, и поэтому ее можно вносить в почву в качестве удобрения (Kikuchi, 2016; Ogura et al., 2016).

Стоимость торрефикации

Для торрефикации биомассы требуется реактор, обеспечивающий инертные условия реакции (без кислорода). Такая установка в коммерческом масштабе требует больших капиталовложений. Эксплуатационные затраты на торрефикацию значительно различаются в зависимости от масштаба предприятия, типа сырья, желаемых условий торрефикации и потенциального использования тепла или летучих органических соединений для других целей, таких как компенсация затрат на отопление. В литературе сообщается о широком диапазоне затрат на торрефикацию от 17 до 65 долларов США за тонну торрефицированной биомассы (Shah et al. , 2012; Strauss, 2014; Tiffany et al., 2013; Uslu et al., 2008). .

Благодарность

Авторы благодарят доктора Сушила Адхикари, профессора кафедры биосистемной инженерии Обернского университета; д-р Гарольд Кинер, почетный профессор и заместитель председателя; и Мэри Викс, координатору программ Департамента пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии Университета штата Огайо за техническую и редакционную рецензию этого информационного бюллетеня.

Ссылки

Bergman, PCA, 2005. Комбинированное обжиг и гранулирование.

Commandre, J.-M., Leboeuf, A., 2015. Выход летучих веществ и измельчаемость твердых веществ после торрефикации различных типов биомассы. Окружающая среда. прог. Поддерживать. Энергия 34, 1180–1186.

Исемин Р., Кузьмин С., Михалев А., Милованов О., Климов Д., 2017. Торрефикация – новый метод обеззараживания птичьего помета (в качестве биотоплива или удобрения). 17-й междунар. Мультидисциплинарный. наук GeoConference SGEM 2017 17, 643–650.

Kikuchi, J., 2016. Высушенная биомасса улучшает состояние бедной почвы. www.riken.jp/en/pr/press/2016/20160617_3/ (дата обращения: 21.10.17).

Медик, Д., Дарр, М., Шах, А., Поттер, Б., Циммерман, Дж., 2012. Влияние параметров процесса торрефикации на повышение качества сырья биомассы. Топливо 91, 147–154.

Огура, Т., Дата, Ю., Масукуджане, М., Кутзи, Т., Акаши, К., Кикучи, Дж., 2016. Улучшение физических, химических и биологических свойств аридисола из Ботсваны путем включения торрефицированной биомассы. наук Rep. 6, 28011.

Phanphanich, M., Mani, S., 2011. Влияние торрефикации на измельчаемость и топливные характеристики лесной биомассы. Биоресурс. Технол. 102, 1246–1253.

Prins, M.J., Ptasinski, K.J., Janssen, F.J.J.G., 2006. Торрефикация древесины. Часть 1. Кинетика потери веса. Дж. Анал. заявл. Пиролиз 77, 28–34.

Шах, А., Дарр, М.Дж., Медик, Д., Анекс, Р.П., Ханал, С., Маски, Д., 2012. Технико-экономический анализ системы торрефикации в промышленных масштабах для обогащения целлюлозной биомассы. Биотопливо, Биопрод. Биопереработка 6, 45–57.

Strauss, W., 2014. Черные пеллеты – финансовый анализ затрат и выгод: могут ли они обеспечить более дешевую энергию, чем белые пеллеты? Футур. ООО. futuremetrics.info/wp-content/uploads/2014/07/Black_Pellets__An_Analysis_of_Costs_and_Benefits.pdf (по состоянию на 12.10.17).

Тиффани, Д.Г., Ли, В.Ф., Мори, В., Калиян, Н., 2013 г. Экономический анализ установок для торрефикации биомассы, интегрированных с установками по производству этанола из кукурузы и угольными электростанциями. Adv Energy Res 1, 127–146.

Тумулуру, Дж. С., Сохансандж, С., Хесс, Дж. Р., Райт, К. Т., Бордман, Р. Д., 2011. Обзор процесса торрефикации биомассы и свойств продуктов для энергетических применений. Инд биотехнолог. 7, 384–401.

Uslu, A., Faaij, A.P.C., Bergman, PCA, 2008. Технологии предварительной обработки и их влияние на логистику международной цепочки поставок биоэнергии. Технико-экономическая оценка торрефикации, быстрого пиролиза и гранулирования. Энергия 33, 1206–1223. HM3 Energy, 2013. Баланс массы и энергии торрефикации. hm3energy.com/wp-content/uploads/2013/09/Torrefaction-Mass-and-Energy-Balance-Chart.pdf (дата обращения: 21.11.2017).

Почему торрефикация не пошла?

Уже более десяти лет многочисленные академические институты, исследовательские институты, государственные учреждения и частные предприятия сосредоточены на коммерциализации технологии торрефикации,

РЕКЛАМА

Уже более десяти лет многочисленные академические институты, научно-исследовательские институты, правительственные агентства и частные предприятия концентрируются на технологии торрефикации с целью доведения ее до жизнеспособного коммерческого статуса. После коммерциализации торрефикация сыграет решающую роль в переходе нашего общества к экономике замкнутого цикла, при которой углеродосодержащие материалы будут перерабатываться, снижая общие выбросы углерода и борясь с изменением климата.

 Высыхание уже давно рассматривается как следующий логический шаг в производстве инженерного топлива из биомассы, которое благодаря своим улучшенным характеристикам может в конечном итоге заменить белые древесные гранулы. По сравнению с белыми древесными гранулами превосходные характеристики уплотненной торрефицированной биомассы включают более низкое содержание влаги, более высокую плотность энергии, большую объемную плотность, гидрофобность, устойчивость к биологической активности, улучшенную способность к измельчению и относительно однородное распределение частиц по размерам. Эти характеристики приводят к более низким транспортным расходам, гораздо более высокой скорости совместного сжигания и более низкой стоимости использования для клиента. Именно по этим причинам торрефикации уделяется так много внимания.

Бесчисленные пресс-релизы и объявления о предполагаемых успехах торрефикации сопровождались оглушительной тишиной, за исключением редких новостей о пожарах, взрывах и неудачных проектах. Были потрачены многие миллионы долларов, но не было ни одного примера крупномасштабного постоянного коммерческого успеха. Инвесторы разочаровались, и многие потенциальные клиенты почти отказались от идеи, что торрефикация когда-либо будет коммерциализирована. Это неизбежно приводит к вопросу: «Учитывая такие перспективы торрефицированной биомассы, что мешает ей добиться коммерческого успеха?»

В этой статье обсуждаются основные проблемы, препятствующие коммерциализации торрефикации, а затем предлагаются изменения в конструкции системы, решающие эти проблемы. Но сначала полезно разобраться в вопросах, не исключающих коммерциализацию торрефикации. Это не высокие капитальные затраты, которые примерно такие же, как капитальные затраты, связанные с пеллетами из белой древесины в энергетическом отношении. Это не высокие эксплуатационные расходы, т.к. они примерно такие же, как и у белых древесных пеллет (опять же, в энергетическом отношении). Это также не затраты на сырье — в процессе торрефикации может быть экономично использовано то же сырье, которое используется при производстве пеллет из белой древесины, плюс дополнительное сырье, такое как рубка, которая обычно не используется производителями пеллет из белой древесины, и это сырье более низкого качества как правило, доступны по более низкой цене.

Так что же помешало коммерциализации торрефикации, несмотря на столько усилий за столь долгое время? Ответ на этот вопрос связан с одной основной технологической проблемой, и неспособность должным образом решить эту проблему приводит к проблемам со стабильностью процесса, надежностью и безопасностью системы.

The Real Issues
Торрефикация — это технология низкотемпературной термохимической конверсии, которая приводит к химическому разложению углеродсодержащих материалов под воздействием тепла, в результате чего получается обезвоженный, гидрофобный, легко измельчаемый, твердый продукт с высоким содержанием углерода. .

При дегазации образуются газы торрефикации, которые включают как двуокись углерода, так и окись углерода, а также различные конденсирующиеся компоненты, такие как уксусная кислота, муравьиная кислота, метанол, молочная кислота, фурфурол, гидроксиацетон и вода. Эти торрефикационные газы содержат огромное количество энергии. Для экономически жизнеспособной системы торрефикации критически важно, чтобы эта энергия эффективно использовалась в системе. Но эти газы также обладают высокой реакционной способностью и могут быстро полимеризоваться в бионефти с тяжелым молекулярным весом. Современные системы обработки торрефикационных газов основаны на традиционных технологиях термического окисления — сжигании концентрированных торрефикационных газов для получения тепла в виде горячих дымовых газов. Хотя этот традиционный подход кажется очевидным выбором, реальные операции выявили серьезные недостатки, в основном из-за того, что содержание кислорода в этом дымовом газе слишком велико, чтобы его можно было использовать в прямом контакте с биомассой. Усилия по проектированию процесса, предпринятые для преодоления этого недостатка, приводят к недопустимо высоким концентрациям летучих газов в системе, и это является основной причиной, вызывающей проблемы, препятствующие торрефикации в промышленных масштабах.

В общих чертах, вот что происходит: Из-за высокой реакционной способности и концентрации торрефикационных газов трудно безопасно и эффективно обращаться с ними. Что еще хуже, давление газа может колебаться, что приводит к нестабильности потока и последующим проблемам с управлением технологическим процессом. Это верно независимо от того, используется ли технология реактора торрефикации с прямым нагревом или технология реактора торрефикации с косвенным нагревом. Традиционные технологии термического окисления должны приспосабливаться к этим условиям за счет использования избыточного воздуха для горения, что приводит к образованию богатого кислородом дымового газа, который нельзя использовать в прямом контакте с биомассой. Это серьезно ограничивает эффективное использование этого источника энергии внутри реактора торрефикации и в других системных приложениях, таких как охлаждение. Конструкции реакторов с прямым нагревом пытаются справиться с этой ситуацией путем непрерывной рециркуляции концентрированных газов торрефикации через теплообменник, как это было описано несколько лет назад компанией ECN, занимающейся технологиями торрефикации. Конструкции реакторов с косвенным нагревом позволяют газам концентрироваться внутри реактора и в основном оставаться там в течение длительного периода времени, прежде чем они будут вытеснены из реактора просто за счет повышения внутреннего давления газа. В результате в обоих случаях эти летучие газы присутствуют в высоких концентрациях. Эта ситуация приводит к проблемам со стабильностью процесса и может привести к конденсации газов в пиролизные масла и смолы, которые затем относительно быстро накапливаются на оборудовании, трубопроводах и контрольно-измерительных приборах. Образование этих пиролизных масел и смол не только создает опасную среду, но и нарушает работу, требующую частых остановок для очистки. Даже незначительные утечки концентрированных газов торрефикации создают неприемлемую рабочую среду и угрозу безопасности. Кроме того, газы торрефикации продолжают диффундировать из твердых частиц на выходе из реактора. Эта ситуация может создать проблемы как для окружающей среды, так и для безопасности.

Наконец, торрефикация включает нагревание биомассы до температуры, намного превышающей ее температуру самовоспламенения. Если торрефицированная биомасса будет подвергаться воздействию воздуха до охлаждения, она загорится, что может привести к катастрофическим потерям.

Во всех случаях возможны и часто происходят прерывания процесса. Коммерчески жизнеспособный процесс должен работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, без перерыва, в течение нескольких месяцев. Достижение бесперебойной работы без эффективного обращения с торрефикационными газами невозможно.

Работа с газами
Что необходимо для эффективной работы с торрефикационными газами? Логичным решением является принятие конструкции системы торрефикации, в которой используется очень большое и постоянно доступное количество инертного газа. Реактор торрефикации необходимо постоянно продувать (продувать) потоком горячего инертного газа при температуре торрефикации, разбавляя газы торрефикации и быстро удаляя их из реактора, вдали от торрефицированных твердых частиц.

Инертный продувочный газ снизит концентрацию газов торрефикации до очень разбавленной, небольшой доли от исходной концентрации; стабилизировать газовые потоки из реактора; и значительно сократить срок службы компонентов торрефикационного газа, тем самым значительно уменьшив возможность образования пиролизных масел и смол.

Вторым преимуществом этой стратегии продувки и разбавления является резкое снижение вероятности того, что летучие газы будут конденсироваться на поверхности торрефицированных твердых частиц в той точке процесса, где твердые частицы находятся на выходе из реактора. Конденсация на торрефицированной биомассе наблюдалась многими разработчиками технологий и отрицательно сказывается на качестве продукта и соблюдении экологических норм после реактора.

Потребность в большом и постоянно доступном количестве инертного газа вызывает вопрос: «Откуда он берется?» Покупка или производство (и нагрев) такого количества инертного газа, вероятно, будет непомерно дорогим. Таким образом, необходим альтернативный подход. Решением является система обработки торрефикационного газа, в которой вместо термического окислителя используется катализатор окисления. Катализаторы окисления имеют долгую и успешную историю использования в промышленности и окружающей среде. Они очень эффективно окисляют широкий спектр летучих органических соединений, таких как те, которые содержатся в газах торрефикации, и в процессе могут образовываться большие объемы горячих, практически инертных дымовых газов в качестве бесплатного побочного продукта окисления.

Опубликовано

в

от

admin

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *