9.4.1. Термохимические процессы переработки биомассы.

К этим процессам относят:

─ Прямое сжигание биомассы с целью получения тепловой энергии.

─ Пиролиз (сухая перегонка) – это термохимическая конверсия сырья при температуре 500 – 1500^оС. Биомассу нагревают либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. Состав получающихся при этом продуктов чрезвычайно разнообразен. Здесь и газы, и жидкий конденсат в виде смол и масел, и твердые остатки в виде древесного угля. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса [31].

Одно из направлений пиролиза – это термохимическая конверсия сырья при температуре 550 – 600^оС без доступа воздуха, позволяющая получить твердый вид топлива - древесный уголь. Это процесс пиролиза древесины идет без сбора паров и газов, а остающийся твердый остаток и представляет собой древесный уголь. Максимальная массовая доля древесного угля составляет 25 – 35% от исходного сырья. Древесный уголь на 75 – 85% состоит из углерода и обладает теплотворной способностью около 30 МДж/кг.

КПД пиролиза определяется как отношение теплоты сгорания полученного в результате пиролиза топлива к теплоте сгорания биомассы, являющейся исходным сырьем. Величина КПД может составлять 80 - 90%.

Другим направлением пиролиза является процесс, направленный на получение газообразного топлива. Процесс идет при температуре 900 – 1500^оС. Смесь выделяющихся при пиролизе газов носит название генераторный газ, древесный газ или синтезгаз. Чаще используется название – генераторный газ.

Процесс пиролиза, направленный на получение газовой фракции получил название газификации. Установки, предназначенные для получения из биомассы генераторного газа, называются газогенераторными установками. Один из вариантов принципиальной схемы установки, предназначенной для ведения пиролиза, приведен на рисунке 9.9. Наиболее предпочтительными считаются вертикальные устройства, загружаемые сверху.

Изначальным сырьем для газогенераторов могут служить древесина и древесные отходы, твердые бытовые и промышленные отходы, органическое топливо (бурый уголь, сланцы, торф и т.д.).

Например, газогенератор на древесине может до 80% исходной энергии перерабатывать в горючие газы (преимущественно Н₂ и СО), пригодные для сжигания в топках печей или как топливо для обычных бензиновых двигателей. Получаемый генераторный газ преимущественно состоит на 80% из водорода (Н₂), на 14 – 15% из окиси углерода (СО), и некоторых других газообразных составляющих. Это газообразное топливо более удобно в эксплуатации, более экологично и транспортабельно, чем исходная биомасса. Химические продукты пиролиза пользуются спросом и как ингредиенты процессов последующей переработки, и непосредственно в качестве товарной продукции.

Рисунок 9.9. Принципиальная схема газогенераторной установки.

Работа газогенератора заключается в следующем. Сверху в газогенератор загружается древесина. Часть древесины в нижней части газогенератора сжигается при ограниченном подводе воздуха для нагрева всей остальной части загруженной биомассы. В процессе газификации получается генераторный газ вместе с которым из газогенератора так же выходят пары летучих химических веществ, очистка от которых происходит в фильтре. На выходе из фильтра газ проходит через теплообменный агрегат для снижения его температуры и поступает в хранилище газа – газгольдер. Теплота, отбираемая теплообменными аппаратами, используется в различных технологических процессах, например, для сушки исходного сырья, отопления и т.п.