Рассылка

Для того, чтобы получать уведомления о новых номерах журнала, оставьте свой E-mail адрес.



Установка переработки древесных отходов в синтез-газ

Авторы: Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин

Проведен анализ современного состояния рынка топливной промышленности. В статье рассмотрен вопрос образования отходов лесной промышленности и способы утилизации данных отходов. Описана установка по переработке древесных отходов в синтез-газ.

Ключевые слова: сжигание, газификация, пиролиз, древесный уголь, водяной пар, синтез-газ

The analysis of a current state of the market of fuel industry is carried out. In article the question of formation of a waste of the wood industry and ways of utilization of this waste is considered. Installation on processings of a wood waste in synthesis gas is described.

Keywords: burning, gasification, pyrolysis, charcoal, water vapor, synthesis gas

Отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки являются одной из наиболее серьезных и пока не решенных проблем лесного комплекса в РФ. Данные отходы составляют 65-70% от общей вырубаемой биомассы дерева, которая составляет до 200 млн. м3 ежегодно. Если учесть кору, сучья, хвою и листья, то потенциальный объем отходов фактически удваивается [1]. В настоящее время эффективная утилизация древесных отходов становится более актуальной в свете сохранения природной среды. В то же время любое предприятие отрасли заинтересовано в том, чтобы утилизация древесных отходов из статьи затрат перешла в статью доходов [2].

Одним из основных направлений утилизации древесных отходов является их использование для получения тепловой и электрической энергии. В последние годы энергетическое использование древесных отходов рассматривается как альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO2-нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются [4].

Наиболее популярным и востребованным способом утилизации древесных отходов в нашей стране является сжигание с целью получения тепла. Этот способ более или менее оправдывает себя не только с экологической стороны (сжигание древесины более безопасно для окружающей среды, чем нефти и угля), но и с экономической: Россия имеет огромную территорию с жесткими климатическими условиями.

Есть еще несколько вариантов превращения ненужного мусора в топливо: переработка в древесный уголь или в генераторный газ. В первом случае древесина подвергается пиролизу, т.е. нагревается без доступа кислорода. Произведенный таким образом уголь находит свое применение не только в быту, но и в промышленности. Газификация древесного угля позволяет получить синтез-газ высокой степени чистоты, который в дальнейшем может использоваться в производстве бензина и дизельного топлива [4, 5], тем самым, решить проблему XXI века, связанную с ограниченными запасами горючих ископаемых, в особенности нефти. С экологической точки зрения процесс газификации практически безопасен для окружающей среды: в атмосферу не попадает никаких вредных выбросов. Единственным источником отходов служит зола [6].

Была разработана установка по переработке древесных отходов в синтез-газ. Технология получения синтез-газа из древесных отходов состоит из следующих операций: загрузка сырья, сушка древесных отходов, их нагрев, пиролиз, паровая конверсия древесного угля и сепарация пиролизных газов.

Сушка древесных отходов осуществляется в сушильной камере, представляющей собой цилиндрическую камеру с расположенной внутри перфорированной обечайкой, образующей со стенкой корпуса кольцевой канал. В камере дресвесные отходы конвективно сушатся топочным газом при температуре 180 - 150ºС, который подается через эжектор в кольцевой канал. Отработанный сушильный агент отводят через перфорированную цилиндрическую вставку 8. С помощью дымососа 3, эжектора 9 и задвижки 4 организуется рециркуляция сушильного агента с заданной кратностью.

 

Рис.1. Схема установки по переработке древесных отходов в синтез-газ
1 – бункер щепы; 2 - шнековый питатель; 3 – дымосос; 4 – задвижка; 5 - газотвод; 6 – сушильная камера; 7 – перфорированная обечайка; 8 – перфорированная вставка; 9 – эжектор; 10 – камера предварительного нагрева; 11 – нагревательная рубашка; 12 – камера пиролиза; 13 – шнековый питатель; 14 – камера газогенерации; 15 – топка; 16 – рубашка обогрева; 17 – воздуходувка; 18 – патрубок подачи водяного пара; 19 – патрубок отвода синтез-газа; 20 – рекуперативный теплообменник; 21 – компрессор; 22 – газгольдер; 23 – шнековый питатель для отвода золы; 24 – конденсатор смешения; 25 – каплеотбойник; 26 – насос подачи жижки; 27 – емкость конденсата; 28 – змеевиковый теплообменник; 29 – сборник жижки

 

Высушенные древесные отходы поступают в камеру нагрева, которая представляет собой шнековый питатель, снабженный нагревательной рубашкой 11 и обогреваемый топочными газами, поступающими из топки. При температуре 250-450°С древесные отходы непрерывно нагреваются, соприкасаясь со стенками камеры нагрева.

Далее, нагретые до температуры 350°С, отходы поступают в зону пиролиза, которая представляет собой цилиндрическую обечайку 12. При данной температуре древесные частицы начинают нагреваться за счет внутренней энергии, их температура возрастает до 700°С. В результате происходит разложение древесных отходов на древесный уголь и пиролизный газ.

Древесный уголь из камеры пиролиза шнековым питателем подается в камеру газогенерации 14, встроенную в топку 15 и дополнительно снабженную рубашкой обогрева 16. Обогрев осуществляется за счет сжигания несконденсировавшихся пиролизных газов, смешанных с воздухом, подаваемым в топку с помощью воздуходувки 17. Древесный уголь подвергается паровой конверсии, в результате чего образуется синтез-газ и зола. Паровая конверсия древесного угля осуществляется при температуре 700-1000°С за счет прохождения высокотемпературного пара через слой угля.

Подача водяного пара в камеру газогенерации осуществляется через патрубок 18, представляющий собой змеевиковый теплообменник, расположенный вокруг камеры газогенерации 14. Здесь происходит дополнительный прогрев водяного пара.

Отвод полученного синтез-газа из камеры газогенерации осуществляется через патрубок 19. Отведенный синтез-газ, проходя через рекуперативный теплообменник 20, отдает свое тепло на нагрев водяного пара и с помощью компрессора 21 подается в газгольдер 22.

Отвод золы из камеры газогенерации осуществляется шнековым питателем 23.

Поступающий в топку 15 несконденсировавшийся газ предварительно проходит стадию сепарации пиролизных газов, который включает в себя конденсатор смешения 24, каплеотбойник 25, насос подачи жижки 26, емкость конденсата 27, змеевиковый теплообменник 28 и сборник жижки 29.

Из камеры пиролиза 12 парогазовая смесь температурой 400-500°С поступают в конденсатор смешения 24, где конденсация паров осуществляется оборотной жижкой, подаваемой насосом 26 из емкости 27 и охлаждаемой змеевиковым теплообменником 28. Несконденсировавшиеся газы поступают в каплеотбойник 25 для сепарации от капель жижки. Несконденсировавшийся газ поступает в топку 15, где окисляется воздухом предварительно подогреваемым от зольного остатка и подаваемым воздуходувкой 17. Избыточный конденсат отводится в сборник жижки 29.

Полученный таким способом синтез-газ не требует дополнительной очистки и может использоваться в производстве метанола или других химических веществ.

 

Список литературы

1. Быстров, А.Ф. Основы для эффективного использования древесных отходов деревообрабатывающего предприятия / А.Ф. Быстров, Э.С. Быстрова // Деревообрабатывающая промышленность. – 1999. –№ 5.

2. Сафин, Р.Р. Анализ современного состояния лесопромышленного комплекса и перспективы его развития на базе кафедр лесотехнического профиля КГТУ / Р.Г. Сафин, Р.Р. Сафин // Вестник казан. технол. ун-та. – 2010. – №4. – С. 120-130.

3. Валеев, И.А. Использование древесных отходов в энергетическом хозяйстве [Текст] / В.А. Валеев, Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, Р.Р. Хасаншин // Научный потенциал мира: Тезисы докл. Международ. науч.–практич. конф. – Днепропетровск, 2004. – С. 71–75.

4. Тимербаев, Н.Ф. Комплексная энерготехнологическая переработка древесных отходов с применением прямоточной газификации / Н.Ф. Тимербаев, // Монография. – Казань, КНИТУ 2011. – 245с.

5. Тимербаев, Н.Ф. Техника и технологии термической переработки отходов деревообрабатывающей промышленности: монография / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, З.Г. Саттарова; М-во образ. и науки РФ, Казан. Гос. технол. ун-т. – Казань: КГТУ 2010. – 172 с.

6. Рамбуш, Н.Э. Газогенераторы / Н.Э. Рамбуш : перевод с англ. – М.: ГОНТИ, Редкая энергетическая литература, 1939. – 329 с.

 

УДК 66-97