Альтернативная энергетика

Биомасса

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Оборудование для подготовки древесины. На производство топливной жидкости расходуется примерно половина всей древесины, поступающей на установку; остальная часть используется для получения моноксида углерода, водорода и тепла для обогрева технологического оборудования. Общий расход древесины на промышленной установке предположительно равен 1000 т/сут. С целью предотвращения срывов в снабжении в зимние месяцы, когда возникают большие транспортные проблемы, предусматривается создание 100-дневного запаса древесной щепы с номинальным размером до 50 мм.

Для доставки щепы древесины к распределительной башне предусматривается конвейерная система производительностью 1000 т/сут. Из распределительной башни примерно половина древесины направляется в отделение для производства синтез-газа, небольшая часть подается в котельную с древесной топкой для получения водяного пара, а остальная часть направляется в отделение для подготовки, сушки, измельчения и приготовления суспензии.

Древесина, направляемая в отделение для подготовки, поступает в расходный бункер, а затем в двойную систему сушки и измельчения. Для сушки используются отходящие из реакторного отделения газы, разбавленные воздухом и имеющие температуру до 500°С. Древесина сушится до 10%-ного содержания влаги. Измельчение древесины осуществляется в воздушном классификаторе до частиц размером в 100 мкм, куда она подается пневматически. Для отделения от газового

рез мешочный фильтр. Отходящий газ с температурой 90°С выпускается в атмосферу.

Измельченная и собранная из циклона и мешочного фильтра древесная масса дозируется с помощью звездообразного клапана и подается на непрерывно взвешивающий механизм, а затем в смеситель для смешения с топливной жидкостью. В смесителе образуется суспензия из измельченной древесной массы с горячей рециркулирующей топливной жидкостью, поступающей из реакторного отделения. Содержание древесины в суспензии составляло 30%, поскольку такое содержание является максимальным, при котором обеспечивается ее прокачиваемость. Далее суспензия направляется в реактор для получения топливной жидкости из древесины.

Оборудование для производства синтез-газа. В этом отделении установки получают очищенные моноксид углерода и водород для подачи в реактор. Древесная масса с помощью конвейера подается в уравнительный бункер, из которого она поступает в засыпную воронку, а затем в верхнюю часть шахтной печи для производства синтез-газа. Печь для производства синтез-газа была разработана фирмой Union Carbide Ч Чистый кислород, поступающий с установки, сооруженной на той же рабочей площадке, вводится в печь снизу, где при температуре 1650°С происходит частичное окисление. Из отделения, в котором осуществляется разделение продуктов реакции, выходит небольшое количество древесной золы и других неорганических материалов (например, Na2C03) в виде расплавленного шлака. Таким образом, в потоке отходов находится и катализатор. Расплавленный шлак, содержащий катализатор, охлаждается водой и направляется в отделение регенерации катализатора.

1} В настоящее время производство синтез-газа в такой печи носит название процесса Purox, представляющего собой в основном реакцию частичного окисления, при которой происходит газификация органического материала с образованием СО, Н2, Ш2, и Н20.

Синтез-газ из шахтной печи направляется в циклон для очистки от увлеченных твердых частиц. Для понижения его температуры до 40°С и тем самым конденсирования легких углеводородов и снижения содержания паров воды синтез-газ пропускают через очистную систему, состоящую из трех водных газоочистительных колонн. В этих газоочистительных колоннах из синтез-газа удаляются другие присутствующие в нем загрязняющие частички.

Синтез-газ, выходящий из газоочистительных колонн, комприми-руется с атмосферного давления до давления 14 атм с помощью двух компрессоров мощностью 1400 кВт каждый и поступает в К2СОэ—СО абсорбционную колонну. Затем поток газа, освобожденного от С02, идет в реакторное отделение. В колонне с насадкой при сниженном давлении и повышенной температуре из образующегося раствора бикарбоната калия удаляется С02; С02 и пары Н20 выпускаются в атмосферу. Регенерированный раствор К2СОэ рециркулирует в абсорбционной колонне.

Оборудование реакторного отделения. Суспензия, состоящая из древесной массы и топливной жидкости, перекачивается из отделения подготовки древесины при температуре 200°С и давлении 230 атм с помощью диафрагменного насоса, охлаждаемого водой. Раствор катализатора соединяется с суспензией. Смесь загружается в реактор, состоящий в основном из двух частей: вертикального нагревателя, размещенного в цилиндрической выложенной  кирпичом печи диаметром  4 м и высотой 15 м, и вертикального автоклава диаметром 1,2 м и высотой 15,2 м .

Реакционная смесь в нагревателе реактора подогревается до 340°С. Затем она направляется в автоклав, где реакция протекает при температуре 340°С и давлении 230 атм в течение 20 мин. После этого реакционная смесь восстанавливается по давлению в двух последовательно установленных резервуарах для ступенчатого испарения. Газы через уравнительный резервуар направляются в газоочистительные колонны, подобные тем, которые применяются в отделении по производству синтез-газа. Очищенные газы сжигаются в потоке воздуха при температуре 980°С, а продукты сгорания разбавляются рециркулирующими газами из отделения по подготовке древесины. Смесь газов при температуре 815°С поступает в печь со змеевиковым подогревателем. Отходящие из печи газы имеют температуру 630°С. Они делятся на два потока: один поток направляется в отделение подготовки древесины для ее осушки, а другой поток-в отделение производства синтез-газа для снабжения технологическим теплом нагревателя регенерационной колонны К2СОэ.

После резкого снижения давления реакционной смеси поток жидкости из второго ступенчатого испарителя разделяется на рециркулирую-щий поток и поток продуктовый. Первый направляется в отделение подготовки древесины для получения суспензии с деревесной массой, а второй для очистки и разделения.

Учитывая кинетику процесса и данные, полученные в Питтсбургском энергетическом исследовательском центре и на олбанской опытной установке, можно полагать, что наиболее подходящим для сжижения биомассы является проточный реактор.

Оборудование дли разделения продуктов. Неочищенная жидкая фаза из реакционного отделения частично охлаждается водой и направляется на ступенчатое испарение. Вода снижает температуру фазы до 120°С, превращаясь в пар низкого давления. Охлажденная топливная содержащая 1/2-1/3 топливной жидкости, пропускается через вакуумный фильтр. Твердые вещества с фильтра снимаются разбавителем, который отгоняется. Высушенные твердые вещества направляются в печь для получения синтез-газа.

После фильтрации смесь топливная жидкость-разбавитель вступает в контакт с водой для извлечения водорастворимого катализатора. Две остающиеся фазы разделяются в коалесцирующем сепараторе: водная фаза направляется в печь для синтез-газа с целью регенерации катализатора, органическая фаза идет на отгонную колонну для удаления разбавителя и использования в рециркуляции. Остаток в колонне представляет собой продукт, получаемый на установке.

Дополнительное оборудование. Помимо основного оборудования проект гипотетической установки предусматривал оборудование для регенерации катализатора, обработки отходящей воды и генерирования пара. Установка была размещана на участке площадью около 350 х х 200 м