Совершенствование технологии и оборудования термохимической переработки древесных отходов в высококалорийный генераторный газ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат наук Касимов, Алмаз Мунирович

• Касимов, Алмаз Мунирович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Касимов, Алмаз Мунирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ 14

ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ

1.1. Пирогенетическая переработка растительного сырья 14

1.2. Газификация жидких топлив 38

1.3. Область применения генераторного газа 53

Глава II. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА 56

ГАЗИФИКАЦИИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ БЫСТРОГО ТЕРМОКОНДУКТИВНОГО ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ

2.1. Физико-химическая картина совокупности процессов 56

термического разложения растительной биомассы и газификации пиролизной жидкости с образованием генераторного газа

2.2. Формализация процесса газификации жидких продуктов 66

быстрого термокондуктивного пиролиза древесины

2.3. Математическая модель процесса газификации жидких 67

продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины

2.4. Алгоритм расчета математической модели газификации 77

жидких продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины

Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И 81

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БЫСТРОГО ТЕРМОКОНДУКТИВНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ И ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПИРОЛИЗА

3.1. Описание экспериментальных установок 81

3.1.1. Установка для исследования процесса быстрого 81

термокондуктивного пиролиза древесных отходов и методика

3

проведения экспериментальных исследований

3.1.2. Установка для исследования процесса газификации 84

жидкого продукта быстрого термокондуктивного пиролиза

древесины и методика проведения экспериментальных исследований

3.2. Анализ результатов экспериментальных исследований 86

процесса быстрого термокондуктивного пиролиза древесных отходов

3.3. Исследование физико - химических свойств пиролизной 90

жидкости различных видов растительной биомассы

3.4. Анализ результатов процесса газификации жидких 101

продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины

Глава IV. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ 131 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ БЫСТРОГО ТЕРМОКОНДУКТИВНОГО ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

4.1. Описание опытно - промышленной установки двухэтапной 131

термической переработки древесины

4.2. Опытно - промышленная установка для переработки 137

органосодержащего сырья и отработанных деревянных шпал в жидкое топливо

4.3. Двухэтапная термическая переработка древесной биомассы 139 в промышленном масштабе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 145

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 147

Приложение 1. Статистическая обработка расчетных и 164

экспериментальных данных

Приложение 2. Программа расчета процесса газификации 168

пиролизной жидкости

4

Приложение 3. Анализ проб жидких продуктов быстрого термокондуктитвного пиролиза разных видов биомассы

Приложение 4. Акт принятия к внедрению

Приложение 5. Сертификаты участия в выставках и конференциях

181

188

190

5

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии и оборудования термохимической переработки древесных отходов в высококалорийный генераторный газ»

Актуальность

Мировые запасы нефти и газа постоянно уменьшаются, вследствие чего переход к возобновляемым ресурсам является одной из наиболее актуальных проблем экономики и промышленности. Растительная биомасса является перспективным, экологически безопасным и альтернативным источником возобновляемой энергии. В тоже время, основной задачей, стоящей перед лесной промышленностью и лесным хозяйством, является полное и рациональное использование отходов лесозаготовок и деревообработки, в результате которых образуется до 60% древесных отходов от объема выпускаемой продукции. Эти отходы, используемые в незначительной степени, могут успешно служить сырьем для термохимической переработки. Одним из перспективных способов переработки растительной биомассы среди процессов термохимической конверсии является быстрый термокондуктивный пиролиз. Данный метод пиролиза имеет низкие инвестиционные затраты и высокую энергетическую эффективность по сравнению с другими процессами переработки, особенно при производстве в малых масштабах. В процессе термокондуктивного пиролиза древесных отходов доминирующим продуктом является пиролизная жидкость (пиротопливо), обладающая существенными преимуществами по сравнению с твердой биомассой, такими как высокая энергетическая плотность, стабильность состава при хранении, удобство использовании и транспортировки. Пиротопливо, получаемое по технологии быстрого термокондуктивного пиролиза, пригодно для прямого сжигания в котлах, заменяя невозобновляемые виды топлива. Однако качество пиротоплива может быть недостаточным для его использования в коммерческих целях (в первую очередь в двигателях внутреннего сгорания и в газовых турбинах). В связи с чем применяется наиболее приоритетная

6

технология переработки пиротоплива методом газификации, позволяющая получить высококалорийный генераторный газ, используемый для производства электрической энергии и химических продуктов. Таким образом, разрабатываемая технология в комплексе позволит переработать растительные отходы в местах их возникновения в пиротопливо, накопить и перевезти его в централизованный пункт сбора с дальнейшим использованием для получения ценных химических продуктов и электрической энергии.

На сегодняшней день вопросы по газификации жидкого пиротоплива для производства высококалорийного газа и быстрому термокондуктивному пиролизу растительной биомассы с целью получения жидких продуктов высокой энергетической плотности изучены мало и требуют проведения научно-исследовательских работ.

Степень разработанности темы

Значительный вклад в развитие технологии термохимической конверсии древесины с получением жидкого топлива и химических веществ внесли следующие ученые: А.Н. Кислицын, Н.И. Богданович, А.Н. Грачев, В.Н. Пиялкин, Н.И. Никитина, Р.Р. Сафин, A.B. Жидков, Ю.Л. Юрьев, Ю.Д. Юдкевич, В.Н. Козлов, С. Briens, F. Berruti, R. Graham, M. Gronli, M.J. Antal, A.V. Bridgwater, M.G. Rasul, M. I. Jahirul и др.

Экспериментальные исследования процессов газификации твердого и жидкого топлива из растительной биомассы проводились учеными: Н.Ф. Тимербаевым, Д.А. Понамаревым, Д.В. Ермолаевым, Г.Р. Мингалеевой, М.А. Таймаровым, Б.В. Канторовичем, Г.Ф. Кузнецовым, В.В. Сергеевым, Ю.Л. Любиной, A.A. Гроо, A. Jafari, G. van Rossum, W.P.M van Swaai.

(Однако комплексное исследование переработки растительной биомассы быстрым термокондуктивным пиролизом в жидкое пиротопливо и его газификация в высококалорийный генераторный газ практически не проводились, а имеющиеся исследования не позволяют

7

оценить эффективность совокупности данных процессов, что подтверждает актуальность работы.

Цель диссертационной работы состоит в исследовании совокупности процессов переработки древесной биомассы в пиротопливо методом быстрого термокондуктивного пиролиза и последующей газификации жидкого топлива в высококалорийный генераторный газ.

В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи исследования:

1. Провести анализ научных основ и технологий в области термохимической переработки древесины и газификации жидких и твердых топлив.

2. Определить характер влияния свойств древесины и технологических параметров процесса быстрого термокондуктивного пиролиза на топливные свойства пиролизной жидкости.

3. Идентифицировать физико-химическую картину процесса газификации жидких продуктов термокондуктивного пиролиза древесины.

4. Разработать комплексную математическую модель совокупности процессов газификации жидких продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины.

5. Разработать экспериментальный стенд для исследования процесса термокондуктивного пиролиза растительной биомассы.

6. Провести исследования влияния технологических параметров процесса быстрого термокондуктивного пиролиза на состав и выход жидкого продукта.

7. Разработать экспериментальный стенд для исследования процесса газификации жидких продуктов термокондуктивного пиролиза древесины.

8. Провести исследования процесса газификации жидкого пиротоплива.

8

9. Разработать опытно-промышленную установку для термохимической переработки органосодержащего сырья.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель процесса газификации жидких продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины, учитывающая стадии распыливания пиролизной жидкости, испарения капли и термического разложения.

2. Определен характер влияния температурного режима, размера древесных частиц и времени пребывания сырья в реакторе быстрого термокондуктивного пиролиза на выход продуктов (пиролизной жидкости, угля, пиролизного газа).

3. Экспериментальным и расчетным путем установлено, что в процессе паровой газификации пиролизной жидкости при температуре 9000С выделяется генераторный газ с максимальной теплотой сгорания.

4. Экспериментально установлено, что в процессе газификации выделение генераторного газа с максимальной теплотой сгорания осуществляется при подаче окислителя в соотношении: водяной пар/пиролизная жидкость = 0,25.

5. Разработан и защищен патентом РФ способ термической переработки органосодержащего сырья.

Практическая ценность

1. Разработанная математическая модель процесса газификации пиролизной жидкости может быть использована для прогнозирования состава генераторного газа в зависимости от технологических параметров процесса, свойств жидкого топлива и при проектировании газогенератора.

2. Разработан экспериментальный стенд быстрого термокондуктивного пиролиза, позволяющий получить пиролизную жидкость с высоким выходом (до 75%) и осуществлять исследования по определению качества пиротоплива в зависимости от свойств перерабатываемого сырья.

9

3. Разработан экспериментальный стенд процесса газификации пиротоплива, позволяющий определить состав генераторного газа и его физические характеристики при изменении технологических параметров: температуры, расхода окислителя и давления.

4. Определены условия достижения максимального выхода горючих компонентов генераторного газа при газификации пиролизной жидкости.

Реализация работы

Разработана и изготовлена опытно - промышленная установка для получения высококалорийного генераторного газа из органосодержащего сырья.

По результатам исследования разработана технология термохимической переработки органосодержащего сырья, которая внедрена в производство на ООО «НПК «МЕХАНИКА».

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс для магистров по специальности 15.04.02 «Технологические машины и оборудование», по дисциплине «Научные основы высокотемпературной переработки древесины».

Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования применялись образцы жидких продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза растительной биомассы. Анализ состава жидких продуктов термокондуктивного пиролиза растительной биомассы проводился с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометра (ГХ-МС, 7890A-5975C). Содержание воды определялось по методу Карла Фишера с использованием оборудования для титрования, по методике, используемой для определения воды в нефтехимической промышленности (ASTM D6304). Вязкость измерялась с использованием реометра ARES ТА с геометрией Куэтта при температуре от 25°C до 80°C. Плотность и поверхностное натяжение определялись с помощью Крусс-процессора К-100 по тензометру, используя метод

10

Пластинка Вильгельма для определения поверхностного натяжения. Анализ термического разложения пиролизной жидкости проводился в термоанализаторе (модель NETZSCH STA409C). Исследование состава генераторного газа проводилось на газоанализаторе (модель АНКАТ 310).

Достоверность полученных результатов

Базируется на использовании научно-обоснованных методик проведения экспериментальных исследований и теории обработки информации. Результаты испытаний и рекомендации обеспечиваются большим объемом экспериментальных данных, полученных на современных и поверенных установках, имеющих сертификат качества. Научные результаты согласуются с известными экспериментальными данными, а также результатами промышленной апробации.

Личный вклад автора

Вклад автора заключается в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. Автором изготовлены лабораторные установки, выполнены эксперименты. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве и использованных в диссертации работ.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Тема диссертационного исследования соответствует п.11 «Химия и технология пирогенетических производств» и п.19 «Энергосберегающие и интенсивные технологические процессы более эффективного использования вторичных топливных и энергетических ресурсов химической технологии древесины с целью экономии натуральных видов топлива в технологии химической переработки биомассы дерева (ЦБП, ГП, ЛХП, ДСП и ДВП)» паспорта заявленной специальности «05.21.03. Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины».

Выносимые на защиту положения

11

1. Способ термохимической переработки органосодержащего сырья.

2. Математическая модель процесса газификации жидких продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины.

3. Конструкция разработанных экспериментальных установок для исследования процессов термокондуктивного пиролиза древесной биомассы и газификации пиролизной жидкости.

4. Результаты математического моделирования и проведенных исследований на экспериментальных установках.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях: «Перспективные разработки науки и техники» (Пшемысль, 2013), «Достижения высшей школы» (Пшемысль,2013), «Будущие исследования» (София, 2014), «Механика технологических процессов в лесном комплексе» (Воронеж, 2014), «I Европейский лесопромышленный форум молодежи» (Воронеж, 2014), «Эколого-ресурсосберегающие технологии и системы в лесном и сельском хозяйстве» (Воронеж, 2014), «Техника и технологии - мост в будущее» (Воронеж, 2014), «Обеспечение экологической безопасности путем создания наукоемких технических средств и технологий в лесном комплексе» (Воронеж, 2015), «Материалы академической науки» (Шеффилд, 2015 г), «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе» (Москва, 2015), «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» (Воронеж, 2015), «Шестой технологический уклад: механизмы и перспективы развития» (Ханты-Мансийск, 2015), «Молодежный форум: технические и математические науки» (Воронеж, 2015), «Новые подходы в науке и технике» (Воронеж, 2015), научные сессии ФГБОУ ВПО «КНИТУ» (Казань, 2014-2015), «Европейская наука XXI века -

12

2016» (Пшемысль, 2016), «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2016).

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 27 печатных работ, из которых 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК, 2 патента РФ на изобретение.

Объем и структура диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 163 страницах машинописного текста, включающих 65 рисунка и 16 таблиц. Библиографический список включает 144 наименования цитируемых работ российских и зарубежных авторов.

В первой главе проведен анализ современного состояния основных технологий термохимической переработки растительной биомассы. Рассмотрены и проанализированы технологии получения генераторного газа путем газификации жидких топлив.

Во второй главе рассмотрена физико-химическая картина процессов термокондуктивного пиролиза древесины и газификации пиролизной жидкости. Описана математическая модель процессов распыления, испарения и термического разложения пиролизной жидкости с учетом некоторых предположений.

В третей главе представлены описания экспериментальных стендов, методика проведение и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины и газификации пиролизной жидкости.

В четвертой главе представлена опытно - промышленная установка для двухэтапной термической переработки органосодержащего сырья, в котором, защищен патентом РФ на изобретение №2573034 и установка по переработки отработанных деревянных шпал в жидкое топливо. Также

13

анализировался экономическая целесообразность применения установки для газификации жидких продуктов термокондуктивного пиролиза древесины.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук Тунцеву Д.В. за всестороннюю помощь в работе над диссертацией.

14

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ 1Л. Пирогенетическая переработка растительного сырья

Растительная биомасса является одним из первых источников энергии, используемых человечеством. В настоящее время существуют, в основном, три способа, используемых для извлечения энергии из биомассы. К ним относятся: сжигание, газификация и пиролиз. При горении происходит полное окисление растительной биомассы с выделением тепловой энергии. Однако, эффективность этого процесса составляет всего лишь около 10% и этот способ является источником загрязнения окружающей среды. Газификация - процесс частичного окисления в котором происходит выделение газообразного топлива из растительной биомассы, в то же время пиролиз является первым этапом процесса горения и газификации [70].

Пиролиз используется для получения высококачественного, экологически безопасного, твердого, жидкого и газообразного продукта практически из любого органосодержащего сырья. Важным преимуществом процесса пиролиза является его самообеспеченность, так как существует возможность использовать газообразные и твердые продукты пиролиза для сушки биомассы и обеспечения самого процесса. Энергетические издержки на снабжение термохимического процесса обычно не превышают 5% от теплотворной способности получаемых топливных продуктов.

На рис. 1.1. представлены реакции процесса пиролиза древесной биомассы. Они включают в себя три сосредоточенные категории продуктов, начиная с реакции первого порядка. Ланзетта и Блази установили, что в начале процесса пиролиза (250°С - 300°С) большинство летучих

компонентов высвобождается со скоростью в 10 раз быстрее, чем в следующем этапе [105].

15

Процесс пиролиза органического вещества является очень сложным и состоит из параллельных и последовательных реакций. Длинные цепочки углеродных, водородных и кислородных соединений в растительной биомассе распадаются на более мелкие молекулы в виде газообразных, жидких и твердых продуктов в условиях термического разложения. Скорость и степень разложения каждого из этих компонентов зависит от технологических параметров, таких как температура реактора (пиролиза), скорость нагрева растительной биомассы, давление, конфигурация реактора, свойство исходного сырья и т. д.

t

i

Пиролизная i ЖИДКОСТЬ —k / !

^Парогазовая смесь

I

(CO.CO2.CH4)!

Уголь + газ (СО2) + пиролизная жидкость

Первичный этап ! разложения !

i

450 - 550'С i <1C '

Вторичный этап крекинг+ конденсация !

400 - 500°С i

i

> lc

Полимеризация

Атмосферное давление неделя/месяц

Т^мс. 7.7. Cxawzреакз/мм имролмза Эрееесмны

Стадии пиролиза древесной биомассы:

1. Сушка древесины до температуры 120°С с удалением влаги;

2. Начало разложения древесины (при температуре 150 °C);

3. Высвобождение летучих низкомолекулярных соединений древесины (270 -

275°С);

4. Пиролиз сырья (380 - 500°С) [106].

16

Характеристики наиболее распространенных технологий процессов пиролиза приведены в табл. 1.1 [31].

ТаТммт/а 7.7

0%/(Знмуиельные 6/?z/6/77z/A'z/ /?6/?.7Z/v//bZT ezzOoe /7z//?r).7Z/?<:/ 6zzoT7<7ccw.

Параметр Быстрый низкотемп. пиролиз Быстрый высокотемп. пиролиз Медленный пиролиз

Время процесса 1-Зс 1-Зс 5-30 мин

Размер сырья Малый Малый Средний

Влажность сырья Очень низкая Очень низкая Низкая

Температура, °C 450-600 600-900 500-700

Давление, кПа 100 10-100 100

Выход газа, % До 30 До 75 До 40

Теплота сгорания газа, МДж/м'' 10-20 10-20 5-10

Выход жидкости, % До 80 До 20 До 30

Теплота сгорания жидкости, МДж/кг 20-23 20-23 20-23

Выход твердого остатка, % До 15 До 20 20-30

Теплота сгорания твердого остатка, МДж/кг 28-33 28-33 28-33

Методом регулирования технологических параметров (температура, давление, время реакции, наличие катализаторов) можно в широком диапазоне изменять химический состав продуктов реакции.

17

Собре/и^нны^ 7иакноло2ии ииролизя Эр^б^сыны.

В процессе быстрого пиролиза, растительная биомасса нагревается до высокой температуры с высокой скоростью нагрева в отсутствии кислорода. Как правило, при быстром пиролизе выход жидких продуктов достигает 60 -75% (мае.) вместе с 15 - 25% (мае.) углистых веществ и 10 - 20% (мае.) газообразных продуктов в зависимости от исходного сырья. Основными характеристиками процесса быстрого пиролиза являются: высокая теплопередача и скорость нагрева, короткое время пребывания продуктов разложения в зоне реакции и быстрое охлаждение парогазовой смеси при точном регулировании температуры реактора.

Технология быстрого пиролиза приобрела популярность в производстве жидкого топлива и других химических продуктов. Она также имеет потенциал при производстве ценных химических веществ, которые имеют более высокую добавленную стоимость, чем само топливо. Технология быстрого пиролиза может иметь относительно низкие инвестиционные затраты и высокую энергетическую эффективность по сравнению с другими процессами переработки, особенно в небольшом масштабе.

Самые общеизвестные в настоящее время технологии быстрого пиролиза по конструкционным особенностям реактора можно подразделить на следующие типы [124]:

* пиролиз в кипящем слое;

* пиролиз в циркулирующем кипящем слое (ЦКС);

* пиролиз в двух реакторах кипящего слоя (КС);

* абляционный пиролиз;

* пиролиз в циклонных реакторах;

* пиролиз в реакторе с двумя шнеками;

* пиролиз в потоке;

* вакуумный пиролиз.

18

Более того, пиролизные реакторы можно разделить на две большие группы в зависимости от способа нагрева системы: прямой и косвенный.

Теплопередача может осуществляться газовыми и твердыми теплоносителями. Теплопередача газовыми теплоносителями к частицам биомассы происходит посредством конвекции, а теплопередача твердыми теплоносителями кондуктивно. Приблизительно 90% теплообмена в реакторах с псевдоожиженным слоем происходит за счет кондуктивной теплопроводности, до 10% теплообмена осуществляется конвективным способом при использовании перемешивания.

Одновременно с конвективной и кондуктивной теплопроводностью также во всех типах реакторов происходит передача тепла за счет излучения. Тем не менее, чтобы обеспечить эффективное преобразование биомассы в жидкое топливо, в разных пиролизных реакторах используются различные методы теплопередачи. Некоторые способы подачи тепла представлены на рис. 1.2., а также в таблице 1.2. в соответствии с разными видами пиролизных реакторов [71].

Парогазовая смесь

1

Горячая стенка

Подача древесины

Уголь - воздух

4 Подача воздуха

3 Горячий псевдоожижающий газ

5 Горячая труба

2 Рециркулированный горячий песок

Т^мс. 7.2. Способы иобачм /мейла а имролмзныереадтиоры

19

Тһблмз/а 7.2.

Способы иоЭбоба уиеило(зы.х ио/ио/соб, мсиольдуетмыл* 6 разлмчныл*

имролмзныл* реак/иорал*.

Способы подвода теплопередачи Типы пиролизных реакторов

Обогрев циркулирующим газом (конвективный) Реактор с псевдоожиженным слоем

Стенка и нагреваемый песок Циркуляционный псевдоожиженный

(кондуктивный) слой

Нагрев циркулирующего песка топочным газом (конвективный) Вращающийся конус

Прямой контакт с нагреваемой поверхностью (кондуктивный) Вакуумный реактор

Обогрев стенки (кондуктивный) Абляционный реактор

Нагреваемая трубка (кондуктивный) Шнековый реактор

Радиочастотный обогрев (радиационный) Плазменный реактор

Электромагнитный обогрев (радиационный) Микроволновая печь реактора

Солнечный обогрев Реактор с кипящим слоем/кварцевый

(радиационный) реактор

77м/?олмз 6 слое.

Преимуществом реакторов для осуществления пиролиза в кипящем слое является простота конструкции и легкость обслуживания. В данных реакторах обеспечивается точное регулирование температуры, контакт газов и твердого материала. Теплопередача осуществляется за счет высокой плотности твердых частиц в кипящем слое. В качестве твердой фазы в кипящем слое используется песок, который быстро нагревает растительную биомассу в бескислородной среде, в результате чего она разлагаются с выделением углистых частиц и парогазовой смеси. На рис. 1.3 показан реактор с кипящим слоем. После реакции пиролиза углистые частицы

20

удаляется с помощью циклонного сепаратора и собираются в приемнике для хранения. Оставшаяся парогазовая смесь быстро охлаждается в теплообменнике, конденсируется и направляется в емкость для хранения.

Г аз. уголь и пиролизная жидкость

Парогазовая смесь

Тепло

Распределительная плита

Т^мс. 7.3. имролмза с слоап

Пиролиз в кипящем слое является очень популярным, так как производит высококачественную пиролизную жидкость, выход которой составляет около 70 - 75% от массы сухого сырья. Углистые частицы отделяются от кипящего слоя. Время пребывания твердых частиц и парогазовой смеси контролируется скоростью псевдоожижающего потока. Одной из важных особенностей пиролиза в кипящем слое является то, что для достижения высокой скорости нагрева исходного сырья должна использоваться растительная биомасса с

21

небольшими размерами (менее 2 - Змм) частиц, что требует затраты энергии на измельчение биомассы [128].

77м/?ОЛМЗ 6 Z/ZZ/9 АД'. /ZZ/4WZZ^С. 1 / A'ZZ/V/ZZ^ai/ СЛО6ЎМ

Пиролиз в циркулирующем кипящем слое имеет аналогичные черты с пиролизом в кипящем слое за исключением короткого времени пребывания ПГС и углистых частиц в реакторе. Это приводит к увеличению скорости газа и более высокому содержанию углистых частиц в пиролизной жидкости, чем в реакторе с кипящим слоем. Одним из преимуществ данного метода является большая производительность типа реактора, несмотря на сложную гидродинамику. Существует два типа реакторов с циркулирующим кипящим слоем: с одним циркулирующим кипящим слоем и с двойным

циркулирующим кипящим слоем.

На рис. 1.4 представлен реактор пиролиза с одним циркулирующим кипящим слоем. Биомасса подается восходящим потоком в реактор, где происходит обширное контактирование между инертными частицами (песком).

Пиролизная жидкость

/Э/С. С W)//ZZ.l/ Z/ZZ/9 АД'./zz/?ywZZ. 1 / A'zz/v/zzpz.l/

Вместе с песком углистые частицы из реактора направляются в камеру сгорания, где происходит сжигание углистых частиц. Главным

22

преимуществом технологии пиролиза в циркулирующем кипящем слое по сравнению с пиролизом в кипящим слоем и абляционным пиролизом является прямое теплоснабжение растительной биомассы путем рециркуляции песка, подогретого при сжигании углистых частиц [84].

Абляционный пиролиз отличается от процесса пиролиза в циркулирующем кипящем слое способом передачи тепла через горячую металлическую поверхность реактора и отсутствием псевдоожиженного газа. Для прессования растительной биомассы используется механическое воздействие на нагретую поверхность стенки реактора. В реакторе абляционного пиролиза можно использовать частицы растительной биомассы размером до 20 мм. С другой стороны, эта конфигурация является более сложной из-за механического характера процесса [72, 26].

Характерными признаками реактора абляционного пиролиза является:

а) высокое давление (прижимание частиц биомассы с нагретой стенкой реактора достигается за счет центробежной и механической силы);

б) высокое относительное движение между частицами биомассы и стенкой реактора;

в) нагревание стенки реактора до <600°С.

Принцип абляционного пиролиза приведен в рис. 1.5.

23

Воздух

Т^мс. 7. J. ТАадтиор имролмза

Стенка абляционного реактора нагревается топочным газом, вращается, и растительная биомасса прижимается к нагретой части поверхности реактора (при 600 °C). Топочные газы образуются за счет сжигания полученных углистых частиц или пиролизного газа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Касимов, Алмаз Мунирович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев Ф.А. Технология связанного азота/ Ф.А. Андреев, С.И. Каргин, Л.И. Козлов, В.Ф. Приставко// изд. 2-е, пер. М., «Химия». 1974. 464 с.

2. Альтшулер В.С., Клприков Г.В., Труды ИГИ АН СССР, т. XVIII изд. АН. СССР. 119 с.; Газ. пром. 4 (1963); Теплоэнергетик, 4 (1964).

3. Бретшнайдер, С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета. [Текст]/ С. Бретшнайдер// Л.: Химия, - 1966, - 535 с.

4. Гойхрах И.М. Химия и технология искусственного жидкого топлива / И.М. Гойхрах, Н.Б. Пинягин // М.: «ГОСТОЛТЕХИЗДАТ», - 1954. - 477 с.

5. Грачев, А.Н. Совершенствование техники и технологии процесса термической переработки древесных отходов [Текст]: дис...тех. наук / А.Н. Грачев; Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань. - 2005. - С. 188.

6. Дюссельдорф, С. П. Инновационная технология газификации древесины. Часть 2. [Текст] / С. П. Дюссельдорф // ЛесПромИнформ. - 2013.-№5(95).- С. 146 - 149.

7. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодин В.И. Распыливание жидкостей// М . , «Машиностроение», 1977. 208 с .

8. Донской, И.Г. Математическое моделирование процесса ступенчатой пылеугольной газификации [Текст] / И.Г. Донской, Д.А. Свищев, В.А. Шаманский, А.Н. Козлов // Научный вестник НГТУ. -2015. - № 1. Т 58. - С. 213 - 245.

9. Ермолаев Д.В. Перспективы использования битумов в качестве альтернативного топлива [Текст] / Д.В. Ермолаев // Альтернативная энергетика и экология. - 2010. - № 7 (87). - С. 121 - 124.

148

10. Железная Т.А. Современные технологии получения жидкого топлива из биомассы быстрым пиролизом/ Т.А. Железная, Г.Г. Гелетуха// Пром. теплотехника, 2005, m. 27, № 4.

11. Забелкин, С.А. Переработка древесины в жидкое топливо и его энергетическое использование [Текст]: дис...тех. наук / С.А. Забелкин; Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань. - 2011. - С. 232.

12. Иоффе, В.Б. Основы производства водорода / В.Б. Иоффе // Л. -1960. - С. 429.

13. Коллеров Л.К. Газомоторные установки / Л.К. Коллеров, Л.М. Гусев, В.И. Грибанов, А.Б. Генин // М.: - «Машиностроительная литература», 1951. - 237с.

14. Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития / В.В. Копытов // М.: - «Инфра-Инженерия», 2012. - 504 с.

15. Кислицын, А. Г. Пиролиз древесины. Химизм, кинетика, продукты, новые процессы /А. Н. Кислицын // - М.: Лесн. пром - сть, - 1990. - 312с.

16. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г Касаткин, В.Ф. Зазульская, П.В. Погудкин // М. -«Издательство Химическая литература», 1961. - С. 810.

17. Кулагин Л.Г., Морошкин М.Я. Форсунки для распыления тяжелых топлив// М., «Машиностроение», 1973, 200 с.

18. Кузнецов Б.Н. Новые подходы в переработке твердого органического сырья / Б.Н. Кузнецов, М.Л. Щипко, С.А. Кузнецова, В.Е. Тарабанько // Красноярск: изд. ИХПОС СО РАН, 1991. - 371 с.

19. Кузнецов Б.Н. Катализ химических превращений угля и биомассы / Б.Н. Кузнецов // Новосибирск: Наука (Сибирское отделение), 1990. - 302 с.

149

20. Кузнецов Б.Н. Новые методы получения химических продуктов из биомассы деревьев сибирских пород [Текст] / Б.Н. Кузнецов, С.А. Кузнецова, В.Е. Тарабанько // Рос. хим. журнал. 2004. № 3. - 17 с.

21. Кафтанова, С. В. Общая химическая технология топлива / С. В. Кафтанова, К. Н. Клопотов, Е. В. Раковский, Д. Н. Таланов // - М.: Государственное научно - техническое издательство химической литературы, - 1947. - 770 с.

22. Колесникова А.В. Анализ образования и использования древесных отходов на предприятиях лесопромышленного комплекса России // Актуальные вопросы экономических наук. 2013. № 33. С. 116-120.

23. Лаврентьев Н.А. К вопросу об использовании генераторного газа [Текст] / Н.А. Лаврентьев, Д.Д. Жуков // Современные наукоемкие технологии. - 2008. - № 4 - С. 82 - 84.

24. Лукутин, Б.В. Возобновляемые источники электроэнергии: учебное пособие / Б.В. Лукутин// Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. - 187 с.

25. Мельникова Е. Я. Справочник азотчика / Е. Я. Мельникова // М.: Химия, 1986. - Т1. - 512 с.

26. Макаров, А. А. Термическое разложение древесины в режиме быстрого абляционного пиролиза [Текст]: дис...тех. наук / А.А. Макаров; Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань. - 2011. - С. 144.

27. Письмен, М. К. Производство водорода в нефтеперерабатывающей промышленности / М. К. Письмен // - М.: «Химия», - 1976. - 208с.

28. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. Основы практической теории горения: учебное пособие// Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 312.

29. Патент РФ № 2573034, МПК С10В 47/30, С10В53/00.Способ термической переработки органосодержащего сырья/ Тунцев Д.В., Хисматов

150

Р.Г., Сафин Р.Г., Тимербаев Н.Ф., Касимов А.М., Китаев С.В., Арсланова

A. Р., патентообладатель ФГБОУ ВО «Казанский национальный

исследовательский технологический университет». - опубл. 20.01.2016.

30. Патент РФ № 2582698, МПК С10В 57/10, С10В53/02, F23G5/027, С10Ә1/02. Способ термической переработки органосодержащего сырья и установка для его осуществления/ Тунцев Д.В., Хисматов Р.Г., Сафин Р.Г., Тимербаев Н.Ф., Сафина А.В., Касимов А.М., Арсланова А.Р., Антипова Э.Е., патентообладатель ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». -;опубл. 27.04.2016.

31. Рахманкулов, Д.Л. Успехи и проблемы производства альтернативных источников топлива и химического сырья. Пиролиз биомассы [Текст] / Д. Л. Рахманкулов, Ф. Ш. Вильданов, С. В. Николаева, С.

B. Денисов // Башкирский химический журнал. - 2008. - Том 15. - № 2. - С. 36 - 52.

32. Семенов С. А. Конструирование агрегатов для термической переработки твердых топлив/ С. А. Семенов// Системы. Методы. Технологии. -2013.- C. 86-88.

33. Сборник научных трудов «Производство водорода, синтез - газа и энергетического газа» XXXIX выпуск Всесоюзного научноисследовательского института по переработке нефти (ВНИИНП). ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ. Москва. 1991.

34. Славянский, А. К. Химическая технология древесины / А. К. Славянский, В. И. Шарков, А. А. Ливеровский, А. В. Буевской, Ф. А. Медников, В. А. Лямин, Ф. Т. Солодкий, Э. М. Цацка, О. А. Дмитриева, Ф. Б. Никандров // - М.: ГОСЛЕБУМИЗДАТ, - 1962. - 576с.

35. Справочник по теплофизическим свойствам газом и жидкостей. -М.: Наука, 1972. - 720 с.

151

36. Спринцын, С.М. Экономика использования вторичных древесных ресурсов/ С.М. Спринцын, Т.А. Сапожникова, С.А. Литвиненко, В.К. Малышкина // М.: Лесная промышленность. 1990.— 240 с.

37. Тунцев, Д.В. Технологическая схема газификации жидкого продукта контактного пиролиза [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, З.Г. Саттарова // Вестник Казанского технологического университета.-2013.-№19.-С.139-142.

38. Тунцев Д.В. Материальный баланс газификации жидкого продукта термокондуктивного пиролиза древесных отходов/ Д.В. Тунцев, А.М. Касимов, Э.К. Хайруллина, И.С. Романчева, А.С. Савельев// Материалы всероссийской научно-технической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика». г. Воронеж, 2015. Т. 3. № 9-3 (20-3). С. 211-215.

39. Тунцев Д.В. Схема промышленной установки для переработки отходов лесного комплекса/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, И.С. Романчева, А.С. Савельев// Материалы международной I Европейском лесопромышленном форуме молодежи, г. Воронеж, 2014г., №3 ч.2 (8- 2) с. 445 - 447.

40. Тунцев, Д.В. Установка для газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесных отходов [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.А. Халитов, М.К. Герасимов, А.М. Касимов // Вестник Казанского технологического университета.-2014.-№ 1. Т17. -С.91-94.

41. Тунцев, Д.В. Разработка технологии газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесины [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, И.С. Романчева, А.С. Савельев //Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 4. С. 179-181.

42. Тунцев Д.В. Схема контактного пиролиза отходов лесозаготовки [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Сборник научных трудов по материалам международной заочной

152

научно-практической конференции. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. № 2-3 (7-3). С. 146-149.

43. Тунцев, Д.В. Математическое моделирование газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесины / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Вестник Казанского технологического университета.-2015.-№6. Т.18 -С.168173.

44. Тунцев, Д.В. Технологическая схема подготовки жидких продуктов пиролиза древесных отходов к газификации/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 21. С. 258-260.

45. Тунцев, Д.В. Сажеобразование при газификации жидкого продукта быстрого пиролиза древесных отходов лесной промышленности/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, И.С. Романчева, А.С. Савельев// Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 2-1 (13-1). С. 318-322.

46. Тунцев, Д.В. Математическое моделирование газификации жидкого продукта термокондуктивного пиролиза древесины/ Д.В. Тунцев, А.М. Касимов, Э.К. Хайруллина, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Актуальные направления научных исследований xxi века: теория и практика. Сборник научных трудов по материалам международной заочной научнопрактической конференции 2015 г. № 7 часть 3 (18-3). C. 76 - 81.

47. Тунцев, Д.В. Совершенствование технологии и оборудования процесса термического разложения в кипящем слое [Текст]: дис. .тех. наук / Д.В. Тунцев; Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань. - 2011. - С. 189.

48. Теплотехнический справочник. - М.: Энергия, 1975. - Т.1. - 744

с.

153

49. Тунцев Д.В. Лабораторный стенд для исследования процесса контактного пиролиза древесных отходов лесной промышленности/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, И.С. Романчева, А.С. Савельев// Воронежский научно-технический Вестник. 2014. № 4 (10). С. 100-104.

50. Тунцев, Д.В. Исследование свойств жидкого продукта быстрого пиролиза и его влияния на конструкционные материалы [Текст] / Д.В. Тунцев, А.З. Халитов, А.Н. Грачев // Вестник Казанского технологического университета.-2010.-№ 9.-С.103-107.

51. Тунцев, Д.В. Исследование термического разложения жидких продуктов быстрого термокондуктивного пиролиза древесины [Текст] / Д.В. Тунцев, А.М. Касимов, Э.К. Хайруллина, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Современный научный вестник. - 2016. - № 1. Т. 5. - С. 348 - 352.

52. Тунцев Д.В. Лабораторный стенд для исследования процесса газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесных отходов лесной промышленности/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, С.В. Китаев, И.С. Романчева, А.С. Савельев// В сборнике: Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства IV международная научная экологическая конференция (с участием экологов Азербайджана, Армении, Беларуси, Германии, Грузии, Казахстана, Киргизии, Латвии, Ливана, Молдовы, Приднестровья, России, Словакии, Узбекистана и Украины). 2015. С. 663-665.

53. Тунцев, Д.В. Результаты экспериментального исследования процесса газификации жидкого продукта быстрого пиролиза древесных отходов лесной промышленности [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, А.М. Касимов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2014. - Т. 2. - № 5-4. - С. 352356.

54. Тунцев, Д.В. Разработка комплексной технологии термохимической переработки древесных отходов [Текст] / Д.В. Тунцев,

154

А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Деревообрабатывающая промышленность. - 2014. - № 4. - С. 50 - 55.

55. Токарев, Г.Г. Газогенераторные автомобили / Г.Г. Токарев // М.: Машгиз, 1955. — 207 с.

56. Тунцев, Д.В. Промышленная установка двухэтапной термической переработки отходов лесного комплекса [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Э.К. Хайруллина, Х.Г. Мусин, А.С. Савельев // Вестник Казанского технологического университета. -2015. -№ 15. Т18. -С.132-134.

57. Теплотехника термической переработки твердых топлив: Учебное пособие/ Кравцов В.В., Бирюков А.Б., Дробышевская И.П. - Донецк: Издательство «Ноулидж», 2011. - 170с.

58. Фенгел Д. Древесина (химия, ультраструктура, реакции) пер. с англ. / Д. Фенгел, Г.Венгер // М.: Лесная промышленность, 1988. - 512 с.

59. Файзрахманова, Г.М. Использование древесной пиролизной жидкости для получения химических продуктов [Текст] / Г.М. Файзрахманова, С.А. Забелкин, А.Н. Грачев, В.Н. Башкиров // Вестник Казанского технологического университета. -2012.-№ 7.-С.131.

60. Федюхин, А.В. Разработка систем комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на основе исследования процессов пиролиза и газификации биомассы[Текст]: дис...тех. наук / А.В. Федюхин, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт». - Москва. - 2014. - С. 157.

61. Хутская Н.Г. Энергосберегающие технологии термохимической конверсии биомассы и лигнокарбонатных отходов: учебно-методическое пособие дисциплине «Топливо и его использование» для студентов по специальности «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент » / Н.Г. Хутская, Г.И. Пальчёнок // Минск: БНТУ, - 2013. - 53 с.

155

62. Хисматов, Р.Г. Термическое разложение древесины при кондуктивном подводе тепла [Текст]: дис.тех. наук / Р.Г. Хисматов; Казан. нац. исслед. технол. ун-т. - Казань. - 2010. - С. 188.

63. Чижиков А. Г. Термохимическая конверсия органического сырья / А. Г. Чижиков, М. Ю. Росс, Ю. А. Кожевников, В. В. Копытов // М.: «Издательство Агрорус», 2012. - 245 с.

64. Юдушкин Н.Г. Газогенераторные тракторы теория, конструкция и расчёт / Н.Г. Юдушкин, М.Д. Артамонов // М.: «Машгиз», - 1955. -242 с.

65. Angelica Hull, Chaudhary Awais Salman Techno economic analysis of wood pyrolysis in Sweden//Master of Science Thesis Stockholm, Sweden 2014. pp. 85.

66. Antony L.-W. Chen Renewable hydrogen production from bio-oil in an aerosol pyrolysis system/ L.-W. Antony, Jerome A. Robles, Judith C. Chowb, S. Kent Hoekmanb// Procedia Engineering 102 (2015) 1867 - 1876.

67. Atkins PW. Elements of physical chemistry. third ed. Oxford University Press; 1993.

68. Anja Oasmaa, Eero Leppamaki, Paivi Koponen Johanna Levander, Eija Tapola Physical characterisation of biomass-based pyrolysis liquids. Application of standard fuel oil analyses// Technical Research Centre of Finland (VTT), 1997. pp. 87.

69. Arian J. Development and application of numerical models for simulating bio-oil gasification. Graduate Theses and Dissertations. 2015, 76.

70. Bridgwater A.V. Biomass Fast Pyrolysis. Thermal Science.:Vol. 8 (2004), No. 2, pp. 21-49.

71. Bridgwater, T. Pyrolysis of Biomass. IEA Bioenergy: Task 34; Bioenergy Research Group, Aston University: Birmingham, UK, 2007.

72. Bridgwater A.V., Peacocke G.V.C. Fast pyrolysis processes for biomass/ Renewable and Sustainable Energy Reviews 4 (2000) 1-73.

156

73. Bridgwater, A.V. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading/ A.V. Bridgwater// Biomass and bioenergy 38 (2012), 68-94.

74. A. Bridgwater Thermal biomass conversion and utilization Biomass information system// Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities 1996 — 144 pp.

75. Brown, Jared Nathaniel Development of a lab-scale auger reactor for biomass fast pyrolysis and process optimization using response surface methodology// Graduate Theses and Dissertations. 2009. 284 pp.

76. Bridgwater, A.V. Fast pyrolysis of biomass for energy and fuels/ A.V. Bridgwater// RSC Energy and Environment Series 2010(1): 146-191.

77. Bridgewater A.A Guide to Fast Pyrolysis of Biomass for Fuels and Chemicals // PyNe Guide 1. March 1999, p. 6.

78. Branca, C., Giudicianni, P., Di Blasi, C. GC/MS characterization of liquids generated from low-temperature pyrolysis of wood. Industrial and Engineering Chemistry Research. 2003, 42, 3190-202.

79. Bridgwater, A. V. Biomass fast pyrolysis/ A. V. Bridgwater// Thermal science: Vol. 8 (2004), No. 2, pp. 21-49.

80. Branca, C. GC/MS characterization of liquids generated from low-temperature pyrolysis of wood/ C. Branca, P. Giudicianni, C. Di Blasi// Industrial and Engineering Chemistry Research. 2003, 42, 3190-202.

81. Bech, N.; Jensen, P.A.; Dam-Johansen, K. Ablative flash pyrolysis of straw and wood: bench-scale results //Department of Chemical Engineering, CHEC Research Centre, Technical University of Denmark Soltoft Plads, Building 229, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark. pp. 9.

82. B.M. Wagenaar, J.A.M. Kuipers, W. Prins, W.P.M. van Swaaij The rotating cone flash pyrolysis reactor// Department of Chemical Engineering. pp. 1122-1133.

157

83. Chinnadurai Karunanithy, Kasiviswanathan Muthukumarappan Rheological Characterization of Bio-Oils from Pilot Scale Microwave Assisted Pyrolysis// Biofuel's Engineering Process Technology. 2011. 293 - 317.

84. D. Radlein, A. Quignard A Short Historical Review of Fast Pyrolysis of Biomass/ Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 68 (2013), No. 4, pp. 765-783.

85. Di Blasi C. Analysis of convection and secondary reaction effects within porous solid fuels undergoing pyrolysis // Combustion science and technology 1993. - Vol. 90; 5/ - P. 315 - 340.

86. Dahmen, N. Synthesis Gas from Biomass -Problems and Solutions en route to Technical Realization / N. Dahmen, E. Dingus, E. Henrich // DGMK/SCI Conference "Synthesis Gas Chemistry", Forschungszentrum Karlsruhe Institute for Technical Chemistry, CPV, October 4-6, 2006, Dresden, Germany, p. 4.

87. Dr. Zhu Xifeng Biomass Pyrolysis and its Potential for China// International Conference on Bioenergy Utilization and Environment Protection 6th LAMNET Workshop - Dalian, China 2003, p. 7.

88. E.A. Bramer, G. Brem A novel technology for fast pyrolysis of biomass: PyRos reactor// Twente University, P.O.Box 217, 7500 AE Enschede, The Netherlands, 2.

89. E.A. Bramer, G. Bremb A novel technology for fast pyrolysis of biomass// Twente University, P.O.Box 217, 7500 AE Enschede, The Netherlands.

90. Eid Alsbou, Bob Helleur Accelerated Aging of Bio-oil from Fast Pyrolysis of Hardwood// Energy Fuels 2014, 28, 3224-3235.

91. Fredrik W. Pressurized entrained flow gasification of pulverized biomass: Experimental characterization of the process performance/ W. Fredrik// Lulea University of Technology Department of Engineering Sciences and Mathematics Division of Energy Science, Sweden, 2015, р. 176.

92. Funda Ates, Nihal Erginel The regression analysis of fast pyrolysis product yields and determination of product quality// Fuel 102 (2012) 681-690.

158

93. . Fabrizio Bezzo. Pyrolysis of peat: an experimental investigation / Bezzo Fabrizio, Bjondahl Frej // Dipartimento di ingegneria industrial, 2015, p. 68.

94. . Gaojin Lyu, Shubin Wu, Hongdan Zhang Estimation and comparison of bio-oil components from different pyrolysis conditions// Front. Energy 2015, p. 11.

95. Huseyin Karaca, Tolga Depci, Mesut Karta, M. Ali Coskun Liquefaction Potential of Adiyaman Peat// Earth and Environmental Science 44 (2016). pp. 6.

96. Ji-Lu Zheng, Ming-Qiang Zhu, Jia-Long Wen, Run-cang Sun Gasification of bio-oil: Effects of equivalence ratio and gasifying on product distribution and gasification efficiency// Bioresource Technology 211 (2016) 164172.

97. J.P. Diebold A Review of the Chemical and Physical Mechanisms of the Storage Stability of Fast Pyrolysis Bio-Oils// National Renewable Energy Laboratory, January 2000. pp. 52.

98. Jani Lehto, Fuel oil quality and combustion of fast pyrolysis bio-oils. University of Florence, Espoo 2013. VTT Technology 87. 79 p.

99. Jakobs T. Gasification of high viscous slurry R&D on atomization and numerical simulation/ T. Jakobs, S. Fleck, M. Mancini, R. Weber, T. Kolb// Applied Energy 93: 449-456.

100. Jakobs T. Influence of Ambient Pressure on Twin Fluid Atomization R&D work for high pressure entrained flow gasification / T. Jakobs, N. Djordjevic, S. Fleck, N. Zarzalis, T. Kolb// ICLASS 2012, 12th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Heidelberg, Germany, September 2-6, 2012, р. 8.

101. Josilaine A. C. Durange, Margareth R. L. Santos, Marcelo M. Pereira, Luiz A. P. Fernandes Jr., Marcio N. Souza, Anderson N. Mendes, Liena M. Mesa, Caio G. Sanchez3, Elisabete M. S. Sanchez, Juan M. M. Perez4, Nakedia M. F. Carvalho Physicochemical Properties of Pyrolysis Bio-Oil from Sugarcane Straw

159

and Sugarcane in Natura// Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, 2013,

4, 10-19.

102. Ji-Lu Zheng, Ming-Qiang Zhu, Jia-Long Wen, Run-cang Sun Gasification of bio-oil: Effects of equivalence ratio and gasifying agents on product distribution and gasification efficiency// Volume 211, July 2016, Pages 164-172.

103. Konstantinos Braimakis Economic evaluation of decentralized pyrolysis for the production of bio-oil as an energy carrier for improved logistics towards a large centralized gasification plant/ Konstantinos Braimakis, Konstantinos Atsonios, Kyriakos D. Panopoulos, Sotirios Karellas, Emmanuel Kakaras// Renewable and Sustainable Energy Reviews 35 (2014) 57-72.

104. Lu Qiang, Li Wen-Zhi, Zhu Xi-Feng Overview of fuel properties of biomass fast pyrolysis oils/ Energy Conversion and Management 50 (2009) 13761383.

105. Mohammad I. Jahirul Biofuels production through biomass pyrolysis—A Technological Review / I. Jahirul Mohammad, G. Rasul Mohammad, Ashfaque Ahmed Chowdhury, Nanjappa Ashwath // Energies. 2012,

5, 4952-5001.

106. Mohan D., Pittman Ch. U., Jr. Steele P. H. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review. Energy & Fuels. No 20 (2006), p. 848 - 889.

107. Michal RYMS, Katarzyna JANUSZEWICZ, Witold M. LEWANDOWSKI, Ewa KLUGMANN-RADZIEMSKA Pyrolysis process of whole waste tires as a biomass energy recycling// ECOL CHEM ENG S. 2013; 20(1):93-107.

108. Masakazu Sakaguchi Steam gasification reactivity of char from rapid pyrolysis of bio-oil/char slurry/ Sakaguchi Masakazu, A. Paul Watkinson, Naoko Ellis // Department of Chemical and Biological Engineering, University of British

160

Columbia, 2360 East Mall, Vancouver, BC, Canada V6T1Z3, Fuel 89 (2010) 3078-3084.

109. Mettler, MS. Top ten fundamental challenges of biomass pyrolysis for biofuels / DG. Vlachos, PJ. Dauenhauer // Energy Environ Sci 2012; 2012(5): 7797-809.

110. Mou Zhang Experimental study on bio-oil pyrolysis/gasification / Zhang Mou, Chen Han-Ping, Gao Ying, He Rui-Xue, Yang Hai-Ping, Wang Xian-Hua, Zhang Shi-Hong// Journal of Huazhong University of Science and Technology, BioResources 5(1), 135-146.

111. Mohan D. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review/

D. Mohan, C.U. Pittman, P.H. Steele// Energy & Fuels 2006, 20, 848-889.

112. Mark M. Wright, Akwasi A. Boateng Distributed processing of biomass to bio-oil for subsequent production of Fischer-Tropsch liquids// Biofuels, Bioprod. Bioref. 2008, 2:229-238.

113. M. Ringer, V. Putsche, J. Scahill Large-Scale Pyrolysis Oil Production: A Technology Assessment and Economic Analysis // Technical Report NREL/TP-510-37779 November 2006. pp. 93.

114. Mabrouki, J. Simulation of biofuel production via fast pyrolysis of palm oil residues / J. Mabrouki, A.A. Mohamed, G. Kamel, O. Ahmed, J. Mejdi // Fuel (2015).

115. M. Garcia - Perez, P. Lappas, P. Hughes, L. Dell, A. Chaala, D. Kretschmer C. Roy Evaporation and Combustion Characteristics of Biomass Vacuum Pyrolysis Oils// IFRF Combustion Journal, 2006. 28.

116. Mohammad Latifi Gasification of Bio-oils to Syngas in Fluidized Bed Reactors// Graduate Program in Engineering Science Department of Chemical and Biochemical Engineering. 2012. 353.

117. M. Vaezi, M. Passandideh-Fard, M. Moghiman, M. Charmchi Gasification of heavy fuel oils: A thermochemical equilibrium approach// Fuel 90 (2011) 878-885.

161

118. Niels Bech, Morten Boberg Larsen, Peter Arendt Jensen, Kim Dam-Johansen Modelling solid-convective flash pyrolysis of straw and wood in the Pyrolysis Centrifuge Reactor// biomass and bioenergy 33 (2009) 999-1011.

119. Pedro J, Ortiz-tora Steam reforming of bio-oil: Effect of bio-oil composition and stability// Graduate Theses and Dissertations. (2008), pp. 88.

120. Peiyong Ni A fuel droplet vaporization model in a hot air stream// Applied Mathematical Modelling 34 (2010) 2370-2376.

121. Prakash N., Karunanithi T. Kinetic Modeling in Biomass Pyrolysis-A Review. J.Appl.Sci.Res. Vol.4, No.12 (2008), pp. 1627-1636.

122. Qi, Li Process modeling and supply chain design for advanced biofuel production based on bio-oil gasification// Graduate Theses and Dissertations. 2014, p. 64.

123. Rogers, J.G. Analysis of transport costs for energy crops for use in biomass pyrolysis plant networks/ J.G. Rogers, J.G. Brammer// biomass and bioenergy 33 (2009) 1367 - 1375.

124. Robbie Venderbosch, W. Prins Fast pyrolysis technology development/ BIOFUELS BIOPRODUCTS AND BIOREFINING MARCH. 4:178-208(2010).

125. RASUL M.G., JAHIRUL M.I. Recent Developments in Biomass Pyrolysis for Bio-Fuel Production: Its Potential for Commercial Applications// Recent Researches in Environmental and Geological Sciences. 256-265.

126. Ryan M. Swanson, Justinus A. Satrio, Robert C. Brown, Alexandru Platon, David D. Hsu Techno - Economic Analysis of Biofuels Production Based on Gasification //National Renewable Energy Laboratory, 2010, p. 165.

127. Renato O. Arazo, Divine Angela D. Genuino, Mark Daniel G. de Luna, Sergio C. Capareda Bio-oil production from dry sewage sludge by fast pyrolysis in an electrically-heated fluidized bed reactor//Sustainable Environment Research xxx (2016), p. 8.

162

128. Sadaka, S.; Boateng, A.A. Pyrolysis and Bio-Oil, Agriculture and Natural Resources; FSA1052; University of Arkansas: Fayetteville, AK, USA. Available online: http://www.uaex.edu/ Other_Areas/publications/PDF/FSA-1052.pdf (accessed on 5 August 2010).

129. Skoulou, V. Effect of biomass leaching on H2 production, ash and tar behavior during high temperature steam gasification (HTSG) process / V. Skoulou,

E. Kantarelis, S. Arvelakis, W. Yang, A. Zabaniotou // international journal of hydrogen energy 2009, 34, 5666-5673.

130. Shafie, S.M. Logistic Cost Analysis of Rice Straw to Optimize Power Plant in Malaysia / S.M. Shafie, T.M.I. Mahlia, H.H. Masjuki, W.T. Chong//Journal of Technology Innovations in Renewable Energy, 2013, 2, 67-75.

131. Steffen, H. Advanced Biomass Gasification: New Concepts for Efficiency Increase and Product Flexibility/ H. Steffen, M. Michael, F. Pier Ugo // Academic press in an imprint of Elsevier, USA, 2016, p. 135.

132. S.M. Shafie, T.M.I. Mahlia, H.H. Masjuki, W.T. Chong Logistic Cost Analysis of Rice Straw to Optimize Power Plant in Malaysia// Journal of Technology Innovations in Renewable Energy, 2013, 2, 67-75.

133. Thomas Kolb Syngas from biomass-based slurry entrained -flow gasification/ Kolb Thomas, Jakobs Tobias, Zarzalis Nikolaos//10th Conference on Energy for a Clean Environment, July 2009, р. 16.

134. T. Jakobs, S. Fleck, M. Mancini, R. Weber, T. Kolb Gasification of High Viscous Slurry - R&D on Atomization and Numerical Simulation// Researchgate, 2011. 13.

135. Thomas Kolb Production of Syngas from Biomass-Based Slurry in an Entrained-Flow Gasifier/ K. Thomas, J. Tobias, Е. Pantouflas, Z. Nikolaos// 7th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers (INFUB), Porto, Portugal, April 18-21, 2006, р. 8.

163

136. Temitope Odetoye, Kolawole R. Onifade, Muhammad S. AbuBakar, James O. Titiloye Pyrolysis of Parinari polyandra Benth fruit shell for bio-oil production // Biofuel Research Journal 3 (2014) 85-90.

137. Van Rossum, G. Evaporation of pyrolysis oil: Product distribution and residue char analysis / G. Van Rossum, B.M. Gьell, R.P.B. Ramachandran, K. Seshan, L. Lefferts, Swaaij Van //AIChE Journal 2010;56: 2200-10.

138. Van de Steene L, Salvador S, Charnay G. Controlling powdered fuel combustion at low temperature in a new entrained flow reactor. Combustion Science and Technology 2000; 159: 255-279.

139. Venderbosch, R.H. Entrained flow gasification of bio-oil for synthesis gas/ R.H. Venderbosch, L. van de Beld, W. Prins// 12th European Conference and technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection 1721 June 2002, 4.

140. W.P.M. van Swaaij Non catalytic steam gasification of wood bio-oil /

F. Marias, F. Broust, C. Dupont, Sylvain SALVADOR // Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse), ENERGETIQUE ET TRANSFERTS. 2011, p. 165.

141. Y. Yang, J.G. Brammer, A.S.N. Mahmood, A. Hornung Intermediate pyrolysis of biomass energy pellets for producing sustainable liquid, gaseous and solid fuels// Bioresource Technology (2014), 6 pp.

142. Younes Chhiti, Sylvain Salvador Gasification of Wood Bio-Oil// Gasification for Practical Applications. pp. 21.

143. Younes Chhiti Marine Peyrot, Sylvain Salvador Soot formation and oxidation during bio-oil gasification: experiments and modeling// Journal of Energy Chemistry Volume 22, Issue 5, September 2013, Pages 701-709.

144. Yanan Zhang Comparative techno-economic analysis of biohydrogen production via bio-oil gasification and bio-oil reforming/ Zhang Yanan, R. Brown Tristan, Hu Guiping, C. Brown Robert// biomass and bioenergy 51 (2013) 99 108.

164

Приложение 1.

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

165

Количественная оценка расхождения между расчетными и экспериментальными данными.

Для количественной оценки расхождения между расчетными и

экспериментальными данными проводятся расчеты по известным методикам:

- среднее арифметическое отклонения

И

X

^' =

И

- среднее арифметическое относительное отклонение:

1 И

^0 = - X

-

И 7=1

max ^min

- среднее квадратичное отклонение:

- среднее квадратичное отклонение среднего арифметического:

7=1

Результаты расчетов приведены в таблицах.

Результаты статистической обработки кривой изменения диаметра капли пиролизной жидкости (рис. 3.27).

№ п/п т, мс da, 10-4м d^ 10-4м 1[, м 5' ^э ^р -102 з0 (da - dр)2 со

^rnax

1 80 4,5 4,5 0 0,0625 0 2,27 0 0,086 0,043

2 150 4,5 4,4 0,1 3,63 0,01

3 300 2,3 2,2 0,1 3,63 0,01

4 450 1,8 1,75 0,05 1,81 0,0025

0,25 9,09 0,0225

Результаты статистической обработки кривой изменения диаметра капли пиролизной жидкости (рис. 3.28).

№ п/п т, мс da, 10-4м d^ 10-4м 1^э ^pL м 5' ^э ^р -102 до (da - dр)2 Со

^rnax

1 50 4,2 4,1 0,1 0,175 4,76 8,33 0,01 0,25 0,12

2 80 3 3,4 0,4 19,04 0,016

3 225 3 2,9 0,1 4,76 0,01

4 300 2,2 2,1 0,1 4,76 0,01

0,7 33,33 0,19

167

Результаты статистической обработки кривой теплоты сгорания генераторного газа (рис. 3.31).

№ п/п Т, 0С Qs, МДж/кг Qr, МДж/кг И 1 - 5' Сз Ср . 102 Qrnax Qrnrn ^О (Qs - Qр)2 со

1 800 23,5 23,3 0,2 0,237 4 3,8 0,04 0,235 0,1

2 900 23,1 23 0,1 2 0,01

3 1000 22,3 22,1 0,2 4 0,04

4 1100 21 21,1 0,1 2 0,01

5 1200 18,85 18,5 0,35 7 0,122

0,95 19 0,22

Результаты статистической обработки кривой теплоты сгорания генераторного газа (рис. 3.33).

№ п/п Т, 0С Qs, МДж/кг Qр, МДж/кг 1 Сэ-Ср 1, МДж/кг 5' СЭ . 102 Qrnax Qrnrn зО (Qs - Qр)2 Со

1 800 25,33 25,21 0,12 0,165 0,89 1,229 0,014 0,206 0,0841

2 900 26,9 27,19 0,29 2,152 0,084

3 1000 20,5 20,784 0,284 0,742 0,08

4 1100 16,9 16,8 0,1 0,742 0,01

5 1200 15,2 15,26 0,06 0,445 0,0036

6 1300 13,86 13,72 0,14 1,039 0,0196

0,994 7,37 0,212

Приложение 2.

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ПИРОЛИЗНОЙ ЖИДКОСТИ.

PN(dc,Q,FNN) ,

t.23 +

Sc(d^ :* -y dc^

1_____

5$dc2

de vhq(Tliq-27315)/

FNN

-Sc

L_f^FH,dc,dP) :-

функция расчета объемного расхода жидкости через сопло форсунки

значение м куб/сек

арнумемты

-диаметр сопла,м

- перепад давления на форсунке Па

п О

coat *- 1

Q L_S(cDtf,dc,dP)

n< 2

coef s- FN(dc,Q,ccef)

Qt<--L_a(cocf,dc.dF)

BL^- ]Q[-Ql

Q<-Qt

Q

ddc^dc,Pliq) :*

U 1 <-

q P)

4

U 2.-----------------------

2

- тг-Ro PGS tnit

4 - -

U_te! U J - U_2

W. *- Ко_ҒЖ ӣЛ

Smf-ttn

____Su^tsn pitq-dc

(t4iq(THq - 273.!5)р11а)^

Rc,*. -SL;?. R6^.

где 4,—дияужтр отверстия (дмм^ Мим форсуний); к — кРэф-xwwwavwwxn# н-мкост^ жм^й^етн.

Etoi - i X И)

dd^dc.Phq) - 412] x )С'

Ч -

СЛЧ

q-21693

Ygctdc.d?)

Ro РОЗ iait ph?

W<<-

2 dP

Lp *-

dyn

TO <- 0ШН W."^ Lp"^" M° ** У M >

ddd^O'^.dp) ddd^O'*.dp) &НЬ 1O'\dp!

YgoId(dc.dP) *

Wc

2 dP dc

TO <-0.00364 W.°^Lp°*" othw^M

&<](]' 8x]Q^

dP

TO<-OC]4W.°^Lp°^M°^ <r м>я^

.tm(TC) I 2-----!----)

YgoYdc.Phq-F)

!

00]74532923

-32.]?7

if hShSIktc

td*g-C.0:74Sy23

YgoH'lO'^.dp)

6D

Ypnb-]0*\dp)

YFH'0.J40'\dp)

— ж

3'---------1—

Q 2-Ю^

CHiq *=— LiTxd_3ov(dc,FKq - P) ptiq d *- ddd(de ,РКф

ifh<!k*s

Ygo^dc,Hiq-^-0J62

bqutd_Ho№-(dc.Pttq - P) - ] .42 x tO*

Механизм реакций

Бионефть----> ПГС+Кокс

коэффициенты уравнений химической кинетики

Ach:= 2.33x11)3

Ech := 3.966 X ю"

R = 8.314

nchem := 4

kchem(T) := Ach exp

разностная схема

Функции массовых потоков продуктов пиролиза за счет химических реакций , Т-, .richer"

J_pgs(pliq,Ts) := pliq

p_liq(Ат,Т,pliqO) :=

-kchem(Ts)

<- (-J_pgs (pliqO, T)-Ат + pliqO)

if ro<0

ro

0

ro

otherwise

р_уд(Ат,Т,pliqO,рудО) :=

го <- (J_pgs(pliqO,T) Ат Ууд рО + рудО)

О if го < О

ro otherwise

AH(D

"heat effect function J/kg"

q<--1.007 xtl)3 1000 if 200 + 273 >T

q <- -95.606 1000 if 400 + 273 > T > (200 + 273) q+--286.982 1000 if T> (400 + 273)

172

01 I I-----1-----1—

-4x10^-

AH(i)

-8x10^-

- 1.2x10^—'------'-----'-----L_

200 400 600 800

i

ps_test(1073)

Лт <— 0.01 n <- 1000

roQ.o <- 1

roo.i <- 0

for i € 0 . n

ro

ps_test(1073) =

o - 1

0 1.2'103 0

-,;1 872.07 0.01

2 780.603 0.02

721.884 0.03

" 41;^ 678.938 0.04

1- 5 645.335 0.05

6 617.907 0.06

7 594.853 0.07

8 575.051 0.08

-9 557.758 0.09

IQfik 542.453 0.1

11 . 528.759 0.11

12,^ 516.397 0.12

505.152 0.13

14 494.854 0.14

15 485.37 0.15

16 476.593

cgas(T):= 770 + 0.629-T-1.9110 ctar(7) :=-100 + 4.4 T- 1J71O"^

n(pdr) := 1 -

pdr

To

173

0-ЖИДКОСТЬ 1-кокс

Crac_ygol(P) := iinterp(Mcrack_ygol^,Mcrack_ygol^\p)

Kcrack(P,T,M) :=

1

Kf<-0 if M<1

emisiv(n) := edr(l - n) + n eyg

eyg

функция пористости

ddr

— = 4.348 X 10 edr

otherwise

T1 <- Crac fun(P)

Kf^-0 if T>T1

Kf <- M otherwise