Назва роботи: Енергія біомаси та методи її перетворення
Предметна область: Енергетика
Опис: Енергія біомаси та методи її перетворення Біомаса як джерело енергії. Енергетичне використання біомаси реалізується за трьома основними напрямками: безпосереднє спалювання біомаси деревини водоростей рослин в атмосфері повітря; витяг з біомаси таких енергоносіїв як біогаз і спирти; використання теплоти виділяється при бродінні органічними відходами гній послід тирсу і.
Розмір файлу: 102.5 KB
Роботу скачали: 6 чол.
7. Нетрадиційні і ПОНОВЛЮВАНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ
07. Енергія біомаси та методи її перетворення
Біомаса як джерело енергії [1], [2, С. 106 # 150; 107, 110 # 150; 111], [3, С. 20 # 150; 22, 25]
біомаса # 150; це всі види речовин рослинного і тваринного походження, продукти життєдіяльності організмів і органічні відходи, що утворюються в процесах виробництва, споживання продукції і на етапах технологічного циклу відходів. Тобто до біомаси може бути віднесена будь-яка органіка, що утворюється за рахунок фотосинтезу # 150; перетворення сонячної енергії в хімічну енергію рослин, яка в подальшому може бути перетворена при спалюванні в теплову енергію.
Реакцію фотосинтезу, що відбувається в зелених рослинах, схематично можна представити рівнянням
З рівняння видно, що в рослинах в результаті взаємодії вуглекислого газу і води утворюються вуглеводи (наприклад, глюкоза) і виділяється кисень. Для протікання такого процесу необхідні вуглекислий газ і вода.
Енергетичне використання біомаси реалізується за трьома основними напрямками:
# 150; безпосереднє спалювання біомаси (деревини, водоростей, рослин) в атмосфері повітря;
# 150; витяг з біомаси таких енергоносіїв, як біогаз і спирти;
# 150; використання теплоти, що виділяється при бродінні органічними відходами (гній, послід, тирсу тощо), для обігріву парників, теплиць та інших об'єктів.
При спалюванні біомаси в атмосфері повітря може бути отримано до 21,5 МДж теплової енергії на 1 кг спалюваного рослинного матеріалу. В якості палива для прямого спалювання найбільш часто застосовується деревина, однак також досить широко використовуються відходи сільськогосподарської продукції, гній, тверді муніципальні відходи.
Традиційні способи безпосереднього спалювання деревини вельми неефективні. ККД дров'яних печей в різних країнах варіюється від 10 до 30%. Для підвищення ефективності прямого спалювання деревини в даний час розроблений ряд способів таких, як циклонний, спалювання в псевдозрідженому шарі.
Біогаз в основному отримують з відходів рослинництва і тваринництва. Хоча він і не є високоякісним енергоносієм, але в даний час використовується, в тому числі, і для вироблення електроенергії. Спирт, який отримують з рослинних відходів, може використовуватися в якості рідкого палива, а також розглядається як перспективний альтернативне моторне паливо для наземних транспортних засобів.
Потенціал відходів агропромислового комплексу та населених пунктів, здатний бути перетвореним в енергію при існуючому рівні технологій і обладнання, еквівалентний виробленні електроенергії на 4 ... 5 великих АЕС.
Методи і пристрої переробки біомаси [1], [2, С. 109 # 150; 116], [2, С. 26 # 150; 93]
Серед енерготехнологічних методів переробки біомаси можна виділити термохимические, біохімічні та агрохімічні.
До термохимическим методів відносять гидрогенизацию, піроліз і газифікацію біомаси. До біохімічним методам належить биоконверсия біомаси, а до агрохімічними # 150; екстракція.
піроліз # 150; процес хімічного перетворення одних органічних сполук в інші (розкладання) при високій температурі за відсутності окислювача.
Піроліз застосовується для виробництва метанолу (спирту), деревного вугілля, а також оцтової кислоти, скипидару і ряду інших продуктів. В якості вихідного енергетичного матеріалу в процесі піролізу можуть використовуватися: органічне паливо (вугілля, сланці, торф і т.д.), Біобрикети і ін.
При нагріванні вуглеводи втрачають воду і вуглекислий газ. У процесі піролізу одночасно протікають три реакції:
# 150; конверсія водяного газу (газова суміш, склад якої (в середньому, об.%) CO # 151; 44, N2 # 151; 6, CO2 # 151; 5, H2 # 151; 45)
Види одержуваних продуктів залежать від умов роботи реактора: температури і швидкості її підвищення, складу вихідної сировини і ін. При повільному нагріванні приблизно в рівних пропорціях виходять газ, рідина і вугілля. При збільшенні температури і тривалості часу нагріву підвищується вихід газу, а при зниженні температури і меншому часу нагріву більше виробляється рідини і вугілля.
Рідка органічна фракція є потенційним джерелом отримання синтетичної нафти. При подальшій переробці з неї може бути виділена водорозчинна летюча фракція, яка містить близько 10% органічних речовин. Частина, що залишилася органічної рідкої фракції є нелетку, що не розчинна у воді речовина # 150; смолистую масу чорного кольору (дьоготь). Інший основний продукт # 150; високозольний деревне вугілля з теплотою згоряння більше 23 МДж / кг.
Отримані в результаті піролізу гази, рідини і деревне вугілля поділяються і направляються відповідним споживачам.
газифікація # 150; процес часткового окислення при високій температурі (спалювання) біомаси або твердого вугільного палива для отримання газового палива, що складається в основному з оксиду вуглецю і водню. При газифікації відходів біомаси виходить до 70 ... 80% пального газу, в той час, як при газифікації вугілля # 150; тільки 20 ... 40%.
Газифікація здійснюється в спеціальному пристрої # 150; газогенераторе. Процес газифікації включає наступні послідовні стадії: сушка, коксування, і власне газифікація палива. У зоні сушіння за рахунок теплоти генераторного газу, що залишає газогенератор, з палива, що надходить в газогенератор, випаровується початкова волога.
У зоні коксування при температурі до 800 ° С від палива відокремлюються легкі газоподібні фракції, найважливішою з яких є метан. Закоксовавшіеся паливо реагує з киснем, що містяться в повітрі (або з чистим киснем), утворюючи діоксид вуглецю і водяна пара
У зоні газифікації при температурі, що перевищує 900 ° С вуглекислий газ і водяну пару продовжують реагувати з вуглецем, утворюючи оксид вуглецю і водень, які є активно палаючими газами
процес биоконверсии # 150; отримання біогазу з органічних відходів # 150; складається в керованому сбраживании відходів за участю анаеробних бактерій під час відсутності або при нестачі кисню і світла. Біогаз є сумішшю метану (близько 60 ... 65%) і вуглекислого газу (близько 30%), а також ряду інших газів, що містяться в істотно меншій кількості: водень, кисень, сірководень, азот, оксид вуглецю.
Анаеробне розкладання біомаси є двохстадійною процесом. На першій стадії # 150; анаеробної переробки # 150; кислотообразующие бактерії впливають на складні органічні речовини і перетворюють високомолекулярні сполуки: жири, білкові речовини, вуглеводи # 150; в прості органічні кислоти. друга стадія # 150; ферментація # 150; пов'язана з перекладом простих органічних кислот в метан і вуглекислоту. На цій стадії діє інший вид бактерій # 150; метаноутворюючих, для яких органічні кислоти служать живильним середовищем.
Для підтримки безперервності зброджування необхідно забезпечити належне співвідношення між кислотообразующими і метанобразующих бактеріями.
Температурний діапазон метафільного (среднетемпературного) зброджування від 30 до 45 ° С, термофільного # 150; від 45 до 60 ° С. Тривалість процесу складає від 10 до 20 діб.
Схема технологічного процесу отримання біогазу з органічних відходів на прикладі біогазової станції «Лучки» Прохоровский район, Бєлгородська область, РФ (рис. 7.1) [1].
Робочий процес здійснюється наступним чином. Подрібнені відходи м'ясопереробного заводу, рідкий свинячий гній і силос надходять в резервуар-змішувач, а після змішування подаються в ферментатори через теплообмінники, що знаходяться в насосних станціях.
Всі компоненти нагріваються до 38 ... 39 ° С. Біогазова установка повинна бути абсолютно герметичною, тому що навіть невелика кількість надійшов ззовні кисню може перешкодити життєдіяльності бактерій. Принципова схема типової біогазової установки приведена на рис. 7.2. [2, рис. 7.1].
Під впливом бактерій при підтримці заданої температури відбуваються процеси кислотоутворення і ферментації, в результаті яких виробляється біогаз. Біогаз по трубопроводах подається в резервуари доброджування. У ці ж резервуари подається для доброджування і суміш органічних компонентів з ферментаторів.
У дображівателях завершується процес ферментації, газ через систему охолодження і очищення подається на блочну ТЕЦ, а продукт ферментації (біологічні добрива) # 150; в сховище добрив.
Теплотворна здатність біогазу в залежності від знаходиться в ньому кількості вуглекислого газу становить 20 ... 26 МДж / м 3. Відстій, що отримується в результаті анаеробного розкладання, (продукти ферментації) має набагато більшу цінність як добриво, ніж вихідний органічний матеріал, тому що містить велику кількість азоту.
Біогазіфікація застосовується також для комплексної переробки міських відходів. Міські тверді відходи попередньо подрібнюються. Це дає можливість відокремити органічні речовини від неорганічних. Перед завантаженням в біогазову установку відходи змішують з поживними і хімічними (бікарбонат натрію NaHCO 3. фосфор) речовинами, необхідними для нормальної роботи реактора. У реакторі підтримуються постійними температура і тиск, і його вміст піддається безперервному перемішуванню, завдяки якому забезпечується рівномірний зброджування субстрату на обох стадіях процесу. Одержуваний біогаз часто забруднений іншими газами, що виділяються з відходів. Тому його необхідно чистити, а залишок субстрату поділяють на рідку і тверду фракції. Рідина може бути повернута в реактор для подальшої переробки, а твердий осад, якщо його висушити до 25% вологості, має теплоту згоряння близько 9 МДж / кг.
Агрохімічний метод переробки біомаси # 150; екстракція палив # 150; процес отримання рідких палив прямо з біомаси рослин або тварин. екстракція # 150; спосіб розділення твердих або рідких сумішей, заснований на обробці їх різними розчинниками (екстрагентами), в яких компоненти суміші розчиняються неоднаково. При цьому одержувані в такий спосіб продукти (масла, скипидар, каніфоль і т.д.) за своїми хімічними властивостями можуть бути значно більш цінними, ніж паливо.
Виробництво спиртів з біомаси біомаси [2, С. 116 # 150; 119]
Практичною цінністю як паливо (найчастіше # 150; моторне) мають металевий (метанол) та етиловий (етанол) спирти.
Метанол найчастіше отримують шляхом сухої перегонки (піролізу) целюлози, що міститься в листяної деревини. Також його можна отримувати з відходів, в яких міститься великий відсоток целюлози (наприклад, макулатури). Вартість метанолу перевищує вартість бензину на величину близько 60%. Однак, при розширенні масштабів виробництва спирт обходиться дешевше.
Етанол отримують в основному за допомогою ферментації цукрової тростини, крохмалю, целюлози. Існує кілька способів його отримання:
# 150; пряма ферментація з використанням цукру, що міститься, наприклад в цукровій тростині;
# 150; через кислотний гідроліз целюлози з висновком цукру, який потім за допомогою ферментації перекладається в етанол;
# 150; через переклад вуглеводнів в глюкозу і потім шляхом ферментації # 150; в етанол.
Ферментація цукрів відбувається по реакції
Початком того театру який нам звичний і знайомий слід вважати часи відлиги. Знаменитий двадцятий з'їзд КПРС перевернув усю країну своїм засудженням культу особи перевернув і театр. Поява театру орієнтованого на сучасну драматургію і що намагається осмислити те, що відбувається сьогодні було тільки справою часу.