WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Прокопьев Сергей Анатольевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАОКСИПИРОЛИЗА

ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОНЕФТИ И

ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ

05.21.03 — Технология и оборудование химической переработки

биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2007 2

Работа выполнена на кафедре технологии лесохимических продуктов и биологически активных веществ Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М.Кирова

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Киповский А.Я.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Пономарев Д.А.

кандидат технических наук, доцент Цыганов Е.А.

Ведущая организация: Архангельский государственный технический университет, 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17.

Защита диссертации состоится 24.01.08 на заседании диссертационного совета Д212.220.01. при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М.Кирова (194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д.5)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЛТА

Автореферат разослан « 18 » декабря 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Калинин Н.Н.

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Стоимость ископаемых топлив на рынке с каждым годом постоянно увеличивается. В условиях глобального роста цен на углеводородное сырье ведется активный поиск альтернативных источников энергоносителей. В сложившейся ситуации использование биомассы возобновляемого сырья для получения энергии становится экономически выгодным.

Сравнительная энергетическая плотность топлив из древесной биомассы и традиционных из нефтяного сырья, ГДж/м3: опилки – 2,3;

древесная щепа – 7,2; пеллеты - 11,7; древесный уголь – 9,0;

древесноугольные брикеты – 19,5; метанол – 17,7; этанол – 22,4; биомасла Ensyn (Канада) - 20,0; бионефть Dynamotive (Канада) – 20,4; бионефть (СПб ГЛТА) – 30,5; биомасла (СПбГЛТА) – 32,3; дизельное топливо – 36,0; мазут – 38,4.

Учитывая перспективность развития биоэнергетики, во всех промышленно-развитых странах интенсивно прорабатываются направления термической переработки древесной биомассы, такие как газификация, ожижение, быстрый пиролиз биомассы (ультрапиролиз), включая специальные энергетические лесопосадки (ива, тополь, эвкалипт).

Цель и задачи исследования.

Цель работы – разработать оптимальную технологию ультраоксипиролиза древесной биомассы для получения бионефти и древесного угля как сырья для древесноугольных брикетов.

Задачи исследования:

1. Провести сравнение отечественных и зарубежных технологий ультрапиролиза, рассмотреть особенности технологий быстрого пиролиза отходов древесного сырья 2. Изучить влияние температурно-временных факторов на выход и состав получаемых продуктов ультрапиролиза.

3. Рассмотреть существующие математические методы расчета температурных полей ультрапиролиза в противотоке сырья и газового теплоносителя. На основе существующей программы “POLY.TERM” разработать новую программу расчета температурных полей “POLY.TERM 2”, позволяющую получать корректные значения распределения температур в процессе ультрапиролиза при противотоке газового теплоносителя и древесного сырья в плотном слое.

4. Экспериментально апробировать процесс скоростного пиролиза, получить экспериментальные данные и сравнить с данными, полученными расчетным путем для последующего проектирования пилотного модуля ультрапиролиза.

5. Разработать технологию ультраоксипиролиза для получения бионефти и древесного угля и оборудование транспортабельного модуля ультраоксипиролиза мощностью 1 т/час по сырью.

Научная новизна.

1. Разработана программа “POLY.TERM 2” для расчета температурных полей в процессе ультрапиролиза измельченной древесной биомассы с применением внутреннего нагрева газовым теплоносителем.

2. Рассчитаны температурные поля при интенсификации процесса пиролиза и скоростях газового теплоносителя выше скорости витания частицы.

3. Установлено теоретически и экспериментально подтверждено наличие критерия жесткости в области температур теплоносителя 600-900 0С.

4. Установлено и доказано влияние скорости нагрева на выход нелетучего остатка и определяющее значение критерия жесткости на распределение компонентов летучей фазы пиролиза.

Практическая значимость.

Разработанная технология позволяет достичь высокой экономической эффективности при переработке измельченного древесного сырья в альтернативное топливо и является основой для промышленного внедрения.

На защиту выносится:

- Сравнительная характеристика отечественных и зарубежных промышленных технологий ультрапиролиза древесного сырья;



- Положения и допущения, сделанные при разработке программы “POLY.TERM 2”;

- Основные зависимости распределения продуктов пиролиза при интенсификации процесса;

- Основные принципы технологии ультрапиролиза в формованном слое при противотоке сырья и теплоносителя.

Апробация работы.

Материалы исследования докладывались на:

- Ежегодной научно-технической конференции СПбГЛТА 2005 г.

- Ежегодной научной конференции молодых ученых СПбГЛТА 2005г.

- Международной конференции ”Актуальные проблемы биотоплива и биоэнергетики“. Санкт-Петербург, 2006г, - Ежегодной научной конференции молодых ученых СПбГЛТА 2006г.

- Ежегодной научно-технической конференции СПбГЛТА 2007 г.

- Международной конференции ”Актуальные проблемы биотоплива и биоэнергетики“. Санкт-Петербург, 2007г, Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 печатных трудов Объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и списка использованной литературы, включающего 209 наименований.

Работа изложена на 205 стр., в том числе 2 приложения на 20 стр. и включает 55 рисунков, 27 таблиц.

В введении рассмотрено современное состояние биоэнергетики в области термической переработки биомассы древесины.

Большинство мировых экспертов склоняются к производству древесных топливных гранул (пеллет), как альтернативе традиционным энергоносителям.

При ближайшем сравнении основных характеристик производства пеллет и бионефти (табл.1) видны очевидные преимущества последней.

Табл.1 Сравнительная характеристика пеллет и бионефти.

Бионефть – наиболее перспективный вид топлива из возобновляемого сырья, т.к. обладает высокой энергетической плотностью, в продуктах её сгорания фактически отсутствуют оксиды серы, а количество образующихся оксидов азота в половину меньше по сравнению с ископаемым топливом. Особое значение данного продукта проявляется при реализации Киотского Протокола о сокращении парниковых выбросов.

Бионефть обладает важным качеством – текучестью, это дает неоспоримые преимущества при её транспортировании, хранении и сжигании с регулируемым количеством кислорода.

Таким образом, перспективность развития биоэнергетики, экономические и экологические аспекты подталкивают к разработке промышленно приемлемых способов переработки древесной биомассы в энергоносители.

В главе 1 представлены современные теоретические основы пиролиза биомассы древесины. Рассмотрено влияние сырьевых и режимных факторов на выход и качество продуктов пиролиза.

Проанализировано влияние влажности на продолжительность процесса, а также возможность осуществления замкнутого теплового баланса пиролиза за счет использования экзотермического тепла и тепла от сжигания собственных неконденсирующихся газов. В целом из приведенных основ следует, что повышение выхода бионефти возможно за счет реакций рекомбинации арильных соединений с низкомолекулярными соединениями.

В главе 2 представлены некоторые особенности технологии пиролиза отходов древесного сырья: пиролиз с внешним нагревом, пиролиз с газовым теплоносителем, пиролиз с твердым теплоносителем, пиролиз в кипящем слое, высокочастотный пиролиз, плазмохимический пиролиз, электротермический пиролиз, термоокислительный пиролиз, абляционный пиролиз, пиролиз в формованном слое, термокаталитический пиролиз. Из особенностей приведенных технологий пиролиза древесной биомассы наиболее перспективными являются технологии кипящего слоя, абляционного пиролиза и формованного слоя с внутренним нагревом газовым теплоносителем.

В главе 3 введена классификация промышленного отечественного и зарубежного оборудования ультрапиролиза измельченного древесного сырья по 8 типам технологий, для чего выполнена их детальная характеристика.

1 Реторты шахтного типа Реторта Стаффорда, СIFIK, Ламбиотта, Карбохима, Славянского, Экофор, печь-газогенератор ЛТА. Данные технологии имеют схожий принцип проведения процесса пиролиза. Все реторты вертикальные, непрерывнодействующие, представляют вид шахт.

2. Реторты барабанного типа Орегонская, ВНИИТУСа, Р-1000. У представителей данного типа основным аппаратом является горизонтальная, имеющая небольшой наклон в сторону выгрузки, вращающаяся барабанная печь для пиролиза измельченной древесины.

3.Шнековые реторты Реторта Зимана, Томсона. Отличием данных технологий от других является наличие шнека в реторте, благодаря которому осуществляется регулируемая подача сырья, его продвижение по реторте и выгрузка получаемого продукта 4. Реторта вакуум пиролиза Реактор пиролиза биомассы Pyrovac, PyrocyclingТМ 5. Реторты быстрого пиролиза в слое уноса.

Реторта в потоке уноса Egemin, University of Waterloo 6.Реторты абляционного пиролиза.

University of Twente, BBC. Теплопередача происходит с помощью прямого контакта твердых частиц биомассы с нагретой теплопередающей поверхностью реактора.

7.Реторты кипящего слоя.

Реторта взвешенного слоя Фефилова, Установки Ensyn ENEL Bastardo, Ensyn RTP, Установки Dynamotive RTI. В данных технологиях процесс пиролиза происходит во взвешенном состоянии, следует отметить интенсивный теплообмен, скорость процесса. Недостатками является низкая концентрация жидких продуктов пиролиза в отработанном газовом теплоносителе и затруднения при отделении угольной пыли от летучих продуктов пиролиза.

8.Реторты формованного слоя.

Реторта электротермического, термоокислительного пиролиза, реторта Верхотурского КЭЗа, в которой заложен принцип противотока формованного слоя и газового теплоносителя с температурой до 10000С.

Этот способ характеризуется следующими положительными особенностями:

- скорость продвижения сырья по сечению и длине реактора строго постоянна, что позволяет получить товарный продукт однородного качества;

- плотный слой позволяет значительно повысить скорость теплоносителя и, следовательно, существенно ускорить тепло- и массообмен в реакционной зоне;

- плотный слой препятствует механическому уносу частиц, позволяет улучшить степень полезного использования тепла и резко увеличить удельную производительность аппарата.

- увеличивается коэффициент заполнения реторты, что способствует уменьшению габаритов и соответственно снижению массоёмкости установки.

В главе 4 приведены результаты экспериментальных исследований.

На первом этапе экспериментальной работы были проведены предварительные опыты для получения данных по изучению влияния скорости нагрева на выход конечных продуктов при пиролизе древесины.

Опыты проводились в лабораторных условиях на пилотной установке (рис.1) с фиксированной конечной температурой нагрева 600 0С. Загрузка в реторту составляла 1 кг.

В первой серии опытов древесина подвергалась постепенному медленному нагреву. Это имеет место и в существующих аппаратах пиролиза древесины.

Вторая серия опытов была проведена на той же установке только в условиях быстрого повышения температуры. Если в опытах с медленным нагревом реторта с древесиной загружалась в холодную муфельную печь и включался нагрев, то в случае скоростного пиролиза печь предварительно нагревалась до температуры 8000С, а реторта с древесиной подогревалась до 110 – 120 0С и только после этого помещалась в разогретую муфельную печь. В процессе пиролиза через минутный интервал регистрировались:

температуры муфеля, реторты, парогазов, объем конденсата и отстойной смолы, неконденсирующихся газов и давление.

Рис.1 Пилотная установка пиролиза древесины.

1 – муфельная печь; 2 – реторта; 3,4,5 – термопара ХА (хромель-алюмель); 6 – V – образный манометр; 7 – электронный потенциомер замера температур ЭПВ-2, 8 – ЛАТР; 9 – конденсационная система; 10 – емкость для сбора пиротоплива;

11 – фильтр; 12 –газовые часы ГСБ-400; 13 – горелка сжигания неконденсируемых газов.

В каждом опыте составлялся материальный баланс, а полученный конденсат анализировался на содержание летучих кислот, смолы, суммарных фенолов, нейтральных веществ. Из каждой серии по медленному и ускоренному пиролизу были определены средние значения выходов конечных продуктов пиролиза.

Представляло определенный интерес определение динамики выхода газообразных и жидких продуктов пиролиза, которые представлены на рис 2,3.

Рис.2 Медленный пиролиз березовой древесины, q = 0,06 0С/с, пир = 108·102с При медленном пиролизе (Рис.2.) древесины видно, что время max выхода конденсата находится на 12·102 с (на 20 минут) раньше времени основного выделения н/газов пиролиза.

Однако для ускоренного пиролиза (Рис.3.) разница по времени t уже составляет 2,5·10 с (4 минуты). Следовательно, наблюдается разница по времени в 5 раз между максимумами выходов н/газов и конденсата.

Рис.3 Быстрый пиролиз березовой древесины, q = 0, Сравнение результатов медленного и ускоренного пиролиза показало различие между выходами головных продуктов. Так при ускоренном пиролизе выход угля составил 22,83 % от а.с.д. против 31,51% от а.с.д.

при медленном пиролизе. Неконденсируемых же газов образовалось 24,86% от а.с.д., при медленном пиролизе 15,31% от а.с.д.. Выход конденсата по результатам опытов остался, приблизительно, одинаков, но произошло перераспределение входящих в него суммарных фенолов, где выход при медленном пиролизе составлял 3,98%, а при ускоренном 5,65% от а.с.д., суммарная смола в первом случае составляла 19,53%, во втором 21, 42% от а.с.д.

Выход летучих кислот по сравнению с медленным пиролизом уменьшился на 0,6% от а.с.д и составил 6,25% от а.с.д., а выход нейтральных веществ наоборот увеличился до 2,51 % от а.с.д. против 2,21% медленного пиролиза.

Рис. 4 Схема лабораторной установки пиролиза древесины.

1 – питатель; 2 – кварцевая трубка; 3 – холодильник; 4 – электрофильтр; 5 – катушка Румкорфа; 6 – трансформатор; 7 – приемник конденсата; 8 – нгазовые часы;

9 – гидрозатвор; 10 – ротаметр; 11 – баллон с гелием; 12 – магнитный пускатель;

13 – приемник угля; 14 - подогреватель угля; 15 – электронный потенциометр;

16 – ЛАТР; 17 – термопара ХА; 18 – трубчатая печь; 19 – резиновая мембрана;

20 – секционный регулятор; 21 – подогреватель древесины.

На втором этапе экспериментальной части изучалось влияние режимных факторов, таких как температура реакционной зоны, скорость нагрева, время пребывания парогазов и давление в реакционной зоне на выход и качество продуктов пиролиза. Опыты проводились на лабораторной установке рис 4.

Проведена серия опытов при температурах реакционной зоны Тр.з 500, 600, 700, 800, 900, 1000 0С, скоростей нагрева q от 2,2 до 10 0С/с (метод теплового удара) и времени пребывания парогазов в реакционной зоне в интервале п.г = 0,01 – 23,80 с.

Полученные результаты представлены на рис. 5 – Полученные данные (Рис.5) показывают, что при сокращении времени пребывания летучих продуктов разложения древесины в реакционной зоне с 23,8 до 4,4 с выход н/газов падает с 19,4 до 16,6 % от а.с.д., а образование древесно-смоляных продуктов пиролиза в свою очередь растет с 24,4 до 27,4 % от а.с.д. Время пребывания парогазов в реакционной зоне практически не влияет на выход угля, который составляет 20,1-20,7 % от а.с.д.

Результаты пиролиза (Рис.6) показали возможность снижения выхода неконденсируемых газов с 19,5% до 12,8% от а.с.д. при уменьшении времени пребывания парогазов с 1,30 до 0,30 с. В то же время происходит увеличение выхода смолы.

Рис.5 Влияние п.г на выход продуктов Рис.6 Влияние п.г на выход пиролиза. Тр.з = 500 0С; пир = 465 с; продуктов пиролиза. Тр.з = 600 0С;

Достигнутый максимум смолы 31,9% подтверждает определяющее влияние именно времени пребывания парогазов в реакционной зоне на распределение компонентов летучей фазы.

Тр.з = 700 0С; пир =240 с; q = 3 0С/с Тр.з = 800 0С; пир =150 с; q = 5.3 0С/с Последующее повышение температуры реакционной зоны приводит к резкому уменьшению выхода смолы (Рис.7). Так, при уменьшении времени пребывания парогазов с 3,1 до 0,8 с выход смолы уменьшился с 24,1 до 17,9 % от а.с.д., а выход неконденсируемых газов соответственно увеличился с 19,4 до 27,1% от а.с.д. Выход угля в каждом опыте постоянен, но повышение температуры ведет к его постепенному снижению. При Тр.з = 700 0С угля образуется около 16,2 % от а.с.д.

Повышение температуры реакционной зоны до 800 0С (Рис.8), изменяет характер выхода смолы и н/газов. Кривые выхода меняют форму (увеличивается их крутизна) с постепенным уменьшением оптимального интервала п.г. Также отмечено постоянство в выходе угля (около 15,8% от а.с.д.) при изменении продолжительности пребывания парогазов в реакционной зоне.

Оптимальное п.г для выхода древесно-смоляных продуктов (Тр.з = С) уменьшается с 0,24 до 0,03 с. Образование смолы увеличивается с 9,1% до 14,0%. В данных условиях (рис 9) наблюдается резкое увеличение выхода н/газов на 19,9% до 49,0 % от а.с.д. Это, по-видимому, связано с парофазным пиролизом древесно-смоляных продуктов при высоких температурах до низкомолекулярных газообразных веществ.

Из результатов последующих опытов повышение температур до С (Рис.10), скорости нагрева до 10 0С/с и времени пребывания парогазов в реакционной зоне п.г до 0,1с приводит к резкому уменьшению выхода смолы до 5,5% от а.с.д. и явному нарастанию выхода неконденсируемых газов. Так при Тр.з = 1000 0С и увеличении п.г с 0,01 до 0,07с растет выход н/газов с 30,1% и достигает максимума 57,2% от а.с.д. Количество Рис.9 Влияние п.г на выход продуктов Рис.10 Влияние п.г на выход Тр.з = 900 0С; пир =126 с; q = 7,6 0С/с Тр.з = 1000 0С; пир =97с; q = 10 0С/с образовавшихся газов увеличилось на 27,1% только за счет увеличения п.г.

Результаты проведенных опытов однозначно свидетельствуют о наличии определенного температурного предела устойчивости парогазовой смеси пиролиза древесины, который определяется интервалом температур 800-1000 0С, т.к. при температуре 1000 0С и п.г более 0,03 с наблюдается интенсивное газообразование.

Из полученных данных следует, что для пиролиза с целью увеличения выхода угля необходим постепенный нагрев с регулированием температуры экзотермического выделения тепла. Для сохранения состава и выхода жидких продуктов пиролиза температура реакционной зоны не должна превышать 800 – 900 0С при минимальном п.г. Высокий выход н/газов возможен при температуре реакционной зоны не менее 800 0С и времени пребывания парогазов более 0,5 с.

В главе 5 представлена разработанная автором программа ”POLY.TERM 2”, позволяющая осуществлять прогнозирование температурных полей и распределения температур в формованном слое.

В основе алгоритма расчета температуры пиролиза лежит решение краевой задачи теплопроводности и теплового баланса:

G Г C Г (T2 T1 ) = GМ C М (t M 1 t M 2 ) уравнение теплового баланса с краевыми T = T, где Т1, Т2 - температуры газового теплоносителя в сечениях У1 и У2 - от места поступления cырья; tМ1, tМ2- средние по массе температуры кускового сырья в тех же сечениях; Тп – температура пиролиза m= - безразмерное соотношение теплоемкостей потоков материала и газового теплоносителя, GM, C M - расход материала, теплоносителя кг/ч;

A f - коэффициент теплоотдачи; - коэффициент теплопроводности;

a - коэффициент температуропроводности.

В результате решения уравнений и ряде допущений, предложены следующие формулы распределения температур частиц сырья и теплоносителя в процессе пиролиза:

Температура поверхности частиц.

Температура центра частиц.

Средняя по массе температура частицы.

Температура газового теплоносителя.

ТГ– средняя температура газового теплоносителя в данном сечении канала.

Проверка достоверности математического описания разработанной программы осуществлялась путем сопоставления расчетных данных ”POLY.TERM 2” с данными, полученными в результате пиролиза в реторте формованного слоя на пилотной установке Верхотурского КЭЗа с использованием в качестве сырья отработанной щепы завода.

В расчетах использовались 4 основных типа фракций сырья:

усредненная, крупная, средняя, мелкая, а также два варианта формирования слоя: 1й - с порозностью - 0.2 и 2й – с порозностью - 0.4.

На рис.11-15 представлены графики распределения температур для варианта 1.

Расчетная скорость теплоносителя для варианта 1 составляет 40 м/с.

Анализ данных графиков показывает о том, как с изменением dэкв частиц сырья меняется время пиролиза от 45 с при dэкв= 1,3·10-3 м до 373 с при dэкв= 7,4·10-3 м и необходимая длина реактора от 0.13 до 1.16 м соответственно.

В варианте 2 повышение порозности до 0.4 приводит к снижению расчетной скорости теплоносителя до 10 м/с. Из представленных графиков видно резкое увеличение времени пиролиза от 102 с. до 650 с., а также размеров реактора от 0.4 до 2.6 м. соответственно при использовании в качестве сырья щепы мелкой, средней и крупной фракции.

Расчеты проведены для модели реторты формованного слоя с противотоком газового теплоносителя, схема представлена на рис.15.

Рис.15. Модель расчета реторты формованного слоя.

0,1,2,3,4 - термопары ХА замера температур в реакторе.

Исходные данные для программы ”POLY.TERM 2”, полученные расчетным путем для варианта 1,2 сведены в табл. 2.

Табл.2 Исходные данные для программы ”POLY.TERM 2”.

Наименование и единицы измерения теоретической в программе 4.Скорость подачи теплоносителя, м/с 5. Температура теплоносителя на входе, 0С 6. Температура теплоносителя на выходе, 0С 7. Температура сырья на входе, 0С 8.Температуропроводность сырья, м2/ч 11. Эквивалентный диаметр частиц сырья, 10-3 м 13. Расчетное время пиролиза, с Данные для второго варианта, значения которых отличаются от первого, приведены в скобках.

Сопоставление температур газового теплоносителя по длине реактора (времени обработки) для экспериментальных данных верхотурской установки формованного слоя и данных, полученных расчетным путем при помощи программы ”POLY.TERM 2” представлено на рис.16.

Рис.16. Температуры газового теплоносителя по длине реактора в зависимости от dэкв перерабатываемого сырья.

1 Вариант: 1 – усредненный dэкв крупной, средней, мелкой фракции, 5,1·10-3 м; – dэкв крупной фракции, 7,4·10-3 м; 3 – dэкв средней фракции, 5,3·10-3 м; 4 – dэкв мелкой фракции, 1,3·10 м.

2 Вариант: 1’ – усредненный dэкв крупной, средней, мелкой фракции, 5,1·10-3 м; ;

2’ – dэкв крупной фракции, 7,4·10-3 м; 3’ – dэкв средней фракции, 5,3·10-3 м; 4’ – dэкв мелкой фракции, 1,3·10-3 м.

На рис.16 объединены два варианта пиролиза с различной порозностью слоя с целью наглядно отобразить влияние формирования плотного слоя на длительность процесса пиролиза и длину реактора.

По расположению кривых на графике следует, что для оптимизации времени проведения процесса и уменьшения габаритов реактора необходимо создавать плотный слой с повышенными скоростями теплоносителя, а также использовать сырьё узкой фракции с наименьшим эквивалентным диаметром частиц.

В главе 6 представлена технология и оборудование модуля ультраоксипиролиза по переработке древесных лесосечных отходов в формованном слое производительностью 1 т/ч по сырью (рис.17) с получением бионефти и древесного угля.

Основные стадии технологического процесса.

• Измельчение сырья.

• Непрерывная высокотемпературная прямоточная сушка сырья до Wк 10 – 15% топочными газами за счет тепла от сжигания собственных частично обессмоленных парогазов ультраоксипиролиза.

• Непрерывный интенсивный ультраоксипиролиз в реакторе модуля с внутренним нагревом высушенного сырья за счет тепла от сжигания собственных парогазов и генераторного газа от частичной регенеративной газификации получаемого угля.

Рис.17 Технологическая схема модуля ультраоксипиролиза.

1 – бункер щепы, 2 – ковшовый элеватор, 3 – приемник щепы, шнековый питатель, 5 – сушилка, 6 – дымосос, 7 – коллектор сушилки, 8 – коллектор реторты, 9 – реторта, 10 – совмещенная топка, 11 – шнековый выгружатель, 12 – воздушный холодильник, 13 – смолоотделитель, 14 – каплеуловитель, 15 – смеситель, 16 – воздуходувка, 17 – гидрозатвор, 18 – пыльник, 19 – сборник конденсата, 20 – микродиффузионная горелка.

• Охлаждение парогазов ультраоксипиролиза и частичный отбор бионефти в конденсаторе и каплеулавливателе.

• Сжигание части парогазов для формирования теплоносителя ультраоксипиролиза.

• Частичная газификация угля с регулируемым количеством подачи кислорода.

• Отбор древесного угля, охлаждение древесного угля на выходе и доохлаждение его в кюбеле.

• Формирование теплоносителя сушки сырья.

Модуль обеспечивает непрерывную, круглосуточную переработку до 7200 т сырья в год с получением 1440т бионефти и 1080т древесного угля.

Для данной установки рассчитано предварительное техникоэкономическое обоснование. По расчетам прибыль составит 117288 € в год.

Экологическая доброкачественность модуля:

При переработке сырья предлагаемым методом, отходы основного производства отсутствуют.

ВЫВОДЫ

1. Выполнен аналитический обзор по состоянию и перспективам развития технологий быстрого пиролиза биомассы. Проведено сравнение характеристик отечественного и зарубежного оборудования по основным параметрам: единичная мощность, металло-, энерго-, трудозатраты на единицу продукции. Создана классификация промышленных технологий быстрого пиролиза древесной биомассы по восьми типам: шахтного, барабанного, шнекового, кипящего слоя, вакуумного, в слое уноса, абляционного, формованного слоя. Собраны и представлены материалы по более чем 40 работающих технологий в России и за рубежом.

2. Выполненные исследования доказали влияние температурновременных факторов на процесс ультрапиролиза. Выход конечных продуктов определяется не столько условиями подвода тепла в реакционную зону, сколько характером и скоростью нагрева частиц сырья до температуры начала экзотермической стадии термического разложения, а также временем пребывания парогазов в реакционной зоне.

3. Разработана программа “POLY.TERM 2”, что позволяет решить следующие задачи: рассчитать распределение температурного поля внутри частиц сырья в определённое время и в заданном сечении по длине реторты; определить целесообразно-необходимую длину \высоту\ реторты для проведения пиролиза в минимальное время; исследовать влияние входных параметров: скорость и температура теплоносителя, размеры частиц и влажность сырья, а также породы древесины и т.д. на конечные результаты пиролиза; определить среднюю по массе температуру кускового сырья в процессе переработки, а также распределение температур газового теплоносителя по длине реторты.

4. Выполнено сопоставление расчетных данных распределения температурных полей по длине реторты, полученных с помощью программы “POLY.TERM 2”, с экспериментальными данными модуля ультрапиролиза Верхотурского КЭЗа. Проведенные расчеты показали адекватную сходимость расчетных данных с экспериментальными.

ультраоксипиролиза мощностью 1 т/час по сырью, отличительными особенностями которого являются: совмещение основных стадий термообработки измельченного сырья в едином аппарате с плотным движущимся формованным слоем и самостоятельными газовыми контурами в каждой зоне; использование для стадии сушки и ультраоксипиролиза сырья только тепло от сжигания собственных парогазов пиролиза; противоточно-внутреобъемный режим в зоне пиролиза с минимальным временем пребывания парогазов пиролиза в реакционной зоне; оптимальный температурный режим ультраоксипиролиза дающий возможность получить высокий выход бионефти и качественного древесного угля.

Основное содержание диссертации изложено в следующих 1. Прокопьев С.А. Роль температурно-временных факторов при ультрапиролизе древесного сырья /Киповский А.Я., Пиялкин В.Н., Белоусов И.И., Прокопьев С.А.// ИВУЗ. Лесной журнал. – 2004. – вып.4. – С. 85 – 92.

2. Прокопьев С.А. Разработка технологии ультрапиролиза древесного сырья в формованном слое.//Известия СПбГЛТА. Сборник докладов молодых ученых. – 2006 г. – вып.10. – С. 46 – 51.

3. Прокопьев С.А. Problems and perspectives of woodwaste bio-oil production./ Piyalkin V.N., Prokopiev S.A., Pilschikov Y.N., Shirshikov V.I. // Actual Problems of Biofuel and Bioenergy. International conference. SPb. – 20-22.07.2006. – Р. 72 – 75.

4. Прокопьев С.А. Сырье и продукты пирогенетической переработки биомассы дерева/ Пиялкин В.Н., Иванов А.С, Прокопьев С.А.// Учебное пособие. СПбГЛТА. – 2006г. – 67с.

5. Прокопьев С.А. Some questions of bio-oil production from wood feedstock./ Prokopiev S.A., Pilschikov Y.N., Spitsyn A.A., Piyalkin V.N.(SPbFTA, Villemson S.A. (LLC “BIOOIL GRUPP”)// Actual Problems of Biofuel and Bioenergy. The international conference Biofuel and other types of renewable energy. SPb. – 7-8.06.2007. – Р. 56.

6. Прокопьев С.А. О возможности получения бионефти из отходов древесного сырья/ Прокопьев С.А., Пильщиков Ю.Н., Молодцев Ю.А.

Пиялкин В.Н., Киповский А.Я.// ИВУЗ. Лесной журнал.– 2007. – вып.5. – С. 74 – 85.

7. Прокопьев С.А. О возможности получения бионефти из древесной биомассы/ Известия СПб. ГЛТА. Сборник докладов молодых ученых. – 2007г. – вып.12. – С. 121– 123.

8. Прокопьев С.А. Заявка на патент. Способ производства биомасел и древесного угля из биомассы дерева и сушильно-ретортный модуль для производства биомасел и древесного угля. Приоритет от 18.04.2007.

Регистрационный № 2007114649.





Похожие работы:

«Верхоглазова Елена Викторовна ДИАГНОСТИКА ГЛИАЛЬНЫХ ОПУХОЛЕЙ МЕТОДАМИ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Специальность: 03.01.01 - радиобиология Москва - 2012 2 Работа выполнена на кафедре физики ускорителей и радиационной медицины физического факультет МГУ имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Пирогов Юрий Андреевич Официальные оппоненты :...»

«Самойлова Анна Васильевна ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ, СТРОЕНИЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЗДНЕДЕВОНСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ РОВЕНСКОКРАСНОКУТСКОГО ВАЛА (на примере месторождения Белокаменное). СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 25.00.12. - Геология, поиски и разведка горючих ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва – 2006 Работа выполнена в Институте проблем нефти и газа РАН Научный руководитель : доктор геолого-минералогических наук,...»

«Бондарева Вероника Викторовна СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПАЛЛАДИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ ВОЛОКНИСТЫМИ ИОНИТАМИ 05.17.02 технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева Научный руководитель : доктор технических наук, старший научный сотрудник Трошкина Ирина Дмитриевна Официальные оппоненты :...»

«ПАЩЕНКОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ИММУНОМОДУЛЯТОРЫ НА ОСНОВЕ МУРАМИЛПЕПТИДОВ И БАКТЕРИАЛЬНОЙ ДНК: ОТ ЭКСПЕРИМЕНТА К КЛИНИКЕ 03.03.03 – Иммунология Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук Москва, 2013 г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Государственный научный центр Институт иммунологии Федерального медико-биологического агентства Научный консультант : Доктор медицинских наук, профессор Пинегин Борис...»

«Высоцкая Марианна Сергеевна Между логикой и парадоксом: композитор Фарадж Караев Специальность 17.00.02 музыкальное искусство АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора искусствоведения Москва 2012 1 Работа выполнена в Московской государственной консерватории имени П. И. Чайковского на кафедре теории музыки. Научный консультант : доктор искусствоведения, профессор Григорьева Галина Владимировна, профессор кафедры теории музыки Московской государственной...»

«Хан Вин Со ЭКСТРАКЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ U(VI), Mo(VI) И Cs ИЗ КАРБОНАТНЫХ РАСТВОРОВ КАРБОНАТОМ МЕТИЛТРИАЛКИЛАММОНИЯ 05.17.02 – Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева. Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Степанов Сергей Илларионович Официальные оппоненты :...»

«ВОЛКОВ Владимир Николаевич ПРОТОТИП ЭЛЕКТРОННОГО ФОТОКАТОДНОГО ВЧ ИНЖЕКТОРА СО СВЕРХПРОВОДЯЩИМ РЕЗОНАТОРОМ 01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук НОВОСИБИРСК – 2007 1 Работа выполнена в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН. НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Петров кандидат технических наук, – Виктор Михайлович Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера, СО РАН, г....»

«ЗУЕВА Елизавета Владимировна ВЛИЯНИЕ ПЕРЕСКАЗАННЫХ ДИАЛОГОВ ПЛАТОНА НА ЛИТЕРАТУРНУЮ ФОРМУ ДИАЛОГА С ТРИФОНОМ ИУДЕЕМ СВ. ИУСТИНА ФИЛОСОФА Специальность 10.02.14 – Классическая филология, византийская и новогреческая филология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре древних языков и древнехристианской письменности богословского факультета НОУ ВПО Православный СвятоТихоновский Гуманитарный...»

«Терентьева Людмила Казимировна ИНОЯЗЫЧНАЯ ЛЕКСИКА И ЕЕ АДАПТАЦИЯ В ДОКУМЕНТАХ ЦЕРКОВНОГО И АДМИНИСТРАТИВНОГО ДЕЛОПРОИЗВОДСТВА XVIII В. г. ТОБОЛЬСКА Специальность 10.02.01 – Русский язык АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Челябинск – 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тобольская государственная социально-педагогическая академия им Д.И....»

«Зиновьева Наталья Алексеевна МИКРОКЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ПРОВЕДЕНИЯ ЗИМНИХ ОЛИМПИЙСКИХ ИГР СОЧИ-2014 Специальность: 25.00.30 – Метеорология, климатология, агрометеорология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт-Петербург – 2010 3 Работа выполнена в государственном учреждении Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова Научный руководитель : доктор географических наук Пигольцина Галина Борисовна...»

«ПЛАКСИН Антон Викторович СОЗДАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ШТАМПОВКИ ПОКОВОК ФЛАНЦЕВ ВОРОТНИКОВЫХ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОЙ СХЕМЫ ДЕФОРМАЦИИ Специальность 05.16.05 – Обработка металлов давлением Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск 2009 Работа выполнена на кафедре Машины и технологии обработки материалов давлением Южно-Уральского государственного университета Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«Чжао Вэньцзе ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕКСТА ГАЗЕТНОЙ ЗАМЕТКИ Специальность 10.02.01 - русский язык Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Москва 2007 Работа выполнена в Отделе корпусной лингвистики и лингвистической поэтики Института русского языка им. В.В. Виноградова РАН. Научный руководитель : доктор филологических наук Фатеева Наталья Александровна Официальные...»

«ВАРКЕНТИН Андрей Владимирович ПОСТВАКЦИНАЛЬНЫЙ ИММУНИТЕТ К ГРИППУ У РАЗНЫХ ВИДОВ ДОМАШНИХ ПТИЦ 06.02.02 Ветеринарная микробиология, вирусология, эпизоотология, микология с микотоксикологией и иммунология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата ветеринарных наук Владимир – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Федеральный центр охраны здоровья животных (ФГБУ ВНИИЗЖ), г. Владимир Научный руководитель – доктор...»

«ТРУБИЦЫН КОНСТАНТИН ВИКТОРОВИЧ ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПЕРСОНАЛА ОРГАНИЗАЦИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ В УСЛОВИЯХ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ОТРАСЛИ Специальность 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством: экономика труда АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва 2013 1 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«ШУМЕЙКО Татьяна Степановна ФОРМИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБУЧЕНИЯ СРЕДСТВАМИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Челябинск 2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Челябинский государственный педагогический университет Научный руководитель :...»

«Живаев Александр Петрович РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОКОНСУЛЬТАЦИОННЫХ УСЛУГ В АГРАРНОМ СЕКТОРЕ ЭКОНОМИКИ Специальность 08.00.05 – экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами – сфера услуг) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Екатеринбург - 2009 Диссертационная работа выполнена на кафедре предпринимательства и агробизнеса Федерального государственного...»

«Быкова Татьяна Васильевна ЖАНРОВО-СТИЛИСТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И СТРУКТУРА ДЕЛОВЫХ ДОКУМЕНТОВ УЧРЕЖДЕНИЙ ПРОСВЕЩЕНИЯ г.ТОБОЛЬСКА ВТОРОЙ ПОЛОВИНЫ XVIII в. Специальность 10.02.01 – Русский язык АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Челябинск – 2012 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тобольская государственная социально-педагогическая академия им.Д.И....»

«Жаркая Варвара Юрьевна СПЕЦИФИКА РАБОТЫ С ИСТОЧНИКАМИ ВО “ВСЕМИРНОЙ ХРОНИКЕ” МИХАИЛА ГЛИКИ: ТВОРЧЕСТВО КОМПИЛЯТОРА Специальность 10.02.14 – классическая филология, византийская и новогреческая филология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата филологических наук Москва 2013 Работа выполнена в Институте Высших Гуманитарных Исследований Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский...»

«Воробьёв Вениамин Вениаминович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИНЕРЦИОННО-ФРИКЦИОННОГО АМОРТИЗАТОРА ПОДВЕСКИ АТС Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград - 2006 Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, профессор Рябов Игорь Михайлович. Официальные оппоненты : доктор технических наук,...»

«Злобина Мария Владимировна ИЗУЧЕНИЕ РЕМЕДИАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ, ДИКОРАСТУЩИХ И ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ Специальность 03.02.13 - почвоведение Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва - 2010       Работа выполнена на кафедре геологии и ландшафтоведения ив Испытательном центре почвенно–экологических исследований Научный руководитель : – заслуженный деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор Ганжара...»








 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.