газификация

СЖИГАНИЯ
ГАЗИФИКАЦИИ 
ГАЗИФИКАЦИИ
СЖИГАНИЯ

Это старая и загрязняющая технология, используемая для простого сжигания бытовых отходов и отходов. При сжигании вырабатывается ограниченное количество тепла, которое обычно используется для нагрева котлов с целью производства пара для привода паровых турбин для выработки ограниченного количества электроэнергии. Эта технология больше не считается жизнеспособной альтернативой. Многие из этих старых объектов модернизируются до объектов газификации.

ГАЗИФИКАЦИИ 

Очевидно, что это путь будущего с точки зрения эффективности и окружающей среды. Газификация - это гибкая и экологически чистая энергетическая технология, которая может превращать различные виды сырья в энергию, помогая снизить зависимость от источников энергии на основе углерода, обеспечивая чистый альтернативный источник электроэнергии, удобрений, топлива и других полезных побочных продуктов. Газификация превращает практически любой материал в полезный и эффективный газ (синтез-газ). Синтез-газ может быть использован для производства электроэнергии напрямую через газовые турбины или для производства жидкого топлива, биотоплива, заменителя природного газа (СНГ) или водорода. В мире действует более 140 газификационных установок. Девятнадцать из этих заводов расположены в Соединенных Штатах. Прогнозируется, что к 2015 году мощность газификации в мире вырастет на 70%, причем 80% этого роста приходится на Азию. Есть много компаний, производящих технологии газификации. Существует два основных типа газификации; Пиролиз и плазменная дуга.

ГАЗИФИКАЦИИ

Газификация является экологически чистым решением экологической проблемы
. Мир сталкивается с быстрым ростом спроса на энергию, постоянными высокими ценами на энергоносители и проблемой сокращения выбросов углекислого газа при производстве и производстве электроэнергии. Никакая отдельная технология или ресурс не могут решить проблему, но газификация может быть частью решения наряду с возобновляемыми источниками энергии, такими как программы повышения эффективности использования энергии ветра.
Газификация может увеличить энергетический портфель США и мира, создавая меньше выбросов в атмосферу, используя меньше воды и производя меньше отходов, чем большинство традиционных энергетических технологий. Будь то для производства электроэнергии, для производства замещающего природного газа или для производства большого количества энергоемких продуктов, газификация имеет значительные экологические преимущества по сравнению с традиционными технологиями.

Газификация обеспечивает значительные экологические выгоды

Газификационные установки производят значительно меньшее количество загрязнителей воздуха.
Газификация может снизить воздействие утилизации отходов на окружающую среду, поскольку она может использовать отходы в качестве сырья, создавая ценные продукты из материалов, которые в противном случае были бы утилизированы в виде отходов.
Побочные продукты газификации неопасны и легко реализуются.
Газификационные установки потребляют значительно меньше воды, чем традиционная угольная электростанция, и могут быть спроектированы таким образом, чтобы они перерабатывали технологическую воду, не выбрасывая ее в окружающую среду.
Углекислый газ (CO2) может быть уловлен на промышленной газификационной установке с использованием коммерчески проверенных технологий. Фактически, с 2000 года завод по замене природного газа на Великих равнинах в Северной Дакоте собирает то же количество СО2, что и угольная электростанция мощностью 400 МВт, и отправляет этот СО2 по трубопроводу в Канаду для повышения нефтеотдачи.
Газификация предлагает самые чистые, наиболее эффективные способы производства электроэнергии из угля и самый дешевый вариант для улавливания CO2 из производства электроэнергии, по данным Министерства энергетики США.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Газификация может эффективно конкурировать в дорогостоящих энергоносителях для обеспечения электроэнергией и продукцией.
Газификация может быть использована для превращения более дешевого сырья, такого как нефтяной кокс и уголь, в очень ценные продукты, такие как электричество, заменитель природного газа, топливо, химикаты и удобрения. Например, химический завод может газифицировать нефтяной кокс или высокосернистый уголь вместо использования дорогостоящего природного газа, тем самым снижая свои эксплуатационные расходы.
Хотя газификационная электростанция является капиталоемкой (как и любой очень крупный завод), ее эксплуатационные расходы потенциально ниже, чем у традиционных процессов или угольных электростанций, потому что газификационные установки более эффективны и требуют меньше оборудования для контроля загрязнения окружающей среды. Благодаря постоянным усилиям в области исследований и разработок и опыту коммерческой эксплуатации стоимость этих устройств будет продолжать снижаться.
Газификация предлагает широкую топливную гибкость. Газификационная установка может варьировать смесь твердого сырья или работать на газе или жидком сырье, что дает ей больше свободы в адаптации к цене и доступности своего сырья.
Возможность производить несколько ценных продуктов одновременно (полигенерация) также помогает предприятию компенсировать свои капитальные и эксплуатационные расходы. Кроме того, основные побочные продукты газификации (сера и шлак) легко реализуются на рынке. Например, сера может использоваться в качестве удобрения, а шлак может использоваться в дорожном строительстве или в кровельных материалах.
Современная газификационная электростанция с коммерчески доступной технологией может работать с эффективностью в диапазоне 38-41%. Технологические усовершенствования в настоящее время в расширенном тестировании позволят повысить эффективность до значительно более высоких уровней
Газификация может увеличить внутренние инвестиции и рабочие места в обрабатывающей промышленности, которые в последнее время находятся в упадке из-за высоких энергетических затрат.
Многие предсказывают, что на угольных электростанциях и других производственных объектах потребуется собирать и хранить CO2 или участвовать в углеродном ограничении и торговом рынке. В этом сценарии проекты газификации будут иметь ценовое преимущество по сравнению с традиционными технологиями. В то время как улавливание и улавливание CO2 увеличивает стоимость всех видов выработки электроэнергии, установка IGCC может улавливать и сжимать CO2 в два раза дешевле, чем на традиционном угольном заводе. Другие варианты, основанные на газификации, включая производство моторного топлива, химикатов, удобрений или водорода, и многие другие, имеют даже более низкие затраты на улавливание и сжатие углерода. Это обеспечит значительную экономическую и экологическую выгоду в мире с ограниченным выбросом углерода. (См. Расходы на улавливание и сжатие углерода.)
Газификация может заменить летучий природный газ в качестве топлива или сырья. Читать далее.
Газификация используется во всем мире. Узнайте больше об экономике газификации на практике.

Химические вещества и удобрения
Производство электроэнергии с газификацией
Заменитель природного газа
Водород для переработки нефти
ГАЗИФИКАЦИОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Будущее газификации
Химические вещества и удобрения

Современная газификация применяется в химической промышленности с 1950-х годов. Как правило, химическая промышленность использует газификацию для производства метанола, а также химических веществ, таких как аммиак и мочевина, которые составляют основу азотных удобрений. Большинство действующих газификационных установок в мире производят химикаты и удобрения. И, поскольку цены на природный газ и нефть продолжают расти, химическая промышленность разрабатывает дополнительные газификационные установки для производства этих основных химических строительных блоков.
Eastman Chemical Company помогла продвинуть использование технологии газификации угля для производства химикатов на американском заводе Eastman в Кингспорте, штат Теннесси, который перерабатывает аппалачские угли в метанол и ацетиловые химикаты. Завод начал работать в 1983 году и газифицировал около 10 миллионов тонн угля с эксплуатационной готовностью от 98 до 99 процентов.

Производство электроэнергии с газификацией

Уголь можно использовать в качестве сырья для производства электроэнергии путем газификации, обычно называемой объединенным циклом газификации (IGCC). Эта конкретная технология производства угля и энергии позволяет продолжать использовать уголь без высокого уровня выбросов в атмосферу, связанных с традиционными технологиями сжигания угля. На газификационных электростанциях загрязняющие вещества в синтез-газе удаляются до того, как синтез-газ сжигается в турбинах. Напротив, традиционные технологии сжигания угля улавливают загрязняющие вещества после сгорания, что требует очистки гораздо большего объема выхлопных газов. Это увеличивает затраты, снижает надежность и генерирует большие объемы сернистых отходов, которые необходимо утилизировать на свалках или в лагунах.
Сегодня в мире успешно работают 15 газификационных электростанций. В Соединенных Штатах действуют три таких завода. Заводы в Терре-Хот, штат Индиана и Тампа, штат Флорида, обеспечивают электроэнергию с базовой нагрузкой, а третье - в штате Делавэр, штат Делавэр, обеспечивает электроэнергией нефтеперерабатывающий завод Valero. (См. Мировая энергетическая мощность на основе газификации)

Заменитель природного газа

Газификация может также использоваться для создания замещающего природного газа (СНГ) из угля и другого сырья, дополняющего запасы природного газа в США. Используя реакцию «метанирования», синтез-газ на угольной основе, главным образом, монооксид углерода (СО) и водород (Н2), можно выгодно преобразовать в метан (СН4). Практически идентичный обычному природному газу, получаемый в результате СНГ может быть отправлен в систему трубопроводов природного газа США и использован для выработки электроэнергии, производства химикатов / удобрений или отопления домов и предприятий. СНГ будет способствовать повышению безопасности внутреннего топлива за счет вытеснения импортируемого природного газа, который обычно поставляется в виде сжиженного природного газа (СПГ).

Водород для переработки нефти

Водород, один из двух основных компонентов синтез-газа, используется в нефтеперерабатывающей промышленности для удаления примесей из бензина, дизельного топлива и реактивного топлива, в результате чего образуется чистое топливо, требуемое в соответствии с государственными и федеральными правилами, касающимися чистого воздуха. Водород также используется для обогащения тяжелой сырой нефти. Исторически нефтеперерабатывающие заводы использовали природный газ для производства этого водорода. Теперь, когда растет цена на природный газ, нефтеперерабатывающие заводы ищут альтернативные виды сырья для производства необходимого водорода. Нефтеперерабатывающие заводы могут газифицировать низкозатратные остатки, такие как нефтяной кокс, асфальт, гудроны и некоторые маслянистые отходы процесса рафинирования, чтобы генерировать как необходимый водород, так и мощность и пар, необходимые для работы нефтеперерабатывающего завода.
Транспортное
топливо Газификация может использоваться для производства транспортного топлива из нефтеносных песков, угля и биомассы. Узнайте больше о каждой из этих технологий.

ГАЗИФИКАЦИОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Газификация надежно используется в промышленных масштабах во всем мире на протяжении более 50 лет в химической, нефтеперерабатывающей и минеральной промышленности, а также в электроэнергетике более 35 лет. В настоящее время в мире действуют более 340 газификационных установок, в которых установлено более 820 газификаторов.
Девятнадцать из этих газификационных установок расположены в Соединенных Штатах. (См. Существующие газификационные установки в США).

Будущее газификации

Прогнозируется, что к 2015 году мощность газификации в мире вырастет на 70 процентов, при этом 80 процентов роста будет приходиться на Азию. Основными движущими силами этого ожидаемого роста являются химическая промышленность, производство удобрений и производство угля и жидкостей в Китае, нефтеносные пески в Канаде, полигенерация (водород и энергетика или химические вещества) и замена природного газа в Соединенных Штатах, а также переработка в Европе
. применение газификации расширяется. Несколько проектов газификации находятся в стадии разработки, чтобы обеспечить пар и водород для модернизации синтетической нефти в нефтедобывающей промышленности в Канаде. Кроме того, бумажная промышленность изучает, как газификация может быть использована для повышения эффективности их работы и сокращения потоков отходов.
Ряд факторов способствуют растущему интересу к газификации, включая изменчивые цены на нефть и природный газ, более строгие природоохранные нормы и растущий консенсус в отношении того, что управление СО2, вероятно, потребуется в производстве электроэнергии и выработке энергии. (См. Цены на энергоносители в США).
Ожидается, что Китай достигнет самого быстрого роста газификации в мире. С 2004 года 29 новых газификационных установок были лицензированы и / или построены в Китае. В отличие от этого, с 2002 года в Соединенных Штатах не было запущено ни одного нового газификационного оборудования.
Ожидается, что в Соединенных Штатах значительно вырастет газификационная отрасль, несмотря на ряд проблем, в том числе рост стоимости строительства и неопределенность в отношении политических стимулов и правил.

ТРАНСПОРТНОЕ ТОПЛИВО

Транспортное топливо из нефтяных песков
«Нефтяные пески» в Альберте, Канада, по оценкам, содержат столько же извлекаемой нефти (в форме битума), сколько обширные нефтяные месторождения в Саудовской Аравии. Однако для превращения этого сырья в товарную продукцию требуется добыча нефтеносных песков и переработка полученного битума в транспортное топливо. Процесс добычи включает в себя огромное количество пара для отделения битума от песка, а процесс рафинирования требует большого количества водорода для превращения «сырой нефти» в готовую продукцию. Остатки от процесса модернизации включают нефтяной кокс, деасфальтированные остатки, вакуумные остатки и асфальт / асфальтены - все из которых содержат неиспользованную энергию.
Традиционно операторы нефтяных песков используют природный газ для производства пара и водорода, необходимых для процессов добычи, обогащения и переработки. Тем не менее, ряд операторов скоро газифицируют нефтяной кокс для подачи необходимого пара и водорода. Газификация не только вытеснит дорогой природный газ в качестве исходного сырья, но также позволит извлекать полезную энергию из того, что в противном случае является очень дешевым продуктом (нефтяной кокс). Кроме того, черная вода из процессов добычи и переработки может быть рециркулирована в газификаторы с использованием системы мокрой подачи, что снижает использование свежей воды и затраты на управление сточными водами. (Это не является несущественным, поскольку традиционные операции по добыче нефтяного песка потребляют большие объемы воды.)
Транспортное топливо из
газификации
Во втором процессе, так называемом метаноле-бензине (MTG), синтез-газ сначала превращается в метанол (коммерчески используемый процесс), а метанол превращается в бензин путем реакции его над слоем катализаторов. Коммерческая установка MTG, успешно эксплуатируемая в 1980-х и начале 1990-х годов в Новой Зеландии, и в Китае и США
из
также используется в качестве основы для преобразования биомассы в транспортное топливо. Биомасса (например, сельскохозяйственные отходы, травянистые травы или древесные отходы) превращается в синтез-газ посредством газификации. Затем синтез-газ пропускают через различные запатентованные катализаторы и превращают в транспортное топливо, такое как целлюлозный этанол или биодизель. Несколько заводов по производству биомассы и жидкости находятся в стадии разработки.

ПИРОЛИЗ 
Пиролиз - это термохимическое разложение органического материала при повышенных температурах в отсутствие кислорода. Пиролиз обычно происходит под давлением и при рабочих температурах выше 430 ° C (800 ° F). Слово придумано из греческого происхождения элементов pyr «огонь» и lysis «разделение». Пиролиз является частным случаем термолиза и чаще всего используется для органических материалов. Пиролиз или газификация древесины, которая начинается при 200–300 ° C (390–570 ° F) и происходит естественным образом, например, когда растительность вступает в контакт с лавой при извержениях вулканов. Как правило, при пиролизе органических веществ образуются газ и жидкости, в результате чего твердый остаток обогащается углеродом. Экстремальный пиролиз, который оставляет в основном углерод в качестве остатка, называется карбонизацией.

ГАЗИФИКАЦИЯ ПИРОЛИЗА

Упрощенное описание химии пиролиза. 
Пиролиз - это термохимическое разложение органического материала при повышенных температурах в отсутствие кислорода. Пиролиз обычно происходит под давлением и при рабочих температурах выше 430 ° C (800 ° F). Слово придумано из греческого происхождения элементов pyr «огонь» и lysis «разделение».
Пиролиз является частным случаем термолиза и чаще всего используется для органических материалов, являясь затем одним из процессов обугливания. Пиролиз древесины, который начинается при 200–300 ° C (390–570 ° F), [1] происходит, например, при пожарах или когда растительность вступает в контакт с лавой при извержениях вулканов. Как правило, пиролиз органических веществ приводит к образованию газообразных и жидких продуктов и оставляет твердый остаток с более высоким содержанием углерода. Экстремальный пиролиз, который оставляет в основном углерод в качестве остатка, называется карбонизацией.
Этот процесс широко используется в химической промышленности, например, для производства древесного угля, активированного угля, метанола и других химических веществ из древесины, для превращения дихлорэтана в винилхлорид, для производства ПВХ, для производства кокса из угля, для преобразования биомассы в синтез-газ, превращать отходы в безопасные одноразовые вещества и превращать углеводороды средней массы из нефти в более легкие, такие как бензин. Эти специализированные применения пиролиза можно назвать различными названиями, такими как сухая перегонка, деструктивная перегонка или крекинг.
Пиролиз также играет важную роль в нескольких кулинарных процедурах, таких как выпечка, жарка, гриль и карамелизация. И это инструмент химического анализа, например, в масс-спектрометрии и в датировании углерода-14. Действительно, многие важные химические вещества, такие как фосфор и серная кислота, были впервые получены с помощью этого процесса. Предполагается, что пиролиз происходит во время катагенеза, превращения захороненного органического вещества в ископаемое топливо. Это также основа пирографии.
В процессе бальзамирования древние египтяне использовали смесь веществ, в том числе метанол, которую они получили в результате пиролиза древесины.
Пиролиз отличается от других высокотемпературных процессов, таких как горение и гидролиз, тем, что он не включает реакции с кислородом, водой или любыми другими реагентами. На практике невозможно достичь абсолютно бескислородной атмосферы. Поскольку в любой системе пиролиза присутствует некоторое количество кислорода, происходит небольшое окисление.
Термин также применяется к разложению органического материала в присутствии перегретой воды или пара (гидролизный пиролиз), например, при паровом крекинге нефти.
Возникновение и использование
Пиролиз обычно является первой химической реакцией, которая происходит при сжигании многих твердых органических видов топлива, таких как древесина, ткань и бумага, муниципальные отходы, а также некоторые виды пластмасс. При пожаре в лесу видимое пламя происходит не от сгорания самой древесины, а от газов, выделяющихся при ее пиролизе; тогда как беспламенное сжигание углей - это сжигание твердого остатка (древесного угля), оставленного им. Таким образом, пиролиз обычных материалов, таких как дерево, пластик и одежда, чрезвычайно важен для пожарной безопасности и пожаротушения.
Приготовление пищи
Пиролиз происходит всякий раз, когда пища подвергается воздействию достаточно высоких температур в сухой среде, такой как жарение, выпекание, поджаривание, приготовление на гриле и т. Д. Это химический процесс, ответственный за образование золотисто-коричневой корки в продуктах, приготовленных этими методами. ,
При обычной кулинарии основными пищевыми компонентами, которые страдают от пиролиза, являются углеводы (включая сахара, крахмал и клетчатку) и белки. Пиролиз жиров требует гораздо более высокой температуры, и поскольку он производит токсичные и легковоспламеняющиеся продукты (такие как акролеин), его обычно избегают при обычной кулинарии. Это может произойти, однако, при приготовлении барбекю жирного мяса на горячих углях.
Несмотря на то, что приготовление пищи обычно проводится на воздухе, температура и условия окружающей среды таковы, что практически не происходит сгорания исходных веществ или продуктов их разложения. В частности, пиролиз белков и углеводов начинается при температурах, намного ниже температуры воспламенения твердого остатка, а летучие субпродукты слишком разбавлены на воздухе, чтобы воспламениться. (В тарелках фламбе пламя происходит главным образом из-за сгорания спирта, в то время как корка образуется в результате пиролиза, как при выпекании.)
Пиролиз углеводов и белков требует температур, существенно превышающих 100 ° C (212 ° F), поэтому пиролиз делает не происходит, пока присутствует свободная вода, например, в кипящей пище - даже в скороварке. При нагревании в присутствии воды углеводы и белки подвергаются постепенному гидролизу, а не пиролизу. Действительно, для большинства пищевых продуктов пиролиз обычно ограничивается внешними слоями пищи и начинается только после высыхания этих слоев.
Температура пищевого пиролиза, однако, ниже, чем температура кипения липидов, поэтому пиролиз происходит при жарке на растительном масле или сале, или наливании мяса в собственном жире.
Пиролиз также играет важную роль в производстве ячменного чая, кофе и жареных орехов, таких как арахис и миндаль. Поскольку они состоят в основном из сухих материалов, процесс пиролиза не ограничивается внешними слоями, а распространяется на все материалы. Во всех этих случаях пиролиз создает или выделяет многие вещества, которые влияют на вкус, цвет и биологические свойства конечного продукта. Это может также разрушить некоторые вещества, которые являются токсичными, неприятными на вкус, или те, которые могут способствовать порче.
Контролируемый пиролиз сахаров, начинающийся при 170 ° C (338 ° F), дает карамель, водорастворимый продукт от бежевого до коричневого цвета, который широко используется в кондитерских изделиях и (в виде карамельного красителя) в качестве красителя для безалкогольных напитков и других промышленных продуктов. продукты питания.
Твердый остаток от пиролиза разлитой и разбрызганной пищи создает коричнево-чёрную корку, часто наблюдаемую на варочных сосудах, плитах и ​​внутренних поверхностях духовок.

Угольный
пиролиз с древних времен использовался для превращения древесины в древесный уголь в промышленных масштабах. Помимо древесины, в процессе могут также использоваться опилки и другие древесные отходы.
Древесный уголь получают путем нагревания древесины до полного ее пиролиза (карбонизации), оставляя только углерод и неорганическую золу. Во многих частях мира древесный уголь до сих пор производится полу-промышленным способом, сжигая груду дерева, которая в основном покрыта глиной или кирпичом. Тепло, выделяемое при сжигании части древесины и летучих побочных продуктов, пиролизует остальную часть кучи. Ограниченный запас кислорода также препятствует сжиганию угля. Более современная альтернатива - это нагревать древесину в герметичном металлическом сосуде, который намного меньше загрязняет окружающую среду и позволяет конденсировать летучие продукты.
Первоначальная сосудистая структура древесины и поры, создаваемые выходящими газами, объединяются, образуя легкий и пористый материал. Начав с плотного древесного материала, такого как ореховые скорлупы или персиковые косточки, можно получить форму древесного угля с особенно мелкими порами (и, следовательно, значительно большей площади поверхности пор), называемого активированным углем, который используется в качестве адсорбента для широкого спектра ассортимент химических веществ.
Биочар
Остатки неполного органического пиролиза, например, от пожаров, считаются ключевым компонентом почв Terra Preta, связанных с древними коренными общинами бассейна Амазонки. Местные фермеры очень любят терра-прету за ее превосходное плодородие по сравнению с естественной красной почвой региона. Предпринимаются усилия для воссоздания этих почв с помощью биочара, твердого остатка пиролиза различных материалов, в основном органических отходов.
Biochar улучшает текстуру почвы и экологию, увеличивая ее способность удерживать удобрения и медленно их высвобождать. Естественно, он содержит много микроэлементов, необходимых растениям, таких как селен. Он также безопаснее других «натуральных» удобрений, таких как навоз или сточные воды, поскольку он дезинфицируется при высокой температуре, и поскольку он выделяет питательные вещества с низкой скоростью, он значительно снижает риск загрязнения грунтовых вод.
Биочар также рассматривается для улавливания углерода с целью смягчения последствий глобального потепления. Поскольку пиролиз сжигает летучие газы, биочар выделяет только водяной пар. Сжигая вредные газы, стабильная форма углерода может быть унесена в землю, где она будет оставаться в течение тысяч лет.
Коксовый
пиролиз используется в огромных масштабах для превращения угля в кокс для металлургии, особенно сталелитейной. Кокс также может быть получен из твердого остатка, оставшегося после переработки нефти.
Эти исходные материалы обычно содержат атомы водорода, азота или кислорода в сочетании с углеродом в молекулы со средней и высокой молекулярной массой. Процесс коксования или «коксования» состоит в нагреве материала в закрытых сосудах до очень высоких температур (до 2000 ° C или 3600 ° F), так что эти молекулы распадаются на более легкие летучие вещества, которые покидают сосуд, и пористый, но твердый остаток, который в основном состоит из углерода и неорганического пепла. Количество летучих веществ варьируется в зависимости от исходного материала, но обычно составляет 25-30% от веса.
Углеродное волокно
Углеродное волокно - это нити из углерода, которые можно использовать для изготовления очень прочной пряжи и текстиля. Изделия из углеродного волокна часто получают путем прядения и плетения нужного изделия из волокон подходящего полимера, а затем пиролиза материала при высокой температуре (от 1500 до 3000 ° C или 2730–5,430 ° F).
Первые углеродные волокна были изготовлены из вискозы, но полиакрилонитрил стал наиболее распространенным исходным материалом.
В своих первых работоспособных электрических лампах Джозеф Уилсон Свон и Томас Эдисон использовали углеродные нити, полученные путем пиролиза хлопковых нитей и осколков бамбука соответственно.
Биотопливный
пиролиз является основой нескольких методов, которые разрабатываются для производства топлива из биомассы, которые могут включать в себя либо сельскохозяйственные культуры, выращенные для этой цели, либо биологические отходы из других отраслей промышленности.
Хотя синтетическое дизельное топливо еще не может быть получено непосредственно путем пиролиза органических материалов, существует способ получения аналогичной жидкости («биомасла»), которую можно использовать в качестве топлива, после удаления ценных биохимических веществ, которые можно использовать. в качестве пищевых добавок или фармацевтических препаратов. Более высокая эффективность достигается за счет так называемого мгновенного пиролиза, когда тонкоизмельченное сырье быстро нагревается до температуры от 350 до 500 ° C (от 660 до 930 ° F) в течение менее 2 секунд.
Топливное биомасло, напоминающее легкую сырую нефть, также может быть получено путем гидролитического пиролиза из многих видов сырья, включая отходы от разведения свиней и индеек, с помощью процесса, называемого термической деполимеризацией (который, однако, может включать другие реакции, помимо пиролиза).
Удаление пластиковых отходов
Безводный пиролиз также может быть использован для производства жидкого топлива, похожего на дизельное топливо, из пластиковых отходов.
Процессы
Во многих промышленных применениях процесс проводится под давлением и при рабочих температурах выше 430 ° C (806 ° F). Например, для сельскохозяйственных отходов типичные температуры составляют от 450 до 550 ° C (от 840 до 1000 ° F).
Вакуумный пиролиз
В вакуумном пиролизе органический материал нагревают в вакууме, чтобы снизить температуру кипения и избежать неблагоприятных химических реакций. Используется в органической химии в качестве синтетического инструмента. При термолизе в вакууме или FVT время пребывания субстрата при рабочей температуре ограничивается, насколько это возможно, опять же, чтобы минимизировать вторичные реакции.
Процессы пиролиза биомассы
Поскольку пиролиз является эндотермическим, были предложены различные методы для обеспечения тепла реагирующим частицам биомассы:
Частичное сжигание продуктов биомассы путем нагнетания воздуха. Это приводит к некачественной продукции.
Прямая передача тепла с горячим газом, в идеале продуктовый газ, который подогревается и рециркулирует. Проблема заключается в том, чтобы обеспечить достаточное количество тепла при разумных расходах газа.
Косвенный теплообмен с теплообменными поверхностями (стенка, трубы). Трудно добиться хорошего теплообмена с обеих сторон поверхности теплообмена.
Прямая передача тепла с циркулирующими твердыми частицами. Твердые частицы передают тепло между горелкой и реактором пиролиза. Это эффективная, но сложная технология.
Для быстрого пиролиза биомасса должна быть измельчена в мелкие частицы, а изолирующий слой полукокса, который образуется на поверхности реагирующих частиц, должен непрерывно удаляться. Для пиролиза биомассы были предложены следующие технологии:
Фиксированные пласты использовались для традиционного производства древесного угля. Плохая, медленная теплопередача привела к очень низким выходам жидкости.
Augers: эта технология адаптирована из процесса Лурги для газификации угля. Горячий песок и частицы биомассы подают с одного конца шнека. Винт смешивает песок и биомассу и передает их вместе. Это обеспечивает хороший контроль времени пребывания биомассы. Он не разбавляет продукты пиролиза носителем или псевдоожижающим газом. Однако песок должен быть подогрет в отдельном сосуде, и механическая надежность является проблемой. Здесь нет крупномасштабной коммерческой реализации.
Абляционные процессы: частицы биомассы движутся с высокой скоростью к горячей металлической поверхности. Абляция любого полукокса, образующегося на поверхности частиц, поддерживает высокую скорость теплопередачи. Это может быть достигнуто путем использования металлической поверхности, вращающейся с высокой скоростью в слое частиц биомассы, что может создавать проблемы механической надежности, но предотвращает любое разбавление продуктов. В качестве альтернативы частицы могут быть взвешены в газе-носителе и вводиться с высокой скоростью через циклон, стенка которого нагревается; продукты разбавляются газом-носителем. Проблема, характерная для всех абляционных процессов, заключается в том, что увеличение масштаба затруднено, поскольку отношение поверхности стенки к объему реактора уменьшается с увеличением размера реактора. Здесь нет крупномасштабной коммерческой реализации.
Вращающийся конус: Предварительно нагретый горячий песок и частицы биомассы вводятся во вращающийся конус. Из-за вращения конуса смесь песка и биомассы перемещается по поверхности конуса под действием центробежной силы. Как и другие мелкие реакторы с транспортируемым слоем, для получения хорошего выхода жидкости требуются относительно мелкие частицы. Нет крупномасштабного коммерческого внедрения.
Псевдоожиженные слои: частицы биомассы вводятся в слой горячего песка, псевдоожиженного газом, который обычно является рециркулирующим газом. Высокие скорости теплопередачи из псевдоожиженного песка приводят к быстрому нагреву частиц биомассы. Существует некоторая абляция истиранием с частицами песка, но она не так эффективна, как в абляционных процессах. Тепло обычно обеспечивается трубами теплообменника, через которые проходит горячий газ сгорания. Существует некоторое разбавление продуктов, которое затрудняет конденсацию и последующее удаление тумана биомасла из газа, выходящего из конденсаторов. Этот процесс был ускорен такими компаниями, как «Динамотор» и «Агри-Терм». Основные проблемы заключаются в повышении качества и консистенции биомасла.
Циркуляционный псевдоожиженный слой: частицы биомассы вводятся в циркулирующий кипящий слой горячего песка. Частицы газа, песка и биомассы движутся вместе, причем транспортный газ обычно является рециркулирующим продуктом, хотя он также может быть газом сгорания. Высокие скорости теплопередачи из песка обеспечивают быстрый нагрев частиц биомассы, а абляция более прочная, чем при использовании обычных кипящих слоев. Быстрый сепаратор отделяет газы и пары продукта от песка и частиц полукокса. Частицы песка повторно нагреваются в псевдоожиженном сосуде горелки и возвращаются в реактор. Хотя этот процесс можно легко расширить, он довольно сложен, а продукты сильно разбавлены, что значительно затрудняет извлечение жидких продуктов.
Промышленные источники
Многие источники органического вещества могут быть использованы в качестве сырья для пиролоза. Подходящий растительный материал включает: зеленые отходы, опилки, древесные отходы, древесные сорняки; и сельскохозяйственные источники, включая ореховые скорлупы, солому, хлопковый мусор, рисовые шелухи, траву; и птичий помет, молочный навоз и, возможно, другие удобрения. Пиролиз используется в качестве одной из форм термической обработки для уменьшения объемов отходов бытовых отходов. Некоторые промышленные побочные продукты также являются подходящим сырьем, включая бумажный шлам и зерно дистилляторов.
Существует также возможность интеграции с другими процессами, такими как механическая биологическая обработка и анаэробное сбраживание.
Промышленные продукты
синтез-газ (легковоспламеняющаяся смесь монооксида углерода и водорода): может производиться в достаточных количествах для обеспечения энергии, необходимой для пиролиза, и некоторого избыточного производства
твердый уголь, который можно либо сжигать для получения энергии, либо использовать повторно в качестве удобрения (биочар) ,
Противопожарная защита 
Разрушительные пожары в зданиях часто сгорают при ограниченном поступлении кислорода, что приводит к реакциям пиролиза. Таким образом, механизмы реакции пиролиза и свойства материалов пиролиза важны в технике противопожарной защиты для пассивной противопожарной защиты. Пиролитический углерод также важен для исследователей пожаров как инструмент для выяснения происхождения и причин пожаров.

ПЛАЗМЕННАЯ или ПЛАЗМЕННАЯ ДУГОВАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ
Некоторые типы газификации используют плазменную технологию, которая генерирует интенсивное тепло для инициирования и дополнения реакций газификации. Плазменную газификацию или плазменную газификацию можно использовать для превращения углеродсодержащих материалов в синтез-газ, который можно использовать для выработки энергии и других полезных продуктов, таких как транспортное топливо. Стремясь снизить как экономические, так и экологические затраты на обращение с твердыми бытовыми отходами (включая отходы строительства и сноса), ряд городов работают с компаниями плазменной газификации для отправки своих отходов на эти объекты. Один город в Японии газифицирует свои отходы для производства электроэнергии. Кроме того, различные отрасли промышленности, которые производят опасные отходы в рамках своих производственных процессов (например, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность), рассматривают плазменную газификацию как экономически эффективное средство управления этими потоками отходов.
Плазма
Плазма - это ионизированный газ, который образуется, когда электрический газ проходит через газ. Результирующая вспышка молнии является примером плазмы, обнаруженной в природе. Плазменные горелки и дуги преобразуют электрическую энергию в интенсивную тепловую (тепловую) энергию. Плазменные горелки и дуги могут генерировать температуру до 10000 градусов по Фаренгейту. При использовании в газификационной установке плазменные горелки и дуги генерируют это интенсивное тепло, которое инициирует и дополняет реакции газификации, и может даже увеличивать скорость этих реакций, делая газификацию более эффективной.
Плазменная газификация
Внутри газификатора горячие газы плазменной горелки или дуги контактируют с сырьем, таким как твердые бытовые отходы, отходы автошредера, медицинские отходы, биомасса или опасные отходы, нагревая его до температуры более 3000 градусов по Фаренгейту. Это экстремальное тепло поддерживает реакции газификации, которые разрывают химические связи исходного сырья и превращают их в синтез-газ (синтез-газ). Сингаз состоит в основном из окиси углерода и водорода - основных строительных блоков для химикатов, удобрений, заменителя природного газа и жидкого транспортного топлива. Синтез-газ можно также направлять в газовые турбины или поршневые двигатели для выработки электроэнергии или сжигать для получения пара для паровой турбины-генератора.
Поскольку исходное сырье, реагирующее внутри газификатора, превращается в их основные элементы, даже опасные отходы становятся полезным синтез-газом. Неорганические материалы в сырье расплавляются и сплавляются в стеклообразный шлак, который неопасен и может использоваться в различных областях, таких как дорожное строительство и кровельные материалы.
Коммерческое использование
Плазменные технологии используются более 30 лет в различных отраслях промышленности, в том числе в химической и металлургической промышленности. Исторически, первичное использование этой технологии состояло в том, чтобы разлагать и уничтожать опасные отходы, а также плавить золу из мусоросжигательных заводов с массовым сжиганием в безопасный, не выщелачиваемый шлак. Использование этой технологии как части отрасли производства энергии из отходов намного новее.
В настоящее время в Японии, Канаде и Индии работают установки плазменной газификации. Например, с 2001 года в Уташинае, Япония, ведется коммерческая эксплуатация газификации твердых бытовых отходов и отходов автомобильного измельчителя для производства электроэнергии. В США существует ряд предлагаемых установок плазменной газификации.
Преимущества плазменной газификации
газификации Плазма обеспечивает ряд ключевых преимуществ:
Это разблокирует наибольшее количество энергии из отходов
Сырьем могут быть смешаны, например, твердых бытовых отходов, биомассы, шин, опасных отходов, а также автоматическое измельчителя отходов
Это не генерирует метан, мощный парниковый газ
не является сжиганием и, следовательно, не производит выщелачиваемой донной золы или летучей золы
снижает потребность в захоронении отходов
образует синтез-газ, который можно сжигать в газовой турбине или совершать возвратно-поступательные движения для производства электричество или дальнейшая переработка в химикаты, удобрения или транспортное топливо - тем самым снижается потребность в первичных материалах для производства этих продуктов.
Исключительно низкие выбросы в окружающую среду

БИОМАССОВАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ
Биомасса включает в себя широкий спектр материалов, включая энергетические культуры, такие как травянистые растения и сельскохозяйственные источники, такие как кукурузная шелуха, древесные пеллеты, отходы лесозаготовок и лесозаготовок, отходы двора, строительные и сносные отходы, а также биотвердые вещества, такие как осадок сточных вод , Газификация помогает восстановить энергию, содержащуюся в этих материалах, и может преобразовывать биомассу в электроэнергию и продукты, такие как этанол, метанол, топливо и удобрения.
Установки газификации биомассы несколько отличаются от крупномасштабных процессов газификации, обычно используемых на крупных промышленных объектах, таких как электростанции, нефтеперерабатывающие заводы и химические заводы, хотя различные виды газификации можно легко комбинировать.
сырья
обычно содержит высокий процент влаги, который в некоторых случаях может составлять 25% (по весу). Присутствие высоких уровней влаги в биомассе снижает температуру внутри газификатора, что затем снижает эффективность газогенератора. Поэтому многие технологии газификации биомассы требуют, чтобы биомасса была высушена для снижения содержания влаги перед подачей в газогенератор. Это может быть дополнительным преимуществом, поскольку влага может быть удалена и переработана в большое количество деионизированной (дистиллированной) воды. Чистая вода.
Воздушная газификация В
большинстве систем газификации биомассы в реакциях газификации вместо воздуха используется кислород. Газификаторы, которые используют кислород, требуют установки разделения воздуха для подачи газообразного / жидкого кислорода; это обычно не выгодно в меньших масштабах, используемых на установках газификации биомассы. Воздушные газификаторы используют кислород воздуха для реакций газификации.
Масштаб установок
В целом, установки для газификации биомассы намного меньше, чем типичные установки для газификации угля или нефтяного кокса, используемые в энергетике, химической промышленности, в производстве удобрений и в нефтеперерабатывающей промышленности. Как таковые, они дешевле в строительстве и имеют меньшую «площадь» объекта. В то время как крупная промышленная газификационная установка может занимать 150 акров земли и перерабатывать 2500-15000 тонн сырья в день (например, угля или нефтяного кокса), более мелкие заводы по производству биомассы обычно перерабатывают 25-200 тонн сырья в день и занимают меньше чем 10 соток.
Биомасса в этанол и жидкое топливо
В настоящее время большая часть этанола производится в результате ферментации кукурузы. Огромное количество кукурузы и земли, воды и удобрений необходимо для производства этанола. По мере того, как используется больше кукурузы, растет озабоченность тем, чтобы меньше кукурузы было доступно для еды. Газификация биомассы, такой как стебли кукурузы, шелуха и початки, и другие сельскохозяйственные отходы для производства этанола и синтетического топлива, такого как дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, может помочь преодолеть эту энергетическую конкуренцию.
Биомасса, такая как древесные пеллеты, отходы дворов и сельскохозяйственных культур, а также «энергетические культуры», такие как травяные отложения и отходы целлюлозно-бумажных комбинатов, может использоваться для производства этанола и синтетического дизельного топлива. Биомасса сначала газифицируется для получения синтетического газа (синтез-газа), а затем с помощью каталитических процессов превращается в эти продукты ниже по течению.
Биомасса для производства энергии
Биомасса может быть использована для производства электроэнергии - либо в сочетании с традиционным сырьем, таким как уголь, либо отдельно. Завод Nuon IGCC в Буггенуме, Нидерланды, смешивает около 30% биомассы с углем в процессе газификации для производства электроэнергии.
Сокращение затрат, увеличение энергии
Каждый год муниципалитеты тратят миллионы долларов на сбор и утилизацию отходов, таких как отходы двора (обрезки травы и листья) и строительный мусор. В то время как некоторые муниципалитеты компостируют отходы двора, это требует отдельного сбора от города, а это расходы, которые многие города просто не могут себе позволить.
Отходы во дворе и строительный мусор могут занять ценные места на свалке, что сократит срок службы свалки. Многие города сталкиваются с проблемой нехватки полигона. При газификации этот материал больше не является отходом, а сырьем для газификатора биомассы. Вместо того, чтобы платить за утилизацию и управление отходами в течение многих лет на свалке, использование его в качестве исходного сырья снижает затраты на утилизацию, место захоронения отходов и превращает отходы в энергию и топливо.
Преимущества газификации биомассы
Преобразование отходов в высокоценную энергию и продукты
Снижение потребности в свалках для захоронения твердых отходов
Снижение выбросов метана со свалок
Снижение риска загрязнения подземных вод на свалках
Производство этанола из непищевых источников

ОТХОДЫ ГАЗИФИКАЦИИ

Отбрасывание энергии
Газификация
Газификация не
является сжиганием Газификация не является сжиганием. Сжигание - это сжигание топлива в среде, богатой кислородом, где отходы сгорают и производят тепло и углекислый газ, а также ряд других загрязнителей. Газификация - это превращение сырья в их самые простые молекулы - окись углерода, водород и метан, образующие синтез-газ, который затем можно использовать для выработки электроэнергии или производства ценных продуктов.
РЕСУРСЫ ОТХОДОВ
250 млн. Тонн твердых бытовых отходов в год.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, каждый год американцы производят около 250 млн. Тонн твердых бытовых отходов (ТБО) - около 4,5 фунтов на человека в день. Эта ТБО включает в себя широкий спектр отходов, включая отходы кухни и двора, электронику, лампочки, пластик, использованные шины и старую краску. Несмотря на значительное увеличение рециркуляции и рекуперации энергии, извлекается только около одной трети всего ТБО - оставшиеся две трети (или 135 миллионов тонн / год) будут выбрасываться на свалки или сжигаться. Эти цифры не включают 7,2 миллиона сухих тонн биозолидов, образующихся в результате очистки сточных вод, большая часть которых также захоронена или сожжена.
Города и поселки тратят миллионы долларов в год на сбор и удаление отходов ТБО на свалках, используя тысячи акров земли. Во многих штатах запрещены мусоросжигательные заводы, а в ряде штатов, таких как Нью-Йорк, Нью-Джерси, Массачусетс, Коннектикут, Калифорния и Флорида, существует ограниченное пространство для захоронения отходов, что вынуждает их перевозить свои ТБО на сотни миль для захоронения в других штатах.
В дополнение к потреблению ценных земель в результате разложения ТБО образуются метан, парниковый газ, а отходы выщелачивания также могут представлять угрозу для подземных вод. Однако существует альтернатива помещению этих отходов на свалку - они могут быть преобразованы путем газификации в полезные продукты.
Миллиарды тонн промышленных отходов каждый год
Американские промышленные объекты утилизируют 7,6 миллиарда тонн твердых промышленных отходов в год. Эти отходы включают пластмассы и смолы, химикаты, целлюлозу и бумагу. Кроме того, мусор, образующийся во время строительства, реконструкции и сноса зданий, домов, дорог и мостов, добавляет еще 136 миллионов тонн в год. (источник: Агентство по охране окружающей среды США)
Большая часть этих промышленных отходов также пригодна для газификации. Например, отходы строительства и сноса могут быть газифицированы для производства энергии и продуктов. Не подлежащие переработке промышленные пластиковые отходы также могут быть газифицированы.

ПРОЦЕСС ГАЗИФИКАЦИИ ОТХОДОВ

От отходов до энергии и ценных продуктов
Все эти отходы содержат неиспользованную энергию. Вместо того чтобы отказаться от этого источника энергии, газификация может преобразовать его в электроэнергию и другие ценные продукты, такие как химические вещества, заменитель природного газа, топливо для транспорта и удобрения. В среднем, заводы по переработке отходов в энергию, использующие сжигание при массовом сжигании, могут конвертировать одну тонну ТБО в примерно 550 киловатт-часов электроэнергии. Благодаря технологии газификации одна тонна ТБО может использоваться для производства до 1000 киловатт-часов электроэнергии, что является гораздо более эффективным и чистым способом использования этого источника энергии. Промышленные отходы также содержат большой источник неиспользованной энергии. Например, содержание энергии в древесных отходах строительства и сноса составляет около 8000 БТЕ / фунт и около 10 000 БТЕ / фунт для не подлежащих переработке промышленных пластмасс.
Газификация ТБО сталкивается с рядом проблем. Поскольку ТБО может содержать такое большое разнообразие материалов, материалы могут нуждаться в сортировке, чтобы исключить те предметы, которые не могут быть легко газифицированы или которые могут повредить оборудование для газификации. Кроме того, может потребоваться разработка системы газификации для работы с различными материалами, поскольку эти материалы могут газифицироваться с различной скоростью.
Кроме того, одним из важных преимуществ газификации является то, что синтез-газ может быть очищен от загрязнений перед его использованием, что устраняет многие из типов систем контроля выбросов (после сжигания), необходимых для мусоросжигательных заводов. Технологии, используемые при газификации отходов, включают в себя традиционные системы газификации, а также плазменную газификацию. Будь то в результате обычной газификации или плазменной газификации, синтез-газ может использоваться в поршневых двигателях или турбинах для выработки электроэнергии или дальнейшей обработки для производства заменителя природного газа, химикатов, удобрений или транспортных топлив, таких как этанол. Узнайте больше о продуктах газификации.
Газификация не снижает скорость переработки
Газификация не конкурирует с переработкой. Фактически, это усиливает программы утилизации. Материалы могут и должны быть переработаны, и следует поощрять сохранение. Однако многие материалы, такие как металлы и стекло, должны быть удалены из потока ТБО до его подачи в газогенератор. Системы предварительной обработки сырья для предварительной газификации добавляются заранее для извлечения металлов, стекла и неорганических материалов, что приводит к увеличению рециркуляции и утилизации материалов. Кроме того, широкий спектр пластмасс не подлежит переработке или дальнейшей переработке, и в противном случае он может оказаться на свалке. Такие пластики являются превосходным высокоэнергетическим сырьем для газификации.
Кроме того, не все города или поселки созданы для сбора и переработки переработанных материалов. И, по мере роста населения, количество образующихся отходов возрастает. Таким образом, даже при увеличении скорости переработки количество отходов увеличивается с большей скоростью. Все эти отходы представляют собой потерянную энергию и экономическую ценность, которые может захватить газификация.
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Газификация отходов имеет ряд существенных экологических преимуществ:
Уменьшает потребность в свалках.
Уменьшает выбросы метана.
Снижает риск загрязнения подземных вод на свалках.
Извлекает полезную энергию из отходов, которые могут быть использованы для производства высокоценных продуктов.
Улучшает существующую переработку. программы
Сокращает использование первичных материалов, необходимых для производства этих ценных продуктов.
Сокращает транспортные расходы на отходы, которые больше не нужно перевозить за сотни миль для захоронения.
Сокращает использование ископаемого топлива.


Время публикации: июнь-04-2020

Отправьте нам сообщение:

Напишите ваше сообщение здесь и отправить его нам