Биомасса как источник энергии стр.116

В процессе газификации могут происходить следующие реакции (рис. 9):

Зона реактора

Реакция ДН, хДж/кг моль

Номер реакции

Окисление

С + 02 -> С02 + 394

а)

НгО - ^02 + Н2 +241

(2)

Окисление (вариант с во

С + 2Н20 - С02 + 2Н2 +89

(3)

дяным паром)

С + Н20 -> СО + Н2 +132

(4)

С + С02 -> 2СО +174

(5)

С + 2Н2 -> СН4 -75

(6)

Пиролиз

С02 + Н2 -► СО + Н20(ж) -1,89

(7)

С02 + Н2 ^ С02 + Н20 (г) +41

(8)

СН4 + -02 -► СО + 2Н2 + 33

(9)

Сушка    Влажная поверхность + Тепло -> Высоко- и среднемолекулярные органические жидкости + Углистое вещество + СН4 + Н2 + Н20 + СО + со2,

Рис. 9. Типичные реакции в зонах реактора (с подвижным уплотненным слоем сырья).

где ДН характеризует высвобождаемое (минус) или поглощаемое (плюс) тепло при образовании соединения; + ДН-эндотермическая реакция,

— ДН-экзотермическая реакция.

Условия равновесия в зоне зависят от температуры и давления. Степень приближения к равновесию зависит от взаимодействия твердых и газообразных веществ и времени пребывания сырья в реакционной зоне. Например, реакция (6) является экзотермической реакцией водорода с углеродсодержащим веществом. Количество образующегося СН4 зависит от температуры и давления, при которых происходит реакция; высокое давление и низкая температура способствуют образованию СН4.

В зоне окисления углеродсодержащее вещество окисляется кислородом воздуха, образуя С02. Эта экзотермическая реакция имеет существенное значение для обеспечения тепла, необходимого для завершения реакций в зонах восстановления, пиролиза и сушки. Поскольку какая-то часть углеродсодержащего сырья используется для сгорания, к. п. д. газификации, рассчитанный без учета физического тепла топливного газа, редко превышает 70%. Однако тепловой к. п. д. газификации, в процессе которой получаются пиротопливо и углистое вещество, как правило, больше 70%.

Реакция окисления С + 02 -> С02 протекает очень быстро и строго ограничена массопереносом. Хорошо спроектированный газификатор имеет довольно узкую и глубокую (7,6-12,7 см) зону горения. В некоторых случаях к воздуху добавляется водяной пар и получают водяной газ: С + Н20 —► СО + Н2. При конденсации водяных паров эта реакция является в какой-то мере экзотермической, в противном случае пар не конденсируется. Мы имеем дело с эндотермической реакцией. Протекание реакции Н20 -> Н2 + (1/2)Ог зависит от температуры.

В связи с тем что количество воздуха, нагнетаемого в зону окисления, меньше, чем требуется для протекания соответствующей реакции, образующиеся в газификаторе продукты сгорания содержат небольшое количество кислорода или не содержат его вообще. В результате в зоне создается бескислородная среда, т.е. условия, благоприятные для протекания пиролиза. В процессе пиролиза сырье, содержащее углерод, термически разлагается в бескислородной среде с образованием топливного газа, который может иметь низкую или среднюю теплоту сгорания.

Тепло к сырью обычно подается непосредственно (рис. 1). Однако в последнее время переработка твердых отходов иногда ведется по технологии, предусматривающей сгорание сырья при ограниченном количестве воздуха (кислорода). Типичным примером такой технологии является процесс Andco Тоггах. Вместе с тем технология переработки твердых отходов, предложенная фирмой Occidental Research, по существу также сводится к пиролизу. Продуктами сгорания части сырья являются С02, Н20, N2 и избыточное количество 02. В газовом пото-


⇐ вернуться назад | | далее ⇒