. Некоторые из сложностей, возникающих при совместной газификации, очевидны из этого рисунка. Во-первых, вместо единой схемы подготовки сырья обычно необходимо иметь отдельные операции предварительной обработки для угля и биомассы. Обычно биомасса с высоким содержанием влаги обычно не просто сушится, но и подвергается торрефикации (что включает нагревание до температур, обычно в диапазоне от 200 до 320 ° C в отсутствие кислорода, при этом биомасса подвергается легкой форме пиролиза) и, возможно, уплотняется. , что значительно улучшает качество сырья для использования в качестве топлива или газификации.Кроме того, для оптимальной газификации требуется уменьшение размера как угля, так и биомассы до частиц одинакового размера.

Реакции и преобразования совместной газификации имеют общие аспекты с реакциями газификации угля и газификации биомассы, но также включают некоторые синергетические эффекты, которые окончательно не описаны. Однако в целом основной подход к выбору технологии совместной газификации такой же, как и для традиционной газификации угля, при этом свойства сырья и желаемое использование синтез-газа в значительной степени определяют, какой тип газификатора использовать.Если синтез-газ будет использоваться для выработки электроэнергии, газификатор с неподвижным слоем с нисходящим потоком является хорошим выбором, поскольку он выделяет газ при высокой температуре с низким содержанием примесей. Газификаторы с псевдоожиженным слоем могут быть не лучшим выбором для некоторых приложений совместной газификации, поскольку дефлюидизация псевдоожиженного слоя может происходить из-за агломерации золы с низкой температурой плавления, присутствующей в биомассе, а также засорения выходных труб из-за чрезмерного накопления смолы. .

Было замечено, что газификаторы с увлеченным потоком следует исследовать на предмет совместной газификации угля и биомассы, учитывая их способность принимать различные типы сырья, однородный температурный профиль внутри реакционной зоны, короткое время пребывания в реакторе и высокую конверсию углерода. , все из которых имеют повышенное значение для решения проблем, связанных с совместной газификацией.

Состав продуктового газа зависит как от типа совместно газифицируемой биомассы, так и от ее доли в исходной смеси. Как правило, более высокое содержание H ₂ является результатом большего включения биомассы; в частности, лигнин в древесной биомассе, по-видимому, увеличивает выход H ₂ в синтез-газе. Для определенных применений возможен широкий диапазон пропорций угля и биомассы, но оптимальным является комплексная функция типа используемого угля, типа (ов) биомассы, типа газификатора и рабочих условий, желаемого состава синтез-газа и т. Д., не говоря уже о доступных количествах биомассы, которые могут быть значительно меньше доступного угля.

Помимо газификатора, также важен тип газифицирующего агента. Использование пара в качестве газифицирующего агента, а не воздуха, способствует реакции конверсии водяного газа и дает синтез-газ, обогащенный H ₂ . Кроме того, использование катализаторов влияет на производство синтез-газа. Интересным примером является исследование совместной газификации угля Puertollano, смешанного с сосной, нефтяным коксом и полиэтиленом (PE).Было обнаружено, что использование доломитовых катализаторов помогло увеличить скорость газификации наряду с уменьшением образования сероводорода (H ₂ S) и увеличением удерживания серы и хлора в твердой фазе.

Очистка синтез-газа синтез-газа, полученного в результате совместной газификации, включает те же операции, которые необходимы для традиционной газификации угля, включая удаление твердых частиц, удаление серы и т. Возможно, потребуется решить проблему синтез-газа, полученного из угля (сера и ртуть), и газов, присутствующих в повышенных количествах в результате газификации биомассы (смолы и щелочи).

В будущем совместная газификация угля и биомассы является многообещающим способом значительного снижения углеродоемкости газификации для использования недорогих альтернативных видов топлива из биомассы, таких как древесные отходы и высокоэнергетические, маргинальные посевы биомассы, такие как проса и для улучшения процессов газификации за счет оптимизации качества синтез-газа и увеличения пропускной способности и производительности.

Газификатор

Как работает газификация | HowStuffWorks

Сердцем угольной электростанции является котел, в котором уголь сжигается путем сжигания для превращения воды в пар. Следующее уравнение показывает, как горящий уголь выглядит химически: C + O ₂ -> CO ₂ . Уголь состоит не из чистого углерода, а из углерода, связанного со многими другими элементами. Тем не менее, содержание углерода в угле высокое, и именно углерод, который при сгорании соединяется с кислородом, образует двуокись углерода, главную причину глобального потепления.Другие побочные продукты сгорания угля включают оксиды серы, оксиды азота, ртуть и встречающиеся в природе радиоактивные материалы.

Сердце электростанции, которая включает газификацию, не котел, а газификатор , цилиндрический сосуд высокого давления около 40 футов (12 метров) в высоту и 13 футов (4 метра) в поперечнике. Сырье поступает в газификатор сверху, а пар и кислород — снизу. Сырьем может быть любой углеродсодержащий материал, но для газификации угля, конечно, требуется уголь.Типичная газификационная установка может использовать 16 000 тонн (14 515 метрических тонн) лигнита, коричневатого угля, ежедневно.

Газификатор работает при более высоких температурах и давлениях, чем угольный котел — около 2600 градусов по Фаренгейту (1427 градусов по Цельсию) и 1000 фунтов на квадратный дюйм (6895 килопаскалей) соответственно. Это заставляет уголь подвергаться различным химическим реакциям. Во-первых, при частичном окислении углерода угля выделяется тепло, которое помогает поддерживать реакции газификации. Первым из них является пиролиз , который происходит, когда летучие вещества угля разлагаются на несколько газов, оставляя после себя уголь , вещество, подобное древесному углю.Затем в результате реакций восстановления оставшийся углерод в полукоксу превращается в газообразную смесь, известную как синтез-газ .

Окись углерода и водород — два основных компонента синтез-газа. Во время процесса, известного как очистка газа , неочищенный синтез-газ проходит через охлаждающую камеру, которая может использоваться для разделения различных компонентов. Очистка может удалить вредные примеси, включая серу, ртуть и непревращенный углерод. Даже углекислый газ можно извлечь из газа и либо хранить под землей, либо использовать для производства аммиака или метанола.

Остается чистый водород и окись углерода, которые можно чисто сжигать в газовых турбинах для производства электроэнергии. Или некоторые электростанции преобразуют синтез-газ в природный газ, пропуская очищенный газ над никелевым катализатором, в результате чего оксид углерода и диоксид углерода вступают в реакцию со свободным водородом с образованием метана. Этот «заменитель природного газа» ведет себя как обычный природный газ и может использоваться для выработки электроэнергии или обогрева домов и предприятий.

Но если угля нет, газификация возможна.Все, что вам нужно, это немного дерева.

Объяснение биомассы — Управление энергетической информации США (EIA)

Биомасса — возобновляемая энергия растений и животных

Биомасса — это возобновляемый органический материал, получаемый из растений и животных. Биомасса была крупнейшим источником годового потребления энергии в США до середины 1800-х годов. Биомасса продолжает оставаться важным топливом во многих странах, особенно для приготовления пищи и обогрева в развивающихся странах.Использование топлива из биомассы для транспорта и производства электроэнергии расширяется во многих развитых странах в качестве средства предотвращения выбросов углекислого газа в результате использования ископаемого топлива. В 2020 году биомасса обеспечивала почти 5 квадриллионов британских тепловых единиц (БТЕ) ​​и около 5% от общего объема потребления первичной энергии в Соединенных Штатах.

Биомасса содержит накопленную химическую энергию солнца. Растения производят биомассу посредством фотосинтеза. Биомассу можно сжигать непосредственно для получения тепла или преобразовывать в возобновляемое жидкое и газообразное топливо с помощью различных процессов.

• Отходы древесины и деревообработки — дрова, древесные гранулы и щепа, опилки и отходы пиломатериалов и мебели, а также черный щелок целлюлозно-бумажных комбинатов
• Сельскохозяйственные культуры и отходы — кукуруза, соя, сахарный тростник, просо, древесные растения и водоросли, а также остатки сельскохозяйственных культур и пищевых продуктов
• Биогенные материалы в твердых бытовых отходах — бумага, изделия из хлопка и шерсти, а также пищевые, дворовые и древесные отходы
• Навоз животных и бытовые сточные воды

Источник: по материалам Национального энергетического образовательного проекта (общественное достояние)

Источник: по материалам Национального энергетического образовательного проекта (общественное достояние)

Преобразование биомассы в энергию

Биомасса преобразуется в энергию с помощью различных процессов, в том числе:

• Прямое сжигание (сжигание) для получения тепла
• Термохимическая конверсия для производства твердого, газообразного и жидкого топлива
• Химическая переработка для производства жидкого топлива
• Биологическая конверсия для производства жидкого и газообразного топлива

Прямое сжигание — наиболее распространенный метод преобразования биомассы в полезную энергию.Всю биомассу можно сжигать непосредственно для обогрева зданий и воды, для получения тепла в промышленных процессах и для выработки электроэнергии в паровых турбинах.

Термохимическая конверсия биомассы включает пиролиз и газификацию . Оба являются процессами термического разложения, в которых исходные материалы биомассы нагреваются в закрытых емкостях под давлением, называемых газогенераторами , при высоких температурах. В основном они различаются температурами процесса и количеством кислорода, присутствующего в процессе конверсии.

• Пиролиз включает нагрев органических материалов до 800–900 ^° ° F (400–500 ^° ° C) при почти полном отсутствии свободного кислорода. При пиролизе биомассы производятся такие виды топлива, как древесный уголь, бионефть, возобновляемое дизельное топливо, метан и водород.
• Гидроочистка используется для обработки бионефти (производимой методом быстрого пиролиза ) водородом при повышенных температурах и давлениях в присутствии катализатора для производства возобновляемого дизельного топлива, возобновляемого бензина и возобновляемого реактивного топлива.
• Газификация включает нагрев органических материалов до 1400–1700 ^° F (800–900 ^° ° C) с нагнетанием контролируемых количеств свободного кислорода и / или пара в емкость для получения газа, богатого монооксидом углерода и водородом, называемого синтез-газом. или синтез-газ . Синтез-газ можно использовать в качестве топлива для дизельных двигателей, для отопления и для выработки электроэнергии в газовых турбинах. Его также можно обработать, чтобы отделить водород от газа, и водород можно сжигать или использовать в топливных элементах.Синтез-газ может быть дополнительно переработан для получения жидкого топлива с использованием процесса Фишера-Тропша.

Процесс химического преобразования, известный как переэтерификация , используется для преобразования растительных масел, животных жиров и жиров в метиловые эфиры жирных кислот (FAME), которые используются для производства биодизельного топлива.

Биологическое преобразование включает ферментацию для преобразования биомассы в этанол и анаэробное сбраживание для получения возобновляемого природного газа. Этанол используется в качестве автомобильного топлива.Возобновляемый природный газ — также называемый биогаз или биометан — производится в анаэробных варочных котлах на очистных сооружениях, а также на молочных и животноводческих предприятиях. Он также образуется на свалках твердых отходов и может улавливаться ими. Правильно очищенный возобновляемый природный газ используется так же, как ископаемый природный газ.

Исследователи работают над способами улучшения этих методов и разработки других способов преобразования и использования большего количества биомассы для получения энергии.

Сколько биомассы используется для получения энергии?

В 2020 году биомасса обеспечила около 4532 триллионов британских тепловых единиц (TBtu), или около 4.5 квадриллионов британских тепловых единиц, что составляет около 4,9% от общего потребления первичной энергии в США. Из этого количества около 2101 TBtu приходилось на древесину и древесную биомассу, 2000 TBtu приходилось на биотопливо (в основном этанол) и 430 TBtu приходилось на биомассу в городских отходах.

Объемы (в ТБТЕ) и процентные доли от общего потребления энергии биомассы в США потребителями в 2020 году составили:

На промышленность и транспорт приходится наибольшая доля энергии с точки зрения содержания энергии и наибольшая процентная доля от общего годового U.Потребление биомассы S. В деревообрабатывающей и бумажной промышленности биомасса используется в теплоэлектроцентралях для производства тепла и электроэнергии для собственных нужд. На жидкое биотопливо (этанол и дизельное топливо на основе биомассы) приходится большая часть потребления биомассы транспортным сектором.

В жилом и коммерческом секторах для отопления используются дрова и древесные гранулы. Коммерческий сектор также потребляет, а в некоторых случаях продает возобновляемый природный газ, произведенный на муниципальных очистных сооружениях и на свалках отходов.

В электроэнергетике используются отходы древесины и биомассы для производства электроэнергии для продажи другим секторам.

Последнее обновление: 8 июня 2021 г.

границ | Воздушная и паровая газификация миндальной биомассы

Введение

Остатки переработки миндаля представляют собой значительный ресурс для малых и средних интегрированных систем выработки электроэнергии в Калифорнии и других странах мира.Эти системы могут помочь удовлетворить технологические потребности в энергии и снизить углеродное воздействие на протяжении всего жизненного цикла производства миндаля. Газификация для комбинированного производства тепла и электроэнергии — это один из подходов к интеграции экологически чистых технологий в производственные мощности.

Центральная долина Калифорнии — один из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов мира, производство миндаля в 2018 году составило 5,6 миллиарда долларов (Almond Board of California, 2018). Калифорния, где насчитывается около 6800 производителей, производит 80% мирового миндаля и, по сути, весь U.S. Commercial Supply (Миндальный совет Калифорнии, 2018). Кроме того, производители миндаля обработали более 8 миллиардов фунтов миндальных фруктов, в результате чего было произведено 2,3 миллиарда фунтов орехов, 4,5 миллиарда фунтов скорлупы и 1,6 миллиарда фунтов скорлупы. В 2013 году миндальная шелуха и смеси скорлупы и скорлупы были проданы за 311 миллион долларов, в основном в качестве кормов для животных (Almond Hullers and Processors Association (AHPA), 2014). Другие виды использования включали подстилочный материал для домашнего скота и топливо для котлов и производства электроэнергии. Возрос интерес к использованию побочных продуктов миндаля с более высокой эффективностью или к большему количеству местных объектов когенерации (например,g., на предприятиях по шелушению и / или шелушению) для поддержки стандартов портфеля возобновляемых источников энергии на государственном уровне и для сокращения выбросов парниковых газов от сжигания ископаемого топлива. Миндальная промышленность также заинтересована в новых применениях, поскольку цены на корма для животных снизились в последние годы из-за сокращения количества животных в штате из-за изменений в ценах на молочные продукты и доступности альтернативных кормов.

Предыдущие исследования, по-видимому, отсутствуют в термической конверсии смешанных и отдельных типов миндальных остатков, образующихся на перерабатывающих предприятиях.Согласно Chen et al. (2010), большинство исследований побочных продуктов миндаля было сосредоточено на экстракции и использовании антиоксидантов и производстве активированного угля, и лишь небольшая часть статей была посвящена термохимическому превращению остатков миндаля. Однако недавний анализ жизненного цикла миндальных садов показывает, что побочные продукты, используемые для производства электроэнергии, могут снизить чистое энергопотребление миндаля на 17% и выбросов эквивалента CO ₂ на 43% (Kendall et al., 2015) . Настоящее исследование направлено на изучение более эффективного использования остатков миндаля с целью производства энергии и повышения устойчивости.

Газификация — это термохимический процесс, в котором твердое сырье биомассы преобразуется в горючую газовую смесь, которую можно использовать либо непосредственно для производства тепла и электроэнергии, либо в качестве химического сырья (синтез-газа) для различных видов топлива и химического синтеза. Выход и качество газа имеют первостепенное значение при оценке ценности газификации сырья. Они могут варьироваться в зависимости от типа и содержания влаги в сырье, типа газификатора и условий газификации. Газификация остатков миндаля была предметом нескольких исследований (Font et al., 1988, 1994; Кабальеро и др., 1996; Рапанья и Латиф, 1997; Гонсалес и др., 2006; Тонг и др., 2007; Тиммер, 2008; Актас и др., 2015). Эти исследования касались различных типов и характеристик сырья, содержания влаги, размеров частиц, метода газификации, среды газификации и условий газификации, что усложняло сравнение между ними.

González et al. (2006) исследовали влияние воздушного потока (50–400 см ³ мин ^–1 , коэффициент эквивалентности (ER) 0.06–0,48) и температуре реактора (650–800 ° C) для производства синтез-газа в результате газификации скорлупы миндаля, шелухи и обрезки деревьев для выработки электроэнергии с использованием лабораторного газогенератора с неподвижным слоем (10 г сырья на испытание). В заданном наборе испытанных условий максимальная теплотворная способность газообразного продукта наблюдалась при скорости воздушного потока 200 см ³ мин ^-1 , ER = 0,24 и температуре реактора 800 ° C. В этих условиях эксплуатации средние мольные доли компонентов топлива составляли 2.9% O ₂ , 52,2% N ₂ , 13,3% H ₂ , 14,3% CO, 11,3% CO ₂ , 4,8% CH ₄ и 1,2% C ₂ H ₂ , C ₂ H ₄ и C ₂ H ₆ . Более высокая теплотворная способность (HHV) получаемого газа при этих условиях составляла 5,8, 6,5 и 6,4 МДж · м ^-3 для скорлупы миндаля, скорлупы и обрезков деревьев, соответственно. Как правило, кислород не должен присутствовать в газообразном продукте газификации, и, возможно, его присутствие указывает на проблему с процессом или измерением.

Rapagnà и Latif (1997) выполнили паровую газификацию измельченной скорлупы миндаля, используя лабораторный реактор с псевдоожиженным слоем, чтобы оценить влияние размера частиц (287 мкм — 1,09 мм) и рабочей температуры (от 600 до 800 ° C) на выход и состав продуктового газа. Результаты показали, что для меньших размеров частиц различия в выходе продукта и составе газа практически исчезли при более высоких температурах испытаний. Для сравнения, для частиц диаметром более 1 мм выход газа увеличивался во всем диапазоне температур, не достигая уровня, достигаемого более мелкими системами частиц.Максимальный выход газа составил 1,5 м3 ³ кг ^-1 с составом 49% H ₂ , 27% CO, 18% CO ₂ и 7% CH ₄ .

При газификации в псевдоожиженном слое конверсия сырья осуществляется в реакторах с псевдоожиженным слоем, как правило, с силикатным песком в качестве материала слоя и частиц золы или полукокса, полученных из сырья биомассы. Неорганические щелочные компоненты золы, в основном калий, могут быть проблематичными, поскольку они могут образовывать низкотемпературные щелочные соединения, которые могут реагировать с материалом слоя с образованием силикатов щелочных металлов.Продукты низкотемпературной щелочной реакции могут затем покрывать песчаные частицы материала слоя и связывать частицы друг с другом. Образование агломератов расширяет гранулометрический состав материала слоя, что может привести к сегрегации внутри слоя, неравномерному распределению температуры и, в конечном итоге, к частичному или полному обезжириванию слоя реактора (Visser et al., 2008; Montes et al. ., 2016).

Примеры тенденций к агломерации с использованием материалов слоя доломита, магнезита и кремнезема в газификаторе с псевдоожиженным слоем под давлением с использованием сосновых окатышей и березовой щепы в качестве сырья приведены в Zhou et al.(2016). При температуре слоя около 870 ° C кварцевый песок имел наиболее сильную агломерацию, магнезит демонстрировал высокую агломерацию, а доломит не демонстрировал наблюдаемой агломерации. Было показано, что частицы слоя магнезита склеены частицами золы. Что касается доломита, авторы пришли к выводу, что уменьшение агломерации связано не с образованием щелочных соединений, а с реакцией между доломитом и кремнеземом (Zhou et al., 2016).

Целью этого исследования было изучить потенциальное влияние газификации воздуха и пара на состав газа и агломерацию псевдоожиженного слоя с использованием композита миндальной скорлупы и корпуса, полученных из разных мест в Калифорнии (Aktas et al., 2015).

Материалы и методы

Эксперименты по газификации были выполнены на сырье миндального остатка из округов Бьют (S2), Станислаус (S4), Фресно (S5) и Керн (S7), которые обсуждались Актасом и др. (2015).

Результаты ближайшего, окончательного и калориметрического анализов этого сырья, а также результаты окончательного анализа проб золы показаны в таблице 1. См. Aktas et al. (2015) для подробного обсуждения состава сырья.

Таблица 1 .Предварительный, окончательный и калориметрический анализы образцов остатков миндаля (Aktas et al., 2015).

Экспериментальная установка

Основные компоненты лабораторного реактора газификатора биомассы UC Davis и системы очистки состоят из газификатора с атмосферным псевдоожиженным слоем, циклона, керамических фильтров и мокрого скруббера с уплотненным слоем (рис. 1). Газификатор с псевдоожиженным слоем представляет собой реактор, который смешивает материал твердого слоя, биомассу и окислитель при высокой температуре с получением газообразных продуктов, конденсируемых веществ, золы и полукокса.Циклон и фильтры были спроектированы для удаления твердых частиц из газового потока продукта, а мокрый скруббер с уплотненным слоем использовался для снижения концентрации смолы в газообразном продукте. После отбора проб газообразный продукт выпускали через термоокислитель (не показан), где он сжигался для безопасного сброса в атмосферу.

Рисунок 1 . Схематическое изображение лабораторного реактора с расположением термопар для R1, R2, R3, зоны разъединения и выхода из реактора.

Реактор-газификатор был разработан в UC Davis как барботажный псевдоожиженный слой с давлением, близким к атмосферному, с внешними электрическими нагревателями для вертикального зонального нагрева по длине реактора.Во время работы горячий воздух и / или пар вводили через распределительную систему с колпачком в основании реактора для псевдоожижения слоя. Перед нагнетанием в воздушную коробку воздух предварительно нагревали до 350 ° C. Газификатор с псевдоожиженным слоем был предварительно нагрет до 750 ° C для испытаний на воздухе и до 950 ° C для испытаний на пару. Циклонные и фильтровальные системы предварительно нагревали до 400 ° C. В качестве материала слоя использовался гранулированный алюмосиликатный керамический (муллитовый) песок (Investocast 60, North American Refractories Company (NARCO), Плезантон, Калифорния; продукт больше не доступен).

Диаметр первичного реактора составляет 96 мм, расширяясь до диаметра 197 мм в зоне разъединения. Общая высота 3 м. Реактор нагревали с помощью трех окружных внешних электронагревателей мощностью 4,6 кВт, температура которых регулируется индивидуально. Отверстия для доступа к температуре и давлению были расположены вертикально вдоль газификатора с отверстиями для доступа в верхней части газификатора. Это позволяло вставлять термопары, отводы давления, пробоотборники газа и другое оборудование для отбора проб на любой глубине.

Циклон использовался как предварительный очиститель для удаления крупных частиц. Циклон имел диаметр среза около 20 мкм в рабочих условиях. Циклон имеет следующие размеры: входной диаметр 2,5 дюйма, выходной диаметр 2,0 дюйма и общая высота 20 дюймов. Для отделения мелких частиц от газового потока использовалась фильтрующая установка, состоящая из четырех фильтрующих элементов (Glosfume Ltd., пористость 5 микрон, длина 1000 мм) с системой обратных импульсов для удаления осадка на фильтре. Температура циклона, корпуса фильтра и соединительных труб поддерживалась на уровне 400 ° C с помощью внешней тепловой ленты, пропорционально-интегрально-производного (PID) регулятора и изоляции.

Процедура запуска состояла из предварительного нагрева реактора и циклона до заданной температуры перед запуском питателя биомассы. Данные анализировались от 10 мин после запуска питателя биомассы до отключения питателя.

Методология

Входными потоками в систему газификации были: среда псевдоожижения (т.е. воздух или пар), миндальное сырье и газообразный азот для пневматического питателя, обратный импульс циклона и продувка скруббера. Для воздушных испытаний скорость подачи биомассы и воздуха были установлены на коэффициент эквивалентности 4.0. ER определяется как отношение фактического отношения топлива к воздуху к стехиометрическому соотношению топлива к воздуху. Скорость потока пара для испытаний псевдоожижения паром была установлена ​​на 4,4 кг / ч, чтобы поддерживать аналогичную приведенную скорость по сравнению с испытаниями псевдоожижения воздухом. Скорости подачи биомассы для испытаний парового псевдоожижения были установлены на уровне отношения пара к биомассе 1,0. Сырье биомассы дозировали (размер частиц 2 мм, 90 г мин. ^-1 , эквивалентное отношение 4,0) и вводили с использованием продуванного азотом пневматического питателя непосредственно над распределительной пластиной.

Выходными потоками из газогенератора были: твердые частицы псевдоожиженного слоя, твердые частицы улавливателя циклонов, твердые частицы улавливания фильтров, конденсат воздушной камеры, накопление жидкости в скруббере и синтез-газ. В каждом эксперименте, после охлаждения оборудования для газификации, твердые и жидкие выходящие потоки собирались и взвешивались для анализа. Предварительный анализ и калориметрия были выполнены на твердых продуктах. Петрографические и композиционные анализы были выполнены на неиспользованном и отработанном материале слоя, а также на агломерированных образцах из слоя, которые были извлечены из слоя путем опускания воздушной камеры и осторожного удаления твердых частиц слоя после охлаждения реактора после каждого эксперимента.

Приблизительный анализ

Приблизительный анализ материала слоя, уловителя циклона и уловителя на фильтре был выполнен в соответствии с ASTM D1762-84. Зола определялась как остаток после нагревания до постоянного веса при 750 ° C. Собранные твердые частицы из циклона и уловителя фильтра среди других компонентов содержат углерод и золу. Содержание углерода было оценено как беззольная фракция, хотя известно, что это завышает концентрацию (Актас и др., 2015). Общая масса углерода, покидающего реактор, оценивалась как сумма массы углерода в виде крупных твердых частиц, захваченных в уловителе циклона, углерода в форме мелких твердых частиц, улавливаемых фильтрами, углерода в полученном газе. , а углерод в гудроне.Содержание углерода в слое определяли путем осушения слоя и озоления подвыборки остаточного материала слоя. Эта информация использовалась для оценки углеродного баланса.

Термогравиметрический анализ

Термогравиметрический анализ сырья для скорлупы миндаля [образец S3 Aktas et al. (2015)] выполняли с использованием анализатора PerkinElmer Diamond TG / DTA (PerkinElmer, Waltham, MA). Эксперименты проводились в открытом контейнере из оксида алюминия с использованием скорости нарастания 10 ° C мин. ^-1 в газе-носителе аргоне до 750 ° C, после чего газ-носитель переводили в воздух для окисления остаточного образца.

Анализ газов

Состав газа анализировали с помощью онлайн-масс-спектрометра (Ametek, Proline Process Mass Spectrometer, Newark, DE). Образцы газов сначала охлаждали до температуры ниже 5 ° C и фильтровали с использованием стекловолоконных и бумажных фильтров (Whatman, сорт 1) для удаления конденсата, а затем повторно нагревали до 25 ° C перед анализом. Прибор для газового анализа был откалиброван с использованием следующих бинарных смесей: CO-Ar, CH ₄ -Ar и CO ₂ -Ar, а также предварительно смешанного калибровочного газа аналитической степени чистоты (H ₂ , CO, CO _{). 2} , N ₂ , CH ₄ ).Кислород измерялся с помощью термопарамагнитного датчика кислорода XMO2 XMO2 компании Panametrics (теперь GE, Бостон, Массачусетс), который был откалиброван перед каждым запуском и постоянно измерял ноль O ₂ во время всех описанных испытаний газификации.

Калориметрия

Калориметр с кислородной бомбой (IKA C 5001) использовался для измерения более высокой теплотворной способности при постоянном объеме (HHV) выходных потоков газификации. Для каждого испытания 1,0 г образца загружали в тигель, между образцом и запальной проволокой закрепляли ватную полоску, а устройство для образцов герметизировали внутри контейнера бомбы вместе с 1 мл воды для насыщения внутренней атмосферы.Испытания проводились в изопериболическом режиме при 25 ° C в соответствии с ASTM D5865-11. Промывки бомб титровали Na ₂ CO ₃ и индикатором метилового красного, и вносили поправки. Калибровку прибора проводили по бензойной кислоте (26,454 ± 0,250 МДж / кг).

Сканирующий электронный микроскоп

Электронный микроскоп CAMECA SX-100 был использован для детального петрографического и композиционного анализа. Изделие экспериментальной кровати было смонтировано в эпоксидной смоле, разрезано и поверхность отполирована для проведения микроскопического исследования.Изображения в отраженных электронах (BSE) были получены при напряжении 15 кВ и токе пучка 10 нА.

Результаты и обсуждение

Температурные профили

Полученные профили температуры были согласованы между испытаниями. Температурные профили одного из опытов газификации воздуха типичны для циклов газификации воздуха (рис. 4). Температура газа в нижней и средней зонах реактора точно соответствует заданной температуре нагревателя. Верхний главный реактор показывает запаздывание на 20-40 ° C ниже уставок нагревателя, что указывает на то, что высота расширенного слоя ниже этого уровня.Для большинства циклов требовался один или два обратных импульса на фильтрах, чтобы поддерживать падение давления в желаемом диапазоне и избегать засорения фильтров. Все опыты показывают некоторую нестабильность температуры биомассы на входе во времени. Считается, что это вызвано загрузкой реактора из-за агломерации и накопления полукокса в слое.

На рис. 5 показан образец температурно-временного профиля при паровой газификации. Из-за присутствия пара температура газа в основном реакторе никогда не достигает заданной температуры стенки 950 ° C.Это может быть связано с эндотермичностью условий газификации, особенно с реакцией конверсии водяного газа. В отличие от запусков газификации воздуха, которые имели более высокие температуры в основании реактора из-за уровня происходящего окисления, опыты с паром четко показывают более низкую температуру газа в основании реактора.

Сырье

Очень высокое содержание K в сырье предполагает потенциальные трудности с газификацией без предварительной обработки сырья (например,g., выщелачивание) из-за загрязнения и коррозии реактора и поверхностей теплообмена, а также агломерации сред в псевдоожиженном слое. Газ с высоким содержанием калия может привести к коррозии песка силикатного слоя, частичному плавлению или реакциям и агломерации в псевдоожиженном слое. Относительно низкое содержание Cl (<0,05 мас.%) Для S2, S4 и S5 может привести к аэрозольным реакциям и отложению гидроксида и карбоната калия на стенках котла и теплообменниках, а не к образованию соли KCl.

Типичный профиль разложения показан на рисунке 2 с основным разложением при ~ 200–450 ° C, содержанием полукокса (или связанного углерода) 20% и конечным содержанием окисленной золы 4,4%. Как правило, более высокая концентрация мелких частиц в композитных образцах, вероятно, будет иметь отрицательное влияние на качество сырья из-за низкого содержания органических веществ и высокого содержания почвы. Более высокое содержание золы увеличивает вероятность образования шлаков и отложений. Высокое содержание хлора и калия также является показателем потенциального шлакообразования.Анализ плавкости показывает, что плавление золы происходило при 900 ° C для всех четырех источников и началось при 800 ° C для S4 и S7 (Aktas et al., 2015). Это говорит о том, что для контроля агломерации и отложения золы необходим тщательный контроль температуры реактора.

Рисунок 2 . Термогравиметрический анализ сырья для скорлупы миндаля [образец S3 Aktas et al. (2015)]. Эксперимент проводят в открытом контейнере из оксида алюминия с использованием основной скорости нарастания 10 ^° ° C мин. ^-1 и газа-носителя аргона до 750 ^° ° C, а затем воздуха.

Состав продукта газа

Таблица 2 показывает составы синтез-газа во время экспериментов по газификации паром и воздухом. Небольшие статистические различия между типами образцов S2, S4, S5 и S7, вероятно, связаны с небольшими различиями в рабочих условиях и составе сырья. Экспериментальные данные были подвергнуты дисперсионному анализу для уровня значимости 5% ( P = 0,05) с использованием теста множественных сравнений Тьюки для оценки статистических различий. Значения с одной и той же буквой среди видов газа существенно не различаются.Для исходного сырья S2, S4, S5 и S7, использованного во время экспериментов по газификации, средняя концентрация водорода (H ₂ ) варьировалась от 14,3 до 17,2% с использованием воздуха и от 36,2 до 39,6% с использованием пара, средняя концентрация метана (CH ₄ ). варьировалась от 3,0 до 3,6% при использовании воздуха и от 5,4 до 6,7% при использовании пара, средняя концентрация азота (N ₂ ) варьировалась от 43,0 до 49,2% при использовании воздуха и от 17,4 до 20,3% при использовании пара, окись углерода (CO) варьировалась от 16,4 до 19,0% с использованием воздуха и от 18,6 до 21,1% с использованием пара и диоксида углерода (CO ₂ ) варьировались от 16.От 7 до 17,4% при использовании воздуха и от 15,9 до 18,1% при использовании пара.

Таблица 2 . Состав синтез-газа проанализирован с помощью онлайн-масс-спектрометрии (OL-MS) для экспериментов по газификации четырьмя миндальными отходами воздухом и паром.

Для сравнения, псевдоожижающая среда оказывала более значительное влияние на состав газа, чем сырье. Например, сравнивая средние значения без азота по всему сырью, H ₂ увеличивается с 29,8% для газификации воздуха до 47,0% для пара, CH ₄ увеличивается с 6.С 3% для воздуха до 7,5% для пара, CO уменьшается с 32,2% для воздуха до 24,5% для пара, а CO ₂ уменьшается с 31,7% для воздуха до 21,0% для паровой газификации. Обратите внимание, что эксперименты по паровой газификации все еще имеют значительную концентрацию азота, в основном из-за пневматического питателя азота (0,02 м ³ / мин) и небольших продувочных потоков, однако в более крупномасштабной системе газификации продувочный газ будет иметь меньший эффект.

В исследовании Gil et al. (1999) сравнили воздушную и паровую газификацию сырья из древесины сосны, и в результате был получен состав газа, аналогичный представленному в настоящем исследовании: 8–10% H ₂ , 2–6% CH ₄ , 42–62% N ₂ , 16–18% CO и 9–19% CO ₂ для газификации воздуха, 53–54% H ₂ , 7–12% CH ₄ , следовые количества N ₂ , 21–22 % CO и 13–17% CO ₂ .

Приблизительный анализ угля и золы

В таблице 3 приведены приблизительные результаты анализа материалов из слоя, циклона и фильтра в зависимости от используемого псевдоожижающего газа (воздух или пар). Как для воздушной, так и для паровой газификации содержание влаги в уловителях циклона и фильтра составляло ~ 3-4%, а содержание материала слоя составляло 1-2%, что, вероятно, увеличилось в условиях хранения, так как циклон и корпус фильтра поддерживались на уровне 400 ° C во время экспериментов. Содержание летучих веществ в уловителе циклона, фильтрующем элементе и материале слоя для газификации воздуха было несколько выше, чем для паровой газификации.Зольность уловителя циклона и уловителя фильтра сильно колеблется, о чем свидетельствуют стандартные отклонения, которые, вероятно, были вызваны пробами, содержащими различные пропорции плотного малозольного материала слоя. Материал слоя имел самое высокое содержание золы из трех побочных продуктов как при паровой, так и при воздушной газификации, около 85%. Связанный углерод рассчитывали по разнице. Существенных различий между исходным сырьем (S2, S4, S5 и S7) не наблюдалось.

Таблица 3 . Приблизительный анализ [влажности (M), летучих веществ (VM), золы (A) и связанного углерода (FC)] уловителя циклона, уловителя фильтра и материала слоя для газификации воздуха (слева) и паровой газификации (справа) эксперименты.

Калориметрия

Таблица 4 показывает более высокую теплотворную способность (HHV, МДж кг ^-1 ) фильтра и уловителя циклона. Высокая зольность материала отработанного слоя препятствовала возгоранию в калориметре, и для этих образцов не были получены значения. Для газификации воздуха образцы циклона и фильтра имели одинаковую ВТС. Для паровой газификации образец уловителя на фильтре имел более высокую теплотворную способность, чем уловитель циклона, что, вероятно, было связано с более высокой загрузкой мелкого угля в фильтре и более высоким содержанием мелких частиц, собранных в циклоне.

Таблица 4 . Более высокая теплотворная способность при постоянном объеме (HHV) циклонных материалов (ACC) и фильтров-уловителей (AFC) в МДж кг ^-1 (стандартные отклонения от повторяющихся прогонов указаны в скобках).

Весы массы

Весь материал, входящий или выходящий из реакторной системы, был измерен для завершения баланса массы. Входные данные системы включают: сырье для побочных продуктов миндаля и влажность сырья, псевдоожижающий агент, материал слоя и продувку азотом (N ₂ дюймов).Выходы системы включают неиспользованное сырье, рекуперированный слой, конденсат аэродинамической трубы, уловитель циклонов, уловитель фильтра, конденсат сухого газового счетчика (DGM), коэффициент усиления скруббера и выход газа. Масса выходящего газа оценивалась по азотному балансу с использованием измерений потоков азота, псевдоожижения воздуха (для газификации воздуха) и измерения состава газа на выходе. Следующее уравнение учитывает основные источники массы в системе и вне ее:

В таблицах 5, 6 приведены результаты каждого баланса для всех испытаний.Входы с наибольшей массой — это сырье и среда для псевдоожижения (пар или воздух), а выходом с наибольшей массой — синтез-газ. Самая большая неопределенность — это расчет массы синтез-газа, который вычисляется по азотному балансу: сумма потоков азота для псевдоожижения (для газификации воздуха), пневматического питателя и продувочных потоков в качестве входных данных в систему, а также состава азота в синтез-газе, измеренного с помощью масс-спектрометрии. как выход системы. За редким исключением остатки закрываются в пределах ~ 10%.

Таблица 5 . Остатки массы (кг) для газификации воздуха.

Таблица 6 . Остатки массы (кг) для паровой газификации.

Эффективность холодного газа рассчитывалась по следующей формуле (Adnan et al., 2017):

где, η _CG — КПД холодного газа (%), HHV _syngas — более высокая теплотворная способность синтез-газа (МДж кг ⁻¹ , в пересчете на сухое вещество), ṁ _syngas — массовый расход синтез-газа (кг · ч ⁻¹ ), топливо HHV — более высокая теплотворная способность топлива из биомассы (МДж кг ⁻¹ , сухая масса), ṁ _{топливо} — массовый расход топлива (кг · ч ⁻¹ ), H _{ощутимый} — энергия для нагрева воздуха или пара (МДж ч ^-1 ), а ṁ _{жидкость} — массовый расход воздуха или пара (кг ч ^-1 ).Таблицы 5, 6 показывают эффективность холодного газа для экспериментов по газификации воздуха и пара. Эффективность холодного газа составляла от 36 до 70% и от 48 до 89% для экспериментов по газификации воздуха и пара соответственно. Эти показатели эффективности не полностью отражают то, чего может достичь оборудование коммерческого масштаба, поскольку они включают внешние источники энергии, которые в значительной степени отсутствовали бы или иным образом использовались бы в коммерческом применении. Они также отражают погрешности в определениях, в основном потоков продуктового газа, которые зависят от баланса элементов в реакторе и его компонентах ниже по потоку.Однако они полезны здесь для отражения внутренних различий в качестве газа между двумя псевдоожижающими средами.

Агломерация

Материал слоя состоит из песчинок (0,1–2 мм) неправильной и угловатой формы, состоящих в основном из муллита с небольшими количествами кристобалита (Investocast # 60). Агломерация по-разному наблюдалась в материале слоя и вдоль стенок (см. Рисунок 3). Для экспериментов по газификации воздуха разница температур между двумя точками отбора проб была небольшой (~ 30 ° C), а температура на выходе была ниже температуры на входе (Рисунок 4).Для паровой газификации разница температур была значительно выше, составляя ~ 100 ° C, а температура на выходе была выше, чем на входе, в отличие от газификации воздуха (Рисунок 5). Обычно газификация воздуха приводит к агломерации в материале слоя, тогда как газификация паром приводит к отложению на стенках газогенератора (таблица 7).

Рисунок 3 . Агломерации миндальной биомассы. Псевдоожижение воздухом обычно приводило к агломерации материала слоя (слева) , тогда как псевдоожижение паром обычно приводило к отложению на стенках газификатора (справа) .

Рисунок 4 . Пример температурно-временного профиля газификации воздуха. Расположение термопар R1, R2, R3, зоны разъединения и выхода из реактора показано на рисунке 1.

Рисунок 5 . Образец температурно-временного профиля от паровой газификации. Расположение термопар R1, R2, R3, зоны разъединения и выхода из реактора показано на рисунке 1.

Таблица 7 . Наблюдение за агломерацией слоя и отложениями на стенках для экспериментов с воздухом и паром четырех миндальных сырьевых материалов.

Типичный пример агломерированного кластера зерен муллита показан на рисунке 6 в виде изображения, полученного при микроскопе в проходящем свете, и аналогичный кластер на рисунке 7 в виде карты средней атомной плотности с обратным рассеянием. Частицы слоя были повсеместно изменены по краям и трещинам на глубину около 50 микрон для типичного 60–100-минутного эксперимента. Зона гидротермальных изменений состоит из смеси муллита (3Al ₂ O ₃ ,2SiO ₂ ) и того, что приближается к кальсилиту (K ₂ O.Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ), где последний является продуктом реакции между муллитом и дымовым газом, богатым калием, а оставшийся муллит является непрореагировавшим. Таким образом, преобладающая агломерация, сконцентрированная в основании печи, является результатом связывания кальсилита, которое, хотя и легко наблюдается в печи, очень трудно сохранить в оправе и, таким образом, проанализировать изображение с помощью SEM из-за очень хрупкого соединения, которое легко разрушается. погрузкой и монтажом.

Рисунок 6 .Изображение, полученное в проходящем свете под микроскопом, кластера зерен муллита, соединенных прозрачным клеем, состоящим в основном из калия и кремнезема. Образец взят из эксперимента по газификации воздуха, собранный у основания реактора после 8 часов работы. Длина изображения 1000 мкм.

Рисунок 7 . Изображение в отраженных электронах (карта средней атомной плотности) корродированных и агломерированных частиц слоя муллита (газификация воздуха при <750 ^o C). Шкала 100 мкм.Интенсивность изображения в основном определяется концентрацией калия и алюминия. 3A2S, муллит; КА2С, кальсилит; и K2S, дисиликат калия; где A, S, K обозначают соответствующие оксиды Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , K ₂ O. Переменный оттенок K2S отражает переменные незначительные содержания Al и Ca.

Примеры композиционных материалов с дополнительным, а затем сформированным связыванием дисиликата калия (K ₂ O.2SiO ₂ ) возникают как в экспериментах по газификации воздухом, так и в паре в результате повышения температуры, достигающей 1000 ° C, и продолжительности.Есть признаки наличия пузырьков и изгибов адгезива (Рисунок 6), предполагающие контроль поверхностного натяжения, и что адгезив мог выпасть в осадок в виде расплава, хотя при осмотре он присутствовал в виде стекла. На рис. 7 показано несколько зон связи между зернами муллита. Основными элементами, присутствующими в клее, являются калий и кремний, обычно не содержащие алюминия, который присутствует в большом количестве в муллите и зонах гидротермальных изменений. Таким образом, материал, который связывает зерна вместе, в основном представляет собой K-силикатное соединение, напоминающее дисиликат калия.Это дисиликатное соединение нелегко разрушить, и оно остается неповрежденным в эпоксидных креплениях. Более крупные зерна K-силиката, которые обычно не участвуют в агломерации, встречаются как поздно образующиеся компоненты (Рисунок 7), содержащие некоторое количество Al и незначительные количества Ca.

Частицы золы и полукокса присутствуют в слое, но не наблюдается их взаимодействия с частицами слоя и участия в связывании и агломерации.

Муллит и кальсилит являются сильно тугоплавкими фазами, которые плавятся только при очень высоких температурах, превышающих ~ 1700 ° C (Schairer and Bowen, 1955).Эффект увеличения содержания калия в конечном итоге резко снижает температуру плавления смешанных компонентов до солидуса 923 ° C для сосуществующих кальсилита и дисиликата калия. Эта температура все еще намного выше измеренных максимальных температур реактора для экспериментов по газификации воздуха и пара (<750 ° C), что позволяет предположить, что реакции дымового газа и слоя протекали в субсолидусных условиях без плавления. Это контрастирует с наблюдениями, согласно которым плавление могло происходить во время агломерации с участием К-дисиликатного адгезива, что предполагает локальные повышенные температуры, достигающие диапазона плавления.

Элементарная подвижность калия первоначально проявлялась при температурах ниже 750 ° C, уносимая с дымовыми газами и вызывающая сильную коррозию зерен муллита. При локальном повышении температуры в диапазоне 900–1000 ° C наблюдается дополнительная подвижность кремнезема, глинозема и кальция, что приводит к осаждению смешанных расплавов, состоящих в основном из калия и кремнезема с небольшими количествами глинозема и кальция. Источниками элементов являются как миндальное топливо, так и материал слоя, переносимый на поздних стадиях в основном в виде аэрозольных частиц расплава.

Выводы

Эксперименты по газификации проводились с четырьмя образцами побочного продукта миндаля из четырех различных географических точек Калифорнии (S2, S4, S5 и S7) с использованием двух газифицирующих агентов — воздуха и пара. При паровой газификации температура газа в главном реакторе никогда не достигала заданной температуры стенки и была ниже в основании реактора. Напротив, опыты газификации воздуха имели более высокие температуры в основании реактора. Агломерация материала слоя происходила в реакторе во время большинства прогонов газификации воздуха, тогда как агломерация происходила только во время двух прогонов с паром.

Приблизительный анализ показал, что как для паровых, так и для воздушных прогонов, материал удерживаемого слоя имел более высокое содержание золы и более низкие концентрации летучих веществ и фиксированного углерода по сравнению с уловителями циклона и фильтра. Для паровых циклов уловитель циклона имел более высокую концентрацию золы, чем уловитель фильтра, с более высоким содержанием связанного углерода в уловителе фильтра. Отфильтрованные твердые вещества, вероятно, содержат более высокую концентрацию конденсированных органических веществ (смол) на частицах с более высоким содержанием летучих веществ.

Калориметрический анализ уловленных материалов показал, что образцы из паровых прогонов постоянно имели более высокую ВНВ, чем образцы из воздушных прогонов, из-за частичного окисления на воздухе.Более того, теплотворная способность уловителя фильтра обычно была выше, чем у циклона, что опять же, вероятно, является результатом большей доли конденсированной органики.

Для прогонов с воздухом изменение типа сырья (S2, S4, S5, S7) привело к небольшим различиям между средними значениями для большинства видов газа из-за небольших различий в рабочих условиях и составах сырья. Однако эти различия между средними значениями не были статистически значимыми. Типичные концентрации газа, образующиеся при воздушной газификации биомассы миндаля, составляли 14.0–17,6% водорода, 3,0–3,6% метана, 42,7–50,2% азота, 15,8–19,4% оксида углерода и 16,4–17,4% диоксида углерода.

Для паровых прогонов типичные концентрации газа составляли 35,4–40,3% водорода, 5,3–6,9% метана, 16,8–21,1% азота, 18,4–21,4% оксида углерода и 15,7–18,3% диоксида углерода. Паровая газификация привела к увеличению концентрации водорода почти в два раза. Отсутствие разбавления азота во время паровой газификации также приводит к очевидному увеличению теплотворной способности получаемого газа.

Высокий уровень калия в скорлупе миндаля привел к агломерации материала слоя из-за реакции калия в газовой фазе с твердофазным кремнеземом, особенно при более высокой температуре. Возможные решения включают смешивание другого исходного сырья с низким содержанием калия для снижения концентрации калия в дымовом газе, выполнение предварительной обработки миндальной скорлупы выщелачиванием для удаления калия до того, как сырье попадет в реактор, или использование альтернативной среды слоя, которая менее склонна к реакциям щелочных металлов.В отношении этого сырья необходимо будет провести дальнейшие исследования в этой области.

Доступность данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в рукопись и / или дополнительные файлы.

Авторские взносы

ZM и BJ придумали представленную идею. ZM, ML, MO, LW и TA проводили лабораторные эксперименты. Компания PT выполнила микроскопию и анализ. LT, B-SC и WO проверили аналитические методы. Би Джей руководил результатами этой работы.Все авторы обсудили результаты и внесли свой вклад в окончательную рукопись.

Финансирование

Эта работа была поддержана Калифорнийской энергетической комиссией [PIR-07-002 и PIR-11-008]. Мы также признательны за щедрую поддержку Миндальному совету Калифорнии, Калифорнийской ассоциации лущилок и переработчиков миндаля и сельскохозяйственной экспериментальной станции USDA-NIFA / UC.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотим поблагодарить Роба Уильямса за его помощь и вклад в лабораторию биомассы в Калифорнийском университете в Дэвисе. Мы также хотим поблагодарить лабораторию электронных микрозондов Департамента наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Дэвисе за результаты SEM / EMP.

Сноски

Список литературы

Аднан, М.А., Сусанто, Х., Биноус, Х., Мураза, О., и Хоссейн, М.М. (2017). Составы корма и потенциал газификации нескольких биомасс, включая микроводоросли: подход термодинамического моделирования. Внутр. J. Hydrog. Энергия , 42, 17009–17019. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2017.05.187

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Актас, Т., Тай, П., Уильямс, Р. Б., Маккаффри, З., Хатами, Р., и Дженкинс, Б. М. (2015). Характеристика остатков переработки миндаля из Центральной долины Калифорнии для термической конверсии. Топливный процесс. Технол . 140, 132–147. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2015.08.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ассоциация шелушителей и переработчиков миндаля (AHPA) (2014). Открытое письмо в Калрецикл от президента Ковеллы .

Кабальеро, Дж. А., Фонт, Р., и Марсилла, А. (1996). Сравнительное исследование пиролиза скорлупы миндаля и их фракций, холоцеллюлозы и лигнина. Выходы продуктов и кинетика. Thermochim. Acta 276, 57–77. DOI: 10.1016 / 0040-6031 (95) 02794-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, П., Ченг, Ю., Дэн, С., Лин, X., Хуанг, Г., и Руан, Р. (2010). Утилизация остатков миндаля. Внутр. J. Agric. Биол. Eng . 3, 1–18. DOI: 10.3965 / j.issn.1934-6344.2010.04.001-018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шрифт, Р., Марсилла, А., Девеса, Дж., И Верду, Э. (1988). Газообразные углеводороды от мгновенного пиролиза скорлупы миндаля. Ind. Eng. Chem. Res . 27, 1143–1149. DOI: 10.1021 / ie00079a009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шрифт Р., Марсилла А., Девеса Дж. И Верду Э. (1994). Производство газа пиролизом миндальной скорлупы при высокой температуре. J. Anal. Прил. Пиролиз 28, 13–27. DOI: 10.1016 / 0165-2370 (93) 00760-K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джил Дж., Корелла Дж., Аснар М. П. и Кабальеро М. А. (1999). Газификация биомассы в атмосферном и барботажном псевдоожиженном слое: влияние типа газифицирующего агента на распределение продукта. Биомасса Биоэнергетика 17, 389–403.

Google Scholar

Гонсалес, Х. Ф., Ганян, Х., Рамиро, А., Гонсалес-Гарсия, К. М., Encinar, J. M., Sabio, E., et al. (2006). Установка газификации миндальных остатков для выработки электроэнергии. Предварительное изучение. Топливный процесс. Technol. 87, 149–155. DOI: 10.1016 / j.fuproc.2005.08.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кендалл, А.М., Элиас, Б., Соня, З., и Вэйюань (2015). Оценка использования энергии и выбросов парниковых газов при производстве миндаля на основе жизненного цикла, Часть I: Аналитическая основа и исходные результаты. J. Ind. Ecol. 19, 1008–1018. DOI: 10.1111 / jiec.12332

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Монтес, А., Гиаси, Э., Тран, Х., Сюй, К. (2016). Исследование агломерации материалов слоя в нагретом барботажном псевдоожиженном слое (BFB) с использованием кварцевого песка в качестве материала слоя и KOH для моделирования расплавленной золы. Порошок Технол . 291, 178–185. DOI: 10.1016 / j.powtec.2015.12.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Rapagnà, S., and Latif, A. (1997). Паровая газификация скорлупы миндаля в реакторе с псевдоожиженным слоем: влияние температуры и размера частиц на выход и распределение продукта. Биомасса Биоэнергетика 12, 281–288. DOI: 10.1016 / S0961-9534 (96) 00079-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шайрер, Дж. Ф. и Боуэн, Н. Л. (1955). Система K ₂ O-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ . Am. J. Sci. 253, 681–746.

Google Scholar

Тиммер, К. Дж. (2008). Конверсия углерода при газификации биомассы в барботажном псевдоожиженном слое (доктор философских наук).Университет штата Айова, Эймс, штат Айова, США. п. 140.

Google Scholar

Тонг, А.С.Ф., Лай, К.С.К., Нг, К.Т.В., Цанг, Д.С.В., Лю, Т., Лю, Дж. И др. (2007). Производство возобновляемой энергии с помощью полномасштабной системы газификации биомассы с использованием сельскохозяйственных и лесных отходов. Прак. Период. Опасность. Токсичный радиоактивный. Управление отходами . 11, 177–183. DOI: 10.1061 / (ASCE) 1090-025X (2007) 11: 3 (177)

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Виссер, Х.Дж., Ван Лит, С. К., и Киль, Дж. Х. (2008). Взаимодействие зольного слоя биомассы с материалом, приводящее к агломерации в FBC. J. Energy Resour. Технол . 130: 011801. DOI: 10.1115 / 1.2824247

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу К., Розен К. и Энгвалл К. (2016). Кислород / паровая газификация биомассы в псевдоожиженном слое под давлением: агломерационное поведение. Заявл. Энергия 172, 230–250. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2016.03.106

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оценка потенциала газификации биомассы для производства электроэнергии в Бангладеш

Бангладеш — это страна, основанная на сельском хозяйстве, где более 65 процентов населения проживает в сельских районах и более 70 процентов общего потребления первичной энергии покрывается за счет биомассы, в основном сельскохозяйственных отходов и дерево.Только около 6% всего населения имеет доступ к природному газу, в основном в городских районах. Производство электроэнергии в Бангладеш в значительной степени зависит от ископаемого топлива, запасы которого в настоящее время находятся под угрозой, и теперь правительство сосредоточивает внимание на альтернативных источниках, чтобы использовать электроэнергию для удовлетворения постоянно растущего спроса. Чтобы уменьшить зависимость от ископаемого топлива, использование биомассы для производства электроэнергии может сыграть жизненно важную роль в этом отношении. В этой статье исследуется потенциал производства энергии в Бангладеш на основе биомассы с помощью технологии газификации — эффективного термохимического процесса для распределенного производства электроэнергии.Было подсчитано, что общая выработка электроэнергии из сельскохозяйственных остатков составляет около 1178 МВт. Среди них потенциал производства из рисовой шелухи и жмыха составляет 1010 МВт и 50 МВт соответственно. С другой стороны, солома пшеницы, стебли джута, остатки кукурузы, солома чечевицы и скорлупа кокосовых орехов также являются многообещающими ресурсами биомассы для выработки электроэнергии, которая составляет около 118 МВтэ. Лесные остатки и твердые бытовые отходы также могут вносить вклад в общую выработку электроэнергии 250 МВт и 100 МВт, соответственно.

1. Введение

1.1. Энергетический статус в Бангладеш

Бангладеш — одна из самых густонаселенных (1142,29 / км ² в 2010 г.) стран мира с площадью 147 570 км ² и населением около 150 миллионов [1]. Две трети всего населения страны проживает в сельской местности, удовлетворяя большую часть своих потребностей в энергии (бытовой, коммерческой и промышленной) за счет традиционных видов топлива из биомассы [1], и около 51% населения страны не имеет доступа к электроэнергии [2].Потребление энергии на душу населения в Бангладеш очень низкое, самое низкое на Индийском субконтиненте. Значение энергопотребления в 2010 году составляет около 209 кг н.э., что довольно мало по сравнению с 566 кг н.э. для Индии, 487 кг н.э. для Пакистана, 478 кг н.э. для Шри-Ланки и 341 кг н.э. для Непала и намного ниже среднемирового показателя 1680 кг н.э. [1]. Установленная мощность в Бангладеш увеличилась примерно на 3 415 МВт в период с 2009 по 2012 г. и сейчас составляет около 8 535 МВт [3]. По имеющимся данным, Бангладеш в настоящее время вырабатывает мощность 5000 МВт.Пиковая нагрузка составляет 6000 МВт каждый день и увеличивается в жаркие летние дни. Электроснабжение Бангладеш сильно зависит от природного газа. Более 67,21% электростанций работают на газе. На гидроэнергетику приходится лишь 2,58% от общего объема поставок электроэнергии. На электростанции, использующие HFO, приходится около 22,34% всей электроэнергии. Острая нехватка газа приводит к потере производства около 600 МВт [3]. Из-за нехватки ископаемого топлива правительство сосредоточило внимание на технологии возобновляемых источников энергии, в основном на солнечной энергии и биомассе.

В Бангладеш сельскохозяйственные остатки в значительной степени удовлетворяют потребности домашних хозяйств в энергии в сельских и пригородных районах. Это практикуется главным образом из-за того, что около 65 процентов нашей экономической деятельности основано на сельском хозяйстве. Неорошаемая экосистема Бангладеш производит огромное количество ресурсов биомассы, например, сельскохозяйственных остатков (растительные / древесные остатки, рисовая шелуха и джутовая палочка), отходы животноводства (коровий навоз и человеческие экскременты), древесина / листья деревьев, бытовые отходы, растительность, жом сахарного тростника, водяной гиацинт, помет птицы, мусор и т. д.Из-за отсутствия электроснабжения в сельской местности сельское население зависит в основном от биомассы как источника энергии. Только около 6% всего населения имеет доступ к природному газу, в основном в городских районах. Топливо из биомассы, такое как древесина, коровий навоз и сельскохозяйственные отходы, собирается в основном из местной окружающей среды и стало предметом торговли в качестве топлива для приготовления пищи. Большинство домохозяйств Бангладеш в сельских районах (99%), а также в городах (66%) используют биомассу, такую ​​как древесина, коровий навоз, джутовые палочки или другие сельскохозяйственные отходы, для приготовления пищи, а в таблице 1 представлены различные источники топлива для приготовления пищи в Бангладеш.В таблице 2 показаны различные источники освещения как для городских, так и для сельских районов страны [4].

1.2. Возобновляемые источники энергии в Бангладеш

Производство электроэнергии в Бангладеш в значительной степени зависит от природного газа, учитывая его очевидную огромную доступность.Максимальная доля вырабатываемой энергии приходится на природный газ, остальная часть приходится на жидкое топливо, уголь и гидроэнергетику. В настоящее время доля возобновляемых источников энергии составляет всего 0,5% [5]. Однако в последние годы стало очевидно, что реальный сценарий изменился и адекватные поставки природного газа оказались под угрозой из-за истощения существующих запасов газа и неразведки новых запасов газа. Неопределенность сдерживала развитие дальнейшей программы расширения производства электроэнергии на основе газа. Принимая во внимание эту ситуацию, правительство диверсифицировало топливный баланс, и в соответствии с планом расширения производства новой генерации значительная часть приходится на жидкое топливо и уголь.В этом случае описанный выше сценарий кардинально изменится. В изменившейся перспективе возобновляемые источники энергии будут иметь значительный вклад, учитывая сценарий глобального изменения климата и перспективы торговли углеродом. Совет по развитию энергетики Бангладеш (BPDB), Совет по электрификации сельских районов (REB), Агентство местного самоуправления, такое как Управление местного самоуправления (LGED), и значительное количество агентств частного сектора, включая НПО, участвуют в развитии возобновляемых источников энергии. Известные государственные университеты, например, Бангладешский инженерно-технологический университет (BUET), Технический и технологический университет Раджшахи (RUET), Технический и технологический университет Кхулна (KUET) и их дочерние институты, участвуют в исследованиях и разработках возобновляемых источников энергии. энергетические приложения.

Самая большая программа по возобновляемым источникам энергии в Бангладеш — это домашняя солнечная система (SHS). В Бангладеш проект SHS был реализован в рамках Infrastructure Development Company Limited (IDCOL) и на данный момент установлено 900 000 единиц, и этот объем продолжает расти благодаря комплексной программе, осуществляемой правительством через его финансовое учреждение IDCOL. Программа IDCOL считается успешной моделью для установки СВС в мире. На сегодняшний день национальная мощность возобновляемой энергии составляет примерно 50 МВтэ [5].Из них одна только солнечная домашняя система производит 45 МВтэ, ветровая энергия производит 2 МВтэ, а доля биомассы не превышает 1 МВтэ.

2. Ресурсы биомассы в Бангладеш

2.1. Сельскохозяйственные остатки

Общая площадь Бангладеш составляет около 147 570 км², из которых общая площадь сельскохозяйственных земель составляет около 90 500 км², что составляет 62,8% от общей площади. Общая пашня составляет 79700 км², что составляет 55,3% от общей площади. Приблизительно 52,54% земель страны используется для ведения сельского хозяйства, а 17% земель.50% для леса [10]. Пожнивные остатки представляют собой несъедобные части растений, которые остаются на поле после сбора урожая и / или остаются в качестве побочных продуктов после обработки сельскохозяйственных культур, например, экстракции или измельчения [11]. Эти остатки вносят значительный вклад в сектор биомассы Бангладеш и потенциально могут использоваться в качестве источника энергии для электрификации сельских районов. Будучи источником энергии, растительные остатки используются для ряда других целей, таких как корм и сырье для производства. Рисовая солома, рисовая шелуха, пшеничная солома, кокосовая шелуха и скорлупа, обработанное масличное дерево, бобы, овощные деревья, джут, жмых сахарного тростника и так далее являются основными сельскохозяйственными отходами.

В таблице 3 показано общее производство остатков в 2011 году в Бангладеш. При общем производстве сельскохозяйственных культур 59,2 миллиона тонн [12] и с учетом количества фракций различных типов сельскохозяйственных культур общий вклад потенциального остатка биомассы составляет около 41,66 миллиона тонн соломы и лузги. Количество пожнивных остатков было оценено путем применения остаточного коэффициента из нескольких исследований для различных сельскохозяйственных культур [13–19]. Солома обычно дает около 50% от общего производства сельскохозяйственных культур, тогда как рисовая шелуха дает 20% производства риса, а жмых производит 36% от общего производства сахарного тростника.

2.1.1. Характеристики сельскохозяйственных остатков

Энергетическая ценность или калорийность шелухи несколько варьируется в зависимости от сорта сельскохозяйственных культур, количества отрубей, смешанных с шелухой, и содержания влаги в шелухе (обычно от 8 до 10%). Согласно отчету, энергия в 3 кг лузги примерно равна энергии в 1 кг мазута или 1,5 кг угля [20]. Несколько более высокие показатели топлива были выявлены при испытаниях лузги малых заводов в развивающихся странах; включение некоторых отрубей с шелухой приводит к увеличению процентного содержания углерода и разбавлению золы в смеси.Высокое содержание золы и характеристики золы предъявляют несколько жестких требований к конструкции систем сжигания или газификации для использования рисовой шелухи. Более высокая теплотворная способность (HHV) указывает на энергосодержание данной биомассы. В таблице 4 представлен приблизительный и окончательный анализ некоторых выбранных сельскохозяйственных остатков.

2.2. Лесные остатки

По данным Бюро статистики Бангладеш и Департамента лесов, в общей сложности 2,52 миллиона гектаров, что составляет почти 17,4 процента суши, составляют леса, из которых 1,52 миллиона гектаров находятся под непосредственным контролем департамента. Homestead Trees поставляет значительное количество дров, которые в основном состоят из дров, веток и листьев. Деревья поставляются в виде пиломатериалов на лесопилки городских и пригородных территорий, а также на деревообрабатывающие предприятия. Данные о древесных остатках от различных видов бревен, то есть пиловочника и фанерного кряжа, фанеры и колотого бревна, балансовой древесины и ДСП, а также производства топливной древесины в 2011 году были собраны из Статистической базы данных FAOSTAT Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО). 2011 [20].В таблице 5 представлено количество лесных остатков, производимых в Бангладеш.

2.3. Твердые бытовые отходы

Твердые бытовые отходы (ТБО) — это неоднородный состав органических и неорганических отходов, быстро и медленно биоразлагаемых, свежих и разлагаемых, опасных и неопасных, образующихся в различных источниках в городских районах в результате деятельности человека [21]. Из-за быстрой урбанизации муниципальные образования образуют огромное количество твердых отходов. Это отрицательно сказывается на окружающей среде и здоровье населения. Отходы сельского населения генерируют всего 0,15 кг на душу населения в день, в то время как городское население производит 0.От 4 до 0,5 кг на душу населения в день в Бангладеш [22]. Уровень генерации очень близок в каждом крупном городе [23]. В целом, поколение на душу населения варьируется от дома к дому в зависимости от экономического статуса, пищевых привычек, возраста и пола членов домохозяйства, а также времени года. ТБО образуются из различных источников: от 75 до 85% из жилых домов, от 11 до 22% из коммерческих, от 1 до 1,5% из институциональных и от 0,5 до 1,25% из других источников. Состав ТБО в шести основных районах Бангладеш незначительно варьируется.В Таблице 6 представлено общее количество отходов за день с учетом численности населения шести основных районов Бангладеш. Быстро биоразлагаемая часть обычно очень высока по сравнению с другими порциями, в основном из-за использования свежих овощей и фруктов. Составы включают от 68 до 81% продуктов питания и овощей, от 7 до 11% бумаги и бумажных изделий, от 3 до 5% полиэтилена и пластмасс и от 9 до 16% других веществ [23].

Основные физические характеристики плотность, (2) гранулометрический состав компонентов и (3) влажность.Другими характеристиками, которые могут использоваться при принятии решения об обращении с твердыми отходами, являются (1) цвет, (2) пустоты, (3) форма компонентов, (4) оптические свойства, (5) магнитные свойства и (6) электрические свойства [ 24]. Предварительный анализ — это анализ отходов для определения влажности, летучих веществ, золы и связанного углерода. Отходы содержат большое количество летучих твердых веществ от 43 до 71%, зольный остаток от 29 до 57%, высокое содержание влаги от 56 до 70%, насыпную плотность от 550 до 1125 кг / м ³ , крупность от 2 до 200 мм, а pH от 7.С 7 по 8.7. Окончательный анализ — это процентное содержание углерода, водорода, кислорода, азота, серы и золы. Анализ показывает, что содержание углерода составляет от 43 до 50%, водорода — около 6%, кислорода — от 36 до 45%, азота — от 0,2 до 3,5%, а также незначительного количества серы [25–27].

3. Технология преобразования биомассы в энергию

Существует множество направлений биоэнергетики, которые можно использовать для преобразования исходного сырья биомассы в конечный энергетический продукт. Было разработано несколько конверсионных технологий, адаптированных к различной физической природе и химическому составу сырья, а также к требуемой энергии (тепло, энергия и транспортное топливо) [28].Поэтому в последние годы значительные усилия были направлены на поиск наилучших способов использования этих потенциально ценных источников энергии. Что касается методов извлечения энергии, их можно упорядочить по сложности процесса следующим образом: (1) прямое сжигание биомассы; (2) термохимическая обработка для улучшения биотоплива: процессы в этой категории включают пиролиз, газификацию и сжижение; (3) биологическая переработка: естественные процессы, такие как анаэробное сбраживание и ферментация, поощряемые обеспечением подходящих условий, снова приводят к полезному газообразному или жидкому топливу.

3.1. Сжигание

Сжигание — это распространенный и самый ранний метод производства тепла и электроэнергии из биомассы. Для более энергоэффективного использования ресурса биомассы современные крупномасштабные системы отопления часто сочетаются с производством электроэнергии в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Совместное сжигание (также называемое совместным сжиганием) на угольных электростанциях — это наиболее экономичное использование биомассы для выработки электроэнергии. Специализированные установки сжигания биомассы также успешно эксплуатируются в коммерческих целях, и многие из них являются промышленными или централизованными ТЭЦ.Эффективность установки составляет около 30% в зависимости от размера установки. Эта технология используется для удаления большого количества остатков и отходов (например, жома). При использовании высококачественной древесной щепы на современных ТЭЦ с максимальной температурой пара 540 ° C электрический КПД может достигать 33-34% (LHV) и до 40% при работе в режиме только электроэнергии. Ископаемая энергия, потребляемая для производства биоэнергии с использованием продуктов лесного и сельского хозяйства, может составлять всего 2–5% от конечной произведенной энергии. На основании оценки жизненного цикла чистые выбросы углерода на единицу электроэнергии составляют менее 10% выбросов от электроэнергии на основе ископаемого топлива.Сжигание биомассы — зрелая технология. Во время использования биомассы для получения энергии очень важен контроль выбросов, и его основными стоками являются дымовой газ, зола и сточные воды. Выбросы диоксинов в результате термической обработки биомассы были серьезной проблемой, которая беспокоит людей. Чтобы обеспечить выброс диоксинов, можно применять дополнительную очистку дымовых газов с впрыском активированного угля перед улавливанием пыли или SCR (катализатор) после улавливания пыли. Эта недавняя разработка превентивных технологий позволила снизить количество диоксинов до уровня, приемлемого для общества. Выбросы загрязняющих веществ и диоксинов можно эффективно контролировать, но во многих странах мусоросжигательные заводы сталкиваются с проблемами общественного признания и рассматриваются как конкурирующие с отходами. переработка [29].

3.2. Биохимическое преобразование

В отсутствие воздуха органические вещества, такие как навоз, органические отходы и зеленые энергетические культуры (например, трава), могут быть преобразованы индуцированной бактериями ферментацией в биогаз (газ с высоким содержанием метана на 40–75% с CO ₂ и небольшое количество сероводорода и аммиака). Анаэробное сбраживание также является основным процессом производства свалочного газа из городских зеленых отходов. Обладает значительным потенциалом, но отличается относительно небольшими размерами растений.Анаэробное сбраживание все чаще используется в небольших, сельских и автономных системах в домашних условиях и на фермах. Как правило, 50% такого газа можно утилизировать и использовать для производства электроэнергии и тепла. После очистки и повышения качества биогаз можно использовать в тепловых станциях и стационарных двигателях, подавать в сеть природного газа или использовать в качестве транспортного топлива (сжатый природный газ). Крупные предприятия, использующие ТБО, сельскохозяйственные отходы и промышленные органические отходы (крупномасштабное совместное переваривание), требуют 8000–9000 тонн ТБО в год на МВт установленной мощности.

3.3. Пиролиз

Пиролиз — это термохимическое разложение органического материала при повышенных температурах без участия кислорода. Обычный пиролиз включает нагревание исходного материала при почти полном отсутствии воздуха, обычно при 300–500 ° C, до тех пор, пока летучие вещества не будут удалены. Остаток — это полукокс, более известный как древесный уголь, топливо, плотность энергии которого примерно в два раза выше, чем у оригинала, и которое горит при гораздо более высокой температуре. С помощью более сложных методов пиролиза летучие вещества могут быть собраны, а тщательный выбор температуры, при которой происходит процесс, позволяет контролировать их состав.Жидкие продукты потенциально могут использоваться как жидкое топливо, но они загрязнены кислотами и перед использованием должны быть обработаны. При быстром пиролизе растительного материала, такого как древесина и скорлупа орехов, при температурах 800–900 ° C остается всего 10% материала в виде твердого полукокса и 60% превращается в газ, богатый водородом и оксидом углерода. В настоящее время предпочтительной технологией является быстрый пиролиз или мгновенный пиролиз при высоких температурах с очень коротким временем пребывания [30].

3.4. Газификация

В процессе газификации биомасса напрямую превращается в синтез-газ (синтез-газ) в газификаторе в контролируемом количестве воздуха.Синтез-газ можно использовать в двигателе внутреннего сгорания (ВС) для производства энергии или в когенерационной системе для производства тепла и электричества. Ранее Kapur et al. рассчитали удельную стоимость электроэнергии при использовании системы выработки электроэнергии на основе газификатора рисовой шелухи и оценили ее финансовую целесообразность с поставщиками коммунальных услуг и электроэнергией, вырабатываемой дизелем [31]. Abe et al. [32] обсудили потенциал производства электроэнергии в сельской местности с помощью системы газификации биомассы. Результаты показывают, что даже несмотря на то, что сельскохозяйственные отходы, такие как рисовая шелуха, могут содержать высокий энергетический потенциал, обеспечение системы газификации биомассы в долгосрочной перспективе может потребовать выращивания деревьев для обеспечения достаточного количества ресурсов [32].Эти исследования предполагают, что осуществимость этих крупномасштабных проектов в значительной степени зависит от местоположения завода, которое влияет на доступность ресурсов и понесенные логистические затраты на выбранное сырье биомассы. В промышленных масштабах хорошо зарекомендовали себя системы газификации биомассы и производства электроэнергии.

Газификация биомассы — это многоступенчатый процесс. Химия газификации биомассы аналогична химии газификации угля в том смысле, что термическое разложение обоих твердых веществ происходит с образованием смеси, по существу, одних и тех же газов [33].Однако газификация биомассы происходит в гораздо менее жестких рабочих условиях, чем при использовании угольного сырья, поскольку ее основные составляющие, целлюлоза с высоким содержанием кислорода и гемицеллюлоза, обладают более высокой реакционной способностью, чем углеродсодержащие материалы с дефицитом кислорода в угле [34]. Газификация биомассы — это процесс термохимического преобразования, в котором твердое топливо из биомассы, например древесина и рисовая шелуха, превращается в горючий газ. На практике газификация частицы биомассы происходит через первую стадию сушки частицы, за которой следует стадия пиролиза, которая приводит к улетучиванию и усадке исходной частицы.Последней стадией является газификация угля, стадия пиролиза происходит постепенно от поверхности к центру частицы биомассы. В газогенераторе биомассы биомасса сжигается в ограниченном количестве воздуха. Количество подаваемого воздуха меньше количества воздуха, необходимого для полного горения. Это превращает биомассу (которая состоит из углерода, водорода, кислорода и т. Д.) В легковоспламеняющуюся смесь газов, известную как генераторный газ / древесный газ. Генераторный газ состоит из окиси углерода (CO), водорода (H ₂ ) и метана (CH ₄ ), а также диоксида углерода (CO ₂ ) и азота (N ₂ ).Азот негорючий; однако он занимает объем и разбавляет синтез-газ, когда он входит и сгорает в двигателе. Обобщенная реакция, описывающая газификацию биомассы, представлена ​​на рисунке 1.