Строительство и Архитектура/5. Теплогазоснабжение и вентиляция

Магистр Арсланова Г.Р., маг. Степанова Т.О., маг. Мазаров И.Ю.,

маг. Габидуллин А.М.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия

Разработка экспериментальной установки для исследования процесса прямоточной газификации древесных отходов

В процессе деятельности предприятий лесного комплекса образуется большое количество древесных отходов. Следовательно, весьма остро стоит проблема их утилизации. Не так давно большое количество древесных отходов перерабатывалось сжиганием или даже просто выбрасывалось. Сейчас предприятия стремятся к безотходному производству. Поэтому решением этой проблемы может быть преобразование древесных отходов в генераторный газ, который в дальнейшем может использоваться как топливный газ для технологического и энергетического сжигания, заменитель природного газа. Большой интерес вызывает получение синтез-газа, определенного состава, который можно использовать в химической промышленности для дальнейшей переработки. Он служит исходным сырьем для производства многих химических и нефтехимических продуктов, таких как метанол и другие, а также может использоваться для восстановления железной руды.

Преобразование древесных отходов в газ может быть достигнуто методом газификации. Газификация – процесс частичного окисления древесного сырья, в результате чего образуется газообразный энергоноситель. Рабочий диапазон температур процесса – 800–1100ºС. Процесс газификации можно условно разделить на 4 зоны: подсушка древесины, зона пиролиза, зона горения и зона восстановления [1].

Процесс в прямоточном газификаторе протекает следующим образом: окислитель для газификации вводится на уровне зоны горения, или выше. Получаемый газ, удаляется из нижней части газификатора так, что сырье и газ движутся в одном (нисходящем) направлении [2]. По пути вниз различные смолы и кислоты, полученные при пиролизе древесного сырья, должны пройти через слой раскаленного угля, поэтому и происходит их конверсия в газообразные продукты – углекислый газ, водород, метан, окись углерода [3].

На базе кафедры ПДМ КНИТУ разработана установка по прямоточной газификации древесных отходов (рис. 1) с плазменным источником тепла. Использование такой установки несет в себе два плюса, а именно возможность использования древесных отходов, что позволяет сделать производство безотходным, и возможность получения синтез-газа с улучшенным соотношением компонентов.

Рис. 1 Схема экспериментальной установки для исследования процесса прямоточной газификации древесных отходов.

Газификатор 3 включает в себя крышку 4, снабженную патрубком 5 для подачи окислителя из воздуходувки 10; зольник 13 и реактор 16, представляющий собой цилиндрическую обечайку с патрубками, которые расположены на равном расстоянии друг от друга, для внедрения термопар 8, и патрубками для отбора проб газа 17 и отвода образовавшегося синтез-газа 14. Реактор 16 состоит из теплоизоляционной рубашки 6, заполненной шамотной глины и выполненный из листовой стали; реакционной камеры 9, фурм 29 и горловины 30. Процесс протекает следующим образом: через загрузочное устройство в реактор подаются древесные отходы. В пространство между реактором и корпусом подается воздух из воздуходувки. Окислитель попадает в реактор через распределительный коллектор. Максимальная температура в реакторе - 1000ºС. В результате процесса газификации образуется синтез-газ, имеющий на выходе температуру 850-950ºС. Затем, с помощью теплообменника, он охлаждается температуры 200-300ºС.

Все элементы газификатора изготовлены из жаропрочной коррозионностойкой стали. Сборка узлов осуществляется с помощью сварки, а соединение узлов между собой крепежными устройствами. Также для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду газификатор снаружи теплоизолирован слоем минеральной ваты.

Прямоточность процесса позволяет перерабатывать смолу, находящуюся в древесных отходах. Полученный газ имеет улучшенное соотношение компонентов, и может использоваться в различных областях промышленности. К тому же себестоимость такого газа не высока, т.к. сырье для его производства обладает низкой ценой.

Литература:

1. Тимербаев, Н.Ф. Комплексная энерготехнологическая переработка древесных отходов с приминением газификации: монография / Н.Ф. Тимербаев/ М-во образ. и науки России, Казань: КНИТУ, 2011. – 252 с.

2. Тимербаев, Н.Ф. Техника и технологии термической переработки отходов деревообрабатывающей промышленности : монография / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г.Сафин, З.Г. Саттаров // М–во образ. и науки РФ, Казан. Гос. Технол. Ун–т. – Казань : КГТУ, 2010. – 172 с.

3. Рахманкулов Ф. Ш. Современные методы газификации биомассы / Д. Л. Рахманкулов, Ф. Ш. Вильданов, Ф. Н. Латыпова, Р. Р. Чанышев, Р. Ф. Ишбулатов // Башкирский химический журнал. 2010. Том 17. № 2.