Технические науки/5. Энергетика
М.н.с. Исмагилова Л.М., к.т.н. Садртдинов
А.Р.
Казанский национальный исследовательский
технологический университет (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»), Россия
Моделирование блока окисления-восстановления в установке пиролиза-газификации
древесной биомассы
Древесина - это весьма ценное сырье, из которого, с применением новейших разработок, можно получить весьма востребованные продукты нефтехимического синтеза, такие как диметиловый эфир, метанол, олефины и даже бензин [1]. Основой для перспективного развития данного направления, является процесс получения исходного сырья для синтеза - синтез-газа из древесной биомассы [2]. Главной проблемой получения качественного синтез-газа является содержание в нем примесей, таких как Н2О, СО2, СН4, СnНm [3]. Для решения этой проблемы был проведен ряд экспериментальных исследований, посвященный изучению совмещенного процесса пиролиза-газификации древесной биомассы.
Ранее проведенные исследования акцентировали внимание к изучению блока окисления-восстановления, процессы в котором имеют критический характер, так как непосредственно влияют на получение качественного сырья – синтез-газа [4].
Для наглядности была составлена физическая картина процесса окисления-восстановления (рис. 1), на основе которой было разработано следующее математическое описание процесса.
Уравнение сохранения вещества для газового потока, запишется в виде
|
|
(1) |
а для угля (углеродного остатка)
|
|
(2) |
Рис. 1. Физическая картина процесса в блоке окисления-восстановления
Уравнение сохранения энергии для угля запишется в виде
|
|
(3) |
а для газового потока
|
|
(4) |
где ρу и ρг – плотность угля и газового потока соответственно; сy и сг – теплоемкость угля и газового потока; wу и wг – скорость продвижения угля и газового потока; αг – коэффициент конвективного теплообмена между газом и углем (Вт/(м2·К)); Сi0 – начальная концентрация i-го вещества; Сi – относительное концентрация i-го вещества; z – количество параллельно протекающих реакций; f – удельная поверхность.
Начальные условия для решения системы уравнений (1)÷(4) имеют вид:
|
Ту = Ту нач |
(5), |
Сi = Сi нач |
(6), |
mу = mу нач |
(7), |
а граничные условия, примут следующий математический вид:
|
|
(8) |
|
|
(9) |
|
|
(10) |
Полноценная математическая модель, позволяет рассчитать основные параметры установки и определить оптимальные режимы эксплуатации для получения синтез-газа, пригодного для химической промышленности.
Представленные результаты получены в рамках реализации
гранта Президента РФ по поддержке молодых ученых, шифр темы МК-3434.2015.8
(договор № 14.Z56.15.3434-МК от 16.02.2015 г.).
Литература:
1. Сафин, Р.Г. Разработка технологии переработки высоковлажных древесных отходов в высокооктановые компоненты моторного топлива / Р.Г. Сафин, Н.Ф. Тимербаев, А.Р. Садртдинов, Д.Б. Просвирников // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – Т.16. – №7. – С. 250-254.
2. Тимербаев, Н.Ф. Тхнологии газификации древесины: перспективы и инновации / Н.Ф. Тимербаев, А.Р. Садртдинов, И.Н. Ковернинский, Л.Р. Смирнова, Т.Х. Галеев, Д.А. Ахметова // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – Т.17. – № 15. – С. 221-226.
3. Садртдинов, А.Р. Совершенствование техники и технологии процесса газификации отходов деревообработки : дисс. канд. тех. наук // Казан. нац. исслед. технол. ун-т. Казань, 2011. – 139 с.
4. Исмагилова, Л.М. Математическое описание стадии пиролиза с кондуктивным подводом тепла при газификации древесного сырья / Л.М. Исмагилова, А.Р. Садртдинов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Воронеж, 2014. – Т.2. – № 5-4. – С. 115-119.