Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Во все времена люди стремились сделать из плохого хорошее. Сейчас актуален поиск новых источников энергии, и специалисты разрабатывают технологии переработки низкосортных твёрдых топлив в качественные газообразные смеси. Учёные Объединённого института высоких температур РАН предложили комбинированную схему термической переработки твёрдой биомассы в синтез-газ (смесь водорода и монооксида углерода). Метод состоит из двух стадий: пиролиз исходного сырья и фильтрация образовавшихся газов через нагретый углеродный фильтр.
Пиролиз – это разрушение органических соединений под действием высокой температуры без доступа кислорода. При пиролизе твёрдого сырья образуются газы: монооксид углерода, углекислый газ, водород, азот и газообразные углеводороды, в основном метан, твёрдый угольный осадок, а также пары воды, различных кислот и смол, которые, остывая, образуют жидкую фракцию. Утилизация этой жидкости представляет серьёзную экологическую проблему. Другая задача заключается в том, чтобы увеличить выход газа. Причём полученная газовая смесь должна обладать высокой теплотой сгорания, то есть при сгорании выделять много энергии.
В качестве исходного сырья исследователи предлагают использовать древесные отходы, торф, отходы сельскохозяйственного производства, например солому. В ходе эксперимента учёные определили, что максимальное количество летучих соединений образуется при температурах 250–600 °С. Эти соединения затем пропускают через углеродный фильтр, в качестве которого используют угольный остаток, полученный в результате пиролиза исходного сырья. Поверхность фильтра пористая, она быстро нагревает пиролизные газы до высокой температуры. Чем выше температура фильтрации, тем больше образуется газов и меньше жидкой фракции. Эксперименты показали, что при температуре фильтрации 1000 °С жидкая фаза полностью отсутствует.
С изменением условий термической переработки сырья меняется не только относительный объём газовой смеси, но и её состав. При нагревании вода взаимодействует с углеродом (реакция паровой конверсии) с образованием водорода и монооксида углерода. Кроме того, в ходе химических реакций происходит интенсивное разложение пиролизных газов. В итоге содержание углекислого газа и метана на выходе из реактора падает и при температуре фильтрации 1000 °С не превышает 1%. Полученная газовая смесь представляет собой синтез-газ с примерно равным объёмным содержанием водорода и монооксида углерода. Этот газ можно использовать для энергоустановок на базе газопоршневых двигателей.
Учёные отмечают, что опробованный ими метод существенно повышает удельный выход газовой составляющей при сохранении достаточно высоких значений удельной теплоты сгорания (не менее 11 МДж/м3), а также позволяет эффективно избавляться от жидких продуктов пиролиза, не загрязняя ими окружающую среду. А применение низкосортных твёрдых топлив позволит рационально использовать местные природные ресурсы.
Работа выполнена при поддержке РФФИ.
Резник Наталья