БИОМАССА Как источник энергии

Оборудование гипотетической промышленной установки

Оборудование для подготовки древесины (табл. 2). На производство то­пливной жидкости расходуется примерно половина всей древесины, по­ступающей на установку; остальная часть используется для получения моноксида углерода, водорода и тепла для обогрева технологического оборудования. Общий расход древесины на промышленной установке предположительно равен 1000 т/сут. С целью предотвращения срывов в снабжении в зимние месяцы, когда возникают большие транспортные проблемы, предусматривается создание 100-дневного запаса древесной' щепы с номинальным размером до 50 мм.

Таблица 2. Оборудование для подготовки древесины

Конвейер: для доставки древесной щепы на распределительную башню, 1200 мм х 150 м

Погрузчики первого этапа процесса [2]: подвижное оборудование.

Бункерная система распределительной башни

Конвейеры [2]: подача древесины для получения синтез-газа из башни в бун­керы, 900 мм х 90 м

Конвейеры [2]: для подачи из башни в дробилку/сушитель, 900 мм х 90 м

Конвейер: для подачи из башни в котельную, отапливаемую древесиной, 600 мм х 60 м

Комплект сушилки/дробилки: бункер для подачи сырья, сушилка/дробилка, классификатор, циклон, мешочный фильтр, воздуходувки [2], уравни­тельный бункер

Весы для взвешивания древесины: 300 т/сут

Смеситель древесной массы и топливной жидкости с мешалкой: 35000 л

Сырьевые насосы и приводы [2] для подготовки суспензии древесной массы и топливной жидкости: 750 л/мин, 149 кВт.

Поршневые насосы и приводы [2] для рециркуляции топливной жидкости и дре­весной массы: 600 л/мин, 124,5 кВт

Для доставки щепы древесины к распределительной башне предус­матривается конвейерная система производительностью 1000 т/сут. Из распределительной башни примерно половина древесины направляется в отделение для производства синтез-газа, небольшая часть подается в котельную с древесной топкой для получения водяного пара, а остальная часть направляется в отделение для подготовки, сушки, из­мельчения и приготовления суспензии.

Древесина, направляемая в отделение для подготовки, поступает в расходный бункер, а затем в двойную систему сушки и измельчения. Для сушки используются отходящие из реакторного отделения газы, разбавленные воздухом и имеющие температуру до 500°С. Древесина сушится до 10%-ного содержания влаги. Измельчение древесины осу­ществляется в воздушном классификаторе до частиц размером в 100 мкм, куда она подается пневматически. Для отделения от газового потока измельченная древесина пропускается через циклон, а затем че­рез мешочный фильтр. Отходящий газ с температурой 90°С выпускает­ся в атмосферу.

Измельченная и собранная из циклона и мешочного фильтра древес­ная масса дозируется с помощью звездообразного клапана и подается на непрерывно взвешивающий механизм, а затем в смеситель для сме­шения с топливной жидкостью. В смесителе образуется суспензия из из­мельченной древесной массы с горячей рециркулирующей топливной жидкостью, поступающей из реакторного отделения. Содержание древе­сины в суспензии составляло 30%, поскольку такое содержание является максимальным, при котором обеспечивается ее прокачиваемость. Далее суспензия направляется в реактор для получения топливной жидкости из древесины.

Оборудование для производства синтез-газа (табл. 3). В этом отделе­нии установки получают очищенные моноксид углерода и водород для подачи в реактор. Древесная масса с помощью конвейера подается в уравнительный бункер, из которого она поступает в засыпную ворон­ку, а затем в верхнюю часть шахтной печи для производства синтез-га­за. Печь для производства синтез-газа была разработана фирмой Union Carbide Ч Чистый кислород, поступающий с установки, сооруженной на той же рабочей площадке, вводится в печь снизу, где при температуре 1650°С происходит частичное окисление. Из отделения, в котором осу­ществляется разделение продуктов реакции, выходит небольшое количе­ство древесной золы и других неорганических материалов (например, Na2C03) в виде расплавленного шлака. Таким образом, в потоке отхо­дов находится и катализатор. Расплавленный шлак, содержащий катализатор, охлаждается водой и направляется в отделение регенера­ции катализатора.

В настоящее время производство синтез-газа в такой печи носит название процесса Purox, представляющего собой в основном реакцию частичного окис­ления, при которой происходит газификация органического материала с образо­ванием СО, Н2, С02, и н2о.

Таблица 3. Оборудование для производства синтез-газа

Уравнительные бункеры для древесины [2]: 3000 мм (диаметре) х 15 м Звездообразные клапаны [2]

Бункеры для подачи сырья [2] с винтовыми конвейерами Шахтные печи: диаметр 5 х 15 м

Резервуары для охлаждения шлака [2]: 2500 мм (диаметр) х 3,6 м

Центробежные насосы резервуаров для охлаждения шлака: 75 л/мин

Циклоны [2] со звездообразными клапанами и винтовыми конвейерами [2]

Бункеры для твердых веществ

Распыляющие башни [2]: 1800 мм (диаметр) х 9 м

Расходомерные трубы Вентури [2]

Циклоны/каплеотбойные аппараты [2]

Уравнительные резервуары [2]: 3,6 м (диаметр) х 7,6 м

Компрессоры [4]: 1297,5 кВт

Абсорбционная колонна: 1800 мм (диаметр) х 30 м, фундамент высотой

1800 мм, насадка 50,8 мм Регенерационная колонна: 2500 мм (диаметр) х 33 м, фундамент высотой

1600 мм, насадка 50 мм Насосы [3]: 2000, 200 и 40 л/мин Теплообменники: 185 м2 [3], 95 м2 [2] Отстойник: днаметр 900 х 1800 мм Котельные подогреватели: 504 ■ 103 ккал/ч

Сиитез-газ из шахтной печи направляется в циклон для очистки от увлеченных твердых частиц. Для понижения его температуры до 40°С и тем самым конденсирования легких углеводородов и снижения содер­жания паров воды синтез-газ пропускают через очистную систему, со­стоящую из трех водных газоочистительных колонн. В этих газоочисти­тельных колоннах из синтез-таза удаляются другие присутствующие в нем загрязняющие частички.

Синтез-газ, выходящий из газоочистительных колонн, комприми - руется с атмосферного давления до давления 14 атм с помощью двух компрессоров мощностью 1400 кВт каждый и поступает в К2СОэ—СО абсорбционную колонну. Затем поток газа, освобожденного от С02, идет в реакторное отделение. В колонне с насадкой при сниженном дав­лении и повышенной температуре из образующегося раствора бикарбо­ната калия удаляется С02; С02 и пары Н20 выпускаются в атмосферу. Регенерированный раствор К2СОэ рециркулирует в абсорбционной колонне.

Оборудование реакторного отделения (табл. 4). Суспензия, состоящая из древесной массы и топливной жидкости, перекачивается из отделения подготовки древесины при температуре 200°С и давлении 230 атм с по­мощью диафрагменного насоса, охлаждаемого водой. Раствор катали­затора соединяется с суспензией. Смесь загружается в реактор, состоя­щий в основном из двух частей: вертикального нагревателя, размещен­ного в цилиндрической выложенной кирпичом печи диаметром 4 м

12-89

Таблица 4. Оборудование реакторного отделения

Компрессор синтез-газа: с моторным приводом 1342 кВт

Подогреватель: вертикальный змеевик, топочный газ, нагребаемый в аппарате

С огнеупорной облицовкой, змеевик из инкоиеля Реактор: внутренний диаметр 100 мм х 15 м с внутренней футеровкой, стальная

Конструкция из нержавеющей стали 316 Горелка для синтез-газа

Аппараты для ступенчатого испарения [2]: внутренний диаметр 1800 мм х 5,5 м Уравнительные резервуары: внутренний диаметр 1800 мм х 5,5 м Воздуходувки [2]: 700 и 280 м3/мин

Сепаратор для разделения топливной жидкости и воды: 4000 л

Колонна с распылителем: внутренний диаметр 1800мм х 9м

Расходомер типа трубы Вентури

Циклонный сепаратор

Резервуар для хранения воды: 75 000 л

Водяные насосы: 400 л/мин

Насосы высокого давления для перекачки суспензии [2]: 700 л/мин, 447 кВт

И высотой 15 м, и вертикального автоклава диаметром 1,2 м и высотой 15,2 м.

Реакционная смесь в нагревателе реактора подогревается до 340°С. Затем она направляется в автоклав, где реакция протекает при темпера­туре 340°С и давлении 230 атм в течение 20 мин. После этого реакцион­ная смесь восстанавливается по давлению в двух последовательно уста­новленных резервуарах для ступенчатого испарения. Газы через уравнительный резервуар направляются в газоочистительные колонны, подобные тем, которые применяются в отделении по производству син­тез-газа. Очищенные газы сжигаются в потоке воздуха при температуре 980°С, а продукты сгорания разбавляются рециркулирующими газами из отделения по подготовке древесины. Смесь газов при температуре 815°С поступает в печь со змеевиковым подогревателем. Отходящие из печи газы имеют температуру 630°С. Они делятся на два потока: один поток направляется в отделение подготовки древесины для ее осушки, а другой поток-в отделение производства синтез-газа для снабжения технологическим теплом нагревателя регенерационной колонны К2СОэ.

После резкого снижения давления реакционной смеси поток жидко­сти из второго ступенчатого испарителя разделяется на рециркулирую - щий поток и поток продуктовый. Первый направляется в отделение подготовки древесины для получения суспензии с деревесной массой, а второй для очистки и разделения.

Учитывая кинетику процесса и данные, полученные в Питтсбургском энергетическом исследовательском центре и на олбанской опытной установке, можно полагать, что наиболее подходящим для сжижения биомассы является проточный реактор.

Оборудование дли разделения продуктов (табл. 5). Неочищенная жид­кая фаза из реакционного отделения частично охлаждается водой и на-

Таблица 5. Оборудование для разделения продуктов

Насосы для перекачки топливной жидкости: 200 л/мин.

Охладитель топливной жидкости/аппарат для ступенчатого испарения: внутрен­ний диаметр 2 х 4 м Котел, работающий на отходящем тепле: производительность пара 2000 кг/ч Уравнительный резервуар для топливной жидкости: 75 000 л ;

Насосы для перекачки разбавителя [2]: 600 л/мин Вакуумный барабанный фильтр: площадь 10 м2 Теплообменник: 10 м2, нержавеющая сталь Винтовой конвейер Коалесцирующий сепаратор: 2000 л Отпарная колонна: внутренний диаметр 2,5 х 26 м Резервуар для хранения разбавителя: 75000 Л Нагреватель колонны

Различные насосы: 400 л/мин [2], 200 л/мин [2] и 40 л/мин [2] Теплообменник: 100 м2 : ,

Электростатический коалесцирующий осадите ль: 400 л Резервуары для хранения топливной жидкости [6]: 75000 л

Правляется на ступенчатое испарение. Вода снижает температуру фазы до 120°С, превращаясь в пар низкого давления. Охлажденная топливная жидкость для снижения ее вязкости разбавляется ксилолом. Эта смесь, содержащая 1/2-1/3 топливной жидкости, пропускается через вакуумный фильтр. Твердые вещества с фильтра снимаются разбавителем, который

Рис. 4. Общий вид установки производительностью 1000 т/сут по производству топливной жидкости из отходов.

Отгоняется. Высушенные твердые вещества направляются в печь для по­лучения синтез-газа.

После фильтрации смесь топливная жидкость-разбавитель вступает в контакт с водой для извлечения водорастворимого катализатора. Две остающиеся фазы разделяются в коалесцирующем сепараторе: водная фаза направляется в печь для синтез-газа с целью регенерации катали­затора, органическая фаза идет на отгонную колонну для удаления раз­бавителя и использования в рециркуляции. Остаток в колонне предста­вляет собой продукт, получаемый на установке.

Дополнительное оборудование. Помимо основного оборудования проект гипотетической установки предусматривал оборудование для ре­генерации катализатора, обработки отходящей воды и генерирования пара. Установка была размещана на участке площадью около 350 х х 200 м (рис. 4).

БИОМАССА Как источник энергии

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Комплекс по производству этанола, где полностью используется сырье (например, пшеничные зерна (рис. 4)), может дать положительный энер­гетический эффект. Такой комплекс включает установку для пронзвод- Ства этанола и промышленного типа хозяйство для откормки рогатого скота. В энергетическом балансе учитывается энергия, расходуемая на выращивание пшеницы, и энергия для производства пара.

Кислород

Микроорганизмы, ответственные за производство этанола фермента­цией, являются факультативными, так как они могут развиваться как при наличии кислорода, так и без него. В присутствии кислорода из на­чального субстрата образуется больше клеточной массы (в 5-10 раз больше, чем в анаэробных условиях), и скорость роста ее увеличивается. Другими словами, аэрацией можно увеличить выход клеточной массы и интенсивность процесса.

Тепловой и энергетический к. п. д

Для составления энергетического баланса необходимо точно опреде­лить границы рассматриваемой системы. Энергетический к. п.д. может быть использован для оценки к. п.д. различных систем по переработке биомассы. Однако в тех случаях, когда процесс переработки биомассы включает стадии производства энергии (например, водяного пара или электроэнергии), более полезным будет сравнение термодинамических к. п. д., поскольку последний дает возможность установить, какая из си­стем для производства работы (энергии) лучше по сравнению с идеаль­ной.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.