Журнал управления прибрежной зоной

Абстрактный

Новый процесс газификации древесной щепы для подачи чистого синтетического газа в двухтопливные дизельные генераторные установки

Ферруччо Питталуга,

Начиная с 2011 года инновационное МСП Tecnoforest Ltd. (ранее академическое ответвление Университета Генуи) направило свою деятельность на тестирование существующих и разработку новых малогабаритных технологий газификации древесной щепы, направленных на обеспечение электрической и тепловой самодостаточности сельских предприятий лесного и фермерского секторов (www.tecnoforest.wordpress.com). С другой стороны, высокое содержание загрязняющих веществ в их продуктах (синтез-газ и биоуголь), общее как для нисходящих, так и для восходящих газификаторов, стало очевидным как основное препятствие, препятствующее, в отсутствие труднодоступных положений по снижению выбросов, широкому проникновению как в сельскохозяйственный сектор, так и в сектор возобновляемой энергии.
Благодаря новому процессу газификации «партионного» типа, недавно разработанному в Tecnoforest Ltd., из верхнего сопла газификатора выпускается синтез-газ без смол, в то время как в нижней части образуется твердый остаток, состоящий из высокочистого биоугля, что полностью пригодно, как подтверждается официальной сертификацией, как для агрономических, так и для других, весьма разнообразных применений. Указанный процесс происходит в периодическом режиме в реакторе, снабженном возможностью наклона, чтобы обеспечить выгрузку горячего биоугля в конце процесса, после чего может быть немедленно возобновлен новый «цикл газификации». Подробности приведены в ссылках [6,7]. Газификатор, производящий биоуголь, называется SynChar: он доступен для покупки онлайн на веб-сайте [8]. Тот же базовый процесс, который в SynChar основан на естественной конвекции, можно преобразовать в непрерывный режим работы с принудительной подачей воздуха, снабдив реактор нижним воздуходувом, а также боковым питателем древесной щепы, т. е. моторизованным блоком бункера-шнека. В этом случае синтез-газ без смолы может подаваться в горелку водонагревателя или транспортироваться в воздухонагреватель. Наиболее подходящим применением будет отопление теплиц, возможно, даже с явным преимуществом, позволяющим вызывать углеродное удобрение окружающего воздуха, которое, конечно, будет ограничено солнечными часами. Если размеры щепы поддерживаются в диапазоне от 1 до 3 см, а ее влажность не превышает 25%, процесс газификации оказывается довольно эффективным, о чем свидетельствует исключительно низкий твердый остаток, состоящий только из чистой золы. Название генератора синтез-газа для термических применений - SynBurner: его основные характеристики с подробными данными о производительности представлены в ссылках [6,7]. Он также доступен для онлайн-покупки на сайте [8].
Процесс газификации с нагнетателем, слегка нагнетаемый, происходящий в реакторе SynBurner, был недавно перепроектирован в конфигурацию с всасыванием. Эта последняя модальность, за исключением давления (теперь ниже атмосферного), во многом напоминает по конструкции и функциональности предыдущий аналог, но, что самое важное, она позволяет таким образом напрямую заправлять стационарные двигатели внутреннего сгорания для комбинированной выработки тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Реактор, реализующий вышеуказанное положение, получил название SynGen: одной из его отличительных особенностей, действительно уникальных в нынешнем технологическом сценарии газификаторов древесной щепы, является то, что он подходит для питания синтез-газом не только двигателей с искровым зажиганием, но и двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных). Фактически, именно эта последняя модальность в настоящее время используется в Tecnoforest Ltd. В более простом случае дизельные двигатели, как правило, имеют двухтопливную типологию, в которой воздух предварительно смешивается с синтез-газом перед впускным клапаном, а небольшое количество жидкого топлива (например, отработанного растительного масла) впрыскивается только для целей зажигания. Наиболее своеобразный, хотя и действительно сложный, альтернативный метод, который в настоящее время исследуется, основан на намерении увеличить тенденцию к самовоспламенению синтез-газа, т. е. его цетановое число, путем инициирования ранней стадии реакции FP газ-жидкость (реакция Фишера-Тропша) благодаря каталитическому эффекту окисленной железной ваты, встречающейся в потоке синтез-газа непосредственно перед предварительным смешиванием с воздухом. Дальнейшие эксперименты все еще необходимы для проверки, в дополнение к только что обсуждавшимся свойствам воспламенения (в обоих вышеупомянутых случаях,
т. е. «двухтопливной» и модальностях FP), достижения качества «двигательного класса» для синтез-газа. Эта последняя проблема не относится к присутствию смолы, поскольку ее концентрация была определенно установлена ​​как очень низкая, а скорее к возможному уносу мелких частиц угля в поток синтез-газа. Для решения этой проблемы перед впуском двигателя был установлен очень эффективный многовихревой циклонный сепаратор.
Во многих аспектах реактор SynGen выглядит как весьма своеобразная «подходящая инновация»: действительно, он успешно преодолевает известные ограничения стандартных газификаторов с нисходящим (и восходящим) потоком, не прибегая к более сложной конструкции, а скорее, внедряя сильное упрощение технологии. Таким образом, низкое качество синтез-газа и утомительные, частые потребности в обслуживании, обычно возникающие при эксплуатации стандартных газификаторов, оказываются надлежащим образом исправленными с помощью технологии SynGen благодаря очень простой конструкции и чрезвычайно прочной конструкции. Наиболее важными особенностями, которые противодействуют образованию пиролитических загрязняющих веществ в синтез-газе, являются обеспечение «плавающего очага» и небольшой объем внутри реактора, занимаемый колонной древесной щепы [6,7]. Недавно в лаборатории газификации Tecnoforest все вышеперечисленные аспекты, связанные с реактором SynGen, в частности его замечательная надежность в безопасном поддержании непрерывной работы в течение длительных периодов времени, были признаны достаточными для обоснования подачи его произведенного газа в дизельный двигатель, приводящий в действие электрогенератор. В настоящее время энергоблок проходит эксплуатационные испытания, результаты которых будут представлены и рассмотрены в подробной презентации.