12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла.

С помощью тепла сжигаемой биомассы приготовляют пищу, обогревают жилище и получают электроэнергию. В большинстве развивающихся стран сжигание биомассы обеспечивает покрытие наибольшей доли потребности в топливе. Почти половина населения планеты использует древесину, и другие виды биотоплива для приготовления пищи и других домашних нужд. Средний уровень потребления топлива составляет 0,5 – 1 кг сухой биомассы на человека в сутки (150 ВТ). Приготовление пищи на открытом огне малоэффективно, т.к. КПД не больше 5%. Использование кухонных плит повышает КПД до 20%.

Рис. 12.3. Кухонные плиты повышенной эффективности (на древесном угле). Многоконфорочная плита (а), выполненная из бетонных модулей, одноконфорочная печь (б), она же в разрезе (в).

Сушка технических культур (копра, какао, кофе, чай, фрукты) для обеспечения их сохранности сопровождается сжиганием древесины или отходов от переработки самих культур.

Производство тепла и электроэнергии.

Пар для обеспечения производства получают, сжигая различные отходы биомассы в топках паровых котлов. Электроэнергию получают, используя высокотемпературное тепло.

12.4. Пиролиз (сухая перегонка).

Изначальным сырьём могут служить древесина, отходы биомассы, городской мусор и уголь. Продуктами пиролиза являются газы, жидкий конденсат в виде смол и масел, твёрдые остатки в виде древесного угля и золы.

Газификация – это пиролиз, приспособленный для максимального получения производного газообразного топлива.

Рис. 12.4. Установка для пиролиза (а); традиционная печь для получения древесного угля (б).

Химические продукты пиролиза пользуются спросом в качестве товарной продукции. Устройства, проектируемые для получения газа из биомассы, называются газогенераторами. Достигаемый КПД – 80 – 90%.

Критическим параметром, влияющим на температуру и на соотношение видов получаемых продуктов, является соотношение воздух – горючее.

При температуре ниже 600⁰С можно выделить четыре стадии перегонки.

100 – 120⁰С – подаваемый в газогенератор материал, опускаясь вниз, освобождается от влаги.

275⁰С – отходящие газы состоят в основном изN₂,CO,CO₂; извлекаются уксусная кислота и метанол.

280 – 350⁰С – начинаются экзотермические реакции, выделяется сложная смесь химических веществ (кетоны, альдегиды, фенолы, эфиры).

Свыше 350⁰С – выделяются все типы летучих соединений.

Таблица 12.3

Выход пиролиза сухой древесины.

Компонент	Выход на 1000кг сухой древесины, л	Компонент	Выход на 1000кг сухой древесины, л
Древесный уголь	300кг	Ацетон	3
Газ (теплота сгорания 10465 кДж/м3)	140м3	Древесное масло и лёгкая смола	76
Метанол	14	Креозот	12
Уксусная кислота	53	Вар (древесная смола)	30 кг
Эфиры	8

Газы (максимальная массовая доля, получаемая в газогенераторах, составляет 80%). Смесь, выделяющихся при пиролизе газов с азотом, известна как древесный газ, синтетический газ, генераторный газ или водяной газ). Теплота сгорания на воздухе составляет 5 – 10 МДж/кг.

Этиловый спирт (этанол) в естественных условиях образуется из сахаров в кислой среде.

Рис. 12.5. Производство этанола.

Этанол получают из следующих культур: сахарный тростник, сахарная свёкла, растительный крахмал, целлюлоза. Можно вводить в переделанные бензиновые двигатели 95% этанол, а можно подавать в обычный двигатель смесь из 100% - этанола с бензином в соотношении 1:10. В Бразилии этанол получают из сахарного тростника и маниока, в США получают этанол из кукурузы. Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20% - ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином.

Таблица 12.4.