ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время получение энергии из биомассы в связи с ростом цен на ископаемые энергоресурсы - одно из наиболее динамично развивающихся направлений во многих странах мира. Наряду со сжиганием и газификацией перспективной и наименее разработанной технологией энергетического использования биомассы является технология быстрого пиролиза. Данная технология позволяет обеспечить термохимическую переработку древесины до 80 % от исходной массы сырья в жидкие продукты, которые вызывают большой интерес вследствие высокой энергетической плотности и возможности их использования в качестве жидкого топлива и химического сырья. Переработка растительной биомассы на месте её образования позволяет наиболее эффективно реализовывать потенциал невостребованных возобновляемых ресурсов в существующей инфраструктуре топливно-энергетического и химического комплексов. Последующий сбор и транспортировка пиролизной жидкости в значительных объемах позволит обеспечить ее применение в качестве сырья для существующих химических производств. В зависимости от режимных параметров процесса пиролиза возможно существенное варьирование выхода и качества конечных продуктов. Наибольший выход жидких продуктов пиролиза возможен при термическом разложении древесины в интенсивных режимах и при незначительном времени пребывания продуктов разложения в реакционной зоне. Кондуктивный подвод тепловой энергии к сырью обеспечивает интенсификацию процесса термического разложения древесины с увеличением выхода жидких продуктов, однако существующие работы не в полной мере отражают специфику термического разложения в условиях интенсивного подвода тепла. Поэтому комплексное исследование процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла актуально как в научном, так и в прикладном направлении.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Термохимические методы переработки древесной биомассы

В настоящее время вопрос переработки древесных отходов и низкокачественной древесины становится всё более актуальным для деревообрабатывающей и лесной промышленности [55, 68, 81, 16]. Термохимические методы переработки древесной биомассы позволяют обеспечить комплексную переработку невостребованного древесного ресурса с умеренными капитальными затратами в энергию и различные химические продукты [102].

Термохимические способы переработки древесной биомассы

Рис. 1.1. Термохимические способы переработки древесной биомассы

На сегодняшний день наибольшее развитие получили три основных направления термохимической переработки биомассы: пиролиз, газификация и сжигание (рис. 1.1). Как видно из схемы на рис. 1.1, в результате переработки биомассы получаются различные продукты в зависимости от выбора процесса. При переработке древесной биомассы методом пиролиза возможно получение угля, газа и жидкости. Полученная в процессе пиролиза жидкость может использоваться как сырьё для химической промышленности или в качестве альтернативного топлива [14]. При неполном сжигании биомассы происходит газификация, продукт которой синтез-газ, он может использоваться как в энергетических целях, так и для дальнейшей переработки в химические продукты [15]. Если увеличивать количество окислителя в процессе газификации, то газификация плавно переходит в процесс горения [1], основным назначением которого является получение тепловой энергии [16, 69]. Таким образом, термохимические методы в зависимости от назначения могут обеспечивать энерготехнологическую переработку древесных ресурсов. Процесс термического разложения выступает определяющей стадией вышеперечисленных процессов, поскольку обеспечивает первичную трансформацию исходных соединений древесной биомассы в результате сложных цепных химических превращений в жидкие, газообразные и твёрдые промежуточные продукты. В зависимости от внешних условий и свойств сырья состав и количество продуктов термического разложения сильно изменяются, что, в свою очередь, влияет на эффективность термохимических процессов.

Структура основных термохимических процессов

Рис. 1.2. Структура основных термохимических процессов

Таким образом, рассматривая иерархию термохимических процессов (рис 1.2), можно заключить, что базисной стадией всех термохимических процессов (пиролиз, газификация, горение) является стадия термического разложения [56, 69]. Поэтому глубокое изучение термохимических процессов и создание адекватной математической модели, позволяющей проводить анализ динамических характеристик процесса термического разложения лигноцеллюлозных материалов, открывает широкие перспективы в области повышения эффективности и оптимизации термохимических процессов в целом. Таким образом, для решения данной задачи применительно к древесине на этапе анализа существующих научных основ и современного состояния техники необходимо рассмотреть строение древесины, механизм кинетики термического разложения древесины и основных её составляющих, существующие математические модели и подходы к моделированию термического разложения древесины, а также современное состояние техники и технологии термической переработки древесины.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >