Деревний газ

Деревний газ — продукт газифікації біомаси, являє собою синтез-газ, який можна використовувати як паливо для печей, і двигунів транспортних засобів замість бензину, дизельного палива та інших видів палива.

Полум'я згоряючого деревного газу з блок-газогенератора автомобіля

В процесі виробництва біомасу або інші вуглецевмісні матеріали газифікують в газогенераторі виробництва водню і окису вуглецю в обмеженому середовищі кисню. Ці гази можуть бути спалені як паливо в багатих киснем середовищах для виробництва двоокису вуглецю, води і тепла. В деяких газифікаціях цей процес передує піролізу, де біомаса або вугілля спочатку перетворюється в чар (твердий матеріал), звільняючи метан і смоли багаті поліциклічними ароматичними вуглеводнями.

Теплотворна здатність деревного газу близько 8500 кДж/м³ при звичайній авто-тепловій газифікації та понад 12000 кДж/м³ при газифікації з використанням зовнішнього джерела тепла. Теплота згоряння генераторного газу є досить низькою порівняно з іншими видами палива.

Хімічний склад

Деревний газ, як і інші генераторні гази є сумішшю горючих СnНm, СО, Н2 і негорючих N2, О2, СО2, Н2О газів.[1]

Хімічний склад газової суміші коливається, і залежить від породи деревини і вологості. Орієнтовно, склад газової суміші такий:

Ці значення можуть дещо відрізнятися від зразка до зразка, так як хімічний склад газу сильно залежить від процесу газифікації, газифікаційного середовища (повітря, кисень або пара) і вологості палива.

Використання
Автобус на деревному вугіллі. Міягі, Японія (1941)

Перший газогенератор деревного газу, мабуть побудований Густавом Бішофом в 1839 році. За іншими даними, перший газогенератор був побудований в 1837 році.[2] Перший автомобіль на деревному газі був побудований Томасом Хью Паркером в 1901 році.[3] Природний газ став використовуватися лише в 1930 році.

У ХХ столітті Святогригорівський Бізюків чоловічий монастир, який знаходиться в селі Червоний маяк Бериславського району на березі Каховського водоймища, мав електростанцію з 2-ма газогенераторами і 2-ма моторами по 30 кінських сил.[4]

До 1958 року в СРСР функціонувало 350 газогенераторних станцій потужністю від 200 кВт до 3 МВт, які працювали на біомасі і торфі, та 47 газогенераторних станцій потужністю від 1 до 5 МВт, що використовували як паливо кам'яне вугілля і сланці.[5]

На транспорті

Транспортні засоби на деревному газі використовувались під час Другої світової війни, в результаті нормування викопного палива.

У 1942 році (коли деревний газ ще не досяг вершини своєї популярності), було близько 73 000 автомобілів на деревному газі в Швеції (у листопаді 1940 р. було 22 000 автомобілів на газі зареєстрованих в Швеції, а той же час в наступному році їх налічувалося 71 000[6]), у Франції - 65000, в Данії - 10000, і майже 8000 в Швейцарії. У 1944 році в Фінляндії було 43000 автомобілів на деревному газі, з яких 30 000 автобусів і вантажних автомобілів, 7000 приватних автомобілів, 4000 тракторів і 600 човнів. [7] Модернізовані вантажівки на деревному газі використовуються в Корейській Народно-Демократичній Республіці в сільських районах, особливо на дорогах східного узбережжя.

Для одержання електроенергії

Газифікатор в поєднанні з двигуном внутрішнього згорання і електрогенератором може бути використаний для виробництва електроенергії.

В працях Всесоюзного науково-дослідного інституту залізничного транспорту (СРСР) за 1947 рік були опубліковані дані про експлуатацію газогенераторної електростанції (річний виробіток електроенергії становив 1 000 000 кВт-годин), збудованої на одній із залізничних доріг Радянського Союзу в 1942 році, на якій два газові двигуни по 140 к.с. працювали на газі, одержаному від газифікації вологої деревини.[2] Вартість електроенергії цієї газогенераторної електростанції, включаючи вартість монтажу, становила 400-500 руб. проти 1200-1800 руб. за кіловат дизельної електростанції, а експлуатаційні витрати були у 2-3 рази нижчими в порівнянні з електростанцією на рідкому паливі.[2]

В енергетиці 1,1 кг горючих речовин деревини утворює кВт-год електроенергії.[8]

Газифікатори з використанням рисового лушпиння були побудовані для віддалених азійських громад. Одна установка в Бірмі виробляє 80 кВт електроенергії на модифікованому дизельному двигуні, і обслуговує близько 500 осіб.[9] Зола може бути використана як добриво, так що це можна розглядати як поновлюване паливо.

Існують газоелектрогенераторні установки ENEA виробництва Італії силовою потужністю 80 кВт, газовиробництвом 120 нм3/г, які працюють на відходах деревної біомаси вологістю до 25-30% і призначені для забезпечення силових і теплових потреб фермерських господарств або маленьких підприємств[5] При номінальній потужності експлуатації така установка споживає 50-55 кг/год деревних відходів розміром 200х80х80 мм. Модель вирізняється високою надійністю, зниженим ККД і меншою вартістю, так як не комплектується електронною системою стеження за технологічними параметрами роботи, як і за системами автоматичної подачі палива та золовидалення.

Німецької фірми Spanner RE GmbH установка, яка працює на деревних пелетах, вирізняється високим ККД і надійністю за рахунок автоматизації робочих процесів, подачі палива і золовидалення і не вимагає постійного спостереження оператора.[5] Вироблений генераторний газ може використовуватися як для силових, так і для теплових цілей. Витрата пелет, які відповідають європейським нормам якості, становить до 60 кг/год.[5] Сам газогенератор відрізняється високою пожежобезпечністю і виключає витік газу. До його недоліків можна віднести порівняно високу вартість і необхідність спеціального приміщення.

Існує газогенераторна установка потужністю 100 кВт виробництва української фірми АТТІК. Установка працює на відходах деревної біомаси вологістю до 45%.[5]

Ляонінським інститутом енергетичних ресурсів (КНР) розроблено газогенераторні установки:

  • тепловою потужністю 300 кВт, яка працює на сільськогосподарських відходах вологістю до 40%.[5]
  • тепловою потужністю 200 кВт, яка працює на сільськогосподарських відходах вологістю до 30%.[5] В цьому обладнанні кукурудзяні залишки шнековим способом подаються з бункера в газогенератор в кількості 80-120 кг/год, а вироблений генераторний газ закачується в газгольдер (накопичувач), звідки далі поставляється споживачеві — для задоволення побутових або теплових потреб.[5]
  • газогенераторна станція силовою потужністю 160 кВт, розташована в китайському місті Бейші, провінції Ляонін. Станція призначена для виробництва електроенергії шляхом вироблення генераторного газу в обсязі 550 нм3/год і споживає 250-300 кг/год рослинної біомаси.[5]
  • газогенераторна установка напівстаціонарного типу силовою потужністю 50 кВт, яка може працювати на деревних або сільськогосподарських рослинних відходах вологістю до 40%. Установка не автоматизована, і тому завантаження палива виконується кожні 4-5 годин.[5]

У Китаї існують газогенераторна станція потужністю 100 кВт, що працює на відходах деревини, газогенераторна станція потужністю 150 кВт що, працює на рослинних відходах.[10]

Газогенераторні станції силовою потужністю понад 350 кВт являють собою невеликі хімічні заводи, з відповідними підвищеними вимогами до матеріалів, з яких має бути виготовлено обладнання, а також вимог з охорони довкілля. На таких станціях, при роботі з номінальною потужністю, в значних кількостях накопичуються відходи у вигляді золи і смолистих генераторних вод, які необхідно утилізувати. Такі енергохімічні установки, що виробляють генераторний газ для силових або теплових цілей, економічно ефективні тільки при виробництві хімічних продуктів з досить високою ринковою ціною, і тому, успішна конкуренція щодо малотоннажних газогенераторних енергохімічних установок з сучасними гігантськими газо- і нафтохімічними підприємствами в осяжному майбутньому представляється маловірогідною.

Для опалювання житла

Опалювання житла може здійснюватись як за допомогою тепла генераторного газу (тепло є побічним продуктом при отриманні деревного газу, оскільки газ, який виходить з газогенератора, у своєму початковому вигляді нагрітий до температури 400-500°C і в такому стані ще не придатний для використання в двигуні внутрішнього згорання), так і при спалюванні газу в опалювальному обладнанні.

Виробництво

Суху біомасу піддають газифікації в газогенераторі, в процесі чого горюча частина твердого палива перетворюється в газ при взаємодії кисню і вуглецю палива при високих температурах. Кисень, який необхідний для газифікації, може бути у вигляді повітря, чистого кисню або водяної пари. Відповідно, газ, який отримують при взаємодії кисню з вуглецем називають: повітряним газом — при взаємодії сухого повітря, і водяним газом — при взаємодії з водяною парою. Коли в зону газифікації подавати повітря з водяною парою отримують змішаний горючий генераторний газ — деревний газ.

Вихід сухого генераторного газу при газифікації деревини коливається в середньому від 2,0 до 2,5 нм3 на 1 кг робочого палива і залежить від породи деревини.[2]

Примітки
  1. М.В. Мельник, Б.В. Ємець, О.С. Поліщук Обґрунтування продуктивного використання газового палива для бензинових двигунів автомобілів / Вісник Житомирського національного агроекологічного університету Науково-теоретичний збірник, — 2010. — № 2.
  2. Л.К.Коллеров / Газомоторные установки, 1951
  3. Томас Хью Паркер
  4. Бандурко С.А. Облаштованість і господарське життя монастирів Нижнього Подніпров’я (XVIII – поч. XX ст.) // Науковий вісник Миколаївського державного університету імені В. О. Сухомлинського — 2009. — Вип. 27
    • ХЕВ.№13.-1874.-С.398,399,400,401,404 (с. 87]
  5. А.А. Самылин, М.Яшин. Современные конструкции газогенераторных установок // ЛесПромИнформ — 2009. — №1(59).
  6. ^Vi och vår tid, fjärde upplagan, Bokfilmen om vår egen tid [: krönika 1900-1965], Johnson-förlaget, Malmö 1965, avsnitt "1941 Teknik"
  7. Автомобілі на деревному газі: дрова в паливному баку. Low-Tech Magazine
  8. Mikkonen, Vesa (2010). Wood Gas for Mobile Applications. Опубліковано автором, доступні на www.ekomobiili.fi. стр. 142.
  9. Газогенератор на рисовому лушпинні в бірманському селі
  10. Н.М. Цивенкова, А.А. Голубенко. Сучасні енергоефективні технології використання відходів біомаси в сільському, лісовому та комунальному господарствах // Вісник Житомирського національногоагроекологічного університету Науково-теоретичний збірник — 2009. — № 1 (с.: 273, 274)

Див. також
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.