Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Woodgas )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пламя от генератора древесного газа

Древесный газ - это синтетический газ, который можно использовать в качестве топлива для печей, печей и транспортных средств вместо бензина , дизельного или другого топлива. Во время производственного процесса биомасса или другие углеродсодержащие материалы газифицируются в среде с ограниченным содержанием кислорода в древесном газогенераторе с образованием водорода и монооксида углерода . Затем эти газы можно сжигать в качестве топлива в среде, богатой кислородом, для получения углекислого газа , воды и тепла. В некоторых газификаторах этому процессу предшествует пиролиз , при котором биомасса или уголь сначала превращаются вуголь , выделяющий метан и смолы, богатые полициклическими ароматическими углеводородами .

История [ править ]

Автобус, работающий на древесном газе, вырабатываемом газогенератором на прицепе, Лидс, Англия, 1943 год.

Первый древесный газификатор был, по-видимому, построен Густавом Бишофом в 1839 году. Первое транспортное средство, работающее на древесном газе, было построено Томасом Хью Паркером в 1901 году. [1] Примерно в 1900 году многие города поставляли синтез-газ (централизованно производимый, как правило, из угля ) в жилые дома. Природный газ начали использовать только в 1930 году.

Транспортные средства, работающие на древесном газе, использовались во время Второй мировой войны как следствие нормирования использования ископаемого топлива. В одной только Германии в конце войны использовалось около 500 000 автомобилей для производства газа . Грузовые автомобили, автобусы, тракторы, мотоциклы, корабли и поезда были оснащены установкой газификации древесины. В 1942 году, когда древесный газ еще не достиг пика своей популярности, в Швеции было около 73 000 автомобилей, работающих на древесном газе, [2] 65 000 во Франции, 10 000 в Дании и почти 8 000 в Швейцарии. В 1944 году в Финляндии было 43 000 «лесомобилей», из которых 30 000 были автобусами и грузовиками, 7 000 частных автомобилей, 4 000 тракторов и 600 лодок. [3]

Газификаторы древесины по-прежнему производятся в Китае и России для автомобилей и в качестве генераторов энергии для промышленного применения. Грузовики, оснащенные газификаторами древесины, используются в Северной Корее [4] в сельской местности, особенно на дорогах восточного побережья.

Использование [ править ]

Двигатель внутреннего сгорания [ править ]

Газогенератор установлен на грузовик Форда превращается в трактор, Per Larsen тракторного музей, Швеция, 2003
Система газификации древесины
Автомобиль, работающий на древесном газе, Берлин, 1946 год. Обратите внимание на вторичный радиатор, необходимый для охлаждения газа перед его подачей в двигатель.

Газификаторы древесины могут приводить в действие либо двигатели с искровым зажиганием, где все обычное топливо можно заменить с небольшим изменением карбюрации, либо в дизельном двигателе, подавая газ во впускное отверстие для воздуха, которое модифицировано так, чтобы иметь дроссельную заслонку, если это не так. его уже нет. На дизельных двигателях дизельное топливо все еще необходимо для воспламенения газовой смеси, поэтому механически регулируемая тяга «стоп» дизельного двигателя и, возможно, «дроссельная» тяга должны быть изменены, чтобы всегда подавать в двигатель немного впрыскиваемого топлива, часто ниже стандартного объем холостого хода на впрыск. Древесина может использоваться для питания автомобилей с обычными двигателями внутреннего сгорания, если газификатор древесиныприлагается. Это было довольно популярно во время Второй мировой войны в нескольких странах Европы, Африки и Азии, потому что война помешала легкому и рентабельному доступу к нефти. В последнее время древесный газ был предложен в качестве чистого и эффективного метода нагрева и приготовления пищи в развивающихся странах или даже для производства электроэнергии в сочетании с двигателем внутреннего сгорания. По сравнению с технологиями времен Второй мировой войны газификаторы стали менее зависимыми от постоянного внимания из-за использования сложных электронных систем управления, но получить из них чистый газ по-прежнему сложно. Очистка газа и подача его в трубопроводы природного газа является одним из вариантов подключения его к существующей заправочной инфраструктуре. Сжижение в процессе Фишера-Тропша другая возможность.

КПД системы газификатора относительно высок. На стадии газификации около 75% топливной энергии преобразуется в горючий газ, который можно использовать в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. На основе длительных практических экспериментов и более 100000 километров (62000 миль), проеханных с автомобилем, работающим на древесном газе, потребление энергии было в 1,54 раза выше по сравнению с потребностью в энергии того же автомобиля на бензине, за исключением энергии, необходимой для извлечения энергии. , транспортировать и очищать нефть, из которой получают бензин, и исключая энергию для сбора, обработки и транспортировки древесины для подачи в газогенератор. Это означает, что 1000 килограммов (2200 фунтов) древесного горючего вещества оказались эквивалентными 365 литрам (96 галлонам США) бензина при реальной транспортировке в аналогичных условиях вождения и с тем же автомобилем, не подвергшимся никаким изменениям.[5] Это можно считать хорошим результатом, поскольку никакой другой очистки топлива не требуется. В этом исследовании также рассматриваются все возможные потери системы древесного газа, такие как предварительный нагрев системы и перенос лишнего веса газогенераторной системы. При производстве электроэнергии заявленная потребность в топливе составляет 1,1 кг (2,4 фунта) древесного горючего вещества на киловатт-час электроэнергии. [6]

Газификаторы были построены для отдаленных азиатских общин с использованием рисовой шелухи, которая во многих случаях не имеет другого применения. Одна установка в Бирме использует модифицированный дизельный электрогенератор мощностью 80 кВт для примерно 500 человек, которые в остальном остались без электричества. [7] Зола может использоваться в качестве удобрения biochar , поэтому ее можно рассматривать как возобновляемое топливо.

Выбросы выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания значительно ниже на древесном газе, чем на бензине. [8] Особенно низкие выбросы углеводородов при использовании древесного газа. [9] Обычный каталитический нейтрализатор хорошо работает с древесным газом, но даже без него уровень выбросов менее 20 ppm HC и 0,2% CO может быть легко достигнут большинством автомобильных двигателей. При сжигании древесного газа не образуются твердые частицы, поэтому газ выделяет очень мало сажи среди моторного масла. [10]

Плиты, кулинария и печи [ править ]

Коаксиальная газификационная печь с нисходящей тягой

Некоторые конструкции печей, по сути, являются газификаторами, работающими по принципу восходящего потока: воздух проходит вверх через топливо, которое может представлять собой столб рисовой шелухи, и сгорает, а затем восстанавливается до окиси углерода за счет остаточного угля на поверхности. Образующийся газ затем сжигается нагретым вторичным воздухом, поднимающимся по концентрической трубе. Такое устройство ведет себя очень похоже на газовую плиту. Это устройство также известно как китайская горелка.

Альтернативная печь, основанная на принципе нисходящей тяги и обычно построенная с вложенными цилиндрами, также обеспечивает высокую эффективность. Горение сверху создает зону газификации, при которой газ выходит вниз через отверстия, расположенные в основании камеры горелки. Газ смешивается с дополнительным входящим воздухом, чтобы обеспечить вторичное горение. Большая часть CO, образующегося при газификации, окисляется до CO.
2во вторичном цикле сгорания; Следовательно, печи с газификацией несут меньший риск для здоровья, чем традиционные камины.

Еще одно применение - использование генераторного газа для замещения легкого жидкого топлива (LDO) в промышленных печах. [11]

Зеленый водородный газ также извлекается из древесного газа, который, в свою очередь, производится из широко доступной и углеродно-нейтральной биомассы. [12] Все продукты газификатора древесины (древесный уголь, жидкие углеводороды, метан и монооксид углерода) могут быть преобразованы в водород с помощью процесса парового риформинга без подвода внешнего тепла. От 5 до 6 кг сухой биомассы дает 1 кг водорода с минимальной эффективностью 60%.

Производство [ править ]

Газификатор с псевдоожиженным слоем в Гюссинге , Австрия , работает на древесной щепе.

Газификатор древесины принимает древесную щепу, опилки, древесный уголь, уголь, резину или аналогичные материалы в качестве топлива и не полностью сжигает их в топке, образуя древесный газ, твердую золу и сажу , последние из которых необходимо периодически удалять из газификатора. Затем древесный газ можно отфильтровать от смол и частиц сажи / золы, охладить и направить в двигатель или топливный элемент . [13] Большинство этих двигателей предъявляют строгие требования к чистоте древесного газа, поэтому газ часто должен проходить тщательную очистку, чтобы удалить или преобразовать, то есть « трещины », смолы и частицы. Удаление смолы часто осуществляется с помощью водного скруббера.. Использование древесного газа в немодифицированном двигателе внутреннего сгорания, работающем на бензине, может привести к проблемному накоплению несгоревших соединений.

Качество газа из разных газификаторов сильно различается. Поэтапные газификаторы, в которых пиролиз и газификация происходят отдельно, а не в одной реакционной зоне, как это было, например , в газификаторах времен Второй мировой войны, могут быть спроектированы для производства газа, практически не содержащего смол (менее 1 мг / м 3 ). , в то время как газификаторы с псевдоожиженным слоем с одним реактором могут превышать 50 000 мг / м 3 смолы. Реакторы с псевдоожиженным слоем имеют то преимущество, что они намного компактнее, имеют большую производительность на единицу объема и цену. В зависимости от предполагаемого использования газа смола может быть полезной, а также за счет увеличения теплотворной способности газа.

Теплота сгорания «генераторного газа» - термин, используемый в Соединенных Штатах, означающий древесный газ, производимый для использования в двигателе внутреннего сгорания, - довольно низкая по сравнению с другими видами топлива. Тейлор [14] сообщает, что генераторный газ имеет более низкую теплоту сгорания - 5,7 МДж / кг по сравнению с 55,9 МДж / кг для природного газа и 44,1 МДж / кг для бензина. Теплота сгорания древесины обычно составляет 15-18 МДж / кг. Предположительно, эти значения могут несколько отличаться от образца к образцу. Тот же источник сообщает о следующем химическом составе по объему, который, скорее всего, также варьируется:

Производитель древесного угля на альтернативном фестивале Nambassa в Новой Зеландии в 1981 году.
  • Азот N 2 : 50,9%
  • Окись углерода CO: 27,0%
  • Водород H 2 : 14,0%
  • Двуокись углерода CO 2 : 4,5%
  • Метан CH 4 : 3,0%
  • Кислород O 2 : 0,6%.

Указывается, что состав газа сильно зависит от процесса газификации, среды газификации (воздух, кислород или пар) и влажности топлива. Процессы паровой газификации обычно дают высокое содержание водорода, газификаторы с нисходящим потоком с неподвижным слоем дают высокие концентрации азота и низкие содержания смол, тогда как газификаторы с восходящим потоком с неподвижным слоем дают высокие содержания смол. [13] [15]

Во время производства древесного угля для черного пороха летучий древесный газ удаляется. Углерод с очень большой площадью поверхности, пригодный для использования в качестве топлива в виде черного пороха.

См. Также [ править ]

  • Биогаз
  • Biochar - древесный уголь из биомассы
  • Комбинированное производство древесного газа и биоугля
  • Газификация
  • Производитель газа
  • Ракетная печь
  • Водяной газ
  • Газификация открытых дровяных котлов

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Томас Хью Паркер" .
  2. ^ Экерхольм, Елена. «Культурное значение древесного газа как автомобильного топлива в Швеции, 1930-1945 гг.». Энергетические общества прошлого и настоящего: как энергия соединяет политику, технологии и культуру, под редакцией Нины Мёллерс и Карин Захманн. Билефельд: Расшифровка стенограммы, 2012.
  3. ↑ Машины на древесном газе: дрова в топливном баке Журнал Low-tech, 18 января 2010 г.
  4. ↑ Дэвид Воган (2 января 2013 г.). «Как Северная Корея заправляет свои военные грузовики деревьями» . Scientific American . Проверено 22 июня 2016 года .
  5. ^ Mikkonen, Vesa (2010). Древесный газ для мобильных приложений . Опубликовано автором, доступно на сайте www.ekomobiili.fi. п. 31.
  6. ^ Mikkonen, Vesa (2010). Древесный газ для мобильных приложений . Опубликовано автором, доступно на сайте www.ekomobiili.fi. п. 142.
  7. ^ Газификатор рисовой шелухи в бирманской деревне
  8. ^ Mikkonen, Vesa (2010). Древесный газ для мобильных приложений . Опубликовано автором, доступно на сайте www.ekomobiili.fi. п. 3.
  9. ^ Mikkonen, Vesa (2010). Древесный газ для мобильных приложений . Опубликовано автором, доступно на сайте www.ekomobiili.fi. п. 4.
  10. ^ Mikkonen, Vesa (2010). Древесный газ для мобильных приложений . Опубликовано автором, доступно на сайте www.ekomobiili.fi. п. 70.
  11. ^ Джорапур, Раджив; Раджванши, Анил К. (1997). «Газификаторы из листьев сахарного тростника и жома для промышленного отопления». Биомасса и биоэнергетика . 13 (3): 141–146. DOI : 10.1016 / S0961-9534 (97) 00014-7 .
  12. ^ "Это лучший способ производить дешевый водород?" . Дата обращения 17 июля 2020 .
  13. ^ a b Электроэнергия из древесины за счет комбинации газификации и твердооксидных топливных элементов , доктор философии. Диссертация Флориана Нагеля, Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе, 2008 г.
  14. ^ Тейлор, Чарльз Фейет (1985). Двигатель внутреннего сгорания в теории и практике - Том 1 . Кембридж: MIT Press. С. 46–47. ISBN 978-0-262-70027-6.
  15. ^ Справочник по системам двигателя газификатора с нисходящим потоком биомассы (раздел 5.2, параграф 2, стр.30), подготовленный Исследовательским институтом солнечной энергии, Министерство энергетики США, Программа технической информации по солнечной энергии, Исследовательский институт солнечной энергии, 1988 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций: Древесный газ в качестве моторного топлива , 1986 г.