Древесный газ
Древесный газ — это топливный газ , который можно использовать для печей, печей и транспортных средств. В процессе производства биомасса или родственные углеродсодержащие материалы газифицируются в среде генератора древесного газа с ограниченным содержанием кислорода для получения горючей смеси. В некоторых газификаторах этому процессу предшествует пиролиз , при котором биомасса или уголь сначала преобразуются в уголь , выделяя метан и смолу, богатую полициклическими ароматическими углеводородами .
В отличие от синтез-газа , который представляет собой почти чистую смесь H 2 /CO, древесный газ также содержит различные органические соединения («дистилляты»), которые требуют очистки для использования в других целях. В зависимости от вида биомассы образуются различные загрязнения, которые конденсируются по мере охлаждения газа. Когда добывающий газ используется для питания автомобилей и лодок [1] или при доставке в отдаленные места, необходимо очистить газ от материалов, которые могут конденсироваться и засорять карбюраторы и газопроводы. Антрацит и кокс предпочтительнее для использования в автомобилях, поскольку они производят наименьшее количество загрязнений, что позволяет использовать меньшие по размеру и более легкие скрубберы.
История
[ редактировать ]
Первый газификатор древесины, очевидно, был построен Густавом Бишофом в 1839 году. Первый автомобиль, работающий на древесном газе, был построен Т.Х. Паркером в 1901 году. [2] Примерно в 1900 году многие города доставляли топливные газы (централизованно производимые, обычно из угля ) в жилые дома. Природный газ начал использоваться только в 1930-х годах.
Транспортные средства, работающие на древесном газе, использовались во время Второй мировой войны из-за нормирования ископаемого топлива. В одной только Германии - производителей газа к концу войны эксплуатировалось около 500 000 автомобилей . Установкой газификации древесины были оснащены грузовые автомобили, автобусы, тракторы, мотоциклы, корабли и поезда. В 1942 году, когда древесный газ еще не достиг пика своей популярности, в Швеции было около 73 000 автомобилей, работающих на древесном газе. [3] 65 000 во Франции, 10 000 в Дании и почти 8 000 в Швейцарии. В 1944 году в Финляндии было 43 000 «древомобилей», из них 30 000 автобусов и грузовиков, 7 000 частных автомобилей, 4 000 тракторов и 600 лодок. [4]
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 [5] в сельской местности, особенно на дорогах восточного побережья.
Производство
[ редактировать ]
Газификатор древесины использует древесную щепу, опилки, древесный уголь, уголь, резину или подобные материалы в качестве топлива и частично сжигает их в топке, образуя древесный газ, твердую золу и сажу , последнюю 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 . [6] Большинство этих двигателей предъявляют строгие требования к чистоте древесного газа, поэтому газу часто приходится проходить тщательную газоочистку для удаления или преобразования, т. е . « крекинга », смол и частиц. Удаление смолы часто осуществляется с помощью водяного скруббера . Использование древесного газа в немодифицированном двигателе внутреннего сгорания, работающем на бензине, может привести к проблемному накоплению несгоревших соединений.
Качество газа от разных «газификаторов» сильно различается. Ступенчатые газификаторы, в которых пиролиз и газификация происходят раздельно, а не в одной и той же реакционной зоне, как это было в газификаторах времен Второй мировой войны, могут быть спроектированы для производства газа, практически не содержащего смол (менее 1 мг/м3). 3 ), тогда как в однореакторных газификаторах с псевдоожиженным слоем концентрация может превышать 50 000 мг/м³ 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 «производственного газа» (термин, используемый в США и обозначающий древесный газ, производимый для использования в двигателе внутреннего сгорания), довольно низкая по сравнению с другими видами топлива. Тейлор (1985) [7] сообщает, что добывающий 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 меняться от образца к образцу. Тот же источник сообщает о следующем химическом составе по объему, который, скорее всего, также является переменным:
Состав «Производственный газ» [7] Химическое названиеФормулаФракцияАзот № 250.9%Окись углерода СО27.0%Водород Ч 214.0%Углекислый газ СО 24.5%Метан СН 43.0%Кислород Около 20.6%
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 неподвижным слоем с нисходящей тягой дают высокие концентрации азота и низкую нагрузку смолы, тогда как газификаторы с неподвижным слоем с восходящей тягой дают высокую загрузку смолы. [6] [8]
При производстве древесного угля для черного пороха летучий древесный газ выбрасывается. Чрезвычайно высокая площадь поверхности углерода позволяет использовать его в качестве топлива для дымного пороха.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фермер, Уэстон (1979). Из моей старой лодочной мастерской . Международное морское издательство. п. 176-198.
- ^ «Томас Хью Паркер» . localhistory.scit.wlv.ac.uk . Генеалогия. Архивировано из оригинала 5 мая 2013 г. Проверено 5 февраля 2008 г.
- ^ Экерхольм, Хелена (2012). «Культурное значение древесного газа как автомобильного топлива в Швеции, 1930–1945». В Мёллерсе, Нина; Захманн, Карин (ред.). Энергетические общества прошлого и настоящего: как энергетика связывает политику, технологии и культуры . Билефельд, Германия: Стенограмма Verlag.
- ^ «Дровяно-газовые автомобили: Дрова в топливном баке» . Журнал «Низкие технологии» . 18 января 2010 г. Проверено 8 октября 2023 г.
- ^ Воган, Дэвид (2 января 2013 г.). «Как Северная Корея заправляет свои военные грузовики деревьями» . Scientific American (scientificamerican.com) (блог) . Проверено 22 июня 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Нагель, Флориан (2008). Электричество из древесины за счет сочетания газификации и твердооксидных топливных элементов (кандидатская диссертация). Цюрих, Швейцария: Швейцарский федеральный технологический институт . Проверено 8 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Тейлор, Чарльз Фейетт (1985). Двигатель внутреннего сгорания в теории и практике . Том. 1. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. стр. 46–47. ISBN 978-0-262-70027-6 .
- ^ Справочник по системам двигателей-газификаторов с нисходящей тягой биомассы (PDF) . Программа технической информации по солнечной энергии (отчет). Научно-исследовательский институт солнечной энергии. США Министерство энергетики . 1988. Раздел 5.2, абзац 2, стр. 30.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Древесный газ как моторное топливо (Отчет). Продовольственная и сельскохозяйственная организация. Объединенные Нации. 1986.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
