XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород). 54—60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют 38 % населения Земли.

Наиболее ценным является газообразное и жидкое биотопливо. Преобразование энергии биотоплива практически не отличается от преобразования энергии любого углеводородного топлива, поэтому практический интерес представляют только вопросы его получения.

Биотопливо может использоваться для прямого получения тепла (в этом случае сжигают высушенную биомассу или получаемый из нее древесный уголь) или для производства электроэнергии (в этом случае из биотоплива получают метан, который используют в автономных топливных электростанциях в качестве газообразного топлива приводных двигателей).

Процесс получения метана (СН4) из биомассы называется анаэробной переработкой. Как следует из названия процесса (анаэробная) он протекает в отсутствии кислорода воздуха.

Р
ис.1 Функциональная схема анаэробной установки производства биогаза.

Рис.2 Установка для получения биогаза.

1 – вентиль, 2 – корпус, 3 – поршень, 4 – биомасса

Получение биогаза происходит таким образом:

Поршнем выдавливается воздух из биомассы.

Вентиль закрывается и производится подогрев биомассы без доступа воздуха.

Подогретая биомасса интенсивно перемешивается поршнем, имеющим лопатки. В перемешиваемой нагретой биомассе протекают процессы анаэробного брожения и начинает выделяться биогаз, в котором большинство составляет метан СН4.

Под давлением биогаза поршень приподнимается, и газ выпускается в промежуточную емкость.

Метан из промежуточной емкости после очистки компрессором закачивается в резервуар для хранения и последующего использования.

Кроме получения газообразного топлива из биомассы можно получать твердое (брикетированное или гранулированное) топливо и жидкое топливо (метанол).

Рис.3 Функциональная схема установки для получения жидкого топлива.

Полученное топливо представляет собой метиловый спирт и может использоваться совместно с бензином в определенных пропорциях.

Обобщающим способом получения твердого (древесный уголь), газообразного (биогаз) и жидкого (смолы и масла) биотоплива является

п
иролиз.

КПД пиролиза определяется отношением теплоты сгорания произведенного биотоплива к теплоте сгорания исходной биомассы, и достигает высоких значений. Например, газогенератор на древесине, производящий водород и СО, имеет КПД 90% . Некоторая потеря энергии компенсируется получением биотоплива, пригодного для использования в обычных тепловых двигателях. Это позволяет уменьшить потери энергии по сравнению с простым сжиганием биомассы.

Так, используя продукты пиролиза при производстве электроэнергии можно достигать более высоких значений КПД, чем при использовании паровых котлов.

Пиролиз протекает в четыре стадии, отличающиеся температурой процесса:

100 – 120°С – подаваемый в газогенератор материал, опускаясь вниз, освобождается от влаги;

275°С – отходящие газы состоят из N2, CO, CO2; в виде конденсата выделяются смолы и масла, которые могут быть переработаны в метанол или метан;

280 – 350°С – протекают экзотермические реакции, в процессе которых выделяются летучие вещества.;

350 – 600°С – образуется водород, метан и СО, часть углерода переходит в форму древесного угля.

Литература:

1. Беззубцева М.М., Волков В.С. Нетрадиционная и возобновляемая энергетика: конспект лекций для обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 «Агроинженерия», профиль «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». — СПб.: СПбГАУ, 2016. — 127 с.

2. Беззубцева М.М., Волков В.С. , Пиркин А.Г., Фокин С.А. Энергетика технологических процессов – учебное пособие, 2011. – СПб.: СПбГАУ, 265 с.

http://novostynauki.com/e-ntsiklopediya/bioenergetika/poluchenie-gazoobraznogo-i-zhidkogo-biotopliva/