Газогенератори: прямий і обернений процеси

СМОЛИ: ПЕРЕШКОДА ЧИ КОРИСНИЙ ПРОДУКТ?

Газогенератор прямого процесу: вибір визначається тим, що ми хочемо отримати

Спочатку визначимося із завданням

Я б не оцінював газогенератор лише за смолистістю. Для двигуна внутрішнього згоряння смоли ускладнюють підготовку газу. Але під час подачі гарячого потоку у відповідну топку вони можуть згоряти разом з іншими горючими компонентами й давати тепло. Тому один і той самий склад для різних споживачів має різну цінність. [1]

Піролізні продукти — це не лише смоляні пари. Під час розкладання, наприклад, поліетилену й поліпропілену утворюються також легкі вуглеводневі гази: метан, етан, пропан, бутан, а також ненасичені сполуки — етилен, пропілен та інші. Збагачення ними здатне істотно підвищити теплоту згоряння генераторного газу; воно не зникає цілком після видалення конденсованої частини. Склад залежить від сировини й режиму. [2]

Де закінчується газ і починається рідина

Піроліз дає широкий набір сполук, а не єдиний «піролізний газ». Які з них залишаться в газовому потоці, а які потраплять у рідину, визначається складом суміші, температурою й тиском. Під час охолодження навколишнім повітрям холодний клімат Норвегії та спекотний Узбекистан створюють різні умови розділення. Потрібну межу задають охолодженням і подальшим відділенням фракцій.

Тому під час порівняння калорійності я обов’язково уточнюю, що саме порівнюємо: гарячу суміш із парами чи газ після конденсатора; за яких умов виміряно об’єм. Але сам ефект вуглеводневого збагачення цілком реальний. [2]

Той самий принцип — інша мета

В апараті прямого процесу паливо опускається, а газ піднімається. Нижні зони горіння й відновлення забезпечують гарячий потік; вище він нагріває сировину й спричиняє піроліз — термічне розкладання. Пари, що утворюються, виходять угору, минаючи нижню гарячу зону. [1] Якщо головним продуктом стають ці пари й отримана з них рідина, апарат за призначенням наближається до шахтного піролізера.

У розглянутій мною схемі верхній потік проходить крізь конденсаційну систему: відбираємо рідкі продукти, а решту газу повертаємо на спалювання в нижній тепловий вузол. Його енергія підтримує процес. Сировина рухається під власною вагою — з’являється можливість безперервної роботи без транспортувального шнека. Рідкий конденсат при цьому ще потребує розділення: у ньому можуть бути вода й різні органічні фракції.

Це потребує узгодження теплового балансу, прогрівання й теплоізоляції, часу перебування парів і стійкого сходження шару. Однією перестановкою патрубків такий режим не забезпечується.

З мого практичного досвіду

Під час переробки деревини з добавками пластику я спостерігав, що пластик піролізувався ще у верхній частині колони, не доходячи до нижньої зони газифікації. Продукти виходили з висхідним потоком. Піролізна складова часто ставала основною за внеском у теплотворність, а не невеликою добавкою до генераторного газу. [3]

Повернення важкої фракції: три процеси в одному

На одній із запущених нами установок рідку фракцію відділяли від верхнього потоку й потім розділяли за температурними інтервалами кипіння. Важкий залишок, який ми називали мазутною фракцією, тоді не мав окремого застосування; своєї крекінг-колони в нас не було. Тому ми повертали його разом із газом у гарячу нижню зону апарата. [3]

За моїми спостереженнями, там відбувалося подальше термічне розщеплення — крекінг: частина важкого продукту переходила в леткіші фракції, частина вуглецю йшла у твердий залишок або витрачалася на горіння. Піролізне вугілля виводили знизу й збирали окремо. Повернення давало змогу повторно переробляти важку фракцію в тому самому апараті. В одному технологічному поєднанні суміщалися газифікація, піроліз і крекінг. [3]

Цегляна колона та стійкість зон

Наша цегляна колона мала восьмикутний внутрішній канал: діаметр вписаного кола становив 500 мм. Зсередини назовні йшли 125 мм щільного шамоту — пів цеглини, потім 250 мм легковагового шамоту й, за моїми спогадами, ще близько 200 мм прошивних базальтових матів. Щільний шамот слугував гарячою футерівкою, а основну теплоізоляцію давали зовнішні шари. [3]

За такого серйозного утеплення апарат працював стійко: за моїми спостереженнями, теплові зони перестали помітно зміщуватися й коливатися. Істотною була й рівномірна подача палива. Ці розміри описують нашу установку, а не готову конструкцію для будь-якої сировини. [3]

У піролізному режимі газ відбирали дещо нижче місця завантаження, а не в найвищій точці колони. Так подача чергової порції свіжого палива менше збурювала роботу. Висоту відбору обирали разом із будовою шару й тепловим режимом. [3]

Для повернення важкої фракції важливо розуміти фактичний температурний профіль за висотою й контролювати кілька зон. Холодні стінки спричиняють передчасну конденсацію парів і повернення рідини в шар. Потрібні теплоізоляція та кероване прогрівання; температура стінки при цьому не тотожна температурі всередині шару.