Газогенераторы: прямой и обращённый процессы

СМОЛЫ: ПОМЕХА ИЛИ ПОЛЕЗНЫЙ ПРОДУКТ?

Газогенератор прямого процесса: выбор определяется тем, что мы хотим получить

Сначала определимся с задачей

Я бы не оценивал газогенератор только по смолистости. Для двигателя внутреннего сгорания смолы осложняют подготовку газа. Но при подаче горячего потока в подходящую топку они могут сгорать вместе с остальными горючими компонентами и давать тепло. Поэтому один и тот же состав для разных потребителей имеет разную ценность. [1]

Пиролизные продукты — это не только смоляные пары. При разложении, например, полиэтилена и полипропилена образуются также лёгкие углеводородные газы: метан, этан, пропан, бутан, а также непредельные соединения — этилен, пропилен и другие. Обогащение ими способно существенно повысить теплоту сгорания генераторного газа; оно не исчезает целиком после удаления конденсируемой части. Состав зависит от сырья и режима. [2]

Где заканчивается газ и начинается жидкость

Пиролиз даёт широкий набор соединений, а не единственный «пиролизный газ». Какие из них останутся в газовом потоке, а какие попадут в жидкость, определяется составом смеси, температурой и давлением. При охлаждении окружающим воздухом холодный климат Норвегии и жаркий Узбекистан создают разные условия разделения. Нужную границу задают охлаждением и последующим отделением фракций.

Поэтому при сравнении калорийности я обязательно уточняю, что именно сравниваем: горячую смесь с парами или газ после конденсатора; при каких условиях измерен объём. Но сам эффект углеводородного обогащения вполне реален. [2]

Тот же принцип — другая цель

В аппарате прямого процесса топливо опускается, а газ поднимается. Нижние зоны горения и восстановления обеспечивают горячий поток; выше он нагревает сырьё и вызывает пиролиз — термическое разложение. Образующиеся пары уходят вверх, минуя нижнюю горячую зону. [1] Если главным продуктом становятся эти пары и получаемая из них жидкость, аппарат по назначению приближается к шахтному пиролизеру.

В рассматриваемой мной схеме верхний поток проходит через конденсационную систему: отбираем жидкие продукты, а оставшийся газ возвращаем на сжигание в нижний тепловой узел. Его энергия поддерживает процесс. Сырьё движется под собственным весом — появляется возможность непрерывной работы без транспортирующего шнека. Жидкий конденсат при этом ещё требует разделения: в нём могут присутствовать вода и разные органические фракции.

Это требует согласования теплового баланса, прогрева и теплоизоляции, времени пребывания паров и устойчивого схода слоя. Одной перестановкой патрубков такой режим не обеспечивается.

Из моего практического опыта

При переработке древесины с добавками пластика я наблюдал, что пластик пиролизовался ещё в верхней части колонны, не доходя до нижней зоны газификации. Продукты уходили с восходящим потоком. Пиролизная составляющая часто становилась основной по вкладу в теплотворность, а не небольшой добавкой к генераторному газу. [3]

Возврат тяжёлой фракции: три процесса в одном

На одной из запущенных нами установок жидкую фракцию отделяли от верхнего потока и затем разделяли по температурным интервалам кипения. Тяжёлый остаток, который мы называли мазутной фракцией, тогда не имел отдельного применения; своей крекинг-колонны у нас не было. Поэтому мы возвращали его вместе с газом в горячую нижнюю зону аппарата. [3]

По моим наблюдениям, там происходило дальнейшее термическое расщепление — крекинг: часть тяжёлого продукта переходила в более летучие фракции, часть углерода уходила в твёрдый остаток или расходовалась на горение. Пиролизный уголь выводили снизу и собирали отдельно. Возврат позволял повторно перерабатывать тяжёлую фракцию в том же аппарате. В одной технологической связке совмещались газификация, пиролиз и крекинг. [3]

Кирпичная колонна и устойчивость зон

Наша кирпичная колонна имела восьмиугольный внутренний канал: диаметр вписанной окружности составлял 500 мм. Изнутри наружу шли 125 мм плотного шамота — полкирпича, затем 250 мм легковесного шамота и, по моим воспоминаниям, ещё около 200 мм прошивных базальтовых матов. Плотный шамот служил горячей футеровкой, а основную теплоизоляцию давали наружные слои. [3]

При таком серьёзном утеплении аппарат работал устойчиво: по моим наблюдениям, тепловые зоны перестали заметно смещаться и колебаться. Существенна была и равномерная подача топлива. Эти размеры описывают нашу установку, а не готовую конструкцию для любого сырья. [3]

В пиролизном режиме газ отбирали несколько ниже места загрузки, а не в самой верхней точке колонны. Так подача очередной порции свежего топлива меньше возмущала работу. Высоту отбора выбирали вместе с устройством слоя и тепловым режимом. [3]

Для возврата тяжёлой фракции важно понимать фактический температурный профиль по высоте и контролировать несколько зон. Холодные стенки вызывают преждевременную конденсацию паров и возврат жидкости в слой. Нужны теплоизоляция и управляемый прогрев; температура стенки при этом не тождественна температуре внутри слоя.