Отчет о НИРпо теме: "Исследование кинетики окислительной торрефикации биомассы" (Заключительный)

Рост цен на ископаемое топливо и ужесточение экологических требований обуславливает возрастание интереса к использованию возобновляемых источников энергии, среди которых биомасса может рассматриваться как достаточно большой по объему и относительно легко доступный ресурс. Ресурсы некоторых видов биомассы (твердые отходы растениеводства: солома, лузга подсолнечника, риса и т.д.) ежегодно обновляются, а их объемы в России таковы, что могут в значительной степени заменить собой угли, добыча и использование которых несет серьезные экологические проблемы. Вместе с тем в исходном состоянии биомасса имеет относительно невысокую теплоту сгорания, биомасса гидрофильна, подвержена биологической деградации, а при совместном сжигании биомассы с углем в пылеугольных котлах электростанций резко возрастают энергозатраты на измельчение этой топливной смеси. Решение указанных проблем видится в предварительной термической обработке биомассы методом торрефикации при температуре 200 – 300 ºС в бескислородной среде. Однако, процесс торрефикации – это эндотермический процесс, требующий порядка 4 кДж тепловой энергии на 1 кг исходной биомассы. В проекте предлагается исследовать процесс окислительной торрефикации биомассы – малоисследованный технологический процесс, протекающий в газовой среде с некоторым содержанием кислорода. Основное ожидаемое преимущество данной технологии – использование экзотермических процессов, протекающих при нагреве биомассы в присутствии кислорода, что должно ускорить процесс торрефикации и снизить энергозатраты на его осуществление. При этом сам процесс торрефикации будет осуществляться в кипящем слое, который, как предполагается, может рассматриваться как аккумулятор тепла для поддержания процесса торрефикации. С другой стороны, предполагается, что кипящий слой, благодаря высоким скоростям теплообмена с погруженными в кипящий слой поверхностями теплообмена или с ограничивающей кипящий слой стенкой, сможет, при необходимости, обеспечить быстрый отвод тепла, что предотвратит неконтролируемой рост температуры биомассы. Будет исследован экзотермический эффект при торрефикации различных видов биомассы, содержащих различное количество гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина. Будут определены пределы использования экзотермических эффектов, что позволит исключить переход процесса торрефикации в процесс газификации или горения. Реализация проекта позволит получить фундаментальные представления о процессе окислительной торрефикации биомассы в кипящем слое, которые в будущем позволят проектировать высокоэффективные реакторы для получения высококачественного биотоплива.