CC BY
66«эдущадум-лоугм&у »вттлмд / technical SCHMCE_43
УДК: 662.997:537.22:539.104:661.472
Рзаев П.Ф., Саламов О.М., Мустафаева Р.М., Салманова Ф.А., Махмудова Т.А.
НАНА Институт Радиационных Проблем
ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ БИОМАССЫ КАК МЕТОД, АККУМУЛИРОВАНИЯ
СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ.
Rzaev P.F., Salamov O.M., Mustafayeva R.M., Salmanova F.A., Mahmudova T.A.
ANAS Institute of Radiation Problems
OBTAINING HYDROGEN FROM BIOMASS AS A METHOD FOR ACCUMULATING SOLAR
ENERGY.
Аннотация
Рассмотрены возможности использования солнечной энергии для газификации углерода и биомассы (БМ) с целью получения высоко калорийных газовых продуктов. Приведены результаты исследований процесса газификации и возможности увеличения выхода водорода из биомассы концентрированным солнечного энергии, обсуждаются некоторые аспекты протекании рассмотренных реакций, показано что при низких температурах газификации БМ с водяным паром термодинамический исключено, по при 700-900°С идет по всем возможным направлении.
Abstract
The possibilities of using solar energy for the gasification of carbon and biomass (BM) with the aim of obtaining high-calorie gas products are considered. The results of gasification studies and the possibility of increasing the yield of hydrogen from biomass with concentrated solar energy are given, some aspects of the considered reactions are discussed, it is shown that at low temperatures of gasification of BM with water vapor, thermodynamic is excluded, but at 700-900 ° goes in all possible directions.
Ключевые слова: Солнечная энергия, газификации, гелиоустановка, гелиореактор, биомассы, пиролиз, биогаз.
Key words: Solar energy, gasification, solar power plant, solar helicopter, biomass, pyrolysis, biogas.
ХХ1 ставит перед человечеством серьезно встал вопрос с истощении не возобновляемых топливных ресурсов нашей планеты и интенсивном загрязнении окружающей природной среды антропогенными вредными выбросами. Поэтому энергетические и экологические вопросы в настоящее время должны рассматривается в тесной взаимосвязи.
Одним из основных энергетических ресурсов, позволяющим с экономить достаточное количество ценных видов топлива, является неиссякаемая солнечная энергия (СЭ).
Целесообразность использования солнечной энергии для решения ряда специфических задач очевидна. Высокий уровень концентрации лучистой энергии параболоидных отражателях солнечных печей, доходящей до (20/26) • 106ккал/м2 • ч, позволил эффективно применить их для плавки огнеупорных материалов, для определения теплофи-зических параметров различных материалов при высоких температурах от 2000-3000°С, производить термическое окисление газообразного азота и синтезировать тугоплавкие окислы на основе алюминия, циркония и других элементов.
В условиях научно-технического прогресса несомненный интерес представляет проблема изыскания прогрессивных технических решений и передовых технологий использования солнечной энергии для получения альтернативных топлив-во-дорода и других горючих газов в районах, удаленных от энергоснабжающей сети-газификацией твердого топлива и углеводородного сырья-нефтя-ных остатков.
Несмотря на пока существующие значительные трудности использования солнечной энергии в технологических процессах, связанные с недостаточно высокой производительностью гелиоэнерго-установок получения концентрированного тепла на больших поверхностях, применение солнечной энергии в процессах гелиогазификации позволяет не только сэкономить до 35% твердого топлива, но и за счет внешнего подвода лучистой энергии обеспечить необходимую скорость и эффективность процесса газообразования.
При этом сочетание солнечной энергии с получением горючего водородосодержащего газа является перспективным в связи с тем, что водород при этом служит аккумулятором, сглаживающим
«ш^шетим-лигмаьжш),^» / тшшюеАк еаимси
44
стохастическое поступление солнечной радиации. Такие схемы преобразования солнечной энергии представляют большой интерес не только с точки зрения аккумулирования, но и ее практического использования для теплогазоснабжения отдельных автономных потребностей.
Одним из эффективных методов переработки может служить термохимическое превращение углеводородного сырья путем использования концентрированных солнечных лучей в фокальной области солнечной печи.
Утилизация растительных отходов с применением солнечной энергии в альтернативные топлива-водорода, водородосодержащие газы имеет
существенное экологическое и экономическое значение.
Основным вопросом при использовании солнечной энергии для целей газификации является выбор углеродсодержащего материала. В этой связи автором проведены экспериментальные исследования по газификации в солнечной печи бурых углей Канско-Агинского бассейна (КАБ) и отходов производства основных видов биомассы (БМ) (сельскохозяйственных культур) - виноградных и хлопковых стеблей.
БМ - состоит, главным образом, из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Например, первичная конверсия целлюлозы происходит по следу-
ющей реакции:
(С6Н10О5) + аН20 ^ СН4 + (5 - а)СО + аС02 + (3 + а)Н2 (1)
Таким образом, подбором соответствующих условий можно осуществить процесс конверсии целлюлозы по следующим реакциям:
С6Н10О5 + Н20 ^ СН4 + 4СО + С02 + 4Н2 (а=1) С6Н10О5 + 2Н20^ СН4 + ЗСО + 2С02 + 5Н2 (а=2)
110
Особенностью предлагаемого процесса конверсии БМ является осуществление эндотермической реакции за счет концентрированного тепла солнечной радиации.
Для этих целей разработана многоцелевая ге-лиоэнергетическая установка (ГЭУ), позволяющая в динамическом режиме осуществлять получение и сбор горючего водородосодержащего газа.
Основными узлами ГЭУ являются-концентра-тор параболоидного типа, гелиореактор с дозато-
С6Н10О5 + ЗН20^ СН4 + 2СО + ЗС02+ 6Н2 (а=3)
(1.1) (1.2) (1.3)
ром. Кроме того система оснащена системами ориентации за солнцем, охлаждения, регулирования и контроля температур, блока управления и т.д.
Термохимический реактор расположен в фокальной области концентратора. Интенсивность прямой солнечной радиации Jo=700-800 Вт/м2, мощность отраженных от зеркала концентрированных солнечных лучей Q= 1,15 кВт, температура реакционный камеры 700-900°С. Анализ продуктов реакции проводили хроматографическим методом.
Эксперименты проводились на площадке ге-лиохимическое лаборатории на ГЭУ. Рис.
Рис. Схема получения водорода в металлическом реакторе.
/ TECHNICAL SC0ENC1
45
1- Параболоидное зеркало, 2- металлический реактор, 3- дозатор воды, 4- испаритель воды, 5- потенциометр, 6- газометр, 7- продукты реакций.
Для опытов с бурыми углями КАБ были взяты образцы Ирша-Бородинского и Березовского месторождений. В этом случае гелиоприёмником гелиоустановки служили измельчение измолотые образцы указанных углей с размером частиц 5 мм.
Температурный интервал 700-9000С. Экспериментальные исследования показали возможность газификации бурых углей в гелиоустановке с повышенной, по сравнению с графитом, за счет использования солнечной энергии. В таблице 1 приведены данные по газификации бурых углей КАБ.
Таблица 1.
Газификации бурых углей КАБ в гелиоустановке,
Исходное сырье Температура, 0С Выход газа, м3/ч-кг Состав газа, % об.
H2 CO CO2 CH4 N2
Ирша-Бородинский угол. месторождения (КАБ) 700 1,69 45,0 30,0 20,0 1,5 3,5
800 2,26 43,0 32,0 11,5 10,0 3,5
900 3,39 50,0 30,0 2,5 15,0 2,5
Березовский угол. месторождения (КАБ) 700 2,07 40,0 28,0 20,0 7,0 5,0
800 2,83 44,0 27,0 15,0 9,0 5,0
900 3,20 50,0 24,0 10,0 10,0 5,0
В нашей Республике основные сельскохозяйственное производство базируется на культивации двух важнейших продуктах - хлопок и виноград. Отходы этих производство является хороший сырьевой базой для газификации этих отходов и получения на их основе горючих бытовых газов. Экспери-
ментальные исследования по газификации этих отходов проводили в гелиоустановке параболическим отражателем. Материалом гелиоприёмника служили измельченные виноградные и хлопковые стебли. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Газификация стеблей винограда и хлопка в гелиоустановке
Сырье Температура, 0С Выход газа, м3/ч-кг Состав газа, % об.
H2 CO CO2 CH4 N2
Виноградные стебли 700 1,54 41,3 44,7 2,6 9,4 2,0
800 1,79 45,6 39,4 2,8 10,2 2,0
900 2,07 46,0 38,0 2,0 12,0 2,0
Хлопковые стебли 700 1,60 42,0 33,0 3,2 5,8 4,0
800 1,73 52,5 29,5 6,0 8,0 4,0
900 2,01 54,0 28,0 4,5 9,5 4,0
Как видно, в температурном интервале 700-9000С процессы газификации отходов протекают эффективно с образованием водородсодержащих горючих газов. Несколько большее содержание водорода характеризуется для хлопковых стеблей по сравнению с виноградными стеблями.
Состав газов характеризуется высоким содержанием горючих компонентов для виноградных стеблей - 94-96 об %, для хлопковых стеблей несколько ниже - 82-90 об %.
Разработанный способ и устройство для производства водорода и горючих газов за счет тепла солнечной энергии можно использовать для решения рядя энергетических задач тех регионах Азербайджана, куда затруднена доставка топлива. При этом аккумулирование солнечной энергии позволит экономит до 40% твердого топлива, что очень важно и для сохранения чистоты воздушного бассейна.
Литература
1. Биомасса как источник энергии, М:Мир, 1985, 375 с.
2. П.Ф. Рзаев, Р.М. Мустафаева, Ф.А. Салма-нова, Т.А. Махмудова, И.Е.Велизаде. Применение высокопотенциального тепла солнечной радиации для преобразования биомассы в водород и водоро-досодержащие газы. UNITED-Joumal №12, 2018, c.c. 31-34.
3. Р.М. Мустафаева, И.И Мустафаев, П.Ф. Рзаев. Солнечно-термические процессы переработки нефтяных остатков ж. Гелиотехника №6, 1996
4. Ефремов А.А., Оффан К.Б., Киселев В.П. исследование состав жидких и газообразных продуктов пиролиза скорлупы кедровых орехов. Химия растительного сырья. 2002, №3, с.с. 43-47.
5. Саламов О.М. Перспективы получения альтернативного топлива из различных видов биомассы и отходов. Проблемы Энергетики. №2, 2018, с.с. 41-50.
