Получение электрической энергии

Биотопливная энергетика

Топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои.

Рис. 53. Агропромышленная переработка сахарного тростника

Виды биотоплива:

1. Твердое (дрова, солома)

2. Жидкое (этанол, метанол, биодизель)

3. Газообразное (биогаз, водород)

Рис. 54. Способы получения биотоплива.

 

1). Пиролиз (сухая перегонка). Нагрев или частичное сжигание органического сырья.

2). Газификация. Установки частичного сжигания биомассы для получения максимального выхода газов.

3). Гидрогенизация. Биомассу нагревают в водороде до 600 º С, при давлении 5 МПа.

4). Гидрогенизация с применением СО и пара. Нагрев биомассы в СО и паре при t +400º С, при давлении 5 МПа.

5). Гидролиз под действием кислот. Нагревание биомассы в серной кислоте.

Рис. 55. Схема получения биотоплива.

Развитие энергетики за счет использования сельскохозяйственных культур имеет ярко выраженные недостатки.

1. Конкуренция с пищевыми продуктами. Следствие - при увеличении объемов производства биотоплива могут увеличится цены на продукты питания.

2. Обеднение и эрозия почв, при выращивании биотопливных культур.

В связи с данными недостатками перспективным направлением будет получение биотоплива из ТБО свалок.

Преимущества:

- Наличие большого количества сырья

- Переработка сырья позволяет получать: энергию, тепло, удобрения.

Недостатки:

- Необходимость создания дорогостоящей базовой инфраструктуры

Рис. 57. Технологическая схема ArrowBio

Технология ArrowBio разработана израильскими инженерами. Используется двухфазный цикл метанного брожения: кислотогенную и метаногенную стадии, что позволяет сократить время переработки.

Впервые двухстадийное метановое брожение было разработано в СССР в 1961 г. и использовалось в промышленности при переработке ацетоно-бутиловой барды методом термофильного метанового брожения для производства препарата витамина В12.

Рис. 58. Принципиальная схема переработки ТБО, с получением биотоплива. Карлсруэ, Германия. Мощность установки 8 МВт. Производительность 1 тонна ТБО – 150-250 м3 газа.

Рис. 59. Схема получения биогаза из ТБО. Раутенвег, Австрия.

Перспективы развития отрасли:

Степень развития биотопливных технологий в мире, данные 2007 года. Таблица 2.

Расположение

Страна

Все биотопливо

Этанол

Биодизель

Инфраструктура

1

США

73

78

68

87

2

Бразилия

72

48

66

92

3

Германия

71

69

73

81

4

Франция

67

65

68

73

5

Испания

61

60

62

60

6

Великобритания

58

59

58

61

7

Швеция

58

60

56

76

8

Канада

57

65

49

66

9

Италия

53

51

55

47

10

Австралия

52

57

47

64

11

Таиланд

52

52

52

44

12

Китай

51

54

49

50

13

Индия

50

52

48

47

14

Бельгия

49

51

46

56

15

Индонезия

48

48

48

45

В термодинамическом плане мерзлые породы есть многофазные и многокомпонентные системы. К основным компонентам пород относятся: органоминеральный скелет, поровый раствор и поровый газ. Вода может находиться в жидкой, твердой и газообразной фазах. Поскольку теплоемкость есть величина аддитивная, то теплоемкость породы складывается из теплоемкостей ее составляющих. Таким образом, теплоемкость грунта есть сумма теплоемкостей минералов, из которых сложен скелет грунта, органической составляющей, воды (для влажных грунтов) или водного раствора солей (для засоленных грунтов), льда (для мерзлых грунтов) и газовых включений грунта.

Теплопроводность грунтов, определяется соотношением твердой, жидкой и газообразной составляющих, их химико-минеральным составом, структурными и текстурными особенностями (дисперсностью, пористостью, слоистостью и др.), влажностью, агрегатным состоянием воды и температурой.

Многочисленные экспериментальные исследования, выполненные на дисперсных грунтах нарушенного и естественного сложения, показали уменьшение теплопроводности пород с увеличением их дисперсности в следующей последовательности: крупнообломочные; песчаные; супесчаные; лессовые; суглинистые; глинистые. Возрастание дисперсности сопровождается ростом гидрофильности и ультрапористости, определяющих фазовый состав мерзлых пород, причем процентное содержание незамерзшей воды увеличивается в последовательности, аналогичной приведенному ряду по дисперсности.

Минеральный состав дисперсных пород в целом оказывает влияние на их теплопроводность, хотя и проявляется это лишь через факторы строения породы.

Существенное влияние на теплопроводные свойства горных пород оказывает их плотность, а также любое нарушение сплошности. Коэффициент теплопроводности выше у более плотных, менее пористых пород, так как уплотнение породы сопровождается увеличением доли более теплопроводного скелета, а также улучшением качества контактов между частицами. Эта закономерность подтверждена экспериментальными данными для дисперсных пород различного состава, причем она справедлива в широком диапазоне температур, включая и область интенсивных фазовых переходов.

Теплопроводность резко возрастает по мере увеличения влажности грунта, поскольку теплопроводность воды значительно выше теплопроводности вытесняемого водой воздуха.

Большей части осадочных и метаморфических пород присуща анизотропия по теплопроводности.

Величина теплопроводности зависит от температуры. Особенно сильно зависит от температуры теплопроводность мерзлых грунтов. Для влажных дисперсных пород влияние температуры определяется не только температурными зависимостями теплопроводности отдельных компонентов, но их количественным соотношением, связанным с изменением фазового состава влаги в породах, а также условиями передачи тепла на контактах компонентов породы. Образование льдо-цементационных связей при фазовых переходах в значительной степени увеличивает величину коэффициента теплопроводности пород. Как правило, теплопроводность мерзлых пород выше, чем талых.

Для предварительного анализа возможно использование расчетных значений теплофизических характеристик, рекомендуемых СНиП 2.02.04-88.

В случаях, когда затруднительно найти аналоги, используя имеющиеся в литературе данные по теплофизическим свойствам талых и мерзлых грунтов, следует проводить опытное определение свойств.

Для более точных расчетов необходимо проведение инженерно-геологических исследований, и на их основе определение физико-механических и теплофизических свойств грунта.


На главную