Термодинамический анализ плазменной газификации отходов сельского хозяйства
DOI:
https://doi.org/10.26577/rcph-2019-i2-15Ключевые слова:
отходы сельского хозяйства, плазменная переработка, газификация, пиролиз, синтез-газ, плазменный газификаторАннотация
Значительную часть отходов сельского хозяйства (ОСХ) дают птицефабрики и животноводческие комплексы, в основном в виде птичьего помета и навоза. Нерациональное использование большого объема таких отходов негативно влияет на окружающую среду. Современные технологии позволяют утилизировать сельскохозяйственные отходы с получением энергетического газа. Плазменная переработка отходов агропромышленного комплекса позволяет интенсифицировать процесс получения энергетического газа, состоящего в основном из синтез-газа (СО+Н2), и в 150-200 раз повысить производительность по газу плазменного газификатора по сравнению с биогазовыми генераторами. Настоящая статья посвящена термодинамическому моделированию процесса плазменной переработки ОСХ. Термодинамический анализ процесса плазменной переработки отходов выполнен с использованием универсальной программы термодинамических расчетов TERRA. В работе под ОСХ подразумеваются экскременты сельскохозяйственных животных (навоз). Для исследований используется высушенный смешанный навоз (кизяк влажностью 30%) от крупного рогатого скота. Термодинамические расчеты показали, что при плазменной газификации и пиролизе ОСХ производится высококалорийный горючий газ с выходом синтез-газа 65,2 и 68,5%, соответственно. При этом вредные компоненты не выявлены. Плазменный газификатор позволит эффективно перерабатывать различные типы ОСХ в высококалорийный энергетический газ, состоящий в основном из синтез-газа, и нейтральный шлак. Разработана технологическая схема процесса плазменной переработки ОСХ. На предложенной плазменной установке, реализующей эту схему, в зависимости от состава ОСХ, из 1 кг можно получить до 1,7 м3 сухого энергетического газа. При этом его калорийность будет изменяться от 8500 до 9300 МДж/нм3. Состав энергетического газа составит, об.%: Н2 – 35-39, СО – 29-31, СО2 – 4-6, N2 – 10-14, H2O – 13-18. Такой газ может быть использован в качестве рабочего тела высокоэффективных электрогенераторов нового поколения, включая твердооксидные топливные элементы или в качестве исходного сырья для получения синтетических моторных топлив (метанол, диметилэфир).
Библиографические ссылки
2 BP Statistical Review of World Energy 2017, 66, 50 (2017).
3 Key World Energy Statistics 2017: International Energy Agency. OECD/IEA, 95 (2017).
4 V.G. Rodionov, Energetika: problemy nastoyashchego i vozmozhnosti budushchego, (Moscow: EHNAS 2010) 352 p. (in Russ)
5 Obezvrezhivanie othodov termicheskim sposobom (Szhiganie othodov), Informacionno-tekhnicheskij spravochnik po nailuchshim dostupnym tekhnologiyam, (ITS 9-2015, Moscow: NTD, 2015) 249 p. (in Russ)
6 W. Baader, E. Dohne and M. Brenndörfer, Biogas in Theorie und Praxis, (Frankfurt: KTBL-Schrift 229, 1978), 134 p.
7 USDA, U.S. EPA, U.S. DOE, Biogas Opportunities Roadmap, (August 2014), 28 p.
8 Special'noe agentstvo vozobnovlyaemyh resursov (FNR). Biogaz na osnove vozobnovlyaemogo syr'ya. – (Germaniya: Izdanie 1, 2010), 115 p. (in Russ)
9 N. Cerone and F. Zimbardi, Energies, 11, 1280-1298.(2018).
10 M.I. Jahirul, M.G. Rasul, A.A. Chowdhury and N. Ashwath, Energies, 5, 4952-5001 (2012).
11 G.I. Bagryancev and V.E. Chernikov, Termicheskoe obezvrezhivanie i pererabotka promyshlennyh i bytovyh othodov, Municipal'nye i promyshlennye othody: sposoby obezvrezhivaniya i vtorichnoj pererabotki: Analit. obzor (Novosibirsk, 1995) 156 p. (in Russ)
12 V.M. Bel'kov, Himicheskaya promyshlennost', 8-25 (2000) (in Russ)
13 V.E. Lotosh, Ehkologicheskie sistemy i pribory, 2, 29-31 (2003) (in Russ)
14 V.E. Lotosh, Pererabotka othodov prirodopol'zovaniya,(Ekaterinburg: POLIGRAFIST, 2007) 503 p. (in Russ)
15 V.E. Messerle, A.L. Mosse, A.N. Nikonchuk, S.Zh. Tokmoldin and A.B. Ustimenko, Rec. Contr to Phys. 53, 27-34 (2015) (in Russ)
16 S.V. Anahov and Yu.A. Pykin, Sistemnye principy v reshenii zadach ehkologicheskoj bezopasnosti s primeneniem ehlektroplazmennyh tekhnologij Conf. ISWA (Moscow, 28-29 May, 2013), p. 4-9 (in Russ)
17 A.G. Karengin, Plazmennye processy i tekhnologii., (Tomsk: Izdatel’stvo TPU, 2009), 144 p. (in Russ)
18 V.E. Messerle, A.B. Ustimenko, and O.A. Lavrichshev, Fuel, 164, 172-179 (2016).
19 Y. Pang, L. Bahr, et al, Energies, 11, 1302-1326 (2018).
20 Galvita V., Messerle V.E., et al, Intern. J of Hydrogen Energy, 32, 3899-3906 (2007).
21 Katsaros G., Nguyen T.-V. and Rokni M., J of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, 6, 13-32 (2018).
22 V.I. Golish, E.I., Karpenko et al, High Energy Chemistry, 43, 318–323 (2009).
23 V.E. Messerle, A.L. Mosse, A.B. Ustimenko, Waste Management, 79, 791–799 (2018).
24 Spravochnik organicheskih udobrenij. http://навозоразбрасыватели.рф (in Russ)
25 V.A., Vasil'ev and N.V. Filippova Spravochnik po organicheskim udobreniyam., (izdanie 2-e . pererab. i dop., M.: Rosagropromizdat, 1988), 255 p. (in Russ)
26 M. Gorokhovski, E.I. Karpenko, et al, J of the Energy Institute, 78, 157-171 (2005).
