Термодинамический анализ плазменной газификации отходов сельского хозяйства

Аннотация

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).