Альтернативная энергетика

Биомасса

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В процессе горения биомассы происходит ее разложение с последующим окислением продуктов распада.

По мере нагревания в камере сгорания или в другом устройстве биомасса разрушается: отделяются летучие вещества и остается углистое вещество с большим содержанием минеральных соединений. Летучие вещества содержат СО, С02, некоторое количество углеводородов и Н2. Конденсирующаяся часть летучих веществ содержит воду и низкомолекулярные органические соединения, такие, как альдегиды, кислоты, кетоны и спирты. В состав смоляной фракции входят высокомолекулярные сахара, производные фурана и фенольные соединения.

Доля образующихся летучих веществ и конденсирующегося остатка, а также их испаряемость определяются термогравиметрическим методом, а изменения энтальпии (ДН)-методом дифференциального термического анализа или сканирующей калориметрии (термический анализ). Данные термического анализа тополя и его компонент свидетельствуют о том, что при пиролизе целлюлозы и гемицеллюлозы (углеводных компонент) образуются главным образом летучие вещества, а при пиролизе лигнина-углистое вещество.

Эти методы могут использоваться для измерения энергии, необходимой для осушки, перегонки, пиролиза и нагрева биомассы перед сжиганием (теплота, затрачиваемая перед горением). Энергия, генерируемая в результате полного сжигания продуктов разложения, измеряется калориметрическим методом. Высвобождаемая энергия может быть также измерена в процессе пиролиза и горения как функция времени или температуры.

Для лигнина, состоящего из конифериловых соединений (и некоторого количества соответствующих сирингиловых соединений в древесине твердых пород) и имеющего примерный состав СюНцОг, характерно меньшее содержание кислорода и, следовательно, более высокая теплота сгорания (АЯ25° = - 6,371 кал/г). При пиролизе образуется углепо-добное вещество, поскольку лигнин не так легко подвержен расщеплению на соединения с низкой молекулярной массой. Образцы древесины, состоящей главным образом из лигнина и углеводов, характеризуются промежуточными теплотой сгорания и количеством образующихся при пиролизе летучих горючих веществ. Экстрагируемые эфиром вещества (терпеновые углеводороды и липиды) содержат еще меньше кислорода и поэтому имеют более высокую теплоту сгорания (АН25° = от - 7,700 до - 8,500 кал/г), что подтверждается данными, полученными для желтой сосны и листвы осины, содержащих большое количество экстрагируемых веществ.

При термическом разложении целлюлозы и гемицеллюлозы происходят сложные реакции с образованием промежуточных продуктов. Эти реакции могут протекать как параллельно, так и последовательно, и их можно классифициронать следующим образом:

—        при температурах ниже 300°С пиролиз целлюлозы в воздухе или инертной среде сопровождается такими процессами, как образование свободных радикалов, удаление воды, деполимеризация, образование соединений с карбонильной и карбоксильной группами, СО и С02, в результате чего получается главным образом обуглероженный остаток ();

—        при температурах 300-450°С гликозидная связь полисахаридов разрушается с образованием одной свободной гидроксильной группы (трансгликосилирование) в смеси левоглюкозанов и других производных глюкозы и олигосахаридов ( 9 и табл. 4). Эту смесь обычно называют смолистой фракцией;

При высоких температурах и малых размерах частиц сырья в основном идет процесс газификации, а при низких температурах и больших размерах частиц, а также при наличии в сырье влаги и неорганических веществ-образование углистого вещества, воды и С02.