Биоуголь: гидротермальная карбонизация

Ископаемые топлива как источник энергии

Мусор и отходы – проблема XXI века

Переработка вторичной биомассы – это:

Биоуголь (biochar, hydrochar, biocoal, синтетический уголь)

Искусственный уголь, полученный переработкой биомассы.
Название несет

Состав биомассы

Биомасса – это органический материал, который содержит углерод, водород и

Глюкоза – основной элемент полисахаридов

Суммарное уравнение фотосинтеза 6СО2 + 6Н2О + Qсвета

Целлюлоза - гомополисахарид глюкозы

Основной компонент древесины (не менее 40–50%).
Входит в

Гемицеллюлозы – нецеллюлозные полисахариды

Содержание в древесине 20–30 %.
Макромолекулы построены из остатков

Лигнин – неуглеводная часть биомассы

Содержание в древесине 20–30%.
Смесь полимеров ароматической

Связи в биомассе

Структура целлюлозы

Множество линейных молекул уложено параллельно и связано водородной связью в

Структура биомассы

В биомассе возникают межмолекулярные и внутримолекулярные взаимодействия.
Отдельные компоненты биомассы тесно

Особенности биомассы как топлива

Гигроскопичность
Повышенное содержание воды
Гниение, разложение
Повышенное содержание кислорода
Наличие микроорганизмов (микробов

Производство биоугля

Пиролиз.
Торрефакция.
Гидротермальная карбонизация.

Способность вещества к обугливанию (карбонизации, образованию углистого остатка)

Качественный признак принадлежности к

Вода в биомассе

Биомасса – капиллярно-пористый материал, состоящий из гидрофильных компонентов.
Формы

Гигроскопичность биомассы

Гигроскопичность – способность материала поглощать пары воды из воздуха.
Наименьшей сорбционной

Сушка

Первая стадия большинства процессов переработки биомассы.
Сначала удаление свободной воды, затем частичное

Сложность сушки биомассы

Содержание воды в биомассе может достигать 90%.
Отдельные компоненты

Микроводоросли

Группа фототрофных организмов, представленная многочисленными видами и широким ареалом распространения в

Производство микроводорослей

Непрерывный рост водорослей под воздействием солнечного света.
В биореактор с

Активный ил и иловые осадки

Основной метод очистки сточных вод – биологический.
Осуществляется

Состав активного ила

Важнейшее свойство — хлопьеобразование
Накопление на поверхности клеток внеклеточных полимеров

Мелкодисперсные частицы в растворе

Образование коллоидных и мелкодисперсных частиц

Биомасса подвержена загниванию.
Загнивание сопровождается
выделением зловонных

Удаление воды из иловых осадков

Чем выше содержание твердого вещества в осадке,

Технология сушки на иловых площадках

Технология сушки осадка на иловых площадках с

Гидротермальная карбонизация – холодное обугливание

Обугливание в воде при повышенных температуре и

История

В1913 г Бергиус получил жидкие углеводороды, воздействуя на древесный уголь

Условия гидротермальной карбонизации

Температура 180-220°C,
Давление чуть ниже давления насыщенных паров («субкритические

Связь давления и температуры

При гидротермальной карбонизации вода находится в жидком состоянии.

Давление

Роль воды

Растворитель,
Катализатор,
Реагент,
Среда для переноса вещества и энергии.

Свойства воды при высоких температурах

Физические и химические свойства воды сильно зависят

Кислотный гидролиз биомассы

Используется при производстве
бумаги.
этанола.

Химизм гидротермальной карбонизации

Гидролиз гемицеллюлоз и целлюлозы с образованием глюкозы.
Дегидратация и фрагментация

Аппаратура для проведения гидротермальной карбонизации

Принцип скороварки.
Герметичный аппарат для работы под давлением

Влияние температуры на выход биоугля из торфа

С повышением температуры выход биоугля

Влияние температуры на состав биоугля

С повышением температуры
Возрастает доля углерода
Снижается доля кислорода.
Снижается

Влияние температуры на теплотворную способность

Повышение температуры
Приводит к увеличению теплотворной способности
Приближает

Диаграмма Ван Кревелена

Диаграмма Ван Кревелена показывает основные группы органической материи как

Стадии технологии

Подготовка биомассы
Процесс ГТК
Фильтрация биоугля
Сушка биоугля
Формование
Складирование

Современные производители биоугля методом ГТК

Группа компаний AVA-CO2 (Швейцария)
Промышленные установки
2010 г первая

Семейство термических методов переработки биомассы

Преимущества гидротермальной карбонизации

Высокая эффективность.
Отсутствие необходимости предварительной сушки биомассы
Меньшая стоимость оборудования.
Возможность использования

Объединение процессов получения биоугля и его переработки

Пиролиз

Торрефакция

Гидротермальная карбонизация

Биоуголь

Синтез-газ

Метанол

Бензин

Этилен

Пропилен

Уксусная кислота

Дизельное топливо

Керосин

Высокоплавкие воски

Смазочные масла

Моющие