Газификация торфа – источник энергетических ресурсов

В настоящее время самый распространённый способ получение энергии из торфа — сжигание торфяных топлив (пеллеты, гранулы) в печах и котлах для получения теповой энергии. Однако, если не ограничиваться получением из торфа лишь тепловой энергии, следует обратить взор на более экономически полезную технологию — газификацию торфа.

Газификация торфа называется также газогенерацией. Суть процесса заключается в производстве горючего газа посредством нагрева сырья. Монооксид углерода, метиловый газ, метан, водород, газообразные углеводороды и другие компоненты в различных пропорциях могут быть получены с помощью нагрева или сжигания торфа в условиях отсутствия или недостатка кислорода. Эта цель может быть достигнута в топочных устройствах, ограничивающих поступление воздуха извне, в результате чего сжигание происходит не полностью. Сходным процессом является нагрев сырья в закрытой емкости с использованием внешнего источника тепла. В разных процессах получаются разные продукты. Если при сжигании торфа обеспечить необходимое количество кислорода, то в процессе такого сжигания образуются двуокись углерода, вода, небольшое количество золы (соответствующее содержанию неорганических веществ) и тепло. Этот тип сжигания реализуется в обычных печах. После начала процесса горения можно ограничить поступление воздуха. При этом горение будет продолжаться, но с частичным сгоранием. В случае полного сгорания углеводорода, (торф в основном состоит из углеводородов) кислород объединяется с углеродом, а также с водородом. В результате чего получаются CO₂ (двуокись углерода) и H₂O (вода). Ограниченное количество воздуха и тепло обеспечивают продолжение неполного сгорания. В этих условиях один атом кислорода объединяется с одним атомом углерода, в то время как водород взаимодействует с кислородом лишь частично. В результате получается монооксид углерода, вода и газообразный водород. Кроме того, образуются и другие компоненты, например, углерод в виде дыма. Под воздействием тепла разрываются химические связи в молекулах сложных углеводородов, содержащихся в торфе (а также в любом другом углеводородном топливе). Одновременно в процессе объединения атомов углерода и водорода с кислородом выделяется тепло. Таким образом, процесс поддерживает сам себя. Если количество воздуха недостаточно, то в результате такого процесса образуется достаточно тепла для разложения молекул углеводородов, но продуктами этого процесса будут монооксид углерода и водород — горючие газы. Другие продукты неполного сгорания — это преимущественно диоксид углерода и вода.

Газификация — это процесс частичного окисления углеродсодержащего сырья с получением газообразного энергоносителя — генераторного газа.

Полученный газ состоит из моноксида углерода, водорода, метана, диоксида углерода, небольшого количества углеводородных соединений более высокого порядка, таких как метан и этан, содержит пары воды, азот (при воздушном дутье) и различные примеси, такие как смолы, частицы углистого вещества и золы. В качестве окислителя при газификации могут использоваться воздух, кислород, пар или смеси этих веществ. Максимальная температура процесса составляет 800...1300 град С.

На рис. Ниже представлена схема газификации топлива, в качестве которого может выступать древесная щепа, торф.

Газификация представляет собой простой способ получения газообразного топлива из торфа. В отличие от большого объёма исходного торфа, газ удобен и может использоваться в различных существующих устройствах, например на синтез-газе, полученным при газификации торфа полноценно и эффективно работают двигатели внутреннего сгорания любых типов: карбюраторные, инжекторные, дизельные.

Газогенераторы, в качестве альтернативы простому сжиганию, позволяют переводить часть топлива в газообразную форму, содержащую около 70% энергии исходного вещества.

Научное производственное объединение «ЭКОМАШГРУПП» в тесном сотрудничестве с ЗАО «Селигер-Холдинг» разрабатывает и производит автономные газогенераторы, перерабатывающие торф, а также отходы деревообрабатывающей, сельскохозяйственной промышленности в электрическую и тепловую энергию.

Газогенератор используется для получения из торфа синтез-газа, который поступает для питания двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания соединён с электро-генератором и используется для получения электрической энергии.

Двигатели могут работать как на газогенераторном топливе (синтез-газе), так и на том топливе, которое предусмотрено конструкцией. Для этого монтируется переключатель видов топлива. Стоимость генерируемого топлива (синтез-газа), эквивалентного одному литру бензина, составляет 2 — 4 рубля в зависимости от стоимости сырья, при этом для карбюраторных двигателей не требуется переделка. Газогенератор герметичен. Выхлопные газы двигателя, использующего генераторный синтез-газ экологически более безопасные. Октановое число генераторного газа 110-140. Моторесурс двигателей, работающих на генераторном газе на 20-30% больше, чем двигателей работающих на бензине или дизтопливе.

Состав вырабатываемого синтез-газа при переработке торфа:

Комплекс, состоящий из газогенератора, двигатля внутреннего сгорания и электрогенератора позволяет вырабатывать в среднем из 0,9 — 1,1 кг торфа 1 кВт электроэнергии и столько же тепловой энергии.

Стоимость электроэнергии, полученной с помощью газогенераторов, существенно ниже существующих на сегодняшний день тарифов (менее 1 рубля за 1 кВт), что может быть отличным стимулом для развития перерабатывающих предпрятий в сельском хозяйстве и на торфодобыче.

С помощью газогенератора существенно снижаются затраты на топливо для работы всей техники и механизмов, работающих на деревообрабатывающих, сельскохозяйственных и торфоперерабатывающих предприятиях.

Энергетически автономный комплекс ЭКОМАШ ГазГенТорф состоит из следующих блоков:

• Блок сушки и подготовки сырья,
• Блок газификации сырья (производство синтез-газа),
• Блок очистки и охлажения синтез-газа,
• Блок выработки тепловой и электрической энергии

Ниже представлена принципиальная схема автономного комплекса ЭКОМАШ ГазГенТорф с выработкой электроэнергии 100-300 кВт в час

Комплекс ЭКОМАШ ГазГенТорФ существует в различных модификациях, с производством электрической энергии от 10 до 1 000 кВт в час. Расход торфа составляет 0,9 — 1,1 кг на 1 кВт вырабатываемой электроэнергии. Технологический процесс газификации торфа позволяет помимо электрической энергии попутно вырабатывать и тепловую энергию, используемую для отопления и обогрева. Широкий ряд модификаций позволяет подобрать комплекс именно той электрической мощности, которая необходима конкретному предприятию — потребителю электрической энергии.

Средняя стоимость вырабатываемой газогенератором электроэнергии при переработке торфа не превышает 1 рубль, что, учитывая дорожающие энергоресурсы, позволяет использовать их для питания различных потребителей электроэнергии непосредственно на торфоперерабатывающих предприятиях, или вблизи от них со сроком окупаемости от 1-го до 2-х лет.

На рис ниже внешний вид составных частей газогенератора с выработкой электроэнергии 100 кВт в час, производительность в год по торфу 800 тонн в год с производством в год 800 МВт электроэнергии.

Реализация проекта по применению автономных комплексов ЭКОМАШ ГазГенТорф полностью отвечает стратегии государства, направленной на создание отечественных высоко-технологичных производств, в том числе по добыче и глубокой переработке возобновляемых энергоресурсов, что обеспечит:

• Снижение нагрузки на существующие энерго-генерирующие производства.
• Обеспечение производства энергоресурсов из возобновляемых источников.
• Обеспечение небольших предприятий собственными автономными источниками энергоснабжения.
• Усиление контроля за месторождениями торфа, снижение количества самовозгораний.
• Отсутствие необходимости подвода электро- и тепло- коммуникаций для новых энергопотребителей.
• Возможность установки газогенераторов на технику (автомобили, тракторы) для существенного снижения затрат на ГСМ.
• Дополнительные финансовые возможности для реализации программы социально-экономического развития регионов с обеспечением налоговых поступлений в бюджеты всех уровней.
• Привлечение трудовых ресурсов в отдалённых от мегаполисов районах.

Учитывая резкий рост цен на дизельное топливо в конце 2010 года, ЗАО «Селигер-Холдинг» и ООО «ЭКОМАШГРУПП» проводят работы и испытания по адаптации мобильных газогенераторов, для установки на различные виды техники с питанием вырабатываемым из торфа синтез-газом двигателей автомобилей, тракторов и передвижных электростанций.

На торфодобывающем предприятии до 90% затрат при добыче торфа составляют затраты на горючее для техники:

• трактора, работающие на участке добычи,
• автомобили, осуществляющие перевозку торфа.

Эти издержки можно существенно уменьшить. При установке небольших мобильных газогенераторов на тракторы и автомобили, эксплуатирующая организация получает существенную экономию на топливе!

Газогенератор вырабатывает синтез-газ, который подаётся для питания двигателя внутреннего сгорания, при этом бензиновые двигатели полностью используют в качестве топлива генераторный синтез-газ, дизельные двигатели работают по газо-дизельному циклу, питаясь одновременно и дизтопливом и синтез-газом. В этом режиме расход дизтоплива снижается на 80%!

При установки газогенератора на технику монтируется перерключатель системы питания, позволяющий выбирать топливо (бензин/дизтопливо или синтез-газ). Переделка и настройка двигателя для работы на синтез-газе не сопровождается сложностями и не влияет на его ресурс. Бензиновый двигатель в результате дополняется смесителем газа с воздухом, который устанавливается перед воздухоочистителем, а в дизеле он дополнен приставкой к насосу высокого давления. В этом случае автомобиль работает или на генераторном газе, или на нефтепродуктах, а тип топлива меняется водителем при помощи переключателя.

Синтез-газ имеет несколько меньшую теплотворную способность, по сравнению с нефтепродуктами, в результате чего наблюдается некоторая потеря мощности двигателя от 5% до 15%, которая компенсируется вентилятором наддува. Таким образом, коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания, который использует генераторный газ, заметно выше, чем того же двигателя, работающем на углеводородном топливе. Расход твердого топлива в 2..3 раза больший (по весу), чем жидких нефтепродуктов в зависимости от вида топлива. При использовании газогенератора с двигателем внутреннего сгорания эквивалент 1 литра бензина обходится от 2-х рублей.

Установка газогенераторов на технику (трактора, автомобили, включая стоимость оборудования, запасных чстей и работ по наладке) окупается через 900 — 1200 моточасов использования.

Газогенераторы — новый виток развития торфяной отрасли России!

Майков Константин Михайлович,
Директор ООО «ЭКОМАШГРУПП»

Журнал «Торф и бизнес» № 2, 2011