Способ получения горючего газа из торфа

Способ получения горючего газа из торфа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Известен способ переработки торфа, при котором получают газообразную составляющую. Способ осуществляют путем двухступенчатого нагрева торфа. На первой ступени торф высушивают до влажности не более 15% путем его порционной подачи по 350-1050 г/сек и нагрева до температуры 120±5°С. Образовавшийся пар и топочные газы очищают и отводят. На второй ступени твердый остаток нагревают до температуры 520-530°С без доступа кислорода в течение 1-6 сек (RU № 2259385, кл. C10F 7/00, C05F 11/02, 27.08.2005).

Недостатками этого способа являются значительные затраты энергии на сушку и термическую переработку торфа (нагрев до 1050°С).

Прототипом изобретения является способ получения горючего газа из торфа, включающий нагрев торфа с последующей подачей его в зону нагрева паровоздушного дутья по достижении температуры 180-220°С, причем нагрев осуществляют в присутствии палладиевого катализатора на твердом носителе в виде гранул с размером 3-4 мм (RU № 2185418, кл. С10J 3/00, 20.07.2002).

Недостатками прототипа являются использование дорогостоящего палладиевого катализатора, значительные затраты, связанные с эксплуатацией каталитической системы, а также затраты энергии на подачу паровоздушного дутья.

Пиролиз является перспективным низкотемпературным (до 700°С) методом переработки органогенного топлива (торфа) для получения горючего газа, который возможно использовать в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве. При этом значительно упрощается конструкция теплогенераторов и котлов без снижения КПД установок, улучшается экологическая обстановка на прилегающих территориях за счет существенного уменьшения выбросов продуктов горения.

Задачей, решаемой при создании изобретения, является снижение энергоемкости процесса получения горючего газа и исключение из процесса дорогостоящего палладиевого катализатора.

Технический результат изобретения - интенсификация и упрощение процесса получения горючего газа из торфа.

Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в способе получения горючего газа из торфа путем его переработки методом каталитического пиролиза при температуре 400-500°С в присутствии катализатора, который перед нагревом смешивают с торфом и гранулируют, согласно изобретению в качестве катализатора используют алюмосиликатные материалы в количестве 2-30% (мас.). При этом в качестве алюмосиликатного материала используют или бентонитовую глину, или глинистый мергель, или кембрийскую глину, или каолиновую глину, или синтетический цеолит H-Beta-25, или синтетический цеолит Н-Mord. Гранулы торфа с алюмосиликатным материалом получают размером от 5 до 30 мм методом окатывания.

Использование алюмосиликатных материалов в качестве катализатора облегчает процесс гранулирования, выступая в роли дополнительного связующего, что позволяет уменьшить количество влаги, необходимой на стадии гранулообразования, и тем самым сократить энергозатраты и время на сушку торфа. Также алюмосиликатные материалы исполняют роль каталитических систем в процессах нагрева, что позволяет снизить температуру проведения указанных процессов и интенсифицировать их. При этом внесение алюмосиликатных минералов меньше 2% не эффективно, а при внесении алюмосиликатов больше 30% происходит снижение выхода горючего газа. Гранулы размера меньше 5 мм и больше 30 мм изготавливать нецелесообразно в связи с трудностью их использования и ухудшением их физико-механических характеристик.

Данное изобретение иллюстрируется следующими диаграммами, где на фиг.1 - зависимость теплоты сгорания пиролизных газов от вида катализатора при проведении процесса каталитического пиролиза (концентрация катализатора составляла 30% (мас.); на фиг.2 - зависимость теплоты сгорания пиролизных газов от температуры проведения процесса каталитического пиролиза в присутствии бентонитовой глины в концентрации 30%.

Способ получения торфяного газа осуществляется следующим образом.

Предварительно торф смешивают с алюмосиликатным материалом, концентрация которого составляет 2-30% (мас.), после чего смесь гранулировали до получения гранул размером от 5 до 30 мм. Гранулы подвергали пиролизу при температуре 460°С в лабораторной реакторной установке для получения горючего газа.

Пример 1

В экспериментах был использован верховой пушицево-сфагновый торф, как наиболее распространенный в Тверской области. Указанный торф смешивали с бентонитовой глиной таким образом, чтобы концентрация этого катализатора составляла 2% (мас.) от массы навески торфа. Получившуюся массу гранулировали. Навеску гранулированного топлива массой около 2 г подвергали пиролизу в реакторе периодического действия при температуре 460°С и атмосферном давлении. Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.1.

Пример 2

Эксперимент в примере 2 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали бентонитовую глину в концентрации 10% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.2.

Пример 3

Эксперимент в примере 3 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали каолиновую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.3.

Пример 4

Эксперимент в примере 4 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали глинистый мергель в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.4.

Пример 5

Эксперимент в примере 5 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали бентонитовую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.5.

Пример 6

Эксперимент в примере 6 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали кембрийскую глину в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.6.

Пример 7

Эксперимент в примере 7 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали синтетический цеолит H-Beta-25 в концентрации 30% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.7.

Пример 8

Эксперимент в примере 8 проводился аналогично опыту в примере 1, однако в качестве модифицирующей добавки использовали синтетический цеолит H-MORD в концентрации 2% (мас.). Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.8.

Пример 9

Эксперимент в примере 9 проводился аналогично опыту в примере 1, однако модифицирующую добавку не использовали. Масса гранулированного топлива (торфа) составляла 2 г. Полученная газовая смесь обладала характеристиками, представленными в табл.9.

Из представленных выше примеров наибольшее значение теплоты сгорания пиролизной газовой смеси наблюдалось при использовании бентонитовой глины (фиг.1).

При исследовании влияния температуры на процесс каталитического пиролиза торфа, были получены экспериментальные данные, на основании которых можно сделать вывод о том, что оптимальной температурой является 460°С. Именно при этой температуре наблюдалось максимальное значение теплоты сгорания пиролизных газов (фиг.2).

Основные физико-механические характеристики органоминеральных топливных гранул на основе торфа представлены в табл.10.

Данное изобретение в настоящее время находится на стадии опытно-лабораторных испытаний.

Табл.1
Способ получения горючего газа из торфа
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	216	9,89	1,67	1,35	1,89	11,39
1320	245	13.71	2,53	1,81	2,53	18,49
1920	263	16,89	3,33	2,11	3,00	19,53
2880	275	19,33	3,89	2,26	3,30	20,12
4080	281,5	20,86	4,19	2,32	3,45	19,82

Табл.2
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	188	11,22	6,74	1,28	2,56	14,92
1320	228	17,94	8,65	1,80	3,08	18,36
1920	243	21,85	9,35	1,96	3,25	18,43
2880	252	24,63	9,72	2,03	3,34	18,36
4080	258	26,57	9,93	2,06	3,39	18,06

Табл.3
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	219	6,15	6,43	0,72	2,69	10,05
1320	268	11,55	9,18	1.41	3,72	16,32
1920	286	14,99	10,26	1,77	4,12	18,73
2880	300	18,13	11,15	2,00	4,42	19,93
4080	308	20,21	11,70	2,10	4,60	19,59

Табл.4
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	220	8,73	7,57	1,12	2,98	10,8
1320	261	13,85	10,05	1,80	3,89	17,03
1920	278	17,30	11,17	2,17	4,27	18,09
2880	289	20,14	11,91	2,35	4,51	19,24
4080	295	21,92	12,32	2,42	4,64	19,94

Табл.5
Торфоминеральное топливо
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	207	7,63	1,15	1,09	0,63	7,12
1320	255	15,27	3,27	2,19	1,45	25,23
1920	272	20,11	4,77	2,77	1,95	29,26
2880	281,5	23,52	5,67	3,03	2,23	29,84
4080	286,5	25,54	6,13	3,12	2,37	28,58

Табл.6
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	208	6,61	5,99	0,85	2,71	10,21
1320	252	11,65	8,34	1,49	3,67	18,19
1920	268	14,70	9,35	1,82	4,04	18,43
2880	279	17,45	10,05	2,00	4,28	18,67
4080	285	19,19	10,43	2,08	4,40	19,15

Табл.7
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	720	5,78	3,52	0,74	2,48	10,11
1320	1320	11,99	6,10	1,45	3,70	15,85
1920	1920	16,34	7,53	1,92	4,22	18,04
2880	2880	21,83	8,81	2,37	4,70	18,88
4080	4080	24,42	9,33	2,49	4,88	20,74

Табл.8
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	223	12,02	8,24	2,64	7,01	13,96
1320	252	16,19	9,85	3,47	8,16	20,41
1920	265	18,83	10,59	3,86	8,65	20,76
2880	280	22,60	11,39	4,21	9,05	20,48
4080	286,5	24,47	11,71	4,33	9,19	19,69

Табл.9
Торфоминеральное топливо
Время, сек	Объем полученной газовой смеси, мл	Количество углеводородов в газовой смеси, мл.	Теплота сгорания газовой смеси, МДж/м3
Метан	Этан	Этилен	Пропан
720	161	3,83	0,45	0,27	0,19	4,87
1320	195	6,40	0,98	0,59	0,41	12,10
1920	228,5	10,38	2,09	1,13	0,86	16,42
2880	237	11,66	2,45	1,25	1,01	17,21
4080	243	12,76	2,74	1,32	1,13	18,61

Табл.10
Показатели	Торф + алюмосиликаты
Плотность сухого вещества гранул, кг/м3	700-900*
Экспериментальные значения максимальной прочности гранул на одноосное сжатие, кПа (равновесное влагосодержание)	4300-6280*
* - значения изменяются в данном интервале в зависимости от вида алюмосиликата, использующегося в качестве модифицирующей добавки, и диаметра получаемых гранул.

1. Способ получения горючего газа из торфа путем его нагрева в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют алюмосиликатные материалы в концентрации 2-30 мас.%, которые перед нагревом смешивают с торфом и гранулируют, а нагрев ведут при температуре 400-500°С.

2. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют бентонитовую глину.

3. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют глинистый мергель.

4. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют кембрийскую глину.

5. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют каолиновую глину.

6. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Beta-25.

7. Способ по п.1, отличающееся тем, что в качестве алюмосиликатного материала используют синтетический цеолит H-Mord.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы торфа с алюмосиликатным материалом получают размером от 5 до 30 мм методом скатывания.