Газификация древесины. Древесный газ Как работает газогенератор

Газификация – это процесс превращения органических или ископаемых углеродистых материалов в монооксид углерода, водород и диоксид углерода. Это достигается за счет реакции материала при высокой температуре (>700 °C) без воспламенения с регулируемым количеством кислорода и/или пара. Полученная газовая смесь называется синтез-газ (сокращение от синтетический газ ) или древесный газ, и сама является топливом. Энергия, полученная в результате сжигания такого газа, считается одним из видов возобновляемой энергии, если газифицированная смесь была получена из биомассы.

Одной из самых типичных областей применения этой энергии является теплоэнергетическая выработка энергии. Древесный газ содержит большое количество водорода и монооксида углерода, и не выделяет при горении веществ, загрязняющих окружающую среду. Древесный газ — источник экологически безопасной возобновляемой безэмиссионной энергии.

Трудности

Технологии по газификации древесины исследовались и развивались на протяжении более 100 лет. Однако, трудности в управлении контролируемым и в достаточной мере чистым процессом газификации усложняют внедрение его для коммерческого использования, например, на электростанциях. Самым большим препятствием была смола, выделяемая в процессе пиролиза, и со временем разрушавшая двигатели. Кроме того, качество древесной щепы, а в частности процент содержания в них влаги, устанавливало жесткие ограничения в выборе и обработке крошеной биомассы. to ней

Решение – инновационный метод пиролиза.

Газификатор древесины GASEK является так называемым прямоточным газификатором. Он основывается на технике пиролиза, разрабатывавшейся и улучшавшейся на протяжении последних 30 лет. Обработанная биомасса двигается в реакторе в том же направлении, что и газифицирующий воздух, поставляемый в количествах существенно меньших, чем требуется для горения.

Самое большое отличие от старой, проблематичной, технологии заключается в температуре и методе очистки получаемого газа. Ключевой фактор процесса газификации — достижение высоких температур (800-1200°C), что предотвращает формирование разрушительных смол. В результате, композиции смол расщепляются на более легкие частицы, не создающие проблем для двигателей. Древесный газ, проходящий через очистительную линию GASEK, не имеет цвета и запаха и при сгорании не выделяет вредных веществ.

Очищенный древесный газ дает возможность для производства эффективного, неприхотливого в обслуживании и долгоживущего оборудования для электростанций. Ряд международных патентов был получен на технологию газификации GASEK.

Доброго дня, мозгоизобретатели ! Как оказывается древесный уголь — очень полезная вещь с широким спектром применения, с его помощью можно запустить даже двигатель внутреннего сгорания без особых модификаций последнего.

Исследуя тему альтернативных источников энергии я нашел много теоретических расчетов, но мало практически выполненных и функционирующих самоделок . Сам же я хотел сделать простую в исполнении и действенную поделку, поэтому остановился на старом добром газогенераторе использующим древесный уголь как топливо.

Ознакомившись с теорией и несколькими уже воплощенными концепциями, я сделал собственный газогенератор и успешно подключил его к генератору электроэнергии. Моя мозгоподелка собрана можно сказать из мусора: металлического ведра с крышкой, старых клапанов, фитингов, и полимерных шлангов. И хотя мой прототип требует доработки и последующей модификации, но он действительно работает, дешев и прост в изготовлении.

Данная газогенераторная поделка вырабатывает из угля горючий газ, на котором с успехом работают инструменты с двигателем внутреннего сгорания. Вследствие этого она имеет широкий потенциал применения на садовом участке, дачном домике, в лесу и т.д. без нужды в бензине, линиях электропередач или промышленном газе. Еще больший потенциал применения она может найти в странах третьего мира, в местах пострадавших от катаклизмов, в удаленных уголках мира и т.д.

Шаг 1: Немного теории

ADN-ZB/SNB
Pkw mit Holzgasantrieb in Berlin 1946

Древесный газ, синтез-газ, газификация, генераторный газ – все это разные названия идеи о преобразовании некоторых видов органики в легко применимое топливо. Суть в том, что при сгорании органики в условиях с низким содержанием кислорода выделяются водород (в основном), окись углерода, двуокись углерода, смолы и биотопливо. Проще говоря, если правильно сжечь полено, то получится горючий дым!

Газогенераторные разработки применялись еще в далеком прошлом. Так горючий дым подавался в дома и уличные фонари в конце 1800-х годов, и лишь потом его заменили природным мозгогазом . Газогенераторы на древесном топливе «запитывали» тысячи автомобилей по всей Европе во время Второй мировой войны, когда топливо из нефти было труднодоступным.

Описывая процессы во время газогенерации можно написать целую докторскую диссертацию, поэтому предоставлю это дело экспертам и упомяну лишь несколько ссылок:

Шаг 2: Дерево или уголь?

Существуют много конструкций газогенераторов использующих дерево или органику как топливо. От простеньких для частных работ до больших блестящих промышленных газогенераторов. Все их можно разделить на:

• самодельные средней сложности с большим количеством сварочных работ при изготовлении
• дорогие промышленные газогенераторы, зачастую малодоступные
• газогенераторы вырабатывающие биотопливо, которое после фильтрации и разделении можно заливать в двигатель

Биотопливо, или тяжелые масла и смолы, получаются в процессе термической деполимеризации. «При высокой температуре и под давлением длинноцепочечные полимеры водорода, кислорода и углерода распадаются до короткоцепочечных углеводородов». Сгорает биотопливо отлично, а при разделении на фракции из него можно получить бензин, аналогичный тому, что получается из нефти. Существуют даже статьи о выделении биотоплива из водорослей, так что следите за этими разработками!

Следует упомянуть, что использование биотоплива конечно круто, но это снижает срок службы вашего двигателя.

Специфика газогенерации на древесном угле в том, что длинные полимерные цепи уже удалены в процессе создания этого угля, то есть при дальнейшей газогенерации будут выделяться пары без смол. Сам уголь можно сделать самостоятельно в 160 литровой или 250 литровой бочке, но я использовал в своей поделке-прототипе уголь, купленный в магазине.

Шаг 3: Доказательство концепции

Для создания своего мозгопрототипа газогенератора я использовал большое ведро, ведерко от краски, небольшие пластины металла, фитинги и краны.

Более полный список необходимых материалов и инструментов выглядит так:

• металлическое ведро с плотно закрывающейся крышкой
• ёмкость для фильтрации и фильтрующий материал — я с успехом использовал баночку от краски и поролон
• листовой металл — мои толщиной 1.2мм
• стальные трубы и фитинги к ним – мои были 2см в диаметре, только не используйте оцинкованные
• труба для входящих газов – я сначала использовал РЕХ шланги (полиэтиленовые армированные), но это плохой выбор
• труба для отработанных газов – вполне применим гибкий металлический шланг совместимый с трубой ∅ 2см
• шаровые краны – как минимум один, два – при рециркуляции выхлопных газов, три – для стравливания и четыре — если планируете использовать нагнетатель для разжигания углей
• термостойкий силиконовый герметик
• зажимы
• гайки и болты
• сварочный аппарат или холодная сварка
• ключи для труб
• дрель
• большое сверло
• детектор оксида углерода

Шаг 4: Генератор электроэнергии

В качестве «потребителя» в моем газогенераторном мозгоэксперименте я решил использовать генератор моего отца, в котором поломалась топливная система. Я устранил течь топливного насоса и немного доработал под последующее функционирование на газе. А именно установил пластину кронштейна для моего адаптера, состоящего из тройника и шарового крана. Тройник подключается к карбюратору, через второе его отверстие поступают горючие газы от газогенератора, а на третье отверстие монтируется кран, через которое подается свежий воздух.

Выхлопная система также оснащена тройником и шаровым клапаном, через которые одна часть отработанных газов выбрасывается в атмосферу, а другая подается на вход газогенератора, где смешивается с чистым воздухом. Это позволяет направлять не полностью сгоревшие окиси углерода снова в топку, а также использовать поток в качестве раздува пламени. Данную опцию мне посоветовали умные люди, изначально моя возвратная линия была недоработана.

Шаг 5: Газогенераторный реактор

Реактор собирается очень просто, замечу лишь, что впускное отверстие моей самоделки расположено слишком низко, его следует сделать на расстоянии не менее 5см от низа ведра.

Итак, из листового металла я вырезал три одинаковых пластины – одну для выпуска, две для впуска. Две пластины для системы впуска согнул по радиусу ведра, чтобы добиться плотного прилегания, одна из них будет установлена снаружи, другая, для поддержки, внутри. В углах пластин просверлил отверстия под болты крепления, скрепил их вместе и приступил к высверливанию впускного отверстия. После этого одну из пластин приложил к ведру в установленном месте и в самом ведре высверлил аналогичные отверстия.

Далее в отверстие вставил стальную трубку, так что бы она входила внутрь ведра более чем на треть и менее чем наполовину. Внутреннюю часть трубки позже удлинил отрезком из нержавеющей стали – это было ошибкой последствия которой показаны в конце мозгоруководства . Затем сварил трубку и наружную пластину, обе пластины щедро намазал термостойким силиконом и установил на ведро, скрепив болтами.

По центру третьей пластины приварил фитинг, сквозь фитинг и пластину просверлил выходное отверстие, а по углам 4 отверстия для крепежа. После приложил эту пластину к крышке и продублировал на ней отверстия пластины — одно выходное и 4 крепежных. Затем смазал пластину термостойким герметиком и установил на положенное ей место на крышке, скрепив болтами.

И крышку, и само ведро оставил на сутки для высыхания герметика.

Шаг 6: Фильтр

Газогенератор на древесном угле считается газогенератором восходящего потока, то есть поступающий снизу воздух сгорает в топке, а образовавшиеся во время этого газы поднимаются вверх и отводятся через отверстие в крышке. При этом само топливо, а именно древесный уголь, является достаточно пыльным материалом, и его пылинки вместе с потоком газов могут попасть в двигатель. Для того чтобы этого избежать необходим пылеулавливающий фильтр.

Простой фильтр я собрал из баночки для краски, пластиковых фитингов и поролоновой мозгогубки . В дне баночки и крышке высверлил отверстие под фитинг, установил и закрепил сами фитинги, а баночку набил губкой. Для герметичности при установке промазал фитинги все тем же герметиком.

Шаг 7: Выбор угля

Уголь в данной самоделке нужно использовать только натуральный, лучше из твердых пород дерева, но и из хвойных сгодится, лишь сгорать будет быстрее. Нельзя использовать прессованный или химически обработанный уголь! Подходящий уголь можно покупать, но если вы планируете использовать свой мозгогазогенератор часто, то лучше научится делать его самостоятельно.

Размером угли должны быть более 3мм, но не больше 2мм, это нужно для лучшей циркуляции потока воздуха и двуокиси углерода.

Шаг 8: Первый пуск

Погода во время первого пуска моей самоделки была дождливой, я не знал, как поведет себя старенький генератор электроэнергии, который запускался последний раз 15 лет назад. Но я все же был уверен в своем успехе.

Зажженную пропановую горелку я вставил в воздухозаборное отверстие реактора и оставил ее разжигать уголь. На генераторе электроэнергии перекрыл поступление свежего воздуха и запустил стартер.

Во время старта двигатель генератора начал самостоятельно забирать поток, и я убрал горелку. Немного времени спустя начало вырабатываться достаточное количество горючего газа. Подачей воздуха и жидкости для запуска в стартер я помогал процессу стабильной работы двигателя. Я продолжал запускать двигатель и настраивать подачу воздуха в карбюратор. Когда нужный состав смеси был найден, двигатель заработал, и я успешно «запитал» от него свою сабельную пилу. Через 15 минут после начала работы пришлось выключить генератор из-за утечек газа.

Автор газогенератора на основе которого я сделал свой прототип говорит, что от сжигания угля объемом 0.0045 куб.м. за 30 минут он получает 5 л.с. Не знаю какова мощность его генератора электроэнергии, но я за 15 минут сжег намного меньше.

ВАЖНО!!! Будьте осторожны в случае работы с угарным газом (СО), при неправильном использовании он смертельно опасен! При вдыхании молекула СО присоединяется к молекуле кислорода в крови, что приводит к плохой абсорбции и в результате, полиорганной недостаточности. Соблюдайте правила работы с газами и работайте на воздухе или хорошо проветриваемом помещении!

Шаг 9: Версия 2.0

Прототип сделан и он функционален, из минусов только утечка газа. Поэтому я сделал газогенератор версии 2.0 со следующими доработками:

На вход карбюратора я установил 5мм-ю металлическию пластину с резьбой для трубы ∅ 2см, пластина крепится двумя болтами и дополнительной полосой металла для жесткости. При установке пластины использовал прокладочную бумагу, что позволило избежать утечек.

РЕХ шланг заменил, потому что он плавился на крышке газогенератора, да и у меня не было хороших зажимов для него. Вместо него я установил гибкий металлический шланг, который снял с возвратной системы. Он идеально подходит к трубе и фитингам, в которых плотно фиксируется при проворачивании, но на выходе газогенератора его лучше закрепить U-образным болтом.

Утечки устранены!

Шаг 10: Заглушка

Для горения необходимы три вещи: воздуха, топливо, запал. Данная самоделка имеет в реакторе много тепла (запала) и угля (топлива), поэтому единственный способ остановить его работу это перекрыть подачу воздуха. Для этого нужна всего лишь одна заглушка с резьбой или клапан, которыми при необходимости и перекрывается входное отверстие.

Чтобы остановить мозгореактор я закрыл входное отверстие заглушкой и оставил на ночь, с утра он был прохладным и не вырабатывал газ.

Шаг 11: Планы на доработку

Сжатие и хранение газа

Все результаты это знания, и не все предположения верны. Я, к примеру, подумал, что могу сжать выработанный газ и поместить его в баллон, а потом использовать как и обычный пропан. Но столкнулся с проблемой, что этот сжатый газ не разжигается. Я подумал раз в двигателе генератора зажигается, то и я его зажгу, но на деле это не так. Может причина в том, что 12 вольтовый компрессор не создал необходимую концентрацию и следует попробовать с более мощным компрессором.

Материалы реактора

Температура в топке было очень высокой и мой отрезок из нержавеющей стали, которым я удлинил входную трубку, расплавился. Он оказался хромированной блестящей безделушкой и просто растаял в топке. И еще, как я упоминал, входное отверстие изначально расположено слишком низко и не обеспечивает нужную реакционную зону и зольное пространство.

Генератор электроэнергии

Так как генератор не мой, а моего отца, то придется его вернуть, а себе приобрести что-то подходящее и установить все на мобильную платформу, чтобы расширить спектр подключаемых устройств: водный насос, вентилятор, гидравлический насос и т.д.
Самостоятельное производство угля

Топливо моего газогенератора это уголь, поэтому для полной автономности и экономии следует приобрести пару железных бочек и сделать установку для производства древесного угля.

Вот так я сделал газогенератор и «запитал» им генератор электроэнергии, надеюсь, было интересно и полезно!

Удачи в ваших самоделках !

Газ древесный - см. Газовое производство.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .

Смотреть что такое "Газ древесный" в других словарях:

Общие данные … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Уголь (значения) … Википедия

Метанол Общие свойства Молекулярная формула CH3OH Молярная масса 32,04 г/моль … Википедия

См. Уголь бурый. Г. древесный см. Газовое производство. Г. каменноугольный, иначе светильный, см. Газовое производство. Г. масляный или нефтяной см. Газовое произв. Г. смоляной см. Смоляной газ. Г. торфяной см. Торфяной газ …

СВЕТИЛЬНЫЙ ГАЗ - СВЕТИЛЬНЫЙ ГАЗ, общее название горючих газов, применяемых для освещения; С. г. пользуются также для отопления и для разного рода лабораторных и фабрично заводских целей. Наибольшее распространение имеет каменноугольный С. г., получаемый путем… … Большая медицинская энциклопедия

Составляет такой вид горючих газов (см. Водяной газ и Газовое производство), который применяется во множестве производств не только потому, что легко получается из всяких углеродистых сортов горючих веществ и дает возможность пользоваться всякими … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

На практике С. газом обыкновенно (по крайней мере в Европе) называют исключительно газ, получаемый путем сухой перегонки из определенных сортов каменного угля (газовый каменный уголь), так как лишь в редких случах употребляется для освещения газ … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Светильный газ (le gaz d eclairage, gaz light, Leuchtgas) смесь газов, горящая светящим пламенем, содержащая болотный газ CH4 и другие углеводородные газы и пары; получается при сухой перегонке (см. это слово), т. е. накаливанием в ретортах, без… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

- [В этой статье излагаются: цели коксования, выбор материала, устройство коксовальных печей, собирание побочных продуктов, физические и химические свойства кокса и статистические замечания.] нелетучий углеродистый остаток, получаемый из каменного… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

При газификации органическая часть древесины превращает­ся в горючий газ и жидкие продукты. Газификацию осуществ­ляют в вертикальных шахтах аппаратов, называемых газогене­раторами. В шахте газогенератора протекают три основных про­цесса, которые условно можно распределить по зонам, указан­ным на схеме (рис. 23).

В верхней части газогенератора происходит сушка древесины (зона I), затем сухое топливо подвергается швелеванию- тер­мическому разложению в токе нагретого газа, двигающегося от колосниковой решетки и дутьевых фурм вверх к горловине газо­генератора (зона II).

В третьей, последней зоне осуществляется процесс собственно газификации, которой подвергается уже не древесина, а уголь - продукт швелевания древесины. Здесь окисляется углерод кокса (древесный уголь) в атмосфере кислорода воздуха, подаваемого в шахту через колосниковую решетку и через дутьевые фурмы. При газификации других видов твердого топлива (ископаемый уголь, сланцы, кокс и торф) иногда используется вместо воздуш­ного дутья - парокислородное.

При взаимодействии кислорода воздуха и кокса может про­исходить окисление углерода по следующим реакциям:

А) С + 03 СОа + 97 650 ккал/кг - мол;

Б) С + 4- О.. ->- СО + 29 450 ккал/кг - мол.

Часть двуокиси углерода СО2, взаимодействуя с нагретым до высокой температуры углеродом кокса, превращается в окись углерода СО по реакции

С + СО 2 ^ 2 СО + 38 790 ккал/кг - мол.

Наблюдения показали, что при газификации древесного топ­лива в толстом слое в итоге упомянутых реакций образуется главным образом окись углерода.

Куски угля покрыты газовой пленкой, через которую газовые молекулы диффундируют к поверхности угля, а продукты реак-‘ ции удаляются с поверхности, поступая в газовое пространство между отдельными кусками твердого тела. Интенсивность диф­фузионного потока зависит от ряда факторов.

Когда скорость химического взаимодействия между твердым телом и газовыми молекулами очень высока, общий результат

Взаимодействия между реагирующими веществами в гетероген­ных реакциях будет зависеть от интенсивности диффузионных процессов. В этом случае процесс газификации угля протекает в так называемой диффузионной области.

Когда скорость химической реакции между твердым телом и газовыми молекулами является решающим фактором, взаимо­действие между реагирующими веществами переходит в кине­тическую область процесса.

С увеличением скорости газа и уменьшением размера кусков угля толщина газовой пленки уменьшается.

Скорость процесса газификации в диффузионной его области будет увеличиваться с повышением температуры и скорости га­зовых потоков. Скорость химического взаимодействия между углеродом кокса и газовыми молекулами, т. е. процесса собст­венно газификации, в кинетической его области будет всегда увеличиваться с повышением температуры.

Реакционная способность кокса из различных углей неодина­кова, и она характеризуется скоростью химического взаимодей­ствия углерода с СОг и водяным паром.

Древесный уголь обладает более высокой реакционной спо­собностью по сравнению, например, с ископаемыми углями.

Поэтому для случая газификации древесины окисление угле­рода древесного кокса будет протекать в диффузионной области процесса.

В зоне III (собственно газификации) развивается высокая температура. Теоретически она может быть около 1600°. В ре­зультате сплавляется зола топлива, зашлаковываются и часто разрушаются дутьевые устройства. Эти явления приводят к преждевременной остановке газогенератора из-за расстройства воздухоподачи. Для борьбы с ними к воздуху, подаваемому в газогенератор, достаточно добавить 90-120 г/н. ж3 водяного насыщенного пара.

Подача пара в дутье обеспечивает некоторое повышение ка­лорийности газа.

В отличие от воздушного дутье, искусственно увлажненное паром, называется паровоздушным. Степень увлажнения дутья регулируется по его температуре, поддерживаемой обычно в пре­делах 45-55°, а иногда и выше. Прибавкой пара к дутью сни­жают температуру зоны собственно газификации до 1100- 1200°, что уже безопасно для дутьевых устройств.

При паровоздушном дутье протекают следующие реакции:

А) С + Н20 -> СО + На - 28 300 ккал/кг - мол

Б) С + 2 Н20 СОа + 2 Н2 - 17 970 ккалкг — мол,

В) СО + Н20 СО2 На ± 10 410 ккал/кг - мол.

Водяной пар дутья обычно расходуется по этим реакциям не полностью, а на 70-75%- При значительном увлажнении дутья паром и понижении температуры реакции «а» и «б» мо­гут перейти в кинетическую область процесса.

Вследствие неизбежного присутствия азота в воздухе теоре­тически можно представить образование СО в газе, получаемом в зоне собственно газификации, при воздушном дутье по следую­щему уравнению:

2 С + 02 + 3,76 N2 — 2 СО + 3,76 N3,

Что соответствует составу газа в объемных долях: СО -34,7%-. N2 - 65,3%.

Опытным путем установлено, что состав газа в зоне собст­венно газификации древесного кокса при воздушном дутье мало отличается от теоретического. Из 1 кг углерода выход газа

Равен 5,37 н. м3 с теплотворной способностью 1060 . Из

Приведенных данных видно, что при идеальном воздушном про­цессе термический к. п. д. газификации, считая по холодному

5.37 1060 _ _ газу, равен g^ = 0,7.