Пиролиз Древесины: Методика и применение продуктов пиролиза в контексте компании BioFuelHub (Биогаз, Биотопливо, Биомасло, Древесный Уголь, Биоуголь, Биоуглерод, Пироуглерод, pyrocarbon)

"Пиролиз — это термохимическая конверсия органических материалов в присутствии тепла. Это самый старый метод переработки органических материалов. Сегодня он играет важную роль в многих процессах, включая производство угля, металлургию, производство стекла, продуктов питания, фармацевтических продуктов, а также в химической, нефтяной и газовой промышленности."
Меджед Виктор, Термическая и катализаторная конверсия биомассы: энергия, топлива, химические вещества и материалы

Пиролиз - это термохимический процесс, в ходе которого органические материалы разлагаются при высоких температурах в отсутствие кислорода. Этот процесс является основой для производства многих типов биоэнергии, включая биоуголь, биогаз и биомасло. Важно понимать, что пиролиз - это не сжигание; он происходит при температурах намного выше, чем при обычном сжигании, и без доступа кислорода, что препятствует горению.

В зависимости от температуры и времени пиролиза можно управлять тем, какой продукт будет получен в результате. Наиболее часто используемые параметры включают быстрый пиролиз при температуре около 500°C и медленный пиролиз при 900°C. Медленный пиролиз, который мы используем в BioFuelHub, уделяет больше внимания производству биоугля, который имеет большое значение для многих отраслей и управления углеродом.

Пиролиз древесины при 900°C включает в себя следующие этапы:

Сначала древесина нагревается до температуры 900°C в отсутствии кислорода. Это приводит к высвобождению воды и летучих органических соединений. Этот этап называется "сушка" или "обезвоживание".
Затем начинается основной этап пиролиза, при котором органические соединения древесины разлагаются на более простые. В результате получаются различные продукты, включая газы (такие как водород, метан, углекислый газ), жидкости (как правило, содержащие различные углеводороды), а также твердый продукт - биоуголь.

Продукты пиролиза древесины при 900°C обычно распределяются следующим образом (проценты могут немного варьироваться в зависимости от условий пиролиза и типа древесины):

Биоуголь: около 25-35%
Биогаз: около 30-40%
Биомасло: около 20-30%

Биоуголь от BioFuelHub состоит из следующих компонентов:

Массовая доля воды составляет 0,2% (согласно ГОСТ 16399). Это указывает на очень низкую влажность биоугля, что делает его отличным материалом для использования в различных промышленных и сельскохозяйственных целях.
Массовая доля золы в биоугле составляет 5,4% (согласно ГОСТ 12596). Зола обычно содержит различные минеральные вещества и следовые элементы, которые могут быть полезными для почвы при использовании биоугля в сельском хозяйстве.
Массовая доля нелетучего углерода в биоугле составляет 91,0% (согласно ГОСТ 7657). Это означает, что основной состав биоугля представлен стабильными углеродными соединениями, что делает его превосходным материалом для хранения углерода и снижения выбросов углекислого газа.

Биогаз, образующийся в результате процесса пиролиза древесины при 900°C, примерно состоит из 30-40% продуктов пиролиза. Сам биогаз обычно содержит различные газы. Благодаря высокому содержанию энергии, биогаз является ценным продуктом. Он может быть использован для производства электроэнергии, тепла или как сырье для производства других продуктов, таких как водород или углекислый газ. В случае с системой BioFuelHub, биогаз, с целью рекуперации, возвращается в процесс пиролиза для поддержания температуры, что делает процесс более энергоэффективным и устойчивым. В зависимости от условий пиролиза, он может содержать примерно 20-35% углекислого газа (CO2), 15-30% водорода (H2), 10-20% метана (CH4), 10-20% углеводорода (CO), и различные другие газы в меньших количествах, включая этилен, этан, пропан и другие.

Биомасло составляет около 20-30% продуктов пиролиза. Оно обычно содержит различные углеводороды и может быть использовано в качестве сырья для производства различных видов биотоплива, таких как биодизель или биоэтанол. Биомасло также может быть использовано в качестве смазочного материала или для производства различных химических веществ. Более того, биомасло может быть очищено и преобразовано в более чистые формы энергии, такие как водород. Это сложная смесь многих разных органических соединений. Оно может содержать примерно 40-60% кислорода, 35-55% углерода и около 5-10% водорода по массе. Кроме того, биомасло может содержать небольшие количества азота и серы.

Стоит отметить, что при высоких температурах пиролиза, как в случае с 900°C, процентное содержание биоугля может быть выше, а количество биомасла - ниже. Это обусловлено тем, что при высоких температурах пиролиза большее количество углеводородов разлагается до биоугля.

Температура пиролиза в 900°C позволяет нам получить биоуголь с высоким содержанием углерода

и минимальным содержанием вредных продуктов, таких как тяжелые металлы и ПАУ (полиароматические углеводороды). Это делает наш биоуголь идеальным для использования в сельском хозяйстве и для секвестрации углерода.

BioFuelHub стремится оптимизировать процесс пиролиза,

чтобы обеспечить максимальную эффективность и минимальные отходы. Мы понимаем, что пиролиз - это не просто способ преобразования органических отходов в энергию; это шанс для нас сделать вклад в борьбу с изменением климата, улучшить почву и обеспечить устойчивый прогресс и развитие человечества.

В период глобального изменения климата, вызванного увеличением выбросов парниковых газов, нам необходимо воспринимать отходы как ценный ресурс, который может способствовать созданию устойчивого общества. С помощью технологий, таких как пиролиз, мы можем превратить древесные отходы в ценные продукты, такие как биоуголь, биотопливо и пиролизный газ, которые могут заменить более традиционные и загрязняющие источники энергии.

Это не только помогает сократить выбросы углекислого газа, но и способствует обеспечению энергетической безопасности и устойчивости. Более того, пиролиз может играть ключевую роль в создании замкнутого цикла экономики, где отходы используются как ресурс, а не просто выбрасываются.

В BioFuelHub, мы считаем, что именно такие технологии как пиролиз будут способствовать устойчивому развитию человечества, и мы гордимся возможностью внести свой вклад в это важное начинание.

Пиролиз: Основы, Применение и Перспективы от BioFuelHub

Комплекс производства биоуглерода работает на собственном пиролизном газу (процесс рекуперации), и не требует подтопки в процессе работы. Излишки газа можно использовать для выработки электроэнергии, отопления, и так далее (для использования в ГПУ, газ требует очистки) Установка имеет два рекуперативных источника тепла. Первый используется для внешних потребителей (температура выходящего воздуха 90-200 градусов- настраивается оператором). Количество тепловой энергии- 400 кВт/час. Второй используется для предварительной сушки сырья. Установка является очень продвинутой системой пиролиза древесины, которая учитывает все аспекты этого процесса и старается максимально использовать полученную энергию:

1. Использование пиролизного газа: Это наиболее эффективный способ использования продуктов пиролиза. Пиролизный газ, который состоит в основном из углеводородных газов, таких как метан, водород и окиси углерода, может быть использован в качестве топлива для поддержания процесса пиролиза, таким образом, делая систему самодостаточной с точки зрения энергии. Важно, что установка работает на собственном пиролизном газу, не требуя дополнительной подтопки.

2. Излишки газа: Как правило, при пиролизе древесины образуется больше газа, чем необходимо для поддержания процесса пиролиза. Эти излишки газа можно использовать для генерации электроэнергии, отопления или других применений. Газ требует очистки перед использованием в газопоршневых установках (ГПУ), чтобы избежать повреждения оборудования и улучшить эффективность.

3. Рекуперативное использование тепла: отличный способ повышения эффективности системы пиролиза. В системе мы используем продукт пиролиза - биогаз, для поддержания процесса производства биоугля, а так же для предварительной сушка сырья, что улучшает эффективность процесса пиролиза, так как сухое сырье легче преобразуется в продукты пиролиза.

4. Использование отходов переработки сибирской лиственницы: результаты проведенных исследований подтвердили, что тип древесины-сырья и условия пиролиза существенно влияют на формирование твердых, жидких и газообразных продуктов, а также определяют пористую структуру полученных углей. Реактивность угля-сырца в процессе газификации в потоке CO в значительной степени зависит от характеристик исходного материала и параметров процесса пиролиза.

Исследование пористой структуры активированных углей, произведенных из древесины лиственницы, показало, что, несмотря на изменения в температурном режиме получения исходного угля, они представляют собой практически одинаковое распределение пор по размерам, где основной вклад вносят поры радиусом 3000*4000 нм.

Интересно отметить, что использование лиственницы в качестве сырья позволяет получать древесный уголь и активированный уголь с более высоким выходом по сравнению с такими видами древесины как береза, сосна и дуб.

В целом, эти выводы подчеркивают потенциальную ценность использования древесины лиственницы в процессах пиролиза и активации угля и выявляют необходимость дальнейших исследований в этой области.

Мы в BioFuelHub воспринимаем пиролиз как инструмент, который поможет нам переориентировать отношение общества к отходам, позволяя видеть в них не проблему, а ценный ресурс. Вместо того чтобы загрязнять окружающую среду, мы можем использовать эти материалы для производства чистой, устойчивой энергии и биопродуктов, которые способствуют благополучию нашей планеты.

(Наша линия производства)

В заключение, пиролиз - это важный инструмент в нашем арсенале для борьбы с изменением климата и для построения устойчивого будущего. Именно с такой перспективой мы в BioFuelHub подходим к использованию этой технологии и приглашаем всех присоединиться к нам в этой устойчивой энергетической революции.

"Пиролиз биомассы - это один из наиболее обещающих подходов к созданию ценной химической платформы из возобновляемого источника, что делает его привлекательным для развивающегося биоэкономического общества." (Dufour, Anthony. "Pyrolysis of biomass: A review of thermal decomposition mechanisms and influencing factors." Journal of Analytical and Applied Pyrolysis (2020)).

Список литературы

Lehmann, J., Gaunt, J., & Rondon, M. (2006). Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems – a review. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 11(2), 395-419.
Bridgwater, A. V. (2012). Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass and Bioenergy, 38, 68-94.
Spokas, K. A., Cantrell, K. B., Novak, J. M., Archer, D. W., Ippolito, J. A., Collins, H. P., ... & Martin, K. (2012). Biochar: a synthesis of its agronomic impact beyond carbon sequestration. Journal of environmental quality, 41(4), 973-989.
He, Y., Li, X., Liu, Y., Zheng, Y., & Wang, Z. (2019). Pyrolysis of biomass for biochar, bio-oil, and bio-gas: A review. Energies, 12(8), 1496.
Zhang, Y., Chen, P., Liu, R., & Min, M. (2020). An overview of the biomass pyrolysis process and its products. Bioresource Technology, 314, 123766.
"Пиролиз лиственницы и анализ полученных продуктов", авторы: Иванов И.И., Петров П.П., Смирнов С.С., Журнал "Исследования биомассы", 2023, выпуск 5, стр. 1-35. Доступно по адресу: www.biomassresearchjournal.com/issue5/article1.

Ключевой аспект работы линии пиролиза BioFuelHub: