Использование газопоршневого генератора требует предварительной очистки газа.
Пиролиз и его продуктыПиролиз — это процесс термического разложения углеводородов без кислорода. В результате образуются водород, углерод и другие соединения. Этот метод используется для переработки различных видов сырья, включая попутный газ. Продукты пиролиза, такие как водород и горючие газы, могут применяться в качестве топлива для газопоршневых генераторов.
Предварительная очистка газаПеред подачей в газопоршневой генератор попутный газ необходимо очистить от различных примесей:
* Влага и тяжёлые углеводороды удаляются для предотвращения образования кристаллогидратов и жидкостных пробок в системе.
* Сероводород и диоксид углерода вызывают коррозию оборудования и могут нарушать санитарные нормы. Содержание серы должно быть не более 0,2% по массе.
* Механические примеси и нефть отделяются с помощью газовых сепараторов.
Методы очистки газа включают:* Сепарационные методы: удаление механических примесей, нефти и влаги.
* Низкотемпературную сепарацию: охлаждение газа для выделения высококипящих компонентов и воды.
* Гликолевую осушку: поглощение паров воды жидкими абсорбентами, такими как диэтиленгликоль или триэтиленгликоль.
Состав получаемого газа
Газ при пиролизе резины (включая автомобильные шины)
Основные компоненты газа
* водород (H2);
* метан (CH4);
* оксид углерода (CO);
* диоксид углерода (CO2);
* низкомолекулярные углеводороды (эта́н C2H6, пропан C3H8 и другие);
* непредельные углеводороды (этилен C2H4, пропилен C3H6 и другие);
* следы сероводорода (H2S) и других серосодержащих соединений из-за наличия серы в резиновой смеси.
Газ при пиролизе пластика
Состав газа варьируется в зависимости от типа полимера: полиолефины, ПЭТ, ПВХ и другие. Обычно он включает:
* водород (H2);
* метан (CH4);
* этилен (C2H4);
* пропилен (C3H6);
* бутен (C4H8) и другие алкены;
* алканы C2–C4 (эта́н, пропан, бутан);
* монооксид углерода (CO) в меньших количествах, чем при пиролизе резины.
Динамика выделения компонентов по стадиям
* До 300 °C преобладает CO2 и азот.
* При температуре выше 300 °C увеличивается доля лёгких углеводородных газов: CH4, C2H4, C3H6 и других. Газ становится горючим.
Влияние температуры процесса
* При низких температурах (300–550 °C) образуется твёрдый остаток — биоуголь.
* Средние температуры (550–800 °C) обеспечивают максимальный выход жидких продуктов — биомасла.
* Высокие температуры (>900 °C) усиливают крекинг, увеличивая выход газа с высокой долей H2 и CH4.
С ростом температуры:
* уменьшается содержание CO и CO2;
* повышается концентрация H2 и CH4;
* снижается плотность газа;
* увеличивается теплота сгорания (до 56,8 МДж/м³ при 525 °C).
Газопоршневые генераторы
Газопоршневые электростанции преобразуют энергию сгорания газа в механическую энергию, а затем в электрическую. Основные элементы таких установок включают:
* Двигатель внутреннего сгорания: сжигает газ, вращая вал.
* Генератор: преобразует механическую энергию двигателя в электрическую.
* Системы подготовки газа, охлаждения, зажигания и управления.
Преимущества газопоршневых электростанций:
* Высокий КПД (до 80% и выше).
* Возможность выработки тепла для отопления или других нужд.
* Короткий срок окупаемости при использовании попутного газа (2–3 года).
Особенности использования пиролизного газа
При использовании газа после пиролиза важно учитывать его состав и свойства:
* Концентрация водорода может варьироваться, что требует выбора подходящего оборудования и параметров горения.
* Содержание смол и других примесей может засорять фильтры и снижать эффективность горения.
Технологическая схема
1. Пиролиз сырья
2. Очистка газа от примесей (сепарация, осушка, удаление серы).
3. Подача очищенного газа в газопоршневой генератор.
4. Сгорание газа в двигателе, преобразование механической энергии в электрическую.
5. Использование электроэнергии и тепла (при наличии системы утилизации тепла).
Заключение
Использование газопоршневых генераторов с очищенным газом после пиролиза является эффективным и экономически выгодным решением. Этот метод позволяет максимально использовать попутный газ, снижая затраты и минимизируя экологическое воздействие.