Разработка эффективной технологии получения газа энергетического назначения на основе ступенчатой газификации низкосортных твердых топлив

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10227

НазваниеРазработка эффективной технологии получения газа энергетического назначения на основе ступенчатой газификации низкосортных твердых топлив

Руководитель Шаманский Виталий Алексеевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-401 - Энергетические системы на органическом топливе

Ключевые слова Низкосортное твердое топливо, древесная биомасса, многоступенчатая газификация, энергоэффективность, инструментальные исследования, физический эксперимент, математическое моделирование, технико-экономический анализ, энергетические системы.

Код ГРНТИ44.31.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема переработки отходов и низкосортных твердых топлив характерна для многих регионов мира. В высокоурбанизированных областях остро стоит проблема утилизации твердых бытовых отходов и твердого остатка муниципальных стоков. Захоронение отходов требует выделения значительных площадей под полигоны и очистные сооружения, и несет значительные экологические и социально-политические риски. В странах ЕЭС и США при государственной поддержке выполняются комплексные исследования процессов переработки городских отходов в термохимических процессах (Umberto Arena, 2012; J.A.Ruiz, 2013). Данные исследования направлены на разработку так называемых «гибких технологий» (flexible technologies), позволяющих получать из отходов разных классов широкий спектр востребованных товарных продуктов. Для России, кроме того, характерны проблемы энергоснабжения удаленных районов, для которых актуально вовлечение в энергобаланс местных низкосортных местных топлив и отходов. Начаты научные исследования, направленные на повышение экономической эффективности технологий и установок газификации низкосортного топлива (А.В. Кейко, 2012; А.Ф. Рыжков, 2010), предложен ряд технических решений, перспективных для переработки несортированных отходов. В их числе – ступенчатая газификация, алло-автотермические процессы конверсии, применение рециркулируемого теплоносителя и несколько других, нетривиальных решений. Большинство таких проектов находятся на стадии НИОКР. Научная новизна поставленной в проекте задачи состоит в детальном исследовании и согласовании работы отдельных ступеней процесса, выявлении физико-химических ограничений, препятствующих совершенствованию технологии. Проект направлен на создание и исследование новой технологи получения газа энергетического назначения в процессе ступенчатой газификации низкосортного твердого топлива. Предложенный сравнительно недавно метод ступенчатой конверсии имеет ряд преимуществ перед другими технологиями газификации: 1. Возможность эффективной переработки низкосортного твердого топлива (древесные отходы, шлам-лигнины, твердые бытовые отходы и др.). 2. Стабильность процесса газификации. 3. Возможность использования газа в силовых агрегатах мини-ТЭЦ без дополнительной очистки от смолы. Несмотря на имеющиеся преимущества и интенсивные исследования, проводившиеся рядом зарубежных коллективов, ступенчатая газификация еще не получила широкого коммерческого применения. Ряд технических сложностей препятствует внедрению технологии, в том числе следующие. 1. Большое число режимных параметров затрудняет оптимизацию установки. 2. Низкий температурный уровень третьей стадии процесса препятствует срабатыванию угольного остатка. 3. Требуется оптимизация второй и третьей стадии процесса, для получения практически бессмольного газа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Марченко О.В., Соломин С.В. Ресурсы древесины в России для энергетического использования Экономика и управление: анализ тенденций и перспектив развития, № 29. – С. 147-152 (год публикации - 2016)

2. Козлов А.Н., Свищев Д.А., Кейко А.В., Шаманский В.А. Investigation stage devolatilization during thermochemical conversion of low-grade solid fuels Proc. of 16-th International Congress on Thermal Analysis and Calorimetry (ICTAC-16) (год публикации - 2016)

3. Левин А.А., Шаманский В.А., Козлов А.Н. A model of pyrolysis in a staged scheme of low-grade solid fuel gasification Journal of Physics: Conference Series, 754 (2016) 022006 (год публикации - 2016)
10.1088/1742-6596/754/2/022006

4. Донской И.Г., Козлов А.Н., Свищев Д.А., Шаманский В.А. Расчетное исследование эффективности ступенчатого процесса газификации влажной древесины Теплоэнергетика, №4, с. 1-9 (год публикации - 2017)

5. Козлов А.Н., Свищев Д.А., Шаманский В.А., Донской И.Г. Кинетика термического разложения древесины и древесного угля в динамических условиях Сборник трудов 16-ой международной конференции по термическому анализу и калориметрии (International Conference on Thermal Analysis and Calorimetry in Russia (RTAC-2016)), Т.2-с. 174-177 (год публикации - 2016)

6. Марченко О.В., Соломин С.В. Эффективность газогенераторных электростанций на древесном топливе для электроснабжения децентрализованных потребителей Экология промышленного производства (год публикации - 2016)

7. Козлов А.Н., Свищев Д.А., Шаманский В.А., Кейко А.В. A technique for the determination of pyrolytic tar characteristics Proc. of 16-th International Congress on Thermal Analysis and Calorimetry (ICTAC-16) (год публикации - 2016)

Публикации

1. Марченко О.В., Соломин С.В. Modeling of hydrogen and electrical energy storages in wind/PV energy system on the Lake Baikal coast International Journal of Hydrogen Energy, № 4 2, P. 9 3 6 1-9 3 7 0 (год публикации - 2017)
10.1016/j.ijhydene.2017.02.076

2. Худякова Г.И., Козлов А.Н., Свищев Д.А. MODELING OF COMBINED HEAT AND POWER PLANT BASED ON A MULTI-STAGE GASIFIER AND INTERNAL COMBUSTION ENGINES OF VARIOUS POWER OUTPUTS Journal of Physics: Conference Series, 891 012200 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/891/1/012200

3. Левин А.А., Козлов А.Н. Modelling of porous biomass pyrolysis in screw reactor Journal of Physics: Conference Series, 899 092008 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/899/9/092008

4. Худякова Г.И., Козлов А.Н. THE THERMOCHEMICAL CONVERSION KINETICS OF THE WOOD BIOMASS OF DIFFERENT THERMAL TRANSFORMATION 1ST JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS AND CALORIMETRY CONFERENCE AND 6TH V4 (JOINT CZECH-HUNGARIAN-POLISH-SLOVAKIAN) THERMOANALYTICAL CONFERENCE Budapest, Hungary, 06-09 июня 2017 г, 160-161, 348 (год публикации - 2017)

5. Марченко О.В., Соломин С.В. Анализ совместного использования газогенераторных электростанций на биомассе с возобновляемыми источниками энергии других типов Байкальская наука: идеи, инновации, инвестиции: Сборник статей по материалам всероссийской научно-практической конференции., C. 98-102 (год публикации - 2017)

6. Левин А.А., Козлов А.Н., Свищев Д.А., Донской И.Г. CFD-Modeling of the Multistage Gasifier Capacity of 30 KW Journal of Physics: Conference Series, V.89:012229 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/891/1/012229

7. Козлов А.Н., Свищев Д.А., Пензик М.В., Шаманский В.А. FEATURES DEFINITIONS GAS COMPONENTS BY METHOD STA-MS 1ST JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS AND CALORIMETRY CONFERENCE AND 6TH V4 (JOINT CZECH-HUNGARIAN-POLISH-SLOVAKIAN) THERMOANALYTICAL CONFERENCE Budapest, Hungary, 06-09 июня 2017 г, 99-100, 150 (год публикации - 2017)

8. Козлов А.Н., Левин А.А., Свищев Д.А., Шаманский В.А., Кейко А.В. Modeling of Pyrolysis in a Stage Scheme of Low‐Grade Solid Fuel Gasification Pyrolysis, InTech, Rijeka, Croatia, Chapter 4, P. 71-88 (год публикации - 2017)
10.5772/67865

9. Козлов А.Н., Свищев Д.А., Марченко О.В., Соломин С.В., Шаманский В.А., Кейко А.В. Development of s multi-stage biomass gasification technology to produce quality gas 25th European Biomass Conference and Exhibition (25th EUBCE). Proceedings of the International Conference. Stockholm, June 12-15, 2017. – Stockholm: ETA Florence Renewable Energies, 2017, V. 2017, Issue 25thEUBCE, P. 776-781 (год публикации - 2017)
10.5071/25thEUBCE2017-2CV.3.18

10. Марченко О.В., Соломин С.В. Efficiency of hybrid renewable energy systems in Russia International Journal of Renewable Energy Research (год публикации - 2017)

11. Марченко О.В., Соломин С.В. Совместное использование древесной биомассы, энергии ветра и солнца в системе автономного электроснабжения Техника, технологии, ресурсы и производство: приоритетные направления развития и практические разработки. Сб. науч. трудов по материалам I Межд. научно-практич. конф., г. Екатеринбург, C. 13-24 (год публикации - 2017)

Публикации

1. О.В. Марченко Performance modeling of thermoelectric devices by perturbation method International Journal of Thermal Sciences, Т. 129, с. 334-342 (год публикации - 2018)
10.1016/j.ijthermalsci.2018.03.006

2. А.А. Левин, А.Н. Козлов, Д.А. Свищев, М.В. Пензик Verification of the heat transfer model for screw reactor MATEC Web of Conferences, 240, 05017 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201824005017

3. А.А. Левин, А.Н. Козлов Verification of the stage scheme of low-grade solid fuel gasification Journal of Physics: Conference Series, 1128, 012071 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1128/1/012071

4. Г.И. Худякова, А.Н. Козлов, Д.А. Свищев, М.В. Пензик Thermal analysis of wood fuel pyrolysis process Journal of Physics: Conference Series, 1128, 012080 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1128/012080

5. Козлов А.Н., Марченко О.В., Соломин С.В. The modern state of wood biomass gasification technologies and their economic efficiency Energy Procedia, Vol.158. P.1004-1008 (год публикации - 2019)
10.1016/j.egypro.2019.01.244