Древесный газ — это топливный газ , который можно использовать для печей, плит и транспортных средств. В процессе производства биомасса или связанные с ней углеродсодержащие материалы газифицируются в среде с ограниченным содержанием кислорода генератора древесного газа для получения горючей смеси. В некоторых газификаторах этому процессу предшествует пиролиз , при котором биомасса или уголь сначала преобразуются в уголь , выделяя метан и смолу, богатую полициклическими ароматическими углеводородами .
В резком контрасте с синтез-газом , который представляет собой почти чистую смесь H2 /CO, древесный газ также содержит множество органических соединений («дистиллятов»), которые требуют очистки для использования в других целях. В зависимости от вида биомассы образуются различные загрязняющие вещества, которые конденсируются по мере охлаждения газа. Когда генераторный газ используется для питания автомобилей и лодок [ 1] или распространяется в отдаленных местах, необходимо очищать газ, чтобы удалить материалы, которые могут конденсироваться и засорять карбюраторы и газовые магистрали. Антрацит и кокс предпочтительны для использования в автомобилях, поскольку они производят наименьшее количество загрязнений, что позволяет использовать более мелкие и легкие скрубберы.
Первый древесный газификатор, по-видимому, построил Густав Бишоф в 1839 году. Первое транспортное средство, работающее на древесном газе, построил TH Parker в 1901 году. [2] Около 1900 года многие города поставляли топливные газы (производимые централизованно, как правило, из угля ) в жилые дома. Природный газ начали использовать только в 1930-х годах.
Автомобили на древесном газе использовались во время Второй мировой войны в результате нормирования ископаемого топлива. Только в Германии к концу войны использовалось около 500 000 автомобилей на « генераторном газе ». Грузовики, автобусы, тракторы, мотоциклы, корабли и поезда были оснащены установкой для газификации древесины. В 1942 году, когда древесный газ еще не достиг пика своей популярности, в Швеции было около 73 000 автомобилей на древесном газе [3] , 65 000 во Франции, 10 000 в Дании и почти 8 000 в Швейцарии. В 1944 году в Финляндии было 43 000 «дровомобилей», из которых 30 000 были автобусами и грузовиками, 7 000 частных автомобилей, 4 000 тракторов и 600 лодок. [4]
Газификаторы древесины по-прежнему производятся в Китае и России для автомобилей и в качестве генераторов энергии для промышленных целей. Грузовики, модернизированные с помощью газификаторов древесины, используются в Северной Корее [5] в сельской местности, особенно на дорогах восточного побережья.
Газификатор древесины использует древесную щепу, опилки, древесный уголь, каменный уголь, резину или аналогичные материалы в качестве топлива и сжигает их не полностью в топке, производя древесный газ, твердую золу и сажу , последнюю из которых необходимо периодически удалять из газификатора. Затем древесный газ можно отфильтровать от смол и частиц сажи/золы, охладить и направить в двигатель или топливный элемент . [6] Большинство этих двигателей предъявляют строгие требования к чистоте древесного газа, поэтому газ часто должен проходить через обширную газоочистку, чтобы удалить или преобразовать, т. е . « крэк », смолы и частицы. Удаление смолы часто достигается с помощью водяного скруббера . Работа древесного газа в немодифицированном двигателе внутреннего сгорания, работающем на бензине, может привести к проблемному накоплению несгоревших соединений.
Качество газа из разных «газификаторов» сильно различается. Ступенчатые газификаторы, в которых пиролиз и газификация происходят отдельно, а не в одной и той же зоне реакции, как это было в газификаторах Второй мировой войны, могут быть спроектированы для производства практически свободного от смол газа (менее 1 мг/м3 ) , в то время как газификаторы с псевдоожиженным слоем с одним реактором могут превышать 50 000 мг/м³ смолы. Реакторы с псевдоожиженным слоем имеют то преимущество, что они намного компактнее, с большей производительностью на единицу объема и ценой. В зависимости от предполагаемого использования газа смола может быть полезной, в том числе за счет увеличения теплотворной способности газа.
Теплота сгорания «генераторного газа» — термин, используемый в Соединенных Штатах, означающий древесный газ, произведенный для использования в двигателе внутреннего сгорания — довольно низкая по сравнению с другими видами топлива. Тейлор (1985) [7] сообщает, что генераторный газ имеет более низкую теплоту сгорания 5,7 МДж/кг по сравнению с 55,9 МДж/кг для природного газа и 44,1 МДж/кг для бензина. Теплота сгорания древесины обычно составляет 15–18 МДж/кг. Предположительно, эти значения могут несколько различаться от образца к образцу. Тот же источник сообщает следующий химический состав по объему, который, скорее всего, также является переменным:
Состав газа сильно зависит от процесса газификации, среды газификации (воздух, кислород или пар) и влажности топлива. Процессы паровой газификации обычно дают высокое содержание водорода, нисходящие газификаторы с неподвижным слоем дают высокие концентрации азота и низкие нагрузки смолы, в то время как восходящие газификаторы с неподвижным слоем дают высокие нагрузки смолы. [6] [8]
В процессе производства древесного угля для черного пороха летучий древесный газ выпускается. Получается углерод с чрезвычайно большой площадью поверхности, подходящий для использования в качестве топлива в черном порохе.
