Введение

Устройство, преобразующее древесину или древесный уголь в древесный газ, пригодный для двигателя внутреннего сгорания. Древесный газогенератор – это установка для газификации, преобразующая древесину или древесный уголь в древесный газ, являющийся генераторным газом, состоящим из атмосферного азота, угарного газа, водорода, следов метана и других газов, которые после охлаждения и фильтрации могут быть использованы для питания двигателя внутреннего сгорания или в других целях. Исторически древесные газогенераторы часто устанавливались на транспортные средства, но современные исследования и разработки сосредоточены преимущественно на стационарных установках.

Происхождение

Газификация была важной и распространенной технологией в течение 19-го и начала 20-го века. Городской газ, производимый из угля, широко использовался, главным образом для освещения. Когда стационарные двигатели внутреннего сгорания, основанные на цикле Отто, стали доступны в 1870-х годах, они начали вытеснять паровые двигатели в качестве основных приводов на многих предприятиях, требовавших стационарной движущей силы. Внедрение ускорилось после истечения срока действия патента на двигатель Отто в 1886 году. Потенциал и практическая применимость газификации для двигателей внутреннего сгорания были хорошо поняты с первых дней их разработки. В 1873 году Таддеус С. С. Лоу разработал и запатентовал процесс получения водородного газа, позволявший производить большие объемы водорода для бытового и коммерческого использования в отоплении и освещении. В отличие от обычного угольного газа или коксового газа, который использовался в муниципальном хозяйстве, этот газ обеспечивал более эффективное топливо для отопления. В конце XIX века двигатели внутреннего сгорания обычно работали на городском газе, а в начале XX века многие стационарные двигатели перешли на использование генераторного газа, получаемого из кокса, который был значительно дешевле городского газа, производимого путем дистилляции (пиролиза) более дорогого угля. Во время Второй мировой войны бензин был нормирован и находился в дефиците. Из-за нехватки бензина, получаемого из нефти, пожилые люди вспомнили, как строить газификаторы для древесины и угля, и как переоборудовать двигатели внутреннего сгорания для работы на газообразном топливе, и генераторы древесного газа были запущены в серийное производство. В Великобритании, Франции, США и Германии было построено или изготовлено в кустарных условиях большое количество таких генераторов для преобразования древесины и угля в топливо для транспортных средств. Коммерческие генераторы производились до и после войны для использования в особых случаях или в странах с экономическими трудностями. Некоторые генераторы древесного газа времен Второй мировой войны были типа "Имберт", разработанного около 1920 года французским изобретателем Жоржем Имбертом. Германия производила газогенераторные установки для автомобилей, грузовиков, артиллерийских тягачей и даже танков, чтобы сохранить ограниченные запасы топлива. Даже в нейтральных странах, таких как Швеция, Бразилия или Испания, газогенераторы были популярны, поскольку нефть стало трудно достать. В Бразилии гонщик по имени Чико Ланди выиграл на трассе Интерлагос в Сан-Паулу в 1944 году, управляя автомобилем Alfa Romeo, работающим на древесном газе. Производство городского газа на основе угля в целом было вытеснено газом на основе нефти и природным газом. Однако Великобритания продолжала использовать городской газ на основе угля до открытия месторождений природного газа в Северном море в 1960-х и 1970-х годах.

После Второй мировой войны

Когда цены на нефть выросли, возобновился интерес к генераторам древесного газа. Федеральное агентство по управлению чрезвычайными ситуациями США (FEMA) опубликовало в марте 1989 года книгу, описывающую, как построить газовый генератор в аварийной ситуации при отсутствии нефти. В ней описана конструкция под названием «многослойный нисходящий газификатор», которая решает ряд недостатков более ранних моделей. Европейский Союз спонсировал проект по производству древесного газа в Гюссинге (Австрия), начатый в 2005 году. Этот проект представлял собой электростанцию с генератором древесного газа и газовым двигателем для преобразования древесного газа в 2 МВт электроэнергии и 4,5 МВт тепла. Также существовало экспериментальное устройство для использования процесса Фишера-Тропша с целью преобразования древесного газа в топливо, подобное дизельному. К октябрю 2005 года стало возможным получать 1 литр топлива из 5 кг древесины. Известно, что в Корейской Народно-Демократической Республике (Северной Корее) также используются грузовики, работающие на генераторах древесного газа. Эти грузовики распространены за пределами Пхеньяна, в сельских деревнях и небольших городах. Их использование обусловлено санкциями, введенными против Северной Кореи в отношении импорта нефти и газа.

Дизайн

Существует обширная литература о газовых заводах, городском газе, газогенерации, древесном газе и генераторном газе, которая сейчас находится в общественном достоянии в силу своего возраста. Большинство успешных древесных газогенераторов, используемых в Европе и Соединенных Штатах, являются вариациями более ранней конструкции Имберта. Древесные газогенераторы обычно используют древесину, однако в качестве топлива также можно использовать древесный уголь. Он более плотный и производит более чистый газ, лишенный смолистых летучих веществ и избыточного содержания воды, характерных для древесины. Древесный газогенератор FEMA (по определению, данному в руководстве FEMA) является аварийным газификатором, предназначенным для быстрой сборки в условиях реального топливного кризиса. Эта упрощенная конструкция имеет определенные преимущества перед более ранними европейскими моделями, такие как более удобная дозаправка и сборка, но менее популярна, чем конструкция Имберта из-за ряда новых проблем, включая отсутствие фиксированной зоны окисления, что позволяет зоне окисления расширяться на большую площадь и вызывать падение температуры. Более низкая рабочая температура приводит к образованию смолы, а отсутствие полноценной зоны восстановления еще больше увеличивает склонность этой конструкции к ее производству. Смола в газовом потоке считается загрязнителем, и она быстро засоряет двигатель, что может привести к заклиниванию клапанов и поршневых колец. Новая конструкция, известная как газификатор Кита, улучшает конструкцию FEMA за счет интенсивного рекуперации тепла и устранения проблемы смолы. Испытания, проведенные в Университете Оберна, показали, что он на 37% эффективнее бензина. Эта система установила мировой рекорд скорости для транспортных средств, работающих на биомассе, и совершила несколько путешествий по стране. Организация Объединенных Наций опубликовала документ FOA 72, содержащий подробную информацию о конструкции и сборке древесного газогенератора, а также техническую справку № 296 Всемирного банка.

Отношение к безопасности

Если конструкция и использование не продуманы должным образом, существует значительный риск получения травм или смерти из-за древесного газа, содержащего высокий процент ядовитого угарного газа (CO). Древесные газификаторы проверенной конструкции и прошедшие тщательное тестирование считаются безопасными для использования на открытом воздухе или в частично закрытом пространстве, например, под навесом, открытым с двух сторон; они также могут считаться относительно безопасными для использования в очень хорошо вентилируемом (например, с отрицательным давлением) помещении, не связанном с жилыми помещениями, особенно со спальнями, и оснащенном избыточными (более одного) полностью независимыми, работающими от батарей, регулярно проверяемыми датчиками угарного газа. Однако здравый смысл требует, чтобы любые экспериментальные конструкции древесных газификаторов или новые разработки тщательно тестировались на открытом воздухе, и только на открытом воздухе, в присутствии помощника, и с постоянным наблюдением за любыми признаками головной боли, сонливости или тошноты, поскольку это первые симптомы отравления угарным газом. Кроме того, следует избегать смешивания избыточного количества воздуха и газа, так как это может привести к дефлаграции (взрыву) газа при наличии источника воспламенения. Долгосрочное хранение древесного газа, за исключением использования газодержателя с водяным затвором, не рекомендуется из-за наличия в газе летучих веществ, которые при чрезмерном выпадении в осадок будут конденсироваться в емкости для хранения. Ни в коем случае нельзя сжимать древесный газ выше атмосферного давления, так как это может привести к конденсации летучих веществ, а также к серьезным травмам или смерти из-за угарного газа или дефлаграции в случае утечки или разрушения емкости.