Évaluation de l’efficacité thermique et du potentiel de réduction des émissions de l’alcool

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13301 (2023) Citer cet article

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Jusqu’à présent, le charbon, le pétrole et le gaz naturel restent les combustibles les plus utilisés, et les émissions de SO2, de NOX et de particules produites par leur combustion ont une sérieuse influence sur l’air. Il est donc nécessaire de développer un carburant propre. Dans cette étude, les granges de salaison en vrac étaient équipées de différents équipements de combustible, la grange A utilisait un équipement de chauffage au charbon traditionnel ; La grange B utilisait un équipement de chauffage intégré au combustible à briquettes de biomasse (BBF); Grange C équipée d'équipements de chauffage au fioul à base d'alcool (ABF). La température de la surface extérieure de l'équipement de chauffage, les gaz d'échappement de la cheminée, ainsi que l'efficacité thermique de durcissement et la consommation d'énergie ont été analysées. Comparé au BBF de grange et au charbon de grange, l'ABF de grange peut répondre aux exigences de température les plus élevées de séchage du tabac séché à l'air chaud de 68 °C, la précision de la courbe cible de température de bulbe sec (DBT) pendant le séchage du tabac séché à l'air chaud était de 93,4. %. Dans le même temps, lors de la combustion ABF, les émissions de CO2 et de CO étaient respectivement de 40,82 % et 0,19 %. Cependant, aucune émission de NOX, SO2 et H2S n’a été détectée dans les gaz d’échappement des cheminées. Par rapport au BBF et au charbon de grange, l'efficacité thermique de l'équipement de chauffage ABF dans la grange a été augmentée de 44,78 % et 86,28 %, respectivement. De plus, le coût par kilogramme de tabac sec a été réduit respectivement de 19,44 % et 45,28 %. Par conséquent, par rapport au charbon de grange et au BBF de grange, l'ABF de grange peut contrôler les changements de température avec plus de précision et présente un avantage évident en termes de protection de l'environnement et d'efficacité d'utilisation de la chaleur.

Le tabac séché à l'air chaud (FT) est l'un des types de tabac les plus répandus en Chine. Dans le processus de production FT, le séchage du tabac (TC) reste le maillon le plus consommateur d'énergie, représentant plus de 80 % de l'énergie utilisée dans le processus de production de TC1,2,3. Dans le même temps, le charbon reste le combustible de salaison préféré dans la plupart des zones de production de FT, et plus de 95 % des étables de salaison en vrac utilisent du charbon pour le TC. La consommation annuelle de charbon est importante, le séchage de 1 kg de tabac sec consomme 1,5 à 2,0 kg de charbon. En Chine, environ 3 à 4 millions de tonnes de charbon sont nécessaires chaque année au TC4,5. Cependant, les émissions, notamment de CO2, de SO2, de NOX et de particules, sont fortement rejetées lors de la combustion du charbon, provoquant une grave pollution de l'environnement6,7. Environ 4 à 5 t de fumée et de poussière, 160 à 220 t de CO2, 3,4 à 5,6 t de SO2 et 1,6 à 2,8 t de NOX seront émises dans un groupe de 20 étables de salaison à grande échelle au cours de la saison de TC8. Le TC annuel dure de juillet à septembre. Pendant la période de séchage, il y a une grande quantité de fumée et de suie autour de la grange de séchage en vrac, ce qui a des effets négatifs importants sur la croissance et la qualité des cultures voisines et nuit à la santé des humains et des animaux, entraînant des risques chroniques, aigus. les dangers et les dangers invisibles9. Parmi eux, la fumée et la suie, qui présentent les caractéristiques d'un long séjour dans l'atmosphère et d'une longue distance de transport, peuvent provoquer la brume10. De plus, le charbon est une ressource non renouvelable et sa combustion pose de nombreux problèmes, tels qu'une combustion insuffisante, des gaz d'échappement à haute température par la cheminée et une lente augmentation de la température qui entraîne une baisse de la qualité des feuilles FT. Par conséquent, il est d’une grande importance d’introduire une énergie propre pour les économies d’énergie, la protection de l’environnement et la TC.

Le carburant à base d'alcool (ABF), un type de carburant liquide à base d'alcools (méthanol CH3OH, éthanol C2H5OH, butanol C4H9OH), est dérivé de la fermentation de la biomasse et des combustibles fossiles, tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Il est reconnu comme un nouveau type de carburant renouvelable par de nombreux pays11,12,13,14. En raison de l’épuisement progressif de l’énergie pétrochimique, l’ABF constitue la nouvelle énergie alternative la plus potentielle. Dans le processus de production agricole, les ressources en biomasse, notamment le maïs, la paille et la betterave sucrière, sont abondantes. Avec le développement de la synthèse de la technologie ABF utilisant la biomasse non céréalière comme matière première (y compris la fermentation ou la gazéification avec un traitement postérieur du gaz de synthèse), le développement de la biomasse ABF a été considérablement amélioré15,16,17,18. Par conséquent, l’ABF, avec les avantages d’un pouvoir calorifique de combustion élevé, d’un prix bas, d’un environnement propre et respectueux de l’environnement, d’une large gamme d’applications, de sécurité et de fiabilité, devrait devenir un nouveau type d’énergie pour remplacer les combustibles fossiles19. Étant donné que l'ABF a un effet d'auto-approvisionnement en oxygène pendant le processus de combustion, par rapport au charbon, au goudron de houille, au pétrole lourd, au diesel, à l'essence et à d'autres carburants, l'ABF est le carburant le plus complètement brûlé. Les émissions de combustion de l'ABF sont principalement du H2O et du CO2, et les émissions de gaz d'échappement sont inférieures de plus de 80 % à celles du gaz de pétrole liquéfié. C’est le carburant le plus propre, le plus respectueux de l’environnement et le plus prometteur pour l’avenir. À l’heure actuelle, l’ABF est largement utilisé dans les carburants pour moteurs, la production d’énergie industrielle et le chauffage20,21. En particulier, les carburants à base d'alcool peuvent être mélangés avec du diesel et du biodiesel pour former d'excellents carburants mixtes pour l'industrie et les transports, parmi lesquels le butanol peut améliorer considérablement l'état de combustion du carburant mélangé formé avec le diesel et a de bons effets sur l'amélioration de la capacité de contrôle de la température et réduire les émissions de CO et de NOx22. Kilic et al.23 ont montré que lorsqu'une faible teneur en butanol (jusqu'à 30 %) est transformée en carburant avec du diesel dans des chaudières à tubes de flamme, l'efficacité de la combustion peut être améliorée, ce qui a des perspectives positives de réduction des émissions et d'amélioration de l'efficacité de la combustion.