Государственный авиационный институт

Факультет летательных аппаратов

Кафедра Химмотологии

Домашнее задание

по дисциплине

ГСМ и контроль их свойства ?.1

Тема:

Другие горючего из биомассы

Выполнила:

Студентка ФЛА 309

Фернандес Медина А.Х.

Управляющий:

к.х.н., доц. Новикова В.Ф.

Киев 2007

Содержание

Введение

>1. Внедрение энергии биомассы

>2. Биотопливо — другой вид горючего

>3. Получение моторных топлив из газов газификации растительной биомассы

>4. Забугорный опыт

Введение

За последнее столетие добыча нефти в ми?е выросла фактически в 20 раз и продолжает расти довольно быс???. По оценкам профессионалов, в течение 40—50 лет припасы углеводородов будут фактически исчерпаны. В связи с данным обстоятельством в почти всех странах огромное внимание уделяется поиску путей использования энергии, накапливаемой растениями за счет фотосинтеза, для технических потребностей, а именно для подмены обычного водянистого горючего на автотранспорте биотопливом (этанолом и биодизелем). Как понятно, биомассой принято обозначать все органические вещества как растительного, так и животного происхождения, источником которых служит сейчас существующая биосфера нашей планетки. Биомасса уже издавна употребляется в качестве сырья для производства различного вида горючего, к примеру, горючего газа и этанола (этилового спирта). Раз в год на Земле с помощьюфотосинтеза появляется около 120 миллиардов. тонн сухого органического вещества, ?то энергетически эквивалентно более 40 миллиардов. тонн нефти. Внедрение биомассы может проводиться в последующих направлениях:

Прямое сжигание — создание биогаза из сельскохозяйственных и бытовых отходов — создание этилового спирта для получения моторного горючего

Таким сырьем служат мусор, пищевые и бытовые отходы, опилки и другие отходы лесной и лесопе?ерабатывающей промышленности, экск?ементы сельскохозяйственных животных, трава, избытки зерна и т.п.

По данным Интернационального Энергетического Агентства (International Energy Agency), за четверть века создание этанола в ми?е подросло в 8 раз (с 4368 миллионов ли???в в 1980 году до 32665 миллионов — в 2004), при этом особо приметный прирост был за?егистрирован в последние годы, с ростом цен на нефть

Сейчас разработка позволяет создавать 1 литр биодизельного горючего приблизительно из 1,2 литра соевого масла. Цена э?ого горючего сейчас приблизительно равна цены бензина. По производству и потреблению топливного этанола мировым фаворитом уже более 2-ух десятилетий является Бразилия, где его создание составляет половину мирового, и значимая часть автотранспорта работает на чистом (95%) этаноле или на консистенции этанола (25%) с бензином(75%). Создание биотоплив для движков вну?р?ннего сгорания быс??? развивается в США и в почти всех европейских странах (п?ежде всего в Испании и Франции). Этанол уже стал объектом интернациональной торговли: к примеру, по данным агентства Reuters, Бразилия уже импортирует э?от продукт в США, Индию и ряд других стран. Потенциально э?от рынок будет развиваться: только за последние годы законы, ставящие собственной целью поощрить пе?евод автомобилей на биотопливо, приняли Южная Ко?ея, Филиппины, Япония и Мадагаскар.

>1. Внедрение энергии биомассы

Внедрение энергии биомассы в Украине находится в зачаточном состоянии, хотя условия для ее освоения (особенности климата, потенциал земельного сектора экономики, наличие рабочей силы) довольно благоприятны. В связи с данным обстоятельством полностью естественным п?едставляется формирование весной текущего года мотивированной всеохватывающей программки исследований НАН Украины «Биомасса как топливное сырье» («Биотоплива»). Как можно судить по концепции обозначенной программки, ее создатели лицезреют единственно вероятный путь использования биомассы для автотранспорта — тот, по которому идут страны-лидеры э?ого направления (будем именовать э?от вариант обычным). В связи с этим появляется вопрос: вероятны ли другие варианты использования биомассы для автотранспорта?

В Институте технической теплофизики (ИТТФ) НАН Украины разработаны метод и ус???йство для энерготехнологической пе?еработки биомассы (д?евесины, травы, подсолнечной лузги и др.). В ?езультате таковой пе?еработки
получают два продукта: горючий газ и д?евесный уголь (полукокс), который показывает фактически беззольное высоко?еакционное жесткое горючее. Тут принципиально выделить, ?то прямое внедрение биомассы, а именно д?евесины в очень совершенных, сов?еменных пылеугольных котлах связано со значительными трудностями, если вообщем может быть. Дело в том, ?то пылевая разработка сжигания п?едусматривает непременное измельчение горючего до частиц размером ~ 200 мкм, а мельницы, которыми оборудованы пылеугольные энергоблоки, полностью неприменимы для размола биомассы (к примеру, д?евесных отходов), но просто управляются с измельчением д?евесного угля. Не считая того, для стабилизации горения пылеугольного горючего употребляется «подсветка» факела дефицитным и дорогостоящим природным газом, но его полностью можно поменять дешевеньким и легкодоступным горючим, который выходит при энерготехнологической пе?еработке биомассы по технологии ИТТФ. Из имеющихся технологий получения горючего из биомассы уплотнением всераспространены: пеллетирование (гранулирование), брикетирование на п?ессах и брикетирование экструзионное (с внедрением шнеков).

ООО «ЭККО» г. Черкассы, э?о п?едприятие, разрабатывающее экструзионные технологии на базе серийных экструдеров, выпускаемых ОАО «Черкассы?л?ватормаш», и обратившее своё внимание на экструзионное брикетирование отходов из биомасс.

В базе технологии производства топливных брикетов лежит процесс п?ессования шнеком отходов (шелухи подсолнечника, г?ечихи и т.п.) и мелко размельченных отходов д?евесины (опилок) под высочайшим давлением при наг?евании от 250 до 350С°. Получаемые топливные брикеты не содержат в себе никаких связывающих веществ, не считая 1-го натурального — лигнина, содержащегося в клеточках растительных отходов. Температура, присутствующая при п?ессовании, содействует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря э?ому ????ови?ся более крепкой, ?то важно для транспортировки брикета.

Инте?есно сопоставить характеристики обычного и альтернативного вариантов. Тесты установки ИТТФ для энерготехнологической пе?еработки биомассы проявили, что ее КПД (т.е. отношение теплотворной возможности товаров пе?еработки к теплотворной возможности начального сырья) порядка 90%. Допустим, ?то КПД п?евращения биомасса — биотопливо такой же. Лу?шие сов?еменные транспортные движки вну?р?ннего сгорания имеют КПД менее 40 %. Таким макаром, обычный вариант использования биомассы может обеспечить и?оґовый КПД менее 36%. Для оценки способностей альтернативного варианта п?едположим, ?то ?л?к???энергия, которая употребляется в ?л?к???мобилях, вырабатывается на ТЭЦ с КПД ~ 75%. Так как энергопотери в ?л?к???движке ничтожно малы, КПД альтернативного варианта ~ 67%, т.е. ?уть ли не в два раза выше. Что касается экологического нюанса, то, разумеется, сжигание товаров пе?еработки биомассы в больших сов?еменных котельных установках с сильными системами чистки товаров сгорания приведет к наименьшему загрязнению окружающей с?пищи, чем внедрение биотоплива в движках вну?р?ннего сгорания.

Очередное беспрекословное п?еимущество альтернативного варианта при сопоставлении его с обычным заключается в том, ?то «в дело» может идти вся биомасса (к примеру: стволы подсолнечника, кукурузы, ветки де?евьев, торжественные елки и т.д.). В классическом варианте — только относительно маленькая часть биомассы (зерна кукурузы, сои, рапса и т.д.), при этом та, которая может быть применена для производства пищевых товаров для людей.

Очень прибыльно использовать другой вариант использования биомассы в больших городках, где накапливается огромное количество биомассы и имеется много отопительных котлов. Расчеты демонстрируют: если использовать другой вариант для утилизации биомассы, которая накапливается в г. Киеве (д?евесная часть городского мусора, об?езки де?евьев и т.д. — всего более 24 тыс. м3 в год), то можно фактически даром иметь раз в год доход в разме?е более 1 млн. долл. При использовании в пылеугольных котлах д?евесной подсветки по другому варианту можно уменьшить на 13—15% расход природного газа, который употребляется угольными ?л?к???станциями на подсветку.

>2. Биотопливо — другой вид горючего

Соевое, арахисовое, пальмовое, переработанные подсолнечное и оливковое масла (использованные, к примеру, при изготовлении еды), также животные жиры. Биодизельное горючее — э?о экологически незапятнанный вид горючего, другой по отношению к минеральным видам, п
олучаемый из растительных масел, и применяемый для подмены (экономии) обыденного дизельного горючего, э?о на сто процентов сгорающее другое горючее, которое делается из растительных материалов либо биомассы, таковой как сладкий ???стник либо пальмовое масло. Оно может употребляться в дизельных движках либо смешиваться с обыденным дизельным топливом. Сырьем для производства биодизеля могут быть разные растительные масла: рапсовое. С хим то?ки зрения биодизель показывает метиловый эфир. При его производстве, в процессе этерификации, масла и жиры вступают в ?еакцию с метиловым спиртом и гидроксидом натрия, служащим катализатором, в ?езультате чего образуются жирные кислоты, также побочные продукты: глицерин и другие.

Биодизель может употребляться в обыденных движках вну?р?ннего сгорания, как самосто???љно, так и в консистенции с обыденным дизтопливом, без внесения конфигураций в конструкцию мотора.

Владея приблизительно схожим с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизель имеет ряд существенных п?еимуществ:

· он не токсичен, фактически не содержит серы и канцерогенного бензола;

· разлагается в естественных критериях (приблизительно так же, как сахар);

· обеспечивает существенное понижение в?едных выбросов в атмосферу при сжигании, как в движках вну?р?ннего сгорания, так и в технологических аг?егатах;

· наращивает октановое число горючего и его смазывающую способность, ?то значительно наращивает ?есурс мотора;

· имеет высшую температуру воспламенения (более 100°С), ?то делает его внедрение относительно неопасным;

· его источником являются возобновляемые ?есурсы; создание биодизеля просто организовать, в т.?. в критериях маленького фермерского хозяйства, при э?ом употребляется дешевое оборудование

По прогнозу Интернационального Энергетического Агентства, к 2020 году мировое создание биотоплива, как минимум, учетверится и достигнет 120 млрд ли???в в год. К 2010 году мировой автопром выпустит, как минимум, 2 млн. единиц автомобилей, способных работать на спирте и биодизельном горючем.

Пока же толика «био» автомобилей в автопарке США малозначительна, невзирая на то, ?то с конца 1970-х годов федеральные власти и власти неких штатов приняли ряд законов, устанавливающих налоговые льготы для производителей подобного горючего, механических ус???йств для его использования (авто, системы хранения и расп?еделения и пр.) и для покупателей схожих автомобилей.

Эффективность этанола и биодизеля довольно часто подвергается сомнению. Например, в 2003 году Корнуэлльский Институт (Cornell University) опубликовал ?езультаты исследования, согласно которому был изготовлен пессимистичный вывод: если считать, ?то с 1-го поля, на котором выращиваются сельскохозяйственные культуры, можно получить 100 ли???в спирта, который может быть п?евратить в энергию, то издержки на создание э?ой энергии составят 79 ли???в в «спиртовом» эквиваленте. Вобщем, есть исследования, доказывающие высшую энергоемкость биоэнергетических культур.

Но перспективы у схожих автомобилей можно признать радужными. Значимые с?едства, вложенные в исследования по использованию био горючего, равномерно начали приносить ?езультат. Косвенным свидетельством э?ого являются данные Государственной Лаборатории по Исследованию Возобновляемой ЭнергииNational Renewable Energy Laboratory: число выданных патентов на изоб?етения в э?ой сфе?е в 1998 году подросло в 25 раз по сопоставлению с уровнем 1981 года. Не считая того, приметно поменялись нас???ения американских потребителей, многие их их серьезно рассматривают возможность приоб?етения более экономного автомобиля, в том числе такового, который не употребляет в качестве горючего нефтепродукты.

>3. Получение моторных топлив из газов газификации растительной биомассы

Рассмо?р?н новый способ получения экологически незапятнанных водянистых моторных топлив из растительной биомассы. Горючего не содержат серу, а выделяющийся при их горении диоксид углерода вновь участвует в образовании растений. Горючего получаются из газов газификации биомассы воздухом при низком давлении и температу?е. Дискуссируются задачи средств горючих ископаемых и растительной биомассы в ми?е и в нашей стране.

В истинное в?емя энерго потребности мира составляют ~ 11—12 миллиардов. т условного горючего (у. т.) и удовлетворяются за счет нефти и газа на 58—60%, угля — на 30%, гидро- и атомной энергии — на 10—12%. Разведанные припасы н
ефти, угля и газа приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Мировые припасы горючих ископаемых, применимые для промышленной добычи, миллиардов. т н. э. Нефть + газ

Уголь

Соотношение

Литература

226

687

1:3,0

[4]

230

741

1:3,2

[3]

Таблица 2

Извлекаемые припасы горючих ископаемых и прирост биомасссы, миллиардов. т н. э. Наименование

В СНГ

В ми?е

Нефть

8—10

145

Уголь

~ 200

720

Газ

~ 40

104

Образование растительной биомассы в год

~ 15—20

80

В качестве источника энергии употребляется также растительная биомасса (дрова и др.) — порядка 1 миллиардов. т у. т., либо 0,7 миллиардов. т нефтяного эквивалента (н. э.), ?то составляет фактически четвертую часть из добычи и употребления нефти в ми?е (~3 миллиардов. т). Потребность в нефти и других видах сов?еменной энергии, возможно, будет возрастать и однов?еменно будут усовершенствоваться способы энергетического использования растительной биомассы (кроме прямого сжигания).

В истинной работе рассматриваются способности получения компонент водянистых топлив приемущественно из растительной биомассы, пос?едством ее газификации и синтеза из газа водянистых углеводородов. В общем виде эти процессы п?едставлены на рис. 1.

Применение возобновляемой растительной биомассы для производства моторных топлив целенаправлено и даже нужно в связи с ограниченностью припасов нефти. По данным XIII Нефтяного конг?есса (1991 г.), разведанные припасы нефти в ми?е оцениваются в 140—145 миллиардов. т (160 миллиардов. м3), которых при сов?еменном потреблении нефти в ми?е может хватить на 35—45 лет.

По отдельным ?егионам препядствия с припасами нефти стоят более ос???: 76% припасов находится на Ближнем и С?еднем Востоке, в Латинской Америке. На другие ?егионы остается 24%, из которых 6—7% приходится на СНГ. Беря во внимание уровень добычи нефти в 1990 г., этих припасов может хватить на 15—18 лет.

Потребность нефти в Русской Федерации — 270—300 млн. т, в целом по СНГ — 450 млн. т (для сопоставления — США потребляют около 800 млн. т нефти). В предстоящем потребление нефти в ми?е будет возрастать, авторому, беря во внимание недостаток нефти, нужно развивать новые пути получения водянистых моторных топлив. Создание моторных топлив из жестких горючих ископаемых не очень широко. Так, в ЮАР получают 5 млн. т моторных топлив, зачем затрачивается 27—30 млн. т бурого угля. Эта разработка базирована на парокислородной газификации угля и получении моторных топлив из синтез-газа на металлическом катализато?е. Создание синтетических топлив в больших масштабах с целью подмены нефти п?едставляет тяжелую зада?у. Для производства 150 млн. т синтетических топлив (1/2 потребности Рф) пригодилось бы около 1 миллиардов. т бурого угля (добыча угля в 1990 г. в Русском Союзе составила около 700 млн. т, в США — 800 млн. т).

Легкодоступным и возобновляемым сырьем для производства синтетических моторных топлив является биомасса растений. К примеру, в Канаде лесная и лесопе?ерабатывающая индустрия более 70% нужной энергии получает из отходов д?евесины (газификацией и другими способами). В Русском Союзе в период 1940—1950 гг. были сделаны установки, работавшие на лесных и сельскохозяйственных отходах при их газификации воздухом с получением газообразного моторного горючего. Каждогодний прирост биомассы растений на Земле составляет от 170 до 200 миллиардов. т, считая на сухое вещество, ?то в пе?есчете на нефтяной эквивалент соответствует приблизительно 70—80 миллиардов. т.

До се?едины XIX в. население земли использовало в качестве теплоносителя для бытовых и промышленных целей (металлургия, паровые машины и др.) по?ти только биомассу растений и продукты ее пе?еработки (д?евесный уголь).

При использовании в качестве энергоэлемента газа, нефти и угля появляется ряд заморочек, связанных с ограниченными припасами горючих ископаемых, в особенности нефти. Необходимо отметить, что не считая истощения припасов нефти необходимыми неуввязками являются пе?евозка на огромные расстояния и хранение всех видов топлив.

В связи с недостатком нефти целенаправлено использовать местные виды топлив — растительную биомассу, бурый уголь, торф, сланцы, разные твердые органические отходы (мусор в городках) при пе?еработке в жидкое горюч
ее. Полное количество разных жестких органических отходов (лесодобыча и лесопе?еработка, сельское хозяйство, индустрия, бытовой мусор в городках) может быть достаточно таки велико. К примеру, в США оно добивается 1—1,2 миллиардов. т в год. Из э?ого количества можно получить около 1/4 моторных топлив, т. е. более 100 млн. т. Но большая часть отходов не употребляется, некую часть используют для получения биогаза (смесь СН4 с СО2), другая часть сжигается.

К примеру, компания “Боинг” спаливает биомассу (отходы д?евесины и городской мусор) для получения приблизительно 60% тепла, нужного для обог?ева завода “Боинг” площадью 550 тыс. м2 являющегося наикрупнейшим в ми?е производственным комплексом.

Ресурсы раз в год возобновляемой растительной биомассы энергетически в 25 раз п?евышают добы?у нефти. В истинное в?емя сжигание растительной биомассы составляет ~10% от потребляемых энергосредств (приблизительно 1 миллиардов. т у. т.), в дальнейшем ожидается существенное расширение использования биомассы в виде товаров ее пе?еработки (водянистых, жестких топлив и др.), и в первую оче?едь отходов, которые накапливаются и распадаются, загрязняя окружающую с?пищу.

Биомасса пе?ерабатывается в топливные и хим продукты разными способами: пиролизом, гидролизом, газификацией, гидрогенизацией и др. Эти процессы осуществляются на пе?едвижных либо стационарных установках.

>4. Забугорный опыт

В Норвегии используются пе?едвижные установки на лесосеках, где пе?ерабатываются растительные отходы способом пиролиза. Производительность отдельной установки от 10 до 30 т д?евесного угля в день. При пиролизе из 1 т отходов (щепа) выходит 280 кг угля, 200 кг смолы пиролиза и около 222 кг газообразного горючего. Газообразное горючее употребляется для поддержания процесса пиролиза. Смола пиролиза применяется как котельное горючее либо подвергается гидрооблагораживанию под давлением водорода для получения бензина и дизельного горючего. Стационарные установки пиролиза могут иметь до 40 печей, и рассчитаны на пе?еработку 300—350 тыс. т органических отходов в год.

Разработан процесс ожижения растительной биомассы способом гидрогенизации при 350°С под давлением водорода при 6,4 МПа. Из 1 т биомассы получают 24 кг синтетической нефти и 160 кг остатка типа асфальта.

Одним из способов получения водянистых моторных топлив является тепловое растворение д?евесины в нефтяных фракциях при 380—450°С под давлением 10,0 МПа. При э?ом происходит ожижение д?евесины.

В США имеется экспериментальная установка, где из 1000 кг д?евесной щепы выходит 300 кг горючего типа сырой нефти. Процесс ведут при давлении 28 МПа и температу?е 350—375°С. В качестве катализатора используют карбонат натрия.

В ряде государств (Италия, ФРГ, Аргентина и др.) сделаны особые энерго плантации быс???возрастающих пород д?евесины и других пород на землях, не применимых для сельского хозяйства.

Плантации ветлы в Швеции на заболоченных землях дают 25 т д?евесины с 1 га в год. Сбор д?евесины осуществляется че?ез 2 года особыми комбайнами в зимнее в?емя года, когда заболоченная земля леденеет. С 1 млн. га выходит 15 млн. т д?евесины в виде сухого д?евесного горючего, ?то эквивалентно 20% энергии, нужной для э?ой страны.

В рамках Западноевропейской программки развития возобновляемых энергосредств в Италии пущен большой биоэнергетический комплекс, рассчитанный на каждогодную пе?еработку 300 тыс. т быс???возрастающей биомассы и органических отходов. Необходимо отметить, что не считая газа и томных остатков будет получено 20 тыс. т водянистого горючего. В Германии имеются огромные плантации рапса, из которого получают смазочные масла и дизельное горючее.

В Латинской Америке, США и Франции из биомассы (отходов сладкого ???стника, кукурузы и др.) получают этанол, используя обычно процессы брожения. В Бразилии выходит более 10 млн. т этанола, который используют как основное горючее для автомобилей (96%-ный этанол) или в консистенции с бензином — горючее “Газохол” (22 % этанола с 78 % бензина). В США из кукурузы получают более 3 млн. т этанола, который используют в качестве добавки к бензину (5—10%) для увеличения октанового числа и улу?шения процессов сгорания.

Для использования в моторных топливах п?едложены производные метанола и этанола, которые не корродируют аппаратуру, безв?едны, отлично смешиваются и имеют высочайшие антидетонационные характеристики:

В истинное в?емя в качестве добавки для увеличе
ния октанового числа употребляют метил-т?ет-бутиловый эфир.

Разработан новый процесс синтеза обычных парафинов и изопарафинов, также олефинов из нового типа начального сырья — растительной биомассы. Биомасса п?евращается газификацией воздухом в генераторный газ, содержащий оксид углерода и водород. В газе содержится около 50% азота, авторому синтез из такового газа компонент моторных топлив состава С5 —С22 является принципно новым. Ранее во всех технологических процессах (Фишера — Тропша, Сасол, Мобил) применяли концентрированный газ, состоящий только из СО и Н2.

Парафиновые углеводороды неразветвленного с???ения являются неплохими компонентами дизельных топлив. Для производства высокоцетановых моторных топлив лучше смешение фракций синтетических парафинов с цетановым числом 77—90, приобретенных по способу Фишера — Тропша с дизельными фракциями нефти либо товаров гидрогенизации угля, которые имеют цетановое число 40—50.

Продукты синтеза, приобретенные пос?едством газификации биомассы, мог поменять нефтехимическое сырье.

Водянистые олефиновые углеводороды, которые получаются при синтезе, мог отыскать применение, кроме топливного предназначения, для производства синтетических моющих с?едств. Из фракции углеводородов С2—С22, приобретенной биомассы, в процессе пиролиза на ванадиевом катализато?е могут быть получены этилен, пропилен и бутилены. При каталитическом пиролизе образует до 40—50% этилена и 60—65% суммы газообразных олефинов на исходи сырье. Проверка э?ого процесса в опытно-промышленных критериях показал ?то исходя из используемого сырья этилен появляется с выходом от до 40% и олефины 60—65%. При тепловом пиролизе выход этилена обычно не п?евышает 25—26%.

Таким макаром, в ?езультате пе?еработки растительного сырья могут бы получены водянистые углеводороды — составляющие моторных топлив и олефины, частности этилен для процессов нефтехимического синтеза.

Цель реального исследования — разработка процесса получения компонент водянистых топлив (бензина, дизельного горючего) из товаров газификации растительной биомассы СхНуОг при 900—1500° С. При э?ом появляется газ, содержащий оксид углерода, водород, диоксид углерода и азот:

CxHyOz + O2 + N2 = CO, H2, CO2, H2O, N2

Состав товаров газификации находится в зависимости от начального сырья (д?евесная щеп трава, отходы технических культур и др.). Обычно состав газа находится п?еделах, %: СО 15—25, Н2 12—15, СO2 7—12, N2—50. Может находиться маленькое количество других примесей, к примеру СН4.

Соответствующей особенностью газов газификации биомассы воздухом является огромное содержание азота — 45—55%. Ранее считали, ?то азот будет п?епятствовать синтезу водянистых углеводородов из СО и Н2.

Каталитическую газификацию биомассы д?евесной пульпы проводят при помощи водяного пара с подводом тепла снаружи в трубчатых печах на никелевых катализаторах. В э?ом случае из 1 т биомассы выходит 150—160 кг водород диоксид углерода отделяется. В процессе пиролиза расходуется 103,0 кД тепла на 1 молекулу водорода, а при сжигании 1 молекулы выделяете 285 кДж.

В индустрии для процесса Фишера — Тропша синтез-газ получают каталитической конверсией метана с водяным паром при больших температурах.

Газификация биомассы с водяным паром несколько сложней, чем газификация с применением воздуха, потому что газогенераторы такового типа не разработаны.

Разглядим синтез углеводородов из генераторных газов газификации воздухе растительного сырья. Газификация воздухом (при неполном сгорании) — узнаваемый технологический процесс пе?еработки твердого органического сырья -биомассы, торфа, бурого угля.

Газы газификации воздухом исходя из начального сырья имеют последующий состав, об.%:

СО

Н2

СO2

O2

N2

Д?евесная щепа

28,1

15,4

6,8

0,5

46,3

Трава

15,4

14,8

13,2

0,2

53,0

Бурый уголь

25,5

14,0

6,2

0,2

51,7

Газогенераторные установки, где в качестве горючего применяли биомассу — д?евесину, отходы хлопка, кукурузы и др., также уголь, ранее обширно использовались. В 40-х и 50-х годах имелось более 200 тыс. разных стационарных и пе?едвижных машин [9] и были сэкономлены миллионы тонн нефти. В 1980—1990 гг. газогенераторную технику использовали исключительно в К
анаде и США на лесозаготовках.

В Западной Европе в 1980—1990 гг. при ликвидировании городского мусора применяли процессы газификации, получая генераторный газ, содержащий СО — 22, Н2 12—15, N2 45—50. Установки такового типа компании “Фест-Альпине” (Австрия) экологически незапятнанные, а газ может применяться для получения водянистого горючего.

В качестве аналогов газа газификации в истинной работе использовали смесь газов последующих составов (об.%): СО — 30, Н2 — 15, С02 — 5, N2 — 50; СО — 15, Н2 — 20, С02 — 15, N2 — 50; СО — 28, Н2 — 15, СО2 — 7, N2 — 45.

Опыты проводили при давлениях 0,1 и 1 МПа и температурах от 180 до 230° С. Применяли промышленный Co-содержащий катализатор и катализатор, который готовили смешением основного карбоната кобальта с носителем. Все катализаторы восстанавливали в потоке водорода при 450° С. Схема установки показана на рис. >2. Опыты проводили при большой скорости (о. с.) от 50 до 200 ?-1.

Для проведения большей части опытов был избран Co-катализатор, активный в процессе синтеза углеводородов из водяного газа (СО—Н2) по Фишеру — Тропшу. Результаты опытов, проведенных при атмосферном давлении и разном

Главные характеристики процесса синтеза углеводородов из товаров воздушной газификации биомассы (Р-0,1 МПа, Т-190—210 °С, о. с. 100 ?-1, катализатор 32% Со—3% MgO—ЦВМ*) Начальный газ, об.%

Выход углеводородов**, г/м3

Состав водянистых углеводородов, %

СО

Н2

С02

N2

C1

С2-С4

>С5

общий

Олефи

ны

парафины

разветвленные

Обычные

33

67

—

—

20

37

80

137

8

16

76

10

20

20

50

11/37

7/23

28/98

46/158

10

21

69

15

20

15

50

11/30

7/18

31/90

49/138

11

26

63

30

15

5

50

2/4

Следы

19/64

21/68

16

26

58

* ЦВМ — цеолитсодержащий носитель

** В числителе дроби указан выход в расчете на пропущенный газ, в знаменателе — в пе?есчете на СО + Н2.

В составе взятого для опыта газа, п?едставлены в табл. >3. В табл. 4 приведен ?езультаты опытов под давлением 1 МПа.

При увеличении давления с 0,1 до 1,0 МПа в присутствии Со — содержащего катализатора выход водянистых углеводородов (>С5) в отдельных опытах достигал 52 г/м3 (без лишнего давления не п?евышал 31 г/м3). Если отнести э?от выход к 1 кг использованных для газификации отходов д?евесины, то при 20%-ной влажности выход газа составляет 2,6—3 м3/кг. Если принять выход 2,6 м3/кг, то из 1 т отходов можно получить от 80 до 135 кг водянистого топлив Стабильность работы катализатора на газе воздушной газификации при 1,0 МГ характеризуется кривыми на рис. 3.

Рис >4. Обычная хроматограмма водянистых товаров синтеза углеводородов из товаров газификации биомассы. Газ-носитель азот, капиллярная колонка длиной 50 м, водянистая фаза OV-101, 20—220°С, 8° С/мин

С учетом возможных утрат можно принять, ?то 1 г водянистого горючего будет получаться из 8—10 т сырья. На рис. 4 приведена обычная хроматограмма получаемой углеводородной фракции. Приобретенная углеводородная смесь содержит бензиновую фракцию С5—С, , и дизельную фракцию С,,—С18.

На этих примерах показано, ?то из газов газификации растительного сырья воздухом можно получить составляющие водянистого горючего, бензиновые и дизельные фракции, хотя в газах синтеза содержится до 50% азота.

Выход водянистых углеводородов из 1 м3 газа (состав, об.%: СО 33, С02 33, Н2 33) добивается 114—117 г/м3, общий — 160 г/м>3. Общий выход (с учетом газообразных товаров) добивается 170—190 г/м3, аналогично процессу Фишера — Тропша из СО—Н>2. Но газ каталитической газификации биомассы с водяным паром содержит до 20—30% С02, который, возможно, также отчасти заходит в ?еакцию.

Была рассмо?р?на возможность сотворения пе?едвижных опытнейших установок по пе?еработке растительной биомассы в составляющие моторного горючего. Они включают газификацию биомассы воздухом при 900—1500° С, чистку газа и синтез водянистых углеводородов. Принципная схема установки показана на рис. >5. Установки находятся в стадии проектирования.

Для
синтеза можно использовать также газ, приобретенный газификацией растительной биомассы паром.

Таким макаром, п?едставлен процесс получения водянистых моторных топлив из растительного сырья — отходов сельского хозяйства, лесодобычи и лесопе?еработки, который можно выполнить на пе?едвижных либо стационарных установках.

Процесс состоит из газификации органического сырья (неполного сгорания) воздухом при 900—1500°С, в ?езультате чего появляется газ, содержащий СО, Н2, СО2, Н2О, N>2. В ?езультате каталитической конверсии газа при 200—250°С и 1,0 МПа выходит смесь водянистых углеводородов. Азот воздуха в ?еакцию не вступает. При этих процессах 1 т компонент моторного горючего выходит из 8 т начального сырья. Общий КПД синтез водянистого горючего из начального сырья (биомассы) составляет около 40%. Из лесосечных либо сельскохозяйственных отходов с 1 кв. км на пе?едвижных установках можно получить от 100 до 200 т водянистого горючего.

Моторные горючего, приобретенные из растительной биомассы, экологически незапятнанные, потому что не содержат серу, а образующийся при их сгорании диоксид углерода вновь вовлекается в образование растений и не скапливается в атмосфе?е. Утилизация растительных отходов и отходов пластмасс оздоровляет экологическую обстановку. Это делает вероятным получить дополнительное количество моторного горючего из отходов растительного и вторичного сырья, пластмасс. Необходимо отметить, что не считая пе?еработки отходов в ряде государств (Бразилия, Швеция, Италия, Германия и др.) практикуется создание особых энергетических плантаций из быс??? возрастающих пород д?евесины и других растений с целью следующей пе?еработки для энергетических целей.

Рис. >5. Схема установки для получения водянистого горючего из растительной биомассы: 1 — газогенератор; 2 — воздушный компьютер?ессор; 3 — адсорбер; 4 — холодильник; 5 — фильтр узкой чистки; 6 — компьютер?ессор; 7 — ?еактор; 8 — теплообменник; 9 — сепаратор; 10 — приемник водянистого горючего. Полосы: I — биомасса, II — воздух, III — отработанный газ, IV — синтетическое жидкое горючее

Выводы

Другие Горючего, получают в главном из сырья не нефтяного происхождения, используют для сокращения употребления нефти. Главные виды альтернативного горючего: сжиженные и сжатые горючие газы (напр., метан); спирты, продукты их пе?еработки и консистенции с бензином (напр., метанол, метил-т?етбутиловый эфир); топливные консистенции (напр., водно-угольные); синтетическое жидкое горючее; водород.

Биотопливо делается из органических материалов, типа пшеницы, канола и сои.

Внедрение других видов горючего, существенно экологичнее, а его цена в объеме, эквивалентном 1 литру бензина, составляет намного меньше.

Использованная литература:

>1. www.podrobnosti.ua

>2. www.zn.ua

>3. www.intellect.org.ua

>4. e-news.com.ua

>5. Аделъсон С. В., Мухина Т. Н. // Нефтепе?еработка и нефтехимия. Информ сб 199>1. № 7 С 30.