РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Статья поступила в редакцию 20.05.11. Ред. рег. № 1028

The article has entered in publishing office 20.05.11. Ed. reg. No. 1028

УДК 665.63

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

111 2 И.Д. Романов , А.Д. Романов , В.А. Васильев , А.Р. Мартьянов

'Нижегородский государственный технический университет 603155 Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24 Тел.: (831) 4360302, e-mail: t763@yandex.ru 2ООО «Углеводород» 603089 Нижний Новгород, пер. Парниковый, д. 23г Тел.: (831) 4158989

Заключение совета рецензентов: 10.06.11 Заключение совета экспертов: 20.06.11 Принято к публикации: 25.06.11

В работе предложена технология получения синтетического моторного топлива из органических отходов высокотемпературным пиролизом.

Ключевые слова: органические отходы, переработка, синтетическое моторное топливо, углеводороды, водород, синтез-газ, конверсия.

INVESTIGATION OF SYNTHETIC MOTOR FUEL PRODUCTION TECHNOLOGY BASED ON ORGANIC WASTE MATERIALS RECYCLE

I.D. Romanov1, A.D. Romanov1, V.A. Vasiliev1, A.R. Martyanov2

'Nizhny Novgorod State Technical University 24 Minina str., Nizhnij Novgorod, 603155, Russia Tel.: (831) 4360302, e-mail: t763@yandex.ru 2LLC «Hydrocarbon» 23G Parnikoviy lane, Nizhnij Novgorod, 603089, Russia Tel.: (831) 4158989

Referred: 10.06.11 Expertise: 20.06.11 Accepted: 25.06.11

In this work the synthetic motor fuel production technology is proposed. This technology is based on organic waste materials recycle during high-temperature pyrolysis.

Keywords: organic waste, recycle, synthetic motor fuel, hydrocarbons, hydrogen, synthesis-gas, conversion.

Человечество добывает нефть в промышленных масштабах уже более 150 лет. За это время мы уже израсходовали более половины нефтяных запасов. Вначале нефть использовалась в качестве источника тепловой энергии, теперь это стало экономически невыгодно. С наступлением автомобильной эры продукты фракционирования нефти в основном применяются в качестве моторного топлива. К 2020 г. запасы нефтяных месторождений в значительной степени истощатся, соответственно, возрастет стоимость добычи нефти и мир вплотную столкнется с проблемой использования альтернативных (не нефтяных) источников получения бензина и других видов топлива.

В связи с этим ведутся поиски способов получения альтернативного вида топлива. В промышленном масштабе производят жидкое топливо из угля путем каталитической переработки синтез-газа, получаемого газификацией угля. В ЮАР на заводах «Сасол» в настоящее время вырабатывается по данной технологии около 4,5 млн т жидких продуктов в год. Промышленность синтетических жидких топ-лив, основанная на процессе каталитического гидрирования угля водородом при повышенном давлении, функционировала в начале 40-х годов в Германии. В процессах пиролиза угля жидкие продукты образуются с небольшим выходом и имеют низкое качество, требуют значительного облагораживания. При

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 6 (98) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011

Энергия биомассы

использовании процессов растворения угля, технология которых отработана на опытно-промышленном уровне, также получают низкокачественные жидкие продукты, требующие значительного облагораживания для использования в качестве моторного топлива.

Синтез высших углеводородов из СО и Н2, известный как реакция Фишера - Тропша, первоначально осуществляли исключительно с применением массивных железных и кобальтовых катализаторов. Жидкие продукты процесса Фишера - Тропша, образующиеся из синтез-газа на промотированных железных и кобальтовых катализаторах, содержат преимущественно неразветвленные парафиновые углеводороды. Фракции этих жидких продуктов могут использоваться в качестве дизельных и турбинных топлив с минимальной переработкой.

В настоящее время существует несколько основных промышленных способов получения синтез-газа.

1. Газификация угля. Процесс основан на взаимодействии угля с водяным паром:

С + Н2О = Н2 + СО.

Эта реакция является эндотермической, равновесие сдвигается вправо при температурах 9001000 °С. Разработаны технологические процессы, использующие парокислородное дутье, при котором наряду с упомянутой реакцией протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс:

С + 1О2 = СО.

2 2

2. Конверсия метана. Реакция взаимодействия метана с водяным паром проводится в присутствии никелевых катализаторов при повышенных температурах (800-900 °С) и давлении:

СН4 + Н2О = СО + 3Н2.

В качестве сырья вместо метана может использоваться любое углеводородное сырье.

3. Парциальное окисление углеводородов. Процесс заключается в неполном термическом окислении углеводородов при температуре выше 1300 °С:

СпИ2п+2 + -2 п02 = пСО + (п+1)И2.

Способ применим к любому углеводородному сырью, но наиболее часто используют высококипя-щую фракцию нефти - мазут.

4. Газификация отходов древесины. Работа газогенератора основана на процессе высокотемпературного превращения твердого топлива без доступа воздуха или в процессе горения при недостатке воздуха

в газ, называемый генераторным, или древесным газом. В результате термохимических реакций, происходящих в реакторной зоне газогенератора, получается генераторный газ, состоящий из горючих газов (окиси углерода, водорода, метана), балластных газов (углекислого газа и азота), паров воды, некоторого количества пиролизных смол и твердых примесей. Состав, теплотворная способность, выход генераторного газа зависит от условий протекания процесса газификации, состава и влажности топлива, метода газификации, используемого в конкретном газогенераторе.

При получении генераторного газа из древесины его теплотворная способность обычно составляет 1213 МДж/кг, удельная масса - от 1,10 до 1,15 кг/м3. Выход газа в среднем 1,8-2,5 м3 на каждый килограмм газифицируемой древесины. Благодаря высокой эффективности процесса газификации (выход генераторного газа - 85-90%), а также удобству использования газа в качестве топлива газификация является более чистым и эффективным способом получения тепла, чем сжигание твердого топлива непосредственно в топке котла. Еще одним важным преимуществом является то, что для работы газогенератора можно использовать топливо низкого качества: опилки, стружку, измельченную кору.

Газогенератор работает практически на любом твердом топливе. Самое дешевое сырье - твердые бытовые отходы, для получения литра топлива их понадобится 2-2,5 кг. Примерно в таком же объеме используются дрова и торф - 2-3 кг, а, например, шин понадобится 1,5-2 кг.

Разработанный вариант аппарата позволяет перерабатывать биогаз либо отходы древесины при температуре до 1500 °С в целях получения синтез-газа.

Высокотемпературный крекинг древесных отходов позволяет значительно изменить кинетику протекания процессов карбонизации углеродсодержащего сырья, ускорить массообменные и термодинамические характеристики процесса, увеличить конверсию и селективность процесса, создавать технологию контролируемого и управляемого процесса.

Технический результат от использования предлагаемого высокотемпературного крекинга заключается в снижении содержания азота и диоксида углерода в синтез-газе, увеличении степени конверсии при сокращении времени процесса. Указанный технический результат достигается тем, что в реактор подаются только древесные отходы и термическое разложение проводят без доступа кислорода в течение 0,5-1 с при температуре свыше 900 °С.

Применение таких установок позволит сократить затраты на использование классических видов топлива, в особенности в удаленных труднодоступных районах, а также обеспечит более полное сгорание отходов деревообработки и сельскохозяйственной продукции (опилки, лузга семечек и т. д.) и сократит выбросы в атмосферу.

— TATA —

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (98) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011