Основные характеристики пиротоплива и способы его переработки Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070

Основной особенностью быстрого пиролиза по сравнению с традиционным, или медленным, является очень высокая скорость нагрева небольших частиц сырья (несколько тысяч градусов в секунду) и такое же быстрое охлаждение и конденсация получаемых реакционных паровых и газовых продуктов. Например, при низких температурах 450-600°С и давлении 100 кПа за время реакции в 1-2 секунды возможен выход жидкости до 75% с содержанием в ней воды 25%, газа 13% и углистого вещества 12%. При еще большем снижении температуры реакции выход жидкости уменьшается до 50% с содержанием в ней 50% воды, а выход углистого вещества возрастает до 25%. А при высоких температурах 650-900°С и давлении 10-100 кПа за время реакции в 1-2 секунды можно получить выход реакционного газа до 70%. Медленный пиролиз среднего размера частиц древесины при 500-700°С и давлении 100 кПа за время реакции 5-30 минут дает выход жидкости только до 30% с содержанием в ней 70% воды, а также выход углистого вещества увеличивается до 35% и выход газа до 35%. Быстрый пиролиз требует размера измельченных частиц сырья меньше 2 мм для реактора с кипящим слоем и меньше 6 мм для реактора с циркулирующим кипящим слоем и влажностью не более 10% [2].

Список использованной литературы:

1. Обзор современных технологий получения жидкого топлива из биомассы быстрым пиролизом. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/analit/an001.htm.

2. Синтетические моторные топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://enciklopediya-tehniki.ru/tehnologiya-dobycЫ-gaza-i-nefiti/sinteticheskie-motornye-topliva.html.

© Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф., 2016

УДК 662.7

Н.М. Гафуров

студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет

Р.Ф. Хисматуллин

лаборант-исследователь научно-исследовательской лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет

г. Казань, Российская Федерация

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИРОТОПЛИВА И СПОСОБЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

Аннотация

В статье рассматриваются основные характеристики пиротоплива, получаемого быстрым пиролизом из биомассы, и способы его переработки.

Ключевые слова

Пиротопливо, примеси, вязкость, фильтрация, гидроочистка

Качество неподготовленного пиротоплива является недостаточным для непосредственного использования его в качестве топлива. Жидкие продукты пиролиза - это высокоокисленные углеводороды с большим содержанием нежелательной воды, как исходной, так и образовавшейся в процессе реакции, присутствует также нежелательная примесь твердого углистого вещества, зольность которого 0,13% (вместо менее 0,01% для моторного нефтяного дизельного топлива и 0,03% для нефтяного мазута).

Элементный состав пиротоплива и его вязкость существенно отличаются от нефтяных топлив, а теплота сгорания пиротоплива около 17,5 МДж/кг (против 40,7 МДж/кг для котельного топлива типа

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

нефтяного мазута и 42,9 МДж/кг для моторного нефтяного дизельного топлива). Содержание воды в пиротопливе - 20-30% и более, а в нефтяном мазуте и моторном дизельном топливе - менее 0,1%. Высокое содержание воды в пиротопливе затрудняет его воспламенение, поэтому для пуска форсунок или стационарных двигателей на пиротопливе используют пилотное (пусковое) топливо (обычно нефтяное дизельное топливо). Повышенная кислотность пиротоплива порождает интенсивную коррозию отдельных систем (резервуары и емкости хранения, трубопроводы, арматура, контрольно-измерительные приборы, форсунки и др.), что требует применения дорогих коррозионностойких материалов. Пиротопливо нестабильно и меняет во времени свои важные свойства (увеличение вязкости, сепарация фаз, образование тяжелых полимеризационных осадков и др.), то же происходит при контакте пиротоплива с воздухом и при повышении температуры [1].

Применяют разные процессы повышения качества пиротоплива, их можно разделить на физические и химические. К первым относятся высокотемпературная фильтрация жидкости или паров для удаления частиц угля, смешение пиротоплива с растворителями и углеводородами (дизельное топливо). Химическим методам относятся: каталитическое дезоксигенирование (удаление кислорода) в присутствии водорода, гидропереработка (гидрогенизация), крекинг в паровой фазе на цеолитовых катализаторах и др. Однако для этих методов не решены многие сложные проблемы, и не получены надежные данные крупных и длительных испытаний.

Высокотемпературная фильтрация при 400-420°С пиролизных паров выполняется с использованием спеченного металла, пористой керамики и гибких элементов из керамических волокон (весьма дорогие технологии). Но после горячей фильтрации выход жидкого продукта равен примерно 50-55%, т.е. на 10% меньше, чем при использовании на той же установке циклонной системы очистки. Горячая фильтрация обеспечивает зольность пиротоплива менее 0,01%, а щелочных металлов менее 10 млн-1, что существенно лучше показателей пиротоплива без фильтрации. С понижением содержания твердых частиц снижается вязкость топлива (оно меньше густеет при хранении, меньшими становятся отложения и эрозия в камерах сгорания топлива и на поверхности лопаток газовых турбин, в отверстиях форсунок, в системе выхлопных газов двигателей и т.п.) [2].

Применение пиротоплива в стационарных дизельных двигателях для выработки электроэнергии является достаточно перспективным направлением, но еще далеким от широкого коммерческого применения, поскольку в этом случае к пиротопливу предъявляются гораздо более жесткие требования, чем в случае сжигания пиротоплива в форсунках котлов. Основные проблемы связаны с высоким содержанием золы в пиротопливе, в высокой его вязкости и низком значении pH (высокая кислотность). Длительная и устойчивая работа дизельного двигателя на пиротопливе возможна только при условии выполнения довольно существенных модификаций элементов и систем двигателя и применения коррозионностойких материалов.

Процессы повышения качества неподготовленных биотоплив и переработки их в качественные транспортные топлива - автобензины и дизельное топливо на основе известных в нефтепереработке гидрогенизационных процессов (гидроочистка, гидрокрекинг, гидрореформинг и др.) - в принципе единственный путь облагораживания топлив. Но эти процессы чрезвычайно дорогие [3].

Список использованной литературы:

1. Синтетические моторные топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://enciklopediya-tehniki.ru/tehnologiya-dobychi-gaza-i-nefiti/sinteticheskie-motornye-topliva.html.

2. Повышение качества пиротоплива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/61483/12-Zhelyezna.pdf.

3. Технологическая схема гидроочистки дизельного топлива. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.dizstation.ru/article/tehnologicheskaya-shema-gidroochistki-dizelnogo-topliva/.

© Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф., 2016