CC BY
84
УДК 661.183
Е.С. Брюханова, А.Г. Ушаков, Г.В. Ушаков РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЕСОРБЕНТА
Актуальность Потребляя ежедневно 14 млн т нефти, человечество за счет утечек и аварийных происшествий различного масштаба ежегодно загрязняет водные источники миллионами тонн опасных веществ. Наиболее рационально для очистки водных сред от таких продуктов использовать нефтесорбенты, которые в настоящее время производят в основном из специально заготовленных древесных материалов. С другой стороны, в процессе лесозаготовки, в лесопильном производстве и на деревообрабатывающих предприятиях образуется 11-30 % отходов древесины (опилок, стружки). Большую часть этих отходов в настоя-
ния. Так как древесный материал не способен к самостоятельному склеиванию, необходим связующий материал, который обладает хорошим вяжущим свойством и при этом является дешевым и экологически чистым.
На основании проводимых исследований предложено использовать в качестве связующего материала - остаток анаэробного сбраживания биомассы животноводческих предприятий (навоз, помет), осуществляемый в реакторах-метантенках.
Цель работы - разработка процессов, составляющих ресурсо- и энергосберегающую техноло-
щее время не утилизируют, а складируют в отвалах. В свою очередь, подобные материалы является вторичным сырьем для получения нефтесор-бентов. Однако при этом исходные опилки и стружку следует гранулировать методом окатыва-
гию получения нефтесорбента из вторичного сырья.
Принципиальная схема технологии получения нефтесорбента представлена на рисунке 1. По предлагаемой схеме биомасса животноводческих
Химическая технология
105
предприятий, разбавленная до определенной влажности водой, подвергается анаэробному сбраживанию в реакторах-метантенках. В результате образуется вторичный продукт - биогаз, который может быть использован как газообразный энергоноситель, и остаток анаэробного сбраживания, выполняющий роль связующего материала для получения формованных гранул из древесного сырья. Смесь для формования гранулируется методом окатывания. В результате получаются формованные гранулы, которые направляются на пи-рогенетическую переработку (карбонизация, активация) с целью получения сорбента.
Методики проведения исследований. Для подтверждения состоятельности предлагаемых решений необходимо смоделировать технологию получения нефтесорбента в лабораторных условиях. В качестве объектов исследования принимали: животноводческие (помет птицефабрики); древесные отходы (опилки) деревообрабатывающих предприятий.
Для подготовки сырья (анаэробного сбраживания) использовали опытную биогазовую установку (рис.2).
Установка состоит из реактора-метантенка, представляющего собой герметичную металлическую емкость объемом 15 л, снабженную патрубками для отвода биогаза и отбора проб сброженного остатка, манометром и регулятором температуры для контроля процесса анаэробного сбраживания. Обогрев реактора-метантенка осуществляли инфракрасной пленкой. Систему реактора-метантенка оснащали теплоизоляцией для уменьшения потерь тепла и предотвращения нарушения температурного режима анаэробного сбраживания
в связи с изменением температуры окружающей среды.
Эксперимент проводили следующим образом: исходное сырье смешивали с дистиллированной водой для создания влажности 85 %. Смесь перемешивали и помещали в реактор-метантенк. Аппарат герметизировали и выдерживали в течение 20 дней, ежедневно стравливая образующийся внутри биогаз.
После окончания процесса полученный остаток анаэробного сбраживания в смеси с опилками использовали как сырье для получения формованных гранул (окатывание в барабанном окомкова-теле), являющимися полупродуктом для получения нефтесорбента.
Основными компонентами экспериментальной пиролизной установки являются: трубчатая электропечь, реактор-пиролизер, система охлаждения и очистки парогазовой смеси (рисунок 3). Реактор-пиролизер представляет собой стальную емкость цилиндрической формы (диаметр внутренний - 270 мм, длина - 820 мм), снабженную
штуцерами с двух концов для ввода активирующего агента и отвода парогазовой смеси.
Реактор-пиролизер на 2/3 объема загружали формованными гранулами и помещали в трубчатую печь. Нагревали трубчатую печь, выдерживали температуру 500 оС в течение времени 30 минут. При этом в течение процесса пиролиза один из штуцеров реактора-пиролизера закрыт наглухо. В процессе пирогенетического разложения формованных гранул из реактора-пиролизера в холодильник поступает парогазовая смесь, где конденсируются жидкие продукты. После окончания процесса пиролиза, в реактор-пиролизер через ранее наглухо закрытый штуцер подавали 15 мин.
Рис. 2. Опытная биогазовая установка 1 - реактор-метантенк; 2 - датчик температуры материала внутри аппарата; 3 - датчик давления внутри аппарата; 4 - система регулировки температурой инфракрасной пленки; 5 - теплоизоляция; 6 - штуцер отвода биогаза; 7 - штуцер для отбора проб остатка анаэробного сбраживания; 8 - счетчик биогаза; 9 - газовая горелка
Рис. 3. Экспериментальная пиролизная установка 1 - трубчатая печь; 2 - реактор-пиролизер; 3 - система охлаждения и газоочистки; 4 - блок управления; 5 - пенный расходомер; 6 - датчик температуры
активирующий агент - углекислый газ - при тем- жить отходы животноводческих и деревообраба-
пературе внутри реактора 500 оС. По истечении времени активации реактор-пиролизер охлаждали на воздухе. Полученный сорбент анализировали
на сорбционную емкость по нефтепродуктам, плавучесть, влагоемкость и т. п.
Проведенные исследования и эксперименты показали состоятельность предлагаемой технологии в лабораторных условиях. В результате моделирования технологии получены сорбенты, позволяющие очистить водные среды от жидких углеводородов.
Таким образом, установлено, что исходным сырьем в получении нефтесорбента, могут слу-
□ Авторы статьи:
Брюханова Елена Сергеевна, ассистент каф. ХТТТиЭ КузГТУ email: [email protected].
тывающих предприятий; полученный при этом целевой продукт не уступает по характеристикам используемым сегодня углеродным сорбентам (на
основе древесины и угля), а по показателю «плавучесть» значительно их превосходит (таблица).
Однако, для получения эффективного сорбента нефтепродуктов, обладающего оптимальными свойствами, необходимо решить задачу определения технологических условий получения нефте-сорбента, в частности состав шихты (соотношение основных компонентов), температуры и длительность процессов.
Ушаков Андрей Геннадьевич, ассистент каф. ХШиЭ, КузГГУ, email: [email protected].
Ушаков Геннадий Викторович, канд.техн.наук, доцент каф.
ХГПИЭ КузГГУ, email: [email protected]. [email protected]
Tаблица. Свойства нефтесорбентов
Вид нефтесор-бента Влаж- ность, % Зольность, % Насыпная плотность гранул, кг/м3 Адсорбционная нефтеем-кость, г/г Водопо- глощение, г/г Плавучесть, сут.
Разработанный* 2,G 22,4 15 i 4,26 2,1 2G
Используемые 5,G-7,G 5-iG 2GG-25G 5,GG-7,GG G,5-i 2-5
* без обработки гидрофобизирующими реагентами
