Получение оксигенатно-углеводородной смеси целевым назначением

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты произведенных исследований по получению легких углеводородных фракций из гузапаи (стебля хлопчатника) методом пиролиза. Представлена схема разработанной установки, предусматривающая использование газообразного, жидкого и твердого  продуктов в качестве энергоносителей. Описан процесс пиролиза стебля хлопчатника в лабораторной установке с факельным обогревом, в которой были применены различные энергоносители. Изучено влияние температуры в зоне реакции на качество конечного продукта.

ABSTRACT

In persisting research information are presented results made technological work on reception light broad hydrocarbon faction from plants by method pirolization. It Is Presented also scheme of the designed installation, providing use as power systems of the products gaseous, fluid and hard consistency. Results pirolization conversions of the plants are Received in laboratory installation with fire heating, where were an applying different power systems. The Certain influence of the temperature in zone of the reactions on quality of the final product.

Ключевые слова: пиролиз, стебли хлопчатника, нефтяные фракции, энергоносители, компаундирования, биорастители, пироконденсат, пироуглерод, пирогаз, биоуглеводороды , моно оксид, олефиновое  строение.

Keywords: pyrolysis, cotton stalks, oil fractions, energy carriers, compounds, bio-growth agents, pyro-condensate, pyrocarbon, pyrogas, bio-carbon hydrogens, mono oxide, olefin structure.

Процесс пиролиза стеблей хлопчатника дает возможность получить углеводороды идентичные нефтяным фракциям. Отличительная сторона продуктов полученных по данной технологии  от продуктов получаемых из традиционных сырьевых материалов заключается в том, что в стеблях хлопчатника отсутствуют сернистые соединения, следовательно, и в продуктах их переработки будут отсутствовать сернистые соединения. Современные требования определяемые в рамках международных стандартов «Euro-4» и «Euro-5» обязывает на производства таких энергоносителей для ДВС, в которых остаточное содержание серы должно быть не более 10 и 1 ррm соответственно. Следовательно, организация работ, основанных на  исследовании получения топлива методом компаундирования с улучшенными экологическими и эксплуатационными показателями, является необходимым и актуальным направлением на сегодняшний день. В современных условиях высоко ценится и имеются большие потребности в жидких энергоносителях, состоящих из углеводородных материалов с небольшим  содержанием кислородсодержащих соединений в отличии от твердых энергоносителей. Поэтому считается целесообразным и в экономическом, и в экологическом плане получение жидких углеводородов из биорастительных материалов или как принято называть во многих литературных источниках - из неделовой древесины. Энерготехнологическая переработка этого вида сырья эквивалентна использованию 0,25-0,5 литра жидкого нефтяного топлива на килограмм стеблей хлопчатника. С учетом одновременного получения продукции биорастительного профиля, квалифицированный подход к переработке данного вида сырья  современными химическими или нефтехимическими процессами даёт возможность получения высокоэффективных энергетических материалов[1].

Перспективность применения пироконденсата биорастительного происхождения в качестве добавок к традиционным топливам или их самостоятельное использование в качестве моторных топлив определяется, прежде всего, их экологической безопасностью и улучшенными  эксплуатационными характеристиками, достаточностью сырьевых ресурсов.

Жидкие продукты пиролиза состоят из суммы пироконденсата, конденсата водяного пара и реакционной воды. Результаты эксперимента показывают, что при определённых условиях из стебля хлопчатника, путем пиролиза,  можно получить практически широкие фракции углеводородов. С учетом ежегодного возобновления этого потенциала более 50-70 миллионов тонн исследуемое направление вызывает интерес к развитию работ в этом направлении.

  Реализация настоящей рекомендуемой технологии состоит из образований конечной продукции в виде трех консистенцией, как пирогаз, пироконденсат и пироуглеродной массы. В составе пирогаза, хотя очень в малом количестве может иметь место монооксид углерода. Кроме того имеет место водяной пар, как продукт от сушки стеблей хлопчатника – загружаемого сырья в реактор, так и продуктом реакции, химического превращения термической деструкции высокомолекулярных биоуглеводородов. А остальная часть состоит из смеси алифатических углеводородов парафинового и олефинового строения. Ацетиленовые структуры при ГЖХ анализе не обнаруживались. Поэтому пирогаз следует сжигать на месте его образования как энергоноситель, пироконденсат может быть переработан совместно в виде смеси с традиционным углеводородным сырьем природного происхождения на стадии первичной переработки нефти. Пироуглерод в зависимости от технологической необходимости может быть использован как экологическое чистое брикетированное топливо для широкого потребления, в виде восстановителей металлов, а также для авто и энергообеспечения пиролизной установки.

С учетом всех вышеперечисленных моментов с целью обеспечения минимизирования вплоть до ликвидации выбросов экологически вредных компонентов при пиролитической переработке древесного материала в виде стеблей хлопчатника для обеспечения экологически безопасного технологического процесса, разработана схема основного аппарата – установки пиролиза, которая представлена на рисунке 1.[2-3].

Установка предусматривает использование и газообразного, и жидкого и твердого энергоносителя, включающего стартовое энергообеспечение в виде смеси  пропана с бутаном.

Рисунок 1. Схема основного аппарата – установки пиролиза

Камера сгорания – топка – 3, снабжена устройствами для сжигания твердого энергоносителя, решетками со шнековой подачей с монтированным бункером на линии подачи – 12. Предусмотрена также форсунка – 13, для сжигания пироконденсата, в случае технологической необходимости. Кроме того установленная газовая горелка – 14 предусматривает сжигание пирогаза, с одновременным обезвреживанием монооксида углерода если таковое имеет место в составе пирогаза.

Установка снабжена четырьмя блоками, самостоятельно работающих в процессе пиролиза. Продукт горения энергоносителей из топки переходит в зону горения с температурой 700 – 800^оС, где обогревает реактор, загруженный сырьем с определенными геометрическими фракциями стеблей хлопчатника, далее из зоны пиролиза топочные газы уже с пониженной температурой до 300 – 400^оС поступают в другой блок, где также имеется реактор с загруженным исходным сырьем, в котором производится сушка исходного сырья при температуре 150 – 180^оС. В линии движения продукты неполного горения смешанных энергоносителей, при наличии кислорода воздуха в потоке доокисляется и при выходе из блока II процесса пиролиза не требуя дополнительных операций по очистке газовых выбросов, выбрасываются. В третьем блоке идет процесс остывания узла и подготовки к перегрузке, которые в предыдущем этапе протекал процесс пиролиза. А в четвертом блоке производится работы по перегрузке и подготовки блока к сушке [4].

Таким образом, в отличие от некоторых имеющихся в производстве установок пиролиза твердого сырья, данная вышеописанная схема переработки твердых углеводородных сырьевых ресурсов предусматривает  проведение процесса непрерывно – периодическим образом. Непрерывность процесса заключается в том, что узел топки установки работает непрерывно при сжигании  смеси энергоносителей местного происхождения, которые состоят из смеси пирогаза, пироуглеродной твердой массы, включая некондиционные остатки сырья.

Водяной пар и пиролизные газы через систему конденсации и сепарации разделяются на продукты с различными консистенциями. Далее пирогаз через газоходную систему 17 поступает в топку 3 для утилизации и обеспечения энергией технологического процесса автоэнергообеспечением. Конденсированная смесь углеводородов и воды подвергается разделению от влаги и углеводородная часть разделяются на широкую фракцию легких углеводородов ШФЛУ до конечной температуры кипения 350°С а высококипящая часть с начальной температурой кипения 360°С, используется в качестве связующего древесного угля. Широкая фракция в зависимости от поставленной задачи может быть направлена на топку в качестве жидкого топлива, где предусмотрены практически все технологические варианты сжигания всех видов энергоносителей.

Таким образом, в лабораторных условиях изучены реакции термохимической деструкции стебля хлопчатника. Определена оптимальная температура для получения древесного угля, с максимальным выходом, отвечающим требованиям установленного стандарта на товарные древесные угли.

В лабораторных условиях, в автоклавном режиме проведена термодеструкция стебля хлопчатника. В качестве энергоносителя использована пропан – бутановая фракция сухого стебля хлопчатника, древесного угля и автотракторного керосина.

Лабораторная установка состоит из автоклава с герметично закрывающейся крышкой, в которую загружается  стебли хлопчатника. В первом случае обогрев реактора производили газовой горелкой с сжиганием пропан бутановой фракции, во втором  стеблем хлопчатника, в третьем  древесным углём, а в четвертом  автотранспортным керосином, для чего использован бывший в употребление бытовой примус.

Результаты испытания  представлены в таблице 1.

Таблица 1.

 Результаты испытания пиролиза стебля хлопчатника

На выходе получена смесь пироуглерода с пироконденсатом. Количество пирогаза и реакционной воды определить не удалось. Из результатов видно, что при применении в качестве энергоносителя пропан-бутана и автотранспортного керосина содержание пироуглерода меньше, чем при применении стеблей хлопчатника и древесного угля, что объясняется тем, что  при применении пропан-бутана и автотранспортного керосина горение происходит равномерно. А во втором случае процесс горения протекает при подаче энергоносителя порциями, что является причиной  изменениями пламени в факеле, в результате которого горение было неравномерным.

Результаты произведенных экспериментальных работ показывают, что как при электрическом обогреве, так и при применении энергоносителей различного типа с факельным обогревом, вредные вещества не образуются, поскольку применяемые для этих целей  сырье и энергоносители не содержат в своем составе компонентов, производные которых отрицательно влияют на окружающую среду. Пирогаз – продукт газообразного состояния пиролиза может иметь в своем составе небольшое количество монооксида углерода,  углеводороды алифатического и олефинового строения. Учитывая, что продуктом горения монооксида углерода является диоксида углерода  и поскольку вредных веществ не образуется, то пирогаз тут же направляется на автообеспечение [5-8].

Проведение вышеизложенного эксперимента показала  возможность получения пироконденсата с применением экологически безопасной технологии авто энергообеспечения.

Список литературы:
1. Турабжанов С.М. Охрана окружающей среды и пути решения экологических проблем в Узбекистане//Научно-технический журнал проблемы энерго и ресурсосбережения. 2002.- №1-2 c.189-200
2. Мелешкин М.Т., Степанов В.Н. Промышленные отходы и окружающая среда. - Киев: Наукова думка, 1980. -314 с.
3. Раковский В.Е. и др. Химия пирогенных процессов. - Минск АН БССР, 1959. -208 с.
4. Пальчунов П.П. , Сумарков М.В. Утилизация органических отходов различного происхождения. М. Стройиздат 1990-352 стр.
5. PooleA.D., Williams R.H. Flower power: Prospects for photosynthctic energy, in: Toward a Solar Civilization (R.H. Williams ed.) MIT Press, Cambridge, 1978, pp. 145-168g 1978, pp. 145-168.
6. Сафаев М.М., Алиханов Б.Б., Сайдахмедов Ш.М., ТаджиевК.Д.и др. Патент Республики Узбекистан «IАР 02859 на «Чиқиндиларни қайта ишлаш усули ва уни амалга ошириш учун қурилма» с приолитетом 22.09.2003г. дата регистрации 16.09.2005г. Опубликовано Б.И. №5.
7. Чертков Я.Б., Спиркин В.Г. Сернистые и кислородные соединения нефтяных дистиллятов.–М.: Химия, 1971.
8. Никитин Н.И., Химия древесины и целлюлозы, М.-Л., 1962;
9.Терентьев Т.А., Тюков В.М., Смоль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. М.: Химия. 1989, 272 с.