Документ Microsoft Word (2). Биоэтанол Биоэтанол, который понашему мы называем спиртом, производится в основном из кукурузы или сахарного тростника
 Скачать 0.56 Mb.
|
1 2 Биотопливо – один из видов альтернативного топлива, производимый из сырья растительного или животного происхождения. Самыми распространенными в настоящее время являются биоэтанол, биодизель и, в меньшей степени, биогаз. Биоэтанол Биоэтанол, который по-нашему мы называем спиртом, производится в основном из кукурузы или сахарного тростника. Наиболее распространен в Бразилии, США, Швеции. Применяется не в чистом виде, а в смеси с бензином в разных пропорциях. Смесь Е-10 содержит 10% биоэтанола, Е-85, соответственно, 85%. Десятипроцентным топливом без переделок можно заправлять любой современный автомобиль, применение 85- процентного требует переделки двигателя и системы питания. Существуют и так называемые Flex-Fuel (FFV) автомобили, которые могут работать и на бензине, и на его смеси с этанолом в любом соотношении. Биодизель Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще всего служат рапс, соя или подсолнечник. Так же, как и биоэтанол, биодизель применяется в автомобилях не в чистом виде, а в смеси с дизтопливом. Например: В-20 – 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола применение биодизеля не требует доработки двигателя и топливной системы. И биоэтанол, и биодизель обеспечивают выхлоп, позволяющий с запасом укладываться в экологические нормы. Но так как их энергетическая эффективность ниже, чем у чистого бензина или солярки, то мощность двигателя снижается, а расход топлива возрастает. А самое главное, что широкое использование этих видов биотоплива создает продовольственные проблемы, так как пищевые сельскохозяйственные культуры используются не по прямому назначению, а для производства топлива для автомобилей. Битоплива второго поколения Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения. Главное их отличие в том, что сырьем для их производства служит биомасса, то есть разного рода отходы: остаточные непищевые части растений (стебли, листья, шелуха), древесная стружка, солома, кожура и мякоть от прессовки фруктов, навоз и т.п. Одним из представителей биотоплива второго поколения является биогаз, который еще называют «канализационный» газ. Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении. Также из биомассы можно получать и этанол, и дизель. Биотопливо третьего поколения Биотопливо третьего поколения вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко. В отличие от сырья для первого и второго поколений, водоросли можно выращивать на землях и в водоемах, непригодных для сельского хозяйства или. Также для их выращивания могут использоваться и закрытые фитобиореакторы. По мере роста водоросли накапливают жиры и биомасла, имеющие молекулярную структуру, аналогичную традиционной нефти. Причем рост происходит посредством естественного фотосинтеза, для которого требуется солнечный свет, вода и углекислый газ, а также питательные вещества. Растущие водоросли потребляют углекислый газ, обеспечивая снижение объемов парниковых газов в атмосфере. Водоросли вырабатывают больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занимаемых площадей, чем источники биотоплива на базе сельскохозяйственных культур. Водоросли могут вырабатывать более 2000 галлонов топлива с акра занимаемых площадей в год. Примерный выход топлива, получаемого из других источников, намного ниже: пальма – 650 галлонов, сахарный тростник – 450 галлонов, кукуруза – 250 галлонов, соя – 50 галлонов. Перспективы биотоплива Каковы перспективы использования биотоплива? Если еще не так давно они были довольно радужными, то с началом массового производства биодизеля и биоэтанола возникли социальные, экономические и даже экологические проблемы. Основные из них — рост цен на продовольствие; истощение почв энергетическими культурами; вырубка лесов с целью создания новых посевных площадей для «топливных» культур, и, как следствие, изменение климата; продвижение генномодифицированных культур как сырья для биотоплива. Все сказанное относится, главным образом, к биотопливам первого поколения. Производство топлива второго поколения еще не набрало достаточных промышленных масштабов и поэтому судить о возможных рисках еще рано. В любом случае ясно, что человечество не перейдет в мировом масштабе на биотопливо, а его доля в общей структуре потребления вряд ли превысит 5%. Технология производства разных видов биотоплива Топливные гранулы В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов лежит процесс прессования измельченных отходов древесины, соломы, лузги и др.  Сырьё (опилки, солома и т.д.) поступает в дробилку, где измельчаются до состояния муки. Полученная масса поступает в сушилку, из неё — в пресс-гранулятор, где древесную муку прессуют в гранулы. Сжатие во время прессовки повышает температуру материала, лигнин, содержащийся в древесине размягчается и склеивает частицы в плотные цилиндрики. На производство одной тонны гранул уходит 3—5 кубометров древесных отходов естественной влажности. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в большие биг-бэги (по несколько тонн) или мелкую упаковку от нескольких кг до нескольких десятков кг. Различают промышленные (доставляются насыпью без упаковски или в биг-бэгах) и потребительские гранулы (в мелкой расфасовке, ориентированные на частных и небольших промышленных потребителей). Древесныетопливныегранулы (пеллеты, ДТГ) –этонебольшиецилиндрическиепрессованныедревесныеизделиядиаметром 4-12 мм, длиной 20-50 мм, переработанныеизвысушенныхостатковдеревообрабатывающегоилесопильногопроизводства: опилки, стружка, древеснаямука, щепа, древеснаяпыльит.д. Гранулыиспользуютсявкотлахдляполучениятепловойиэлектрическойэнергиипутемсжигания. Преимуществомиспользованиядревесныхгранулпереддругимивидамитопливаявляется: - снижениевредныхвыбросовватмосферу: древесноебиотопливопризнаноСО2 –нейтральным, т.е. приегосжиганииколичествовыделяемогоуглекислогогазаватмосферунепревышаетобъемвыбросов, которыйбыобразовалсяпутеместественногоразложениядревесины (см. табл.1); - бoльшаятеплотворнаяспособность: посравнениюсощепойискусковымиотходамидревесины. Энергосодержаниеодногокилограммадревесныхгранулсоответствует 0,5 литражидкогодизельноготоплива; древесныегранулынеуступаютпотеплотворнойспособностиниуглю, нимазуту (см. табл.2); - низкаястоимостьпосравнениюидизтопливомиотоплениемэлектричеством, - чистотапомещения, вкоторомустановленкотел, - возможностьавтоматизациикотельных.  Технология производства древесных топливных гранул Расстановка оборудования на каждом предприятии может быть разная. Однако принципы – общие с момента возникновения технология производства пеллет в 1947 году. Сам по себе процесс гранулирования - пеллетизации происходит в специальных кольцевых штампах (пресс-формах) вращающимися роторными вальцами, которые впрессовывают в многочисленные отверстия - фильеры пресс-формы, активизированное паром измельченное древесное сырье, после чего, срезанные с наружной стороны штампа специальным ножом гранулы, должны быть охлаждены и отделены от мелких частиц. Весь процесс производства условно можно разделить на несколько этапов: • Измельчение • Сушка • Доизмельчение • Водоподготовка • Прессование • Охлаждение • Фасовка и упаковка Рассмотрим подробнее каждый этап производства: • Измельчение древесного сырья. Рубительные машины (Дробилки) измельчают древесное сырьё до фракции с размерами не более 25х25х2 мм для дальнейшей сушки. Лучше всего для снижения энергозатрат на сушку измельчать до более мелкой фракции. • Сушка. Древесное сырье перед прессованием должно иметь влажность 10 % ± 2 %. Сырье с большей или меньшей влажностью требует дополнительного увлажнения или дополнительной сушки. Сушилки делятся на два типа: барабанного и ленточного. Ленточного типа: дороже, но безопасней. По типу применяемого сушильного агента они подразделяются на сушилки на топочных газах, горячем воздухе и водяном паре. По типу применяемого вида топлива для производства ДТГ: газовые и на древесных отходах. • Доизмельчение сухого сырья. Для устойчивой работы пресса входная фракция должна быть не более 4 мм. Такую фракцию может обеспечить молотковая мельница, стружечный станок или дезинтегратор. • Водоподготовка. Сырье с влажностью менее 8% плохо поддается прессованию, поэтому требуется, устройство дополнительного увлажнения сырья. Лучший вариант - это шнековые смесители, имеющие возможность подачи воды или пара. Пар применяют для снижения прочности и увеличения пластичности древесного сырья твердых пород. Прессы некоторых производителей из-за конструктивных особенностей не требуют добавления пара. Некоторые применяют пар для старого, слежавшегося сырья, но таким сырьем сложно получить гранулы хорошего качества. В основе всего процесса гранулирования или в сердце его находится пресс. Сегодня существует несколько десятков производителей прессов из разных стран мира (CPM, Andritz, Salmatec, Amandus Kahl, Buhler, Munch и многие другие). Многие прессы конструктивно различаются по видам матриц: - пресс с круглой матрицей - пресс с плоской матрицей.  Пресс с круглой матрицей разрабатывался для комбикормовой, пищевой и химической промышленности. А пресс с плоской матрицей изначально для утилизации промышленных и бытовых твердых отходов. На сегодняшний день прессы обеих модификаций, используемые в гранулировании, работают по одинаковому принципу. Бегущие катки создают контактное напряжение смятия сырья на матрице, и через отверстия в матрице продавливают сырье, которое обрезается ножами. Прессы выполнены из особо прочных материалов с жесткими мощными корпусами. Матрица и катки изготовлены из специальных закаленных износостойких сплавов. Гранулирование древесины, как материала имеющего высокую плотность, требует повышенного усилия для прессования. При прессовании происходит уплотнение древесного сырья до 3 раз. Удельное потребление электроэнергии составляет от 30 до 50 кВт в час на тонну. Из-за сил трения и адиабатических процессов, происходящих при резком сжатии сырья, температура в рабочей зоне пресса достигает 100°С. • Охлаждение. Чем выше усилия прессования и выше температура сырья, тем лучше гранулы по качеству. При увеличении температуры прессования свыше 120°С происходят необратимые процессы в гранулируемом сырье, которые приводят к ухудшению качества гранул. Охлаждение необходимо для кондиционирования гранул после прессования. У хороших производителей оборудования в технологическом процессе, после охладителя существуют системы для очистки готовых гранул от пыли, что существенно улучшает качество выпускаемой продукции. • Фасовка и упаковка. Фасовка и упаковка топливных гранул зависит от того, какая система хранения существует у потребителя. - в свободном виде - насыпью. - в мешках биг-бэг, от 500 до 1200 кг. - в мелкой расфасовке по 10…20 кг. Способырасфасофкитопливныхгранул • Всвободномвиде - насыпью Подразделяетсянадвегруппы: - ПерваяидетнакрупныеТЭЦ, требованияпокачествуневысокие, ценатакженебольшая: промышленныепеллеты.  - Вторая - высокогокачествадлякотловнебольшоймощностиидальнейшейфасовкивмелкуюупаковку, требованиявысокие, ценатакжедостаточновысокая. • Фасовкавбиг-бэги Фасовкавбиг-бэгиприменяетсядляиндустриальнойтранспортировкисыпучихпродуктов. Биг-бжгиизготавливаютсяизпрочногополимера, имеютпетлидлямеханизациипогрузо-разгрузочныхработ, атакжепозволяютсохранятьпостояннуютребуемуювлажностьДТГприоткрытомскладировании. ЦенаДТГвбиг-бэгахвыше, чемпридоставкенасыпью.  • Мелкаярасфасовка Самаядорогаягруппа. Ценынагранулывмелкойрасфасовкенаиболеевысокие, ипревышают 200 Еврозатонну. КданнойгруппеДТГпредъявляютсяповышенныетребованияпокачеству. Оченьудобнадлятехзаказчиков, ктонеможетиметьсклададляхранениявнасыпномвиде. Перевозитсянапаллетах (поддонах). Массойдооднойтонны. Наснимкахпоказанывариантытранспортногопакетаимешка 20 кг.  При подготовке абзаца использовалась информация из справочника "Древесные топливные гранулы в России и СНГ", Ракитова О.С, Овсянко А.Д., Александрова С.Е., СПб, 2005 Оборудование для сжигания биотоплива Для каждого вида топлива существует своя технология сжигания, обоснованная, как технически, так и экономически. Топливную гранулу можно сжигать на различном оборудовании. Однако максимальной эффективности можно добиться лишь с помощью котлов и горелок, специально для этого предназначенных. Процесс получения тепловой энергии из гранул можно назвать горением только с большой натяжкой, т.к. гранулы не горят в прямом смысле этого слова, а тлеют. При этом котел, исчерпав топливо в контейнере, может продолжать снабжение теплом в течение 24 часов за счет малой скорости протекания процесса. В Европе больше половины котлов на древесных гранулах имеют среднюю мощность от 100 кВт до 1 МВт. Обычно такие печи устанавливаются в больших частных домах, школах, на небольших предприятиях. Кроме котельных на пеллетах, существуют также камины на гранулах и брикетах. Подобные камины работают не как котлы, а как воздухонагреватели, поэтому не требуют системы трубопроводов. Чаще они используются (как и традиционные камины) в качестве дополнительного средства обогрева. На сегодняшний день на рынках стран СНГ представлены и горелки для переоборудования жидкотопливных котлов под гранулу, и котельное оборудование большой мощности, и промышленные парогенераторы на биотопливе, и маломощные автоматизированные котлы для частных домов, и комнатные камины для сжигания топливной гранулы. Большая часть оборудования импортируется. Однако и целый ряд отечественных предприятий предлагает оборудование, предназначенное для сжигания пеллет. Кстати, первые котлы на биотопливе появились вообще в России. До 60-х годов ХХ века в СССР было разработано и смонтировано немало таких котлов. Однако задача тогда ставилась иная: «утилизировать отходы». На Западе была другая цель: добиться максимального КПД для того, чтобы снизить себестоимость производимой энергии, поэтому европейцы пошли дальше россиян в изучении нюансов сжигания биотоплива. Например, при сжигании хвои и ряда других элементов образуется едкий натр или гидрат окиси натрия. Минеральные соли, которые образуются в результате этой реакции губительно влияют на стальные котлы, но сегодня уже есть технологии, позволяющие нейтрализовать подобные вредные эффекты. Для каждого вида биотоплива существует своя специальная и специфическая технология. Котельные, предназначенные для биомассы влажностью менее 30%, не будут эффективны ни для сжигания влажного биотоплива с содержание воды около 50%, ни для рафинированного биотоплива. Влажное сырье не будет гореть из-за того, что ему необходима очень высокая температура внутри котла. Древесные гранулы (рафинированное биотопливо) будут сгорать в таком котел, но при этом потеряют экономическую целесообразность, поскольку стоимость котла на гранулах ниже, чем на влажной или сухой (до 35%) биомассе – опилках, щепе и т.д. В настоящее время в Европе разработан достаточно широкий ряд типов котлов на биотопливе: - котлы на прессованом биотопливе – гранулах и брикетах, - котлы на сухом биотопливе (влажность до 30%), - котлы на влажном биотопливе (влажность до 55%) - котлы для сжигания торфа и смесей из торфа, - котлы для сжигания коры и смесей из коры, - котлы для сжигания другого органического сырья. В зависимости от характеристик котлы ориентируются на разные сегменты рынка: от частных потребителей до крупных предприятиях и муниципальных котельных. (Выдержкиизсправочника "ДревесныетопливныегранулывРоссиииСНГ" подред. РакитовойО.,СПб.2005) Топливные брикеты В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс прессования шнеком агро-отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и др.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением, а в ряде случаев и при нагревании от 250 до 350 С°. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. При использовании агросырья возможно добавление связующих элементов. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикет.  Сырьем для производства брикетов является тот же материал, что и для изготовления гранул – опилки различных пород древесины, щепа, лузга подсолнечника, гречихи, солома и многие другие растительные отходы. Технология производства брикетов схожа с технологией гранулирования, но более простая.Брикеты бывают разных форм – в виде кирпича, цилиндра или шестигранника с отверстием внутри. Стандартных размеров у данной продукции нет. Основным фактором, определяющим механическую прочность, водостойкость и калорийность брикета, являются его плотность. Чем плотнее брикет, тем выше показатели его качества. Чем ниже плотность брикетов, тем меньше их калорийность. Например, при плотности брикета 650-750 кг/м3 калорийность брикетов равна 12-14 МДж/кг; при плотности 1200-1300 кг/м3 — 25-31 МДж/кг. Качество брикетов в значительной мере зависит от влажности исходной смеси. Различают оптимальную и критическую влажности. Оптимальная влажность составляет 4-10 %, при ней достигаются наилучшие механические характеристики брикетов (следует учитывать, что для некоторых видов сырья верхним пределом влажности является 6-8%). Критической называется влажность, при которой возможно образование брикетов, но в нем появляются трещины — таким образом, брикет товарного вида не имеет. Критическая влажность находится в пределах 10-15 %. При более высокой влажности полученный брикет будет «разорван» внутренним давлением влаги, возникающем при сжатии измельченной массы. Существует 3 основных типа топливных брикетов. Они отличаются по форме, которая зависит от метода производства. «В народе» прижилось три названия, которые произошли из имен компаний, выпускающих оборудование для производства того или иного брикета. Таким образом, выделяют брикеты RUF, брикеты NESTRO и брикеты Pini-Kay. Однако, кроме упомянутых производителей брикетирующего оборудования, существуют и другие фирмы — например C.F.Nielsen (Дания), UPM (Литва), Bogma (Швеция), Pawert-SPM AG (Швейцария), DI-PIU (Италия). Брикеты подразделяются по двум принципам: Первое - по сырью, из которого они изготовлены. Здесь выделяют: брикеты из древесных отходов (стружка и опил без коры, отходы с корой, кора, отходы производства МДФ, шлифпыль, отходы фанерных производств, лигнин, брикеты из сельскохозяйственных отходов); брикеты из агробиомассы (солома , шелуха подсолнечника, шелуха злаковых, отходы хлопка, сено, камыш); брикеты из прочих материалов (бумага, картон, целлюлоза, полимеры, торф). Второе — по способу прессования и форме. Брикеты бывают трех видов: цилиндрические, экструдерные и в виде кирпичика. Цилиндрическиебрикеты Этот вид брикетов получается путём прессования на оборудовании ударно-механического типа. Они имеют бесконечную длину, и могут быть разделены как на шайбы, так и на поленья. Имеют очень высокую плотность, пользуются большой популярностью в Европе. Такие брикеты могут иметь не только круглую, но и квадратную или восьмиугольную форму, иметь или не иметь отверстие. Вид брикета заказывает покупатель, он зависит от того, какие формы больше популярны в каждой отдельно взятой стране. Данные брикеты охотно покупают такие страны, как Германия, Дания, Великобритания, Норвегия, Швеция, Италия. На внутреннем рынке, чаще всего используют кусковые брикеты, изготовленные по данной технологии, в качестве топлива для твёрдотопливных котлов. Экструдерныебрикеты Эти брикеты обязательно имеют отверстие внутри и обожженную верхнюю поверхность. В основе экструзивной технологии производства брикетов лежит процесс прессования шнеком под высоким давлением при нагревании от 250 до 350 С°. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится прочной, что немаловажно для транспортировки брикета. Такие брикеты закладываются вручную в топку котла или в печку, они пользуются спросом в Прибалтике и на внутреннем рынке России. Брикетыввидекирпичика Эта продукция имеет вид прямоугольного параллелепипеда со скошенными углами. Такой брикет получается путём гидравлического прессования, и его размеры зависят от рыхлости сырья, из которого он произведён и давления, которое на него оказано. Они хорошо используются на внутреннем рынке, и также отлично покупаются во все европейские страны. Технология Процесс брикетирования - это процесс сжатия материала под высоким давлением, с выделением температуры от силы трения. За счет данного воздействия в древесине происходит выделение лигнина, который является связующим веществом для формирования брикета. Для брикетов не из древесного сырья, могут применяться экологически чистые добавки (не более 2%). При производстве данной продукции следует обратить особое внимание на влагу – очень важный параметр, влияющий на плотность брикета. В случае превышения 14% влажности сырья брикет разваливается на произвольные куски из-за избытка влаги. Объем брикета составляет 1/10 от объёма затраченного на его производство сырья, что дает значительную экономию при транспортировке и хранении биотоплива. Для производства древесных брикетов применяют поршневые и шнековые прессы, сырье – опилки и стружки. Перед прессованием материал дополнительно измельчают и подсушивают (влажность не должна превышать 12 – 14%) Поршневой пресс работает циклически – при каждом ходе поршня продавливают определенное количество материала через коническое сопло, на брикетах четко различимы соответствующие цик-лам слои. В приводе всегда применя-ется маховик, позволяющий выровнять нагрузку двигателя. Износ поршня неве-лик, поскольку относительное переме-щение между прессуемым материалом и поршнем мало, быстро изнашивается сопло. Поршневые прессы относительно дешевы и поэтому широко распространены.   Шнековый пресс легче поршневого, поскольку отсутствуют массивные поршни и маховики. Продукция выходит непрерывно, поэтому ее можно разрезать на нужные куски. Плотность выше, чем у поршневых прессов. Шнековые прессы менее шумные, благодаря отсутствию ударных нагрузок. К недостаткам можно отнести больший расход энергии и быстрый износ шнека.
Топливные брикеты имеют широкое применение и могут использоваться для всех видов топок, котлов центрального отопления и пр. Большим достоинством брикетов является постоянство температуры при горении на протяжении 4 и более часов. (параграфподготовленО.РакитовойиС.Александровой) Древесный уголь Древесный уголь, это нелетучая часть продуктов термического распада древесины. Под этим названием для разных целей предлагаются продукты, различающиеся по составу и свойствам. Исторически – древесный уголь один из самых первых продуктов целенаправленно изготавливавшихся людьми. Особенность древесного угля, несвойственная никакому другому топливу, это отсутствие в продуктах горения угарного газа. Поэтому, древесный уголь начали сперва собирать на пожарищах, а потом и изготавливать еще пещерные люди. Примитивные способы приготовления угля, состоящие в разогреве по особому сложенных дров, накрытых дерном за счет сжигания части дров в разных вариантах просуществовали до конца 19 века как единственная технология. Они продолжают существовать, как кустарный метод, особенно широко в развивающихся странах Африки и Латинской Америки. В других странах, не озабоченных экологической чистотой процессов, эту технологию модернизировали путем замены дерна на металл, кирпич и т.п. Достаточно много таких аппаратов до сих пор существует и в России. Общий их недостатки – выброс ядовитых паров и газов в окружающую среду, низкий выход товарного продукта и неэффективное использование объема аппаратов. Современное углевыжигательное оборудование исключает загрязнение окружающей среды. Первоначально использовались аппараты с внутренним вводом теплоносителя и улавливанием жидких и газообразных продуктов. К концу 20 века спрос на жидкие продукты термического разложения упал до нуля. Появились аппараты, в которых все парогазы без конденсации сжигаются, а тепло используется на технологию. Лучшие из них позволяют вести процесс исключительно на собственном тепле большую часть года, кроме самых суровых месяцев зимы. Как правило, это аппараты с внешним подводом тепла. Современные технологии позволяют получать уголь с разной степенью прокалки - более богатый летучими веществами для быта и более прокаленный для промышленности. Прочность угля зависит не только от технологии изготовления, но и от породы. Из твердолиственных пород древесины уголь получается более прочный, чем из других. Существуют особые виды угля. Из очень плотного «каменного» дуба изготавливают т.н. «белый» уголь, особо ценимый в восточной Азии. Сравнительно недавно освоено производство угля из экструдерных опилочных брикетов. В Азии и Южной Европе его предпочитают обычному углю. В России действует ГОСТ на древесный уголь (ГОСТ 7657-84). Абзацподготовил: ЮрийЮдкевич, к.т.н. Щепа В основе технологии получения щепы лежит измельчение древесины на специальной технике. Различают топливную и технологическую щепу. Технологическая щепа используется на ЦБК. Она вырабатывается из окорённой стволовой древесины хвойных и лиственных пород, а также из окорённых горбылей, реек, кусковых отходов древесины на ножевых рубильных машинах дискового типа. Топливная щепа может вырабатываться из неокоренных стволов, из низкокачественной тонкомерной древесины от рубок ухода за лесом, вершин и сучьев различных древесных пород на рубильных машинах дискового и барабанного типов. Насчитывается несколько десятков производителей оборудования для производства щепы, наиболее известные Morbark, Brucks, Peterson, Farmi и другие. Дрова Технология производства дров связана с лесозаготовкой. Низкокачественную древесину, которая не может быть использована в качестве деловой (фанкряж, пиловочник, балансы) превращают в дрова путем распиловки и расколки. Существует ГОСТ на дрова (см. рубрику Документы). Торрефикация древесины "Торрефикация древесины": - низкотемпературный пиролиз, улучшающий свойства древесины. Температура процесса 200 – 300 ОС, давление – атмосферное, скорость нагрева <50 °C/мин., отсутствие кислорода, время пребывания - 6 - 30 мин., размер частиц < 4 см, теплотворная способность -19 - 22 MJ/kg. При температуре 230…300 оС гемицеллюлоза расщепляется и образуется торрефицированная древесина в виде гидрофобного, гомогенного порошка и летучие вещества. Биогаз Биогаз образуется с помощью бактерий в процессе разложения органического материала при анаэробных (без доступа воздуха) условиях и представляет собой смесь метана и других газов в следующих пропорциях:
Составбиогаза Теплотворная способность одного кубометра биогаза составляет в зависимости от содержания метана 20-25 МДЖ/ м3, что эквивалентно сгоранию 0,6 - 0,8 литра бензина, 1.3 - 1.7 кг дров или использованию 5 - 7 кВт электроэнергии. Технология производства биогаза заключается в следующем. Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен. Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом. Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках. Биоэтанол Биоэтанол – это обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Его производство схоже с производством пищевого спирта. Современная промышленная технология получения спирта этилового из пищевого сырья включает следующие стадии: - подготовка и измельчение крахмалистого сырья — зерна (ржи, пшеницы и т.п.) - ферментация. На подавляющем большинстве спиртовых производств мира ферментативное расщепление крахмала до спирта при помощи дрожжей оставлено. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путем — глюкамилаза, амилосубтилин. -брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах (например, «Комсомолец»). Отходами бродильного производства являются барда и сивушны масла. Барда используется для производства кормов. Реальной альтернативой этанолу в наши дни становится биобутанол, так как он обладает более высоким энергетическим потенциалом, менее летуч и может использоваться в автомобилях без каких-либо изменений в конструкции их двигателей. Так, гибридное топливо БИО100 представляет собой смесь 65% биоэтанола с добавлением третбутилового эфира. Такое моторное топливо снижает на 1/3 тепловую нагрузку на двигатель, повышая тем самым сроки его эксплуатации. Биодизель В основе технологии получения биодизельного топлива лежит реакция переэтерификации любого растительного масла, или животного жира, в присутствии катализатора в метиловые эфиры жирных кислот. В качестве сырья используют масла рапса и ряда других культур. Себестоимость биодизельного топлива заведомо выше, чем аналогичных нефтепродуктов, но в регионах с теплым климатом, обеспечивающим успешное выращивание масличных культур, и не имеющих своего минерального сырья, такое производство может существовать и занимать ограниченный сектор рынка. Есть технологии, позволяющие получить жидкое топливо (т.н. био-ойл) из древесины путем пиролиза. Однако многие фирмы, представляющие эту технологию, в качестве дизельного топлива предлагают пеструю смесь воды, кислот, тяжелых и легких смол и других продуктов пиролиза. При этом вводится понятие «скоростной пиролиз». Пиролиз - это химическая реакция, подчиняющаяся законам кинетики. Скоростного или замедленного пиролиза не существует. В технологии описанной выше имеют место иные явления. Скорость самого процесса пиролиза исчисляется секундами. Замедление или ускорение процесса связано со скоростью подвода тепла и доведения температуры до начала пиролиза. Естественно, что опилки прогреваются в падающем или взвешенном потоке быстрее, чем толстый кусок. Поскольку, древесный уголь является продуктом вторичных реакций, его получается меньше, а жидких продуктов больше. Достичь полного ожижения древесины удается только под глубоким вакуумом, но продукты распада лабильны и, при соприкосновении с воздухом окисляются с саморазогревом и обугливаются. Успешные опыты по ожижению древесины гидрированием были осуществлены в Германии в 1943 году. Там были потрачены значительные силы и средства, связанные с дефицитом жидкого топлива в условиях войны. Но, несмотря на острую потребность в дизельном топливе, эти опыты не получили промышленной реализации из-за чрезмерной дороговизны такого топлива. Подготовилк.т.н. ЮрийЮдкевич Liquid-to-biofuel (биотопливо второго поколения). Различные виды топлива, получаемые различными методами пиролиза биомассы. Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций. Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH. Однако пока эти проекты оказались финансово неустойчивыми. Ряд специалистов считает, что смеси фирмы Dynamotive никак не могут рассматриваться как дизельное топливо. Их высокая кислотность и содержание тяжелых смол приводит к быстрому разрушению двигателей. Фирма SunDiesel (Германия) предпринимает попытки изготавливать дизельное топливо из растительных материалов через синтез Фишера-Тропша. Технически это осуществимо, но экономически не может конкурировать с минеральными аналогами. Технологияпроизводства SunDiesel компании CHOREN Industries GmbH Через двухступенчатый процесс газификации очищенный газ охлаждается, затем в процессе последующего очищения и кондиционирования очищенный синтетический газ (в основном CO и H2 ) подается в реактор Fischer-Tropsch, производящий углеводородные цепочки, которые в конце превращаются в SunDiesel. Выход холодного газа – 80%. (см. рисунок 1) Двухступенчатый процесс газификации Очистка газа и кондиционированиеFischer-Tropsch синтез и превращение вSunDiesel  Биодизель Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще всего служат рапс, соя или подсолнечник. Так же, как и биоэтанол, биодизель применяется в автомобилях не в чистом виде, а в смеси с дизтопливом. Например: В-20 – 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола применение биодизеля не требует доработки двигателя и топливной системы. И биоэтанол, и биодизель обеспечивают выхлоп, позволяющий с запасом укладываться в экологические нормы. Но так как их энергетическая эффективность ниже, чем у чистого бензина или солярки, то мощность двигателя снижается, а расход топлива возрастает. А самое главное, что широкое использование этих видов биотоплива создает продовольственные проблемы, так как пищевые сельскохозяйственные культуры используются не по прямому назначению, а для производства топлива для автомобилей. Производство биодизеля Как делают биодизельДля получения биодизеля используют любые виды растительных масел — подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизели, произведенные из разных масел, имеют некоторые отличия. К примеру, биодизель, полученный из рапсового масла, имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Биодизель, приготовленный из рапса, уступает пальмовому по калорийности, но зато легче переносит холод, а потому более всего подходит для холодного климата. Суть процесса приготовления биодизеля заключается в уменьшении вязкости растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло — это смесь триглицеридов (эфиров, соединенных с молекулой глицерина) с трехатомным спиртом. Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Поэтому, чтобы получить биодизель, необходимо удалить глицерин, заместив его на спирт. Этот процесс называется трансэтерификацией. В качестве первичного сырья может использоваться и отработанное растительное масло. В этом случае необходима предварительная фильтрация для удаления примесей и воды. Если воду не удалить, то вместо реакции трансэтерификации произойдет гидролиз триглицеридов. В результате получим не биодизель, а соли жирных кислот. В процессе реакции масло вначале нагревается до определенной температуры (для ускорения реакции), а затем в него добавляется катализатор и спирт. Если применяется метанол - образуется метиловый эфир, если этанол - этиловый эфир. Для ускорения реакции также может применяться кислота. Смесь определенное время перемешивается и отстаивается. После отстаивания смесь расслаивается, образуя биодизель в верхнем слое (называемый химически «эфир»), затем слой мыла и на дне остается глицерин. Глицерин и мыльный слой впоследствии отделяются, а биодизель промывается различными способами для удаления остатков мыла, катализатора и других возможных примесей. После промывок он осушается для удаления остатков воды, например, сульфатом магния. Затем осушитель удаляется простой фильтрацией. Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина. После завершения реакции на дне осаждается глицерин. Биодизель должен быть цвета меда, глицерин – более темного цвета. При поддержании температуры около 38 градусов глицерин остается в жидком состоянии и может быть легко удален снизу смесителя отдельным шлангом. Глицерин, полученный из отработанных масел, обычно коричневый и твердеет при температуре 38 градусов, глицерин из свежего масла остается в жидком состоянии при более низких температурах. Его можно использовать как побочный продукт, предварительно выпарив из него метанол нагреванием до 65,5 градусов. Качество получившегося продукта определяется, прежде всего, визуально и проверкой рН. На вид биодизель должен выглядеть как чистое подсолнечное масло. Не допускается наличие никаких взвесей, примесей, частиц или замутнений. Мутность означает присутствие воды, которая удаляется нагреванием. После первого применения биодизеля обязательно следует проверить топливные фильтры. Растительное масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (приблизительно в пропорции на 1 т масла 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при температуре 60°С и нормальном давлении. Для получения качественного продукта необходимо выдержать ряд требований:
1 2 |