Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Ноября 2014 в 16:50, реферат
Следует активизировать поиск новых видов топлива. Альтернативой может стать топливо, произведенное из биологического сырья – биотопливо.
Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.
Ведение……………………………………………………………………...2
Биоэтанол………………………………………………………..............3
Методы производства………………………………………………3
Этанол как топливо…………………………………………………5
Экологические аспекты применения этанола…………………….6
Биодизель……………………………………………………………......7
Технология производства………………………………………….8
Экологические аспекты применения и производства…………...9
Достоинства и недостатки………………………………………..11
Другие виды жидкого биотоплива…………………………………...12
Биометанол………………………………………………………...12
Биобутанол………………………………………………………...13
Диметиловый эфир………………………………………………..14
Патент №2385900 (способ получения жидкого биотоплива)…………15
Патент №2374302 (состав жидкого биотоплива)……………………….19
Биотопливо в Орловской области……………………………………….23
Заключение………………………………………………………………..25
Список литературы……………………………………………………….26
Данная технологическая схема имеет ряд преимуществ от традиционных известных технологий следующим:
- использование любого липидного сырья с любым % СЖК;
- проведение реакций
- применение гетерогенного
катализатора, увеличивающего уровень
конверсии эфиров, исключающего
образование побочных
- не требуется сложная очистка глицерина;
- очистка полученных эфиров сводится к минимуму;
- применение более широкого спектра спиртов;
- более экономичная и энергоемкая обработка сырья с применением кремнегеля и т.д.
Схема осуществления способа представлена на чертеже.
Примеры осуществления способа
Пример 1
100 кг жирового сырья с кислотным числом 40 мг КОН/г подогревают до 60°С, удаляют влагу и примеси. В обработанное жировое сырье добавляют простой спирт и гетерогенный катализатор.
Количество ингредиентов на партию представлено:
Ингредиенты |
Количество |
Сырье |
100 кг |
Метанол |
20 кг |
SO4/ZrO2 (сульфатированный цирконий) |
5 кг |
(Mg2SiO4) Силикат магния |
2 кг |
Проводят реакцию этерификации и трансэтерификации в реакционном котле при 150°С в течение 60 мин при 1500 rpm (обороты в минуту) при атмосферном давлении. Добавляют глицерин 5% к реакционной смеси, полученный от прошлой партии, и продолжают процесс 15 мин. Остановка процесса и извлечение гетерогенного катализатора. Помещение полученного субстрата в отстойный бак на 6 часов. Разделение биодизеля и глицерина в отстойном баке путем слива образовавшейся нижней фазы глицерина. Отгонка избытка спирта. Очистка биодизеля силикатом магния в течение 30 мин. Извлечение силиката магния и его восстановление.
Пример 2
100 кг растительного масла с кислотным числом 2 мг КОН/г подогревают до 55°С, удаляют влагу и примеси.
В обработанное жировое сырье добавляют простой спирт и гетерогенный катализатор.
Количество ингредиентов на партию представлено:
Ингредиенты |
Количество |
Сырье |
100 кг |
Изопропил |
14,3 кг |
AlP (дифосфат алюминия) |
7 кг |
(Mg2SiO4) Силикат магния |
2 кг |
Проводят реакцию этерификации
и трансэтерификации при 120°С в течение
60 мин при 1200 rpm при атмосферном давлении.
Добавляют глицерин 5% к реакционной смеси
и продолжают процесс 15 мин. Остановка
процесса и извлечение гетерогенного
катализатора. Помещение полученного
субстрата в отстойный бак на 6 часов. Разделение
биодизеля и глицерина в отстойном баке
путем слива образовавшейся нижней фазы
глицерина. Отгонка избытка спирта. Очистка
биодизеля силикатом магния в течение
30 мин. Извлечение силиката магния и его
восстановление.
Пример 3
50 кг животного жира с кислотным числом 150 мг КОН/г и 50 кг растительного масла с кислотным числом 15 мг КОН/г подогревают до 55°С, удаляют влагу и примеси.
В обработанное жировое сырье добавляют простой спирт и гетерогенный катализатор.
Количество ингредиентов на партию представлено:
Ингредиенты |
Количество |
Сырье |
100 кг |
Этанол |
20 кг |
LaP (дифосфат лантанума) |
5 кг |
(Mg2SiO4) Силикат магния |
2 кг |
Проводят реакцию этерификации и трансэтерификации
при 140°С в течение 60 мин при 1500 rpm при атмосферном
давлении. Добавляют глицерин 5% к реакционной
смеси, полученный от прошлой партии, и
продолжают процесс 15 мин. Остановка процесса
и извлечение гетерогенного катализатора.
Помещение полученного субстрата в отстойный
бак на 6 часов. Разделение биодизеля и
глицерина в отстойном баке путем слива
образовавшейся нижней фазы глицерина.
Отгонка избытка спирта. Очистка биодизеля
силикатом магния в течение 30 мин. Извлечение
силиката магния и его восстановление.
Формула изобретения
Способ получения жидкого биотоплива, включающий подготовку сырья, нагревание с последующей обработкой и получение топлива, отличающийся тем, что нагревание подготовленного сырья ведут при температуре 55-60°С с последующим отделением влаги и примеси, а обработку подготовленного сырья проводят в реакционном котле путем одновременной реакции этерификации и трансэтерификации при смешивании сырья со спиртом в соотношении 5:1-7:1 соответственно и добавлением гетерогенного кислотного катализатора, в количестве 5-10% к массе, при этом процесс ведут при температуре 120-150°С в течение 60-120 мин при турбулентном перемешивании при 1200-1500 об/мин и атмосферном давлении, за 15 мин до окончания процесса добавляют глицерин 5%, останавливают процесс и извлекают гетерогенный катализатор, помещают полученный субстрат в отстойный бак на 6 ч, разделяют биодизель и глицерин в отстойном баке путем слива образовавшейся нижней фазы глицерина, отгоняют избыток спирта, очищают биодизель силикатом магния в течение 30 мин, извлекают силикат магния и его восстанавливают, причем в качестве сырья используют жировое сырье с содержанием свободных жирных кислот 10-100% и/или растительное сырье масленичных культур, а в качестве гетерогенного кислотного катализатора дифосфат лантанума и/или силикат магния, и/или дифосфат алюминия, и/или сульфатированный цирконий.
Патент №2374302 (состав жидкого биотоплива)
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
(54) СОСТАВ ЖИДКОГО ТОПЛИВА (57) Реферат: Изобретение относится к составам жидких топлив для дизельных двигателей на основе биотоплива и может быть использовано для получения жидкого топлива, синтезируемого из органического сырья, в основном, растительного происхождения, эквивалентного по физико-химическим характеристикам нефтяному дизельному топливу, но обладающего лучшими экологическими характеристиками. Топливо представляет собой смесь 50% (об.) биотоплива, 10% (об.) октилового эфира масляной кислоты, 10% (об.) гептилового эфира валериановой кислоты, 10% (об.) нонилового эфира валериановой кислоты, 10% (об.) нонилового эфира капроновой кислоты, 10% (об.) изоамилового эфира масляной кислоты. Технический результат - изобретение позволяет уменьшить вредное воздействие энергетики на окружающую среду, расширить сырьевую энергетическую базу за счет возобновляемого сырья. 2 табл. Изобретение относится к составам жидких топлив для дизельных двигателей на основе биотоплива и может быть использовано для получения жидкого топлива, синтезируемого из органического сырья, в основном, растительного происхождения, эквивалентного по физико-химическим характеристикам нефтяному дизельному топливу, но обладающего лучшими экологическими характеристиками. Известный состав жидкого топлива, включающий смесь биотоплива с нефтяным топливом, описан в заявке Франции (FR 2492402, С10L 1/18, 23.04.1982). Известно, что широкое использование тепловых двигателей, использующих нефтепродукты, привело к повышенному загрязнению воздуха, почвы и водоемов. Вредные вещества, попадающие в воздух при хранении и использовании нефтяных топлив, способствуют нарушению газообмена в организме, появлению кислородного голодания и возникновению нарушения функционирования всех систем организма; обладают канцерогенными, тератогенными, мутагенными свойствами. Под воздействием вредных веществ, попадающих в почву непосредственно или с атмосферными осадками из воздуха, в почве происходят значительные изменения. Корневая система в этих условиях утрачивает способность поглощать влагу из почвы, а сами растения не удерживают ее в листьях и теряют устойчивость к засухе. Жесткие законы по охране окружающей среды заставляют шире использовать биотопливо вместо нефтепродуктов для минимизации отрицательного влияния вредных выбросов отработавших газов дизельных двигателей на здоровье населения и окружающую среду. Весьма перспективным сырьем для производства топлива является растительная биомасса, которая является постоянно возобновляемым источником органического сырья. Наиболее предпочтительными для создания дизельного топлива являются продукты переработки растительных масел (переэтерификации, а точнее алкоголиза одноатомными алифатическими спиртами). В качестве ближайшего аналога выбран российский патент (RU 2129587, С10L 1/18, 1/22, 21.10.1993), где описан состав топлива, включающий от 10 до 50% (об.) биотоплива. Существенным недостатком этого топлива на основе биотоплива является наличие в его составе нефтяного дизельного топлива, сжигание которого приводит к значительному загрязнению окружающей среды. Применение нефтяных фракций обусловлено тем, что в состав биотоплива входят только высококипящие сложные эфиры метилового спирта и высокомолекулярных алифатических непредельных кислот. А для дизельных двигателей оптимальным является использование топлив с широким фракционным и групповым составом. Еще одним недостатком наличия дизельных нефтяных фракций является предрасположенность этих топлив к образованию парафинов при низких температурах. Это ухудшает их низкотемпературные характеристики, что приводит к необходимости применения дополнительно одной или более депрессорных присадок, модифицирующих кристаллы парафина и/или понижающих температуру текучести топлив. Задачей настоящего изобретения является создание состава жидкого топлива для дизельных двигателей с широким фракционным и групповым составом на основе биотоплива. Физико-химические свойства топлива предлагаемого состава эквивалентны свойствам нефтяного дизельного топлива. При этом жидкое топливо предлагаемого состава не содержит нефтяных компонентов, а потому обладает лучшими экологическими характеристиками и не требует применения дополнительно депрессорных присадок. Решение поставленной задачи достигается созданием нового состава жидкого топлива для дизельных двигателей, представляющего собой смесь 50% (об.) биотоплива и 10% (об.) октилового эфира масляной кислоты, 10% (об.) гептилового эфира валериановой кислоты, 10% (об.) нонилового эфира валериановой кислоты, 10% (об.) нонилового эфира капроновой кислоты, 10% (об.) изоамилового эфира масляной кислоты. Такие сложные эфиры можно получить этерификацией алифатических кислот меньшей молекулярной массы C4-C7 спиртами C5-С10. Этерификация алифатических кислот протекает в водной среде в присутствии серной кислоты при температуре 100-101°С по уравнению:
Реакция обратима, для сдвига равновесия в сторону образования сложных эфиров образующуюся воду отгоняют и улавливают в ловушке. Получены следующие сложные эфиры: октиловый эфир масляной кислоты C3H7COOC8H17; гептиловый эфир валериановой кислоты C4H9COOC7H15, нониловый эфир валериановой кислоты C4H9COOC9H19, нониловый эфир капроновой кислоты C5H11COOC9H19, изоамиловый эфир масляной кислоты С4Н9СООС5Н11. Спирты и кислоты, использованные в процессе синтеза, можно получать синтетическим путем из углеводородов и их функциональных производных, а можно и из возобновляемого растительного сырья. Такую кислоту, как масляная, можно получить из крахмала, сахара, глицерина при различных бактериальных процессах брожения (Bacterium butylicus, Granulobacter). Эти процессы используются в промышленных масштабах. Н- валериановая кислота образуется наряду с другими жирными кислотами при окислении стеариновой кислоты и касторового масла. Капроновая кислота образуется при маслянокислом брожении сахара. Изоамиловый спирт является одной из основных частей сивушных масел (источником его образования в процессе брожения является аминокислота лейцин, входящая в состав белков). Сложные эфиры октилового спирта обнаружены в эфирных маслах различных видов Heracleum, а эфиры нонилового спирта - в масле корок померанцев. Топливо предлагаемого состава может применяться как жидкое топливо для дизельных двигателей без каких-либо ограничений и дополнительных изменений в конструкции двигателя и топливоподающей аппаратуры. Исследованы различные эксплуатационные характеристики топлива предлагаемого состава, состоящего из 50% (об.) биотоплива (метиловые эфиры рапсового масла) и 10% (об.) октилового эфира масляной кислоты, 10% (об.) гептилового эфира валериановой кислоты, 10% (об.) нонилового эфира валериановой кислоты, 10% (об.) нонилового эфира капроновой кислоты, 10% (об.) изоамилового эфира масляной кислоты. В таблице 1 приводятся значения различных физико-химических характеристик нефтяного дизельного топлива (ДТ), метиловых эфиров рапсового масла (биотопливо) и топлива предлагаемого состава.
Как видно из полученных данных, топливо предлагаемого состава соответствует товарному летнему дизельному топливу практически по всем параметрам, в том числе и по температурам помутнения и застывания, что исключает необходимость использования дополнительно депрессорных присадок. Кроме того, экологические характеристики предлагаемого топлива лучше, чем товарного дизельного топлива или биотоплива (таблица 2). Сравнительные моторные испытания проводились на тракторном дизеле 4Ч11/12,5 (Д-243) в штатной комплектации по стандартной методике. Как видно из полученных данных, содержание оксида углерода (II) и углеводородов, а также дымность в выхлопных газах имеют самые низкие показатели при работе двигателя на топливе предлагаемого состава.
Использование жидкого топлива на основе биотоплива позволяет сохранить природный энергетический баланс. Растительное сырье в естественных условиях усваивается аэробными организмами - при этом биогенном процессе выделяется определенное количество энергии, так же как в процессе техногенного окисления, в том числе сжигания топлива в двигателе. В работах И.Б.Грудникова с сотр. [Грудников И.Б., Грегор Е.И. Об оценке энергии процессов окисления в техногенных и биогенных ситемах / Химия и технология топлив и масел, 2006 г., 6. С.36-37] на примере окисления битумов показано, что несмотря на существенное различие природы биогенных и техногенных процессов окисления, для оценки энергии этих процессов успешно используется одинаковый подход: отнесение количества выделяющейся энергии к количеству потребленного в процессе кислорода. По этой методике были рассчитаны теплоты сгорания продуктов алкоголиза растительных масел - метиловых или этиловых эфиров высших жирных кислот, и они составили 4,68 ккал на 1 литр потребленного кислорода. Таким образом, теплоты, выделяющиеся при аэробном метаболизме растительных остатков и при использовании продуктов переработки растительного сырья в качестве биотоплива, в расчете на 1 литр потребляемого кислорода практически одинаковы, что соответствует концепции единства законов природы. Использование жидкого топлива предлагаемого состава позволяет создавать технологии с высокими природоохранными характеристиками за счет исключения применения токсичных веществ нефтяного происхождения, уменьшать вредное воздействие мобильной энергетики на окружающую среду, повлиять на расширение сырьевой энергетической базы, исключить применение дополнительно депрессорных присадок. Состав жидкого топлива для дизельных двигателей на основе биотоплива (метиловых эфиров рапсового масла), отличающийся тем, что топливо представляет собой смесь 50 об.% биотоплива, 10 об.% октилового эфира масляной кислоты, 10 об.% гептилового эфира валериановой кислоты, 10 об.% нонилового эфира валериановой кислоты, 10 об.% нонилового эфира капроновой кислоты, 10 об.% изоамилового эфира масляной кислоты. |
Биотопливо в Орловской области
ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВА ИЗ ОТХОДОВ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Актуальность производства биоэтанола захватывает все больше отраслей народного хозяйства. В России наиболее основаны такие сельскохозяйственные культуры как сахарная свекла, зерновые, картофель, топинамбур.
В Орловской области исторически развивается возделывание и переработка сахарной свеклы. По данным управления сельского хозяйства и продовольствия Орловской области количество тонн перерабатываемой сахарной свеклы с 2005 по 2009 года увеличилось в 4 раза и составляет 1 миллион тонн. Из которых 82% приходиться на отходы производства, которыми являются: меласса-3,5%, свекловичный жом – 80% , а также 12% фильтрационный осадок и другие отходы. На сахарных комбинатах орловской области эти отходы не перерабатываются, между тем они являются отличным сырьем для получения биоэтанола.
На базе Орловского регионального центра биотехнологии был произведен анализ мелассы свекловичной, из которого видно, что меласса содержит остаток не выкристаллизованной сахарозы и различные углеводы, перешедшие в неё в процессе переработки сахарной свеклы. Из мелассы можно получить до 30% спирта не содержащего свинец. Это было подтверждено результатами исследования опытного образца биоэтанола, что является наиболее актуальным в настоящее время.
Таким образом, представляется целесообразным организация производства топливного этанола из мелассы свекловичной и его добавления в бензин для снижения загрязнения тяжелыми металлами и повышения качества бензина.
Пискурева В.А.., Павловская
Н.Е., Горькова И.В., Гагарина И.Н.
Орловский
государственный аграрный университет
(г. Орел, Россия)
Строительство завода по производству биотоплива в Орловской области отложено
(28-июля-2011)
Группа компаний «Нобель Ойл» заморозила проект по строительству топлива из соломы, сообщает Cleandex.ru.
Линия по производству биотоплива должна была быть запущена в 2010-2011 гг. на базе ООО «Орел Нобель-Агро». Приостановка реализации проекта может быть связана с возможными трудностями со спросом на продукцию.
«Реализация соломенных гранул в Европе достаточно затруднительна. Если древесные пеллеты (топливные гранулы) покупают практически все страны ЕС, то соломенные только определенные и в незначительном количестве. Зольность биотоплива из соломы выше, а теплотворная способность ниже. В России же пока спроса на соломенные гранулы для котельных или ТЭЦ не сформировано», - считает Cleandex.ru.
Заключение
В России немало говорят о возможности производства экологически чистого жидкого моторного биотоплива. К нему относят «биоэтанол», «биодизель», «бионефть», получаемые из различных видов биомассы. Это направление биоэнергетики еще достаточно мало развито в нашей стране. Однако уже в целом ряде регионов центральной и южной России активно выращивают рапс и другие масличные культуры, продукты переработки которых могут использоваться для производства моторного биотоплива. Рассматривается вопрос производства жидкого биотоплива на основе древесных отходов.
К сожалению, говорить о широком применении моторного биотоплива на автотранспорте в России еще очень рано. Его себестоимость еще превышает стоимость традиционного моторного топлива. Да и двигатели, способные работать на биотопливе еще не получили в нашей стране достаточного распространения. Однако уже сейчас можно говорить об использовании рапсового масла в качестве топлива для сельскохозяйственной техники. В России имеется инженерный опыт для адаптации тракторных двигателей под растительное масло и даже этанол. На сегодняшний день нам уже известен целый ряд предприятий, готовых выпускать этот вид топлива, которое уже успешно производят наши соседи на Украине и в странах Балтии.
По данным Росстата, в 2010 году российский экспорт топлива растительного происхождения (в том числе солома, жмых, щепа и древесина) составил более 2,7 млн тонн. Россия входит в тройку стран экспортеров топливных пеллет на европейском рынке. Всего около 20 % произведённых биотоплив потребляется в России.
Список литературы