Плазмохимическая технология конверсии спиртов в угловодороды

Группа ученых разработала принципиально новую плазмохимическую технологию конверсии спиртов в углеводороды.
В основу новой технологии положены результаты фундаментальных научных исследований свойств плотной плазмы, позволившие обеспечить максимальную концентрацию электрофизического воздействия на объект обработки.
По новой технологии осуществляется полная переработка метанола из угля, природного газа, биогаза, а также этанола из биомассы в углеводороды с числом атомов углерода большим, чем в исходном спирте.
Для плазмохимической технологии конверсии спиртов в углеводороды создан специальный высокоактивный гетерополикислотный катализатор.
Новый катализатор представляет собой твердую суперкислоту, модифицированную электронодонорами.
Процесс каталитической конверсии спиртов в углеводороды осуществляется в плазмохимическом реакторе, который представляет собой стальной вертикальный аппарат колонного типа. В корпусе реактора размещен стационарный слой катализатора необходимой высоты.
Спирт при комнатной температуре подается в колонну снизу. В колонну сверху подается мощный поток микроволнового излучения. В объеме катализатора генерируется плотная плазма, катализатор и спирт разогреваются до рабочей температуры, в слое катализатора осуществляется каталитическая дегидратация спирта. В верхнюю зону колонны поступает смесь углеводородов в газообразном виде, которая по фракционному составу аналогична высокооктановому бензину. Углеводороды выводятся из колонны и подаются на последующую стадию приготовления моторного топлива.
В результате осуществления одностадийного процесса каталитической конверсии спиртов в углеводороды из одного сырьевого компонета – этилового спирта, осуществляется синтез высокооктанового бензина марки А-95 и А-98.
Синтезированный высокооктановый бензин по качественным показателям соответствует нефтяному бензину, но значительно превосходит последний по экологической чистоте.
Новый вид бензина, синтезированного из этилового спирта, можно с полным основанием назвать биобензином.
По условиям применения биобензина на автотранспорте он ничем не отличается от нефтяного бензина. Его применение не требует модификации автомобильных двигателей внутреннего сгорания.
В плазмохимическом реакторе протекают химические процессы, которые не осуществимы в традиционных технологических системах. Благодаря этому отличию в плазмохимическом реакторе осуществлен ряд синтезов метанола и этанола с различными углеводородами. Конечными продуктами синтезов стали алкилаты, представляющие собой высокооктановые кислородсодержащие добавки к бензинам.
Температура каталитических преобразований, осуществляемых в плазмохимическом реакторе, снижена в среднем в 2 раза. Каталитическая конверсия спиртов в углеводороды осуществляется в диапазоне температур от комнатной до 300°С и атмосферном давлении, что существенно снижает энергоемкость производственных процессов.
Новая технология исключает затраты на проведение ряда технологических процессов, неизбежных в традиционных технологиях производства моторного топлива. За счет этого капитальные и эксплуатационные затраты снижаются в среднем в 10 раз.
Плазмохимическая технология конверсии спиртов в углеводороды по совокупности параметров мировых аналогов не имеет.
Основные технологические параметры новой технологии исследованы и испытаны на пилотных установках.
Украина располагает значительным потенциалом растительного сырья, пригодного для производства этилового спирта и изготовления из него биобензина.
В первую очередь это отходы свекловичного сахарного производства – меласса и другие продукты, запасы которых в Украине имеют промышленное значение.
Сегодня в Украине имеется 84 спиртзавода, которые ежегодно производят 66 млн. декалитров этилового спирта. Внутренняя потребность ликероводочного производства Украины составляет только 20 млн. декалитров этилового спирта в год. Украина утратила традиционных потребителей и рынки сбыта этилового спирта за рубежом – в России и других странах СНГ. Значительный объем производимого этилового спирта остается не востребованным, что приводит к закрытию действующих спиртзаводов.
Программа ”Этанол” своей главной целью считает сохранение мощностей по производству этилового спирта в Украине, эффективно работающих спиртзаводов, рабочих мест в сельскохозяйственном производстве и перерабатывающей промышленности.
Программа ”Этанол” предусматривает переоснащение и перевод мощностей 50 спиртзаводов на выпуск высокооктановой кислородсодержащей добавки к бензинам (ВКД) и технических спиртов.
В январе 2003 года Кабинет Министров Украины утвердил перечень нефтеперерабатывающих заводов, которые будут производить смесевые бензины, а также список государственных спиртзаводов, которые будут выпускать высокооктановые добавки к этой продукции.
Сегодня в Украине уже более 10 спиртзаводов из 84 перепрофилированы на выпуск ВКД и технических спиртов.
Перепрофилирование спиртзаводов на выпуск ВКД не привело к заметному изменению структуры топливно-энергетического баланса в Украине. Это связано с рядом объективных условий использования ВКД в составе смесевых бензинов. Содержание ВКД в смесевом бензине по экологическим условиям не должно превышать 5%. Это требование ограничивает возможности увеличения содержания биоэтанола в топливно-энергетическом балансе.
Нефтеперерабатывающие предприятия, производящие смесевой высокооктановый бензин, неохотно используют для этих целей ВКД.
ВКД легко поглощает воду из атмосферы и подтоварную воду, что при длительном хранении смесевых бензинов приводит к потере ими потребительских свойств.
ВКД по качественным показателям уступает традиционно применяемой нефтепереработчиками высокооктановой добавке – метилтретбутиловому эфиру (МТБЭ).
Общий объем выпуска ВКД не превышает 100 тыс. тонн в год, что не соответствует сырьевым возможностям и потребностям топливно-энергетического комплекса Украины.
Настоящий проект предусматривает более перспективный способ увеличения содержания биотоплива в топливно-энергетическом балансе.
Согласно настоящего проекта мощности по производству этилового спирта должгы быть дополнены мощностями по его дегидратации и конверсии в биобензин, созданными на основе плазмохимической технологии конверсии спиртов в углеводороды.
Биобензин по качественным показателям соответствует нефтяному бензину, а по экологическим показателям значительно превосходит последний.
Себестоимость биобензина ниже, чем себестоимость высокооктанового нефтяного бензина, что будет эффективно стимулировать производство и потребление нового вида биотоплива.
Таким образом, нет ни технических, ни экономических препятствий для продвижения биобензина на рынок топливных материалов. Содержание биобензина в топливно-энергетическом балансе будет определяться только одним фактором – сырьевым потенциалом.
Организация производства биобензина позволит сохранить все спиртзаводы Украины, увеличить объемы перерабатывамой мелассы, что станет стимулом и для сахаропроизводителей, и для свеклосеющих хозяйств.
При условии увеличения объемов производства сахара и связанного с этим роста запасов мелассы, а также при более полной загрузке производственных мощностей спиртзаводов, ежегодный суммарный выпуск этилового спирта из патоки и мелассы составит 70 млн. декалитров. Из этого количества этилового спирта может быть изготовлено ежегодно 500 тыс. тонн биобензина.
Это даст заметное поступление биотоплива в топливно-энергетический баланс страны.
В результате создания мощностей по производству биобензина из этилового спирта Украина может стать одним из крупнейших в Европе производителей экологически чистого бензина.
Вторым источником растительного сырья может быть биомасса сельскохозяйственных культур, специально выращиваемых для производства биотоплива.
Проект предусматривает использование в качестве сахаросодержащего сырья в производстве этилового спирта сахарного сорго.
Сахарное сорго – это засухоустойчивая, неприхотливая зерновая культура, отличающаяся высокой отзывчивостью на орошение. Сахарное сорго является источником сахарного сырья. В соке ряда сортов и гибридов содержится 19-24% сахара.
В Селекционно-генетическом институте УААН (г.Одесса) созданы высокотехнологичные сорта сахарного сорго, обладающие рекордной урожайностью.
Почвенно-климатические условия Украины исключительно благоприятны для выращивания сахарного сорго.
Высокоурожайные гибриды сахарного сорго в суходольных условиях обеспечивают урожай до 80 т/га зеленой массы, а при орошении за 2-3 укоса до 150 т/га.
Выход сока из зеленой массы составляет 70-85%, средний выход сахара, достигнутый в условиях сельскохозяйственных предприятий, составляет 17 т/га. Из произведенного сахара при его дальнейшей переработке было получено этилового спирта в количестве 12,2 тонны, из которого можно изготовить 8,0 тонн биобензина.
Выход сахара с одного гектара площади, засеянной посевами сахарного сорго, в 5 раз превышает аналогичный показатель для свеклы.
Себестоимость производства сахара и этилового спирта из сахарного сорго значительно ниже, чем из свеклы.
Украина без ущерба для производства продовольствия может передать на энергетические нужды 500 тыс. га сельскохозяйственных площадей.
Это количество площадей, занятых под возделывание сахарного сорго, позволит производить биобензин в количестве 4,0 млн. тонн в год.
Использование сахарного сорго с высоким содержанием сахаров в качестве исходного материала для биотехнологического производства этилового спирта и одновременного получения кормовой биомассы позволяет организовать в Украине крупнотоннажное производство экологически чистого биобензина.
Удельные затраты на выращивание сахарного сорго составляют 1200 грн. на один гектар площадей.
Настоящий проект представляет особый интерес для Крыма, Одесской области и других областей юга Украины, где расположено множество винзаводов ныне не имеющих сырьевой базы. Такие заводы есть практически во всех районах. Их перерабатывающее оборудование можно использовать для переработки сахарного сорго в этиловый спирт, винохранилища и спиртохранилища можно использовать для хранения концентрированного соргового сока и этилового спирта.
Посевы сахарного сорго целесообразно разместить вокруг винзаводов первичного виноделия, на которых можно производить сорговый сахарный сироп для длительного хранения.
Производство этилового спирта можно сконцентрировать на заводах, где есть ректификационные колонны (коньячное и кальвадосское производство).
В 2004г. мощности спиртзаводов Украины были использованы только на 38,6%. Этот показатель говорит о том, что спиртзаводы имеют значительный объем неиспользованных мощностей, которые могут быть загружены переработкой сахарного сорго в этиловый спирт.
Третьим источником растительного сырья могут быть растительные отходы сельского хозяйства и лесной промышленности. Современные биотехнологии ферментативного гидролиза позволяют извлекать глюкозу практически из любых растительных отходов.
К отходам переработки сельскохозяйственных культур, которые экономически рентабельно перерабатывать в гидролизный спирт, следует отнести следующие растительные отходы: солома зерновых, зерно-бобовых и масленичных культур, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, отруби, мездра, рисовая, гречневая, просяная и сорговая шелуха, отходы виноделия, костра, обрезь веток фруктовых деревьев и виноградной лозы.
К отходам лесного производства, имеющим в Украине промышленное значение, могут быть отнесены следующие: растительные отходы от лесозаготовок, щепа, опилки, стружки, неделовая древесина, обрезь пиломатериалов.
По оценкам специалистов Украина располагает не утилизируемыми растительными отходами в объеме 6 млн. тонн в год.
Это значительный объем растительных отходов, из которых может быть произведено 15 млн. декалитров гидролизного спирта, который будет преобразован в 1,0 млн. тонн биобензина.
Технология химической конверсии целлюлозосодержащего сырья в сахаристые вещества, широко распространенная на практике, предполагает перколяционный гидролиз целлюлозосодержащих материалов горячей разбавленной серной кислотой при температуре 150-180C и при избыточном давлениии 2,5 — 3,0 кгс/см2.
Основными недостатками процесса перколяционного гидролиза древесины являются образование крупнотоннажного отхода – лигнина и низкое качество гидролизата.
Перколяционный гидролиз представляет собой довольно сложный технологический процесс, состоящий из большого количества стадий и технологических операций, требующих применения металлоемкого и сложного оборудования.
Перколяционный гидролиз отличается высокой энергоемкостью и трудоемкостью, что существенно снижает экономическую эффективность гидролизного производства.
Учитывая указанные выше недостатки перколяционного гидролиза целлюлозосодержащих материалов, настоящий проект предусматривает в производстве гидролизного спирта использовать технологию биоконверсии целлюлозосодержащих отходов сельскохозяйственных и лесоперерабатывающих предприятий.
Группа ученых, специализирующихся в области микробиологии и биотехнологии, создала комплексную малоотходную технологию биоконверсии целлюлозы в сахара.
Это принципиально новая технология получения глюкозы из не пищевых источников, таких как древесина и травянистые растения, запасы которых велики и постоянно возобновляются естественным путем, а также различные целлюлозосодержащие отходы.
Создан непрерывный промышленный процесс деградации целлюлозы до глюкозы способом биоконверсии возобновляемого растительного сырья в биотопливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности.
Комплексная малоотходная технология биоконверсии целлюлозосодержащих материалов представляет собой микробиологическое производство, включающее две основные взаимосвязанные стадии превращения целлюлозы растительного сырья в готовые продукты:
-ферментативный гидролиз с получением глюкозного сиропа;
-микробиологический синтез ферментов целлюлаз на отходах ферментативного гидролиза с получением ферментного препарата для стадии ферментативного гидролиза и целлюлазного ферментного препарата.
Непрерывный технологический процесс ферментативного гидролиза глюкозы из целлюлозосодержащих материалов в CATCH – реакторах с авторегенерацией ферментов, отличается высокой производительностью и низкой энергоемкостью, что позволяет использовать новую технологию в качестве базовой для технического переоснащения гидролизного производства.
Кроме глюкозного сиропа в результате биоконверсии получают целый ряд других ценных продуктов, основными из которых являются хлебопекарские дрожжи, белковые корма, удобрения и другие продукты микробиологического синтеза.
Глюкозный сироп является полупродуктом, который по технологии микробного синтеза преобразуется в гидролизный спирт.
Гидролизный спирт в плазмохимическом реакторе, подвергается дегидратации и преобразуется в биобензин.
Ферментативное превращение целлюлозы перспективно не только с точки зрения создания новых малоотходных технологий производства биотоплива, но с позиций снижения экологической опасности различных сельскохозяйственных и деревообрабатывающих производств, перерабатыващих растительное сырье и образующих большое количество отходов.
Биоконверсия отходов предприятий переработки сельскохозяйственного сырья и лесопромышленных предприятий в биотопливо является новой технологией, не имеющей аналогов в отечественном и зарубежном производствах.
Основные технологические процессы новой технологии исследованы и испытаны на пилотных установках.
Предлагаем заинтересованным компаниям создать в Украине промышленное производство биобензина из растительного сырья.

Комментарии закрыты.

mabinogi undertale here