Научный журнал
Научное обозрение. Педагогические науки
ISSN 2500-3402
ПИ №ФС77-57475

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПИРОЛИЗ В ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА И НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ В ХИМИЧЕСКУЮ ПРОДУКЦИЮ

Шитиков Н.В. 1 Нисковская М.Ю. 1
1 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»
Окислительный пиролиз в технологии совместной переработки отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в нефтехимическую продукцию с использованием методов механохимической, акустической и электромагнитной активации для подготовки композитного сырья. Был проведен аналитический обзор литературы и патентные исследования показали, что имеется большой опыт крупномасштабного промышленного использования окислительного пиролиза. Сравнительная оценка эффективности различных вариантов указанных технологий позволила сделать вывод, что известные технологические решения и методы разработаны только для переработки отдельно или нефтяных остатков, или растительного сырья. Изучение видов пиролиза и выбор наиболее оптимальных условий проведения пиролиза в технологии совместной переработки отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в нефтехимическую продукцию. В данной технологии окислительный пиролиз является основным способом получения синтез-газа, пригодного для синтеза продуктов нефтехимии. На основе результатов прикладных научных исследований будут проводиться экспериментальные исследования, направленные на подбор оптимальных условий и режимов процессов подготовки и переработки композитного сырья в синтез-газ с последующей его конверсией в ценные химические продукты. Также проведенные теоретические исследования позволили разработать предварительную технологическую схему окислительного пиролиза.
нефтесодержащие отходы
нефтехимическая продукция
нефтяные остатки
растительные отходы
акустическое излучение
газификация
электромагнитное излучение
синтез-газ
механоактивация
пиролиз
конверсия
синтез
исследования
акустическая активация
электромагнитная активация
1. Ясьян Ю.П., Косулина Т.П., Нисковская М.Ю. Совместная переработка отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию // Инновационные пути решения актуальных проблем природопользования и защиты окружающей среды: материалы докладов Международной научно-технической конференции, Алушта, 04–08 июня 2018. – С. 212–217.
2. Передерий С. – ЛесПромИнформ. – 2013. – № 6. – С. 152–156.
3. Золотухин В.А. – Сфера Нефтегаз. – 2012. – № 4. – С. 70–75.
4. Гориславец С.П. Пиролиз углеводородного сырья / С.П. Гориславец, Д. Н. Тменов, В.И. Майоров; АН УССР, Ин-т газа. – Киев: Наук. Думка, 1977. – 307 с.
5. Рахманкулов Д.Л., Вильданов Ф.Ш., Николаева С.В., Денисов С.В. Успехи и проблемы производства альтернативных источников топлива и химического сырья. Пиролиз биомассы // Башкирский химический журнал. – 2008. – Т. 15; №2. – С. 36–52.

С развитием химической промышленности увеличилась потребность в химической продукции, а вместе с ней и необходимость в расширении ресурсно-сырьевой базы. Основным сырьем для нефтехимической промышленности служат продукты переработки нефти и газа. Поскольку запасы нефти в природе достаточно ограничены, ведется поиск путей расширения сырьевой базы нефтехимии и нефтепереработки за счет вовлечения биомассы – возобновляемого сырья растительного происхождения.

Целью исследования является разработка технологии совместной переработки углеродсодержащего сырья растительного происхождения и углеводородсодержащего сырья нефтяного происхождения в синтез-газ с последующей его конверсией в ценные химические продукты. В качестве углеводородсодержащего сырья нефтяного происхождения для исследований были выбраны тяжелые нефтяные остатки – мазут и гудрон, в качестве углеродсодержащего сырья растительного происхождения – растительные отходы агропромышленного комплекса (стержни кукурузных початков и лузга подсолнечника). Использование композитного сырья позволит получить высококалорийный синтез-газ с высоким значением соотношения Н2/СО, пригодный для синтеза на его основе таких продуктов нефтехимии, как спирты, олефины, ароматические углеводороды и другие.

Основные стадии разрабатываемой технологии совместной переработки углеродсодержащего сырья растительного происхождения (УССРП) и углеводородсодержащего нефтяного сырья (УВСНС) представлены на рис. 1.

Первая стадия состоит в подготовке сырья с использованием методов волнового (комбинированного электромагнитного и акустического) воздействия и механоактивации. Полученное подготовленное сырье представляет собой растительно-нефтяную суспензию однородного состава, обладающую повышенной активностью к химической и физической деструкции с целью его дальнейшей переработки.

Вторая и третья стадии разрабатываемой технологии – газификация и пиролиз – термодеструктивные процессы переработки подготовленного сырья.

Четвертая и пятая стадии представляют собой каталитические процессы получения ряда нефтехимической продукции конверсией синтез-газа и метанола [1].

shitik-1.tif

Рис. 1. Стадии разрабатываемой технологии совместной переработки углеродсодержащего сырья растительного происхождения (УССРП) и углеводородсодержащего нефтяного сырья (УВСНС)

Синтез-газ является одним из важнейших сырьевых ресурсов нефтехимической промышленности. В зависимости от соотношения основных компонентов СО и Н2 он может рассматриваться как топливный газ различной калорийности, а также как сырье для получения ценных нефтехимических продуктов. К традиционным способам производства синтез-газа относятся газификация угля, конверсия метана и парциальное окисление углеводородов. Рост нефтехимии обусловливает необходимость расширения сырьевой базы и вовлечения альтернативных источников углерода. В этом отношении значительную актуальность представляет возможность рационального использования многотоннажных некондиционных ресурсов, таких как, тяжелые нефтяные остатки, нефтешламы, а также бытовые и сельскохозяйственные отходы.

Проведенные аналитический обзор литературы и патентные исследования показали [2, 3], что имеется большой опыт крупномасштабного промышленного использования таких технологий деструктивной переработки углеродного сырья, как газификация и пиролиз. Сравнительная оценка эффективности различных вариантов указанных технологий позволила сделать вывод, что известные технологические решения и методы разработаны только для переработки отдельно или нефтяных остатков, или растительного сырья. Отсутствие данных о технологиях, позволяющих совместить переработку нефтяных остатков и растительного сырья в едином технологическом цикле, обусловливает целесообразность самостоятельного проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Современные технологии процесса пиролиза могут быть разделены по следующим основным характерным признакам: скорость нагрева (быстрый, медленный пиролиз); среда, в которой происходит пиролиз (вакуумный, гидропиролиз, метанопиролиз). Характеристики основных технологий пиролиза обобщены в таблице [4].

Характеристики основных технологий пиролиза

Характеристики

Быстрый пиролиз, низкие температуры

Быстрый пиролиз, высокие температуры

Медленный пиролиз

Карбонизация

Время процесса

1 с

5–30 мин

часы, дни

Размер сырья

малый

малый

средний

большой

Влажность сырья

очень низкая

очень низкая

низкая

низкая

Температура, °С

450–600

650–900

500–700

400–600

Давление, кПа

100

10–100

100

100

Газ:

       

выход, % массы сухого сырья

до 30

до 70

до 40

до 40

теплота сгорания, МДж/нм3

10–20

10–20

5–10

2–4

Жидкость:

       

выход, % массы сухого сырья*

до 80

до 20

до 30

до 20

теплота сгорания, МДж/кг

23

23

23

10–20

Твердое вещество:

       

выход, % массы сухого сырья

до 15

до 20

20–30

30–35

теплота сгорания, МДж/кг

30

30

30

30

* Количество жидкости с учетом воды реакции и влаги сырья

В настоящее время быстрый пиролиз утвердился как технология прямой термохимической конверсии биомассы со значительным потенциалом, особенно для высокого выхода жидкого топлива и химических продуктов [5]. Этот тип пиролиза используется для получения максимального количества либо газа, либо жидкости в соответствии с установленной температурой процесса. Низкотемпературный быстрый пиролиз позволяет максимизировать долю жидкого продукта. Анализ результатов пиролиза биомасс показывает, что наиболее близким с точки зрения основных параметров – вида сырья, условий процесса, особенностей продуктов, которые должны быть получены, является технология быстрого низкотемпературного пиролиза, поэтому она принята за прототип в настоящей работе.

Проведенные теоретические исследования позволили разработать предварительные технологические схемы отдельных стадий разрабатываемой технологии совместной переработки УССРП и УВСНС.

Предварительная технологическая схема процесса окислительного пиролиза сырья представлена на рис. 2. Пиролиз позволяет получать наряду с синтез-газом смолу пиролиза, которая может использоваться как сырье для производства полициклических ароматических углеводородов, технического углерода, полимерных смол.

shitik-2.tif

Рис. 2. Предварительная технологическая схема окислительного пиролиза сырья с получением смолы пиролиза и синтез-газа: 1 – подача сырья; 2 – окислительный пиролиз сырья; 3 – подача подвода тепла (нагрев до 500°–800°C); 4 – подача воздуха; 5 – сбор золы; 6 – охлаждение газов окисления; 7 – отвод тепла (охлаждение до 20°C); 8 – сепарация; 9 – сбор смолы пиролиза; 10 – очистка синтез-газа фильтрованием; 11 – отвод тепла (охлаждение до 60°C); 12 – вывод синтез газа

Сырье, представляющее собой подготовленную активированную смесь растительного сырья и нефтяных остатков, подается на окислительный пиролиз, где за счет подачи воздуха происходит окислительная конверсия органической массы. Аппаратурное оформление процесса должно обеспечить оптимальную температуру (500–800°С) за счет организации подвода тепла и самостоятельного выделения тепла в ходе процесса окисления, а также сбор побочного продукта – золы. Процесс окислительного пиролиза проводится при атмосферном давлении.

Образующиеся газы окисления подвергаются охлаждению до температуры 200°C и после этого поступают на сепарацию, где происходит осаждение и накопление смолы пиролиза. Далее газообразные продукты реакции направляются на очистку фильтрованием с целью отделения от них твердых частиц. При этом также осуществляется доохлаждение газов до температуры 60°C.

Полученный газообразный продукт представляет собой очищенный синтез-газ, который может служить сырьем для получения разнообразной нефтехимической продукции.

Результаты, полученные на первом этапе прикладных научных исследований, служат основой для проведения дальнейших экспериментальных исследований, направленных на подбор оптимальных условий и режимов процессов подготовки и переработки композитного сырья в синтез-газ с последующей его конверсией в ценные химические продукты.

Работы проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России (Уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57417X0138; Номер соглашения 14.574.21.0138).


Библиографическая ссылка

Шитиков Н.В., Нисковская М.Ю. ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПИРОЛИЗ В ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА И НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ В ХИМИЧЕСКУЮ ПРОДУКЦИЮ // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 3-3. – С. 110-114;
URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2021 (дата обращения: 20.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074