+7 (499) 322-30-47  Москва

+7 (812) 385-59-71  Санкт-Петербург

8 (800) 222-34-18  Остальные регионы

Бесплатная консультация с юристом!

Технология и оборудование для производства биотоплива 2019 год

И нефть, и газ считаются невосполнимыми ресурсами, поскольку восстановление их запасов занимает целые геологические эпохи. Сегодня мы исследуем те возможности, к которым начинают присматриваться основные потребители энергоресурсов: производство биотоплива из древесных отходов, растительного сырья и даже канализационных стоков.

На фото — пеллеты, вид биотоплива из древесины, завоевывающий популярность в нашей стране.

Если коротко — это та органика, которая:

  1. Обходится дешево;
  2. Может гореть с выделением большого количества тепла.

В эту категорию попадают самые разные вещества:

  • Жидкое биотопливо представлено этиловым, бутиловым и метиловым спиртами, диметиловым эфиром и биодизелем — горючими органическими жирами.

Полезно: название происходит от основного потребителя — дизельных двигателей.

Дизель способен работать на жирах так же, как двигатель внутреннего сгорания — на спиртах, горючих газах и эфире.

Собственно, правильное название дизтоплива — соляровое масло. При нормальном давлении и комнатной температуре добиться его воспламенения довольно трудно.

  • Твердое биотопливо — это и привычные нам дрова, и пеллеты — топливные гранулы из опилок, и торфяные брикеты, и даже солома и щепа.
  • Газообразные виды биотоплива — метан, водород и так называемый биогаз — смесь метана и CO2, выделяемая при брожении органических отходов.

В этих цистернах органические отходы превращаются бактериями в биогаз.

Старая пословица «пока гром не грянет, мужик не перекрестится» исчерпывающе описывает ситуацию с использованием ископаемых энергоресурсов нынешней цивилизацией. Добыча и переработка нефти обеспечивает сверхприбыли, отказываться от которых во имя туманных идей экологии и светлого будущего никто не спешит.

Автомобили так же, как и сто лет назад, жгут литрами бензин; ТЭЦ работают на мазуте; все перспективные разработки в области разработки альтернативных источников энергии скупаются крупными корпорациями и ложатся под сукно; проекты, которые не удается купить, всеми силами дискредитируются.

Однако не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что нефтяное изобилие продлится недолго. Мировые запасы нефти закончатся в ближайшие полвека, и человечество столкнется с неизбежным энергетическим голодом.

Выходы из предсказуемого тупика очевидны:

    Использование для получения энергии восполнимых ресурсов — геотермальной энергии, солнца (см. солнечное отопление) и ветра. Идея хороша; но есть несколько «но».

Энергетические установки всех соответствующих типов очень дороги; ветряки и гелиосистемы, кроме того, занимают огромные площади, а их эффективность непредсказуема — все определяется погодой.

Кроме того, накопленную энергию трудно, условно говоря, взять с собой в дорогу: существующие аккумуляторы при разумной массе обеспечивают автомобилям слишком маленький пробег, несопоставимый с традиционными машинами на бензине.

Пейзаж, типичный для Германии, где государственная стратегия развития предусматривает использование энергии из экологически чистых источников.

    Поиск альтернативных источников высокопотенциальной энергии. Самым глобальным из доступных общественности является проект строящегося во Франции ИТЭР — экспериментального термоядерного реактора.

Однако пока что термоядерная энергетика не может решить базовую проблему: расходы энергии на удержание плазмы в магнитной ловушке почти не уступают полезному выходу существующих прототипов реакторов.

Открытия в области холодного термоядерного синтеза успешно закиданы банановой кожурой под взмахи дирижерской палочки нефтяных корпораций.

Другие альтернативные источники энергии, периодически упоминающиеся в прессе, пока что далеки от практического воплощения — то ли из-за сознательной информационной блокады, то ли из-за инертности мышления государственных структур. Причем не только российских. Третий путь не означает никаких революций в технологии и, соответственно, в экономике. Автомобили по-прежнему используют дизеля и двигатели внутреннего сгорания; ТЭЦ так же коптят небо.

Но в топках и цилиндрах горит топливо, воспроизводство которого занимает не миллионы лет, а считанные годы — продукты переработки растительного и животного сырья.

Грех спорить: жечь лес в топке — варварство. Хорошая новость — в том, что многие виды деревьев растут очень быстро.

Какова динамика производства биотоплива? Как растет его потребление?

В 2007 году суммарный объем произведенного во всем мире жидкого биотоплива составил 54 миллиарда литров. Если оценивать литраж потребления, впрочем, цифры не выглядят столь уж внушительно: это всего 1,5 процента от общего потребления жидкого горючего всех типов.

Любопытно, что на тот момент большей частью произведенного биотоплива был этанол: 46 миллиардов литров. Крупнейшие производители — США и Бразилия. На их долю пришлось 95% мирового производства.

К 2010 году, однако, доля этих стран снизилась до 90%, а общее производство жидкого биотоплива выросло до 105 миллиардов литров. 86 из них — этиловый спирт, остальное — биодизель.

Европа ставит целью к 2020 году перевести на альтернативные источники энергии 10% транспорта. В Швеции существует три сотни заправок, где можно заправлять дизельные машины… сосновым маслом. 8 марта 2013 годы был выполнен первый трансатлантический авиарейс на биотопливе.

Приведем голые факты без какой-либо их оценки.

  • Экспорт Россией биотоплива (прежде всего соломы, жмыха и щепы) на 2010 год составил 2,7 миллиона тонн. При этом в стране потреблялось всего 20% от произведенного биотоплива всех типов.
  • К концу 2013 года в России планируется запустить 50 электростанций на биогазе. Суммарная мощность всех, однако, составит всего 120 мегаватт.

Для сравнения — печально прославившаяся электростанция Фукусима в Японии на момент аварии имела суммарную мощность шести энергоблоков в 4,7 гигаватта.

Общую тенденцию показывает график. Собственно, у человечества просто нет альтернатив.

Разумеется, ни одно явление в современном мире не может быть только позитивным или негативным. В чем подвох в случае биотоплива?

Теневая сторона его производства касается, прежде всего, использования растительного сырья.

Огромные площади, занятые так называемыми энергетическими (предназначенными для сжигания) лесами, кукурузой для производства этанола, рапсом, из которого выжимают масло для дизелей, отнимаются у производителей пищевой продукции.

По оценке экспертов, общее количество голодающих в мире в ближайшее десятилетие возрастет до 1,2 миллиарда человек именно из-за растущего спроса на биотопливо.

Нюанс: производство метана, водорода и биогаза из отходов — тот редкий случай, когда ни экологии, ни экономике стран — производителей не наносится никакого вреда.

Безвестный художник очень наглядно показал пользу от переработки биологических отходов.

Давайте полюбопытствуем, как производятся наиболее популярные виды топлива из растительного сырья. Перечислить все применяющиеся технологии в рамках одной статьи нереально, поэтому затронем самых ходовые типы горючего.

Так называются топливные гранулы из прессованных опилок, которые позволяют автоматизировать подачу топлива в котел и дают при сгорании несколько больше тепла по сравнению с дровами.

Их производство не требует сложного оборудования; однако строить мини-завод по их изготовлению своими руками явно не стоит. При устоявшемся уровне цен на пеллеты и на необработанную топливную древесину производство может окупить себя только при больших объемах.

Как работает установка по производству биотоплива этого типа?

  1. Бревно очищаются от коры на окорочном станке.
  2. Щепорубочная машина превращает их в мелкую щепу.
  3. Молотковая мельница превращает щепу в мельчайшие опилки.
  4. Опилки просеиваются, неразмолотая щепа удаляется.
  5. Барабанная сушилка удаляет из опилок лишнюю влагу.
  6. Наконец, пресс превращает их в гранулы.
  7. Физико-химические изменения, делающие гранулы прочными, происходят при их охлаждении. Негранулированные опилки отсеиваются и отправляются на повторную переработку.

Более популярно, однако, производство пеллет не по полному циклу, а из готовой щепы или опилок.

Отходы деревообработки — оптимальное сырье для производства пеллет.

Что это такое — мы уже упоминали в начале статьи. Как работает завод по производству биотоплива из обычного растительного масла?

Суть производства — в удалении из растительного жира молекул глицерина, придающего ему недопустимую в двигателях вязкость, и замещение его молекулами спирта. Правильное название этого процесса — этерификация.

Инструкция по изготовлению биодизеля примерно такова:

  1. Масло (льняное, подсолнечное, рапсовое — это безразлично) смешивается со спиртом (этиловым или метиловым) и катализатором — соответственно этиловым или метиловым эфиром. Смесь тщательно перемешивается.
  2. Отстоявшаяся смесь расслаивается. В верхней части емкости остается собственно биодизель — текучая жидкость цвета меда, снизу более вязкий и темный глицерин. Между ними — слой готового к применению жидкого мыла, которое тоже можно использовать.
  3. Последний этап — осушение (в растительном масле довольно велико содержание воды). Для этого в биодизель добавляется сульфат магния, поглощающий воду; затем он отфильтровывается обычным тонким механическим фильтром.

Цена получившегося продукта определяется, прежде всего, себестоимостью растительного сырья. Закупать растительное масло ради производства дизтоплива – идея, по меньшей мере, странная уже потому, что соляровое масло стоит куда дешевле.

Полезно: биодизель более химически агрессивен по сравнению с соляровым маслом. Он сокращает ресурс сальников, резиновых прокладок, довольно быстро забивает топливные фильтры и уже поэтому является источником энергии, скажем так, неоднозначным.

Схема производства биодизеля из рапса по полному циклу.

Оборудование для производства биотоплива этого типа представляет собой весьма производительный и эффективный… самогонный аппарат. Сама технология производства мало изменилась за последние десятилетия, разве что ассортимент сырья заметно расширился.

Знаменитый Остап Бендер говорил измученным сухим законом американцам, что гнать самогон можно даже из обыкновенной табуретки, и предлагал поделиться рецептом табуретовки.

Из чего производят этанол для технических нужд без малого век спустя после описанной в «Двенадцати стульях» эпопеи?

  • Большая часть биоэтанола производится, как уже говорилось, в Бразилии — из сахарного тростника и в США — из кукурузы. Очевидно, уроки Остапа запомнились и нашли применение в государственном масштабе.
  • Клубни маниока, растения, которое в больших количествах выращивают Китай, Тайланд и Нигерия — тоже очень перспективное сырье. Главное его достоинство — простота и технологичность производства, а раз так — то и дешевизна.

Если верить Википедии, стоимость производства из маниоки спирта, соответствующего по топливной эффективности баррелю (159 литров) нефти — всего 35 долларов. Баррель сырой нефти на мировом рынке стоит примерно втрое дороже.

Производимый из этих клубней спирт намного дешевле сырой нефти

    Наконец, целлюлоза, получаемая из опилок, соломы и прочих отходов древесно-растительного происхождения — источник биоэтанола почти неисчерпаемый.

Однако из-за относительной сложности производства в настоящее время он считается экономически неоправданным.

Что же, подождем дальнейшего роста цен на нефть. Возможно, в обозримом будущем и правда представится возможность заправить машину табуретовкой…

Что с технологией производства биотоплива в домашних условиях?

Ну что вы, в самом деле, после указа 1985 года в нашей стране даже спрашивать про такое смешно…

  • Измельченное растительное сырье с добавкой дрожжей проходит процесс брожения, в результате чего получается брага с содержанием спирта не больше 15 процентов. При большей концентрации дрожжевые бактерии гибнут.
  • Отфильтрованная брага проходит ректификацию: нагревается в ограниченном объеме. При этом легкие фракции (прежде всего этанол) возгоняются первыми. Затем спиртовые пары конденсируются в непрерывно охлаждаемом змеевике (или аналогичном по функциональности устройстве).

При промышленных объемах вместо традиционных дрожжей применяются продукты биоинженерии — искусственные ферменты глюкамилаза или амилосубтин.

Технология со времен Остапа не изменилась.

Если вы обдумываете идею перевести свою машину на другой вид топлива — лучше учесть, что без адаптации серийный ДВС может гарантированно работать на спирто-бензиновой смеси, содержащей не больше 10 процентов спирта. Впрочем, встречаются свидетельства беспроблемной работы двигателей и при соотношении 40/60.

Возможно, дополнительную полезную информацию вы сможете извлечь из видео в конце статьи. Успехов!

Технология производства разных видов биотоплива

В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов лежит процесс прессования измельченных отходов древесины, соломы, лузги и др.

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.

Способы расфасофки топливных гранул

• В свободном виде — насыпью
Подразделяется на две группы:
— Первая идет на крупные ТЭЦ, требования по качеству невысокие, цена также небольшая: промышленные пеллеты.

— Вторая — высокого качества для котлов небольшой мощности и дальнейшей фасовки в мелкую упаковку, требования высокие, цена также достаточно высокая.

• Фасовка в биг-бэги
Фасовка в биг-бэги применяется для индустриальной транспортировки сыпучих продуктов. Биг-бжги изготавливаются из прочного полимера, имеют петли для механизации погрузо-разгрузочных работ, а также позволяют сохранять постоянную требуемую влажность ДТГ при открытом складировании. Цена ДТГ в биг-бэгах выше, чем при доставке насыпью.

• Мелкая расфасовка
Самая дорогая группа. Цены на гранулы в мелкой расфасовке наиболее высокие, и превышают 200 Евро за тонну. К данной группе ДТГ предъявляются повышенные требования по качеству. Очень удобна для тех заказчиков, кто не может иметь склада для хранения в насыпном виде. Перевозится на паллетах (поддонах). Массой до одной тонны. На снимках показаны варианты транспортного пакета и мешка 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

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.
(Выдержки из справочника «Древесные топливные гранулы в России и СНГ» под ред. Ракитовой О., СПб. 2005)

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.
Цилиндрические брикеты
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.
Экструдерные брикеты
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.
Брикеты в виде кирпичика

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.

Дата публикации: 8 декабря 2014

Альтернативные источники энергии отличаются экологичностью и возобновляемостью, а в некоторых случаях и бесконечностью, как, к примеру, солнечная энергия или энергия движения воздушных масс. Биотопливо относится к возобновляемым и экологически чистым источникам энергии. Оно представляет собой продукт биологического происхождения, твердый, жидкий или газообразный. Изготовление и применение биотоплива на базе собственного хозяйства позволяет получить автономию от покупных энергетических источников, а заодно и решить проблему утилизации разнообразных органических отходов, начиная от содержимого выгребной ямы и заканчивая сорняками, удаленными с грядок.

В использовании биологического топлива есть свои минусы и одним из них является высокая стоимость, которую требует производство биотоплива. При решении организовать получение энергии из биосырья, необходимо просчитать, сколько средств уйдет на строительство завода по производству топлива, сколько будет стоить оборудование, сколько можно будет иметь прибыли, и какова будет экономия потребителей при использовании биотоплива. Практика показывает, что завод, выпускающий биотопливо, довольно рентабелен, если налажен сбыт продукции потребителям.

Пеллеты, топливные гранулы, как и топливные брикеты, производятся из опилок, других древесных отходов, шелухи подсолнечника, соломы. Растительная масса помещается в биоустановки, то есть емкости, где происходит измельчение. Получается практически мука из отходов растительного производства. Эта масса поступает в сушилку, где выпаривается жидкость. Именно этот процесс подготавливает массу к качественной прессовке.

В прессе-грануляторе при сжатии растительной муки повышается температура массы. В растительных частицах содержится лигнин, по составу схожий со смолой. Он растапливается и склеивает высушенные частички растений, получаются гранулы того размера, который задан при настройке оборудования.

Для гранулирования используют специальные пресс-формы, так называемые кольцевые штампы. Они вращаются с помощью роторных вальцов, и при вращении растительная масса поступает в круглые отверстия пресс-формы, то есть в фильеры. Схема аппарата напоминает обычную мясорубку с ножом, который снаружи срезает цилиндрики гранул.

Это простое описание технологии, которое завершается охлаждением и упаковкой. Объем одной упаковки минимум 2 кг, но каждый завод, как правило, продает гранулы и врассыпную, это удобно покупателям – промышленным предприятиям.

Технология изготовления топливных брикетов во многом напоминает производство пеллет. Различие в форме готового продукта. Отходы сельскохозяйственного и деревообрабатывающего производства также мелко рубятся и при высоком давлении прессуются.

Некоторые виды сырья для производства брикетов необходимо нагревать до очень высокой температуры – до 350 градусов. В древесном сырье очень много лигнина, поэтому прессование идет отлично. При использовании однолетних растений лигнина не хватает, поэтому производство топливных брикетов из соломы идет с добавлением связующих веществ.

При высокой температуре больше всего оплавляется поверхность брикетов, что делает их прочными. Это очень важно, так как транспортировка может существенно травмировать биотопливо.

Цилиндрические брикеты получают с помощью ударных механизмов, длина производимых брикетов может быть бесконечна, нарезка на куски производится по желанию. Различают цельные брикеты и брикеты с отверстием внутри. Плотность прессовки очень высока, близка к каменному углю. Объем произведенного брикета в 10 раз меньше, чем объем первоначального сырья, взятого для производства.

Биогаз, как биотопливо, очень ценный продукт, который существенно удешевляет обычное топливо и делает его экологически более безопасным и чистым. Процесс производства биогаза – это создание условий, в которых без доступа воздуха идет разложение биологических отходов при помощи биобактерий.

Производство биотоплива — биогаза требует специального устройства. Первый этап – измельчение сырья. Определенное количество соломы, шелухи, опилок и пр. поступает в реактор, то есть резервуар, в котором оно нагревается. К этому резервуару идет специальный загрузчик, иногда используется насосная установка. Все оборудование серьезно утеплено для сохранения температуры внутри. Измельчение и периодическое перемешивание осуществляется вмонтированными миксерами. Изготавливается установка из железобетона, иногда используется сталь со специальным устойчивым покрытием.

Внутри реактора создается питательная для бактерий среда, то есть туда помещаются растительные отходы производства. А вырабатывают бактерии биогаз. Итак, для производства биологического газа требуется растительное сырье, тепло (до +38 градусов), и перемешивание миксером. Образующийся газ поступает в газгольдер, там он очищается и затем транспортируется к котлу потребителя или на электрогенератор. Доступ воздуха в реактор перекрыт, поэтому никакой опасности взрыва не существует.

Описание технологии с использованием птичьего помета или навоза несколько отличается, оно включает дополнительную фазу фильтрации.

Промышленная технология получения биоэтанола предполагает переработку растительного сырья, которое очень похоже на производство обычного спирта. Первая стадия процесса – подготовка сырья, его измельчение. Главное условие для гарантии успешного получения биоэтанола – высокое содержание крахмалов в сырье. Именно поэтому для биоэтанола лучше всего подходят злаковые культуры. После измельчения сырье подвергается ферментации, то есть крахмалы расщепляются при взаимодействии с дрожжами. Получается спирт, в отходы идут сивушные масла и барда. Последняя используется в изготовлении кормов.

Качество производства биоэтанола и сходного с ним биобутанола постепенно повышается, так как ученые выводят все новые виды бактерий, которые улучшают и удешевляют процесс производства. Преимущество такого биотоплива – легкость хранения, не требуется специальное оборудование для транспортировки, так как биоэтанол не смешивается с водой.

Мини-завод по производству биодизеля

Биодизель производится также из растительного сырья при помощи реакции переэтерификации. Растительное масло или жир под воздействием катализатора превращается в эфир метила. Производство биодизеля предполагает использование масел рапса, сои и некоторых других растений. Основная задача технологов в этом процессе – правильно подобрать катализатор. Тогда реакция идет быстрее и на выходе получается качественный биодизель. На данный момент уже освоена технология получения биодизеля не только из соломы, но и из древесного сырья, из опилок и щепы.

На крупных заводах применяется самая современная технология производства биодизеля, в корне отличающаяся от домашних способов. Вместо устаревших рекуперации и мойки топлива водой применяется струйная гидродинамическая кавитация, ультразвуковая, высокочастотная и полностью управляемая. Современные установки могут производить до 16 тысяч литров биотоплива в час! Гидродинамическая кавитация в прошлом служила только военным, и теперь нашла свое мирное применение в производстве биодизеля.

В отдельный вид биотоплива на сегодняшний день выделяется дизель из водорослей, то есть топливо третьего поколения. Для производства используют биоустановки — биореакторы, в которые в качестве питательной среды помещается двуокись углерода. Особый вид водорослей богат маслами, из которых и производится биотопливо.

Эволюция биогазовых систем:

Биоэтанол — это дегидратированный (высококонцентрированный) спирт, используемый в качестве присадки к топливу. Это готовое чистое топливо для двигателей внутреннего сгорания, которое легко смешивается с бензином .

Его изготовляют из растительного сырья по современной энергосберегающей технологии; биоэтанол способен заметно сократить выбросы парникового газа транспортными средствами, что немаловажно для климатических нагрузок. Малоуглеродистые (парниковые) выбросы являются основной целью политики внедрения биоэтанола .

С нашим оборудованием можно производить этанол из широкого диапазона крахмало- или сахаросодержащих субстратов. Диапазон сырья охватывает пшеницу, рожь, кукурузу, просо, ячмень, картофель, кассаву, сладкий картофель и побочные продукты глубокой переработки зерна, а также сахарного сорго, сахарного тростника или сахарной свеклы в виде меласс, густого сока или сиропа и, конечно же, продукты гидролиза целлюлозы .

Технология Фогельбуш по производству биоэтанола

КРАХМАЛ: Зерно и клубни подвергаются дроблению или измельчению перед их использованием в процессе. Крахмал или побочные продукты глубокой переработки зерна не требуют никакой специальной обработки и подаются непосредственно на ожижение .

САХАР: Мелассы или сахарный сироп обычно не требуют специальной обработки; их разводят, окисляют и подают на участок ферментации. В случае наличия большого количества ингибирующих веществ (влияющих на ферментацию) в субстрате, может возникнуть необходимость пастеризации и/или разделения. В редких случаях может потребоваться удалить осадок .

У обоих вариантов свои преимущества :

  • После сухого помола сырьё содержит все зерновые волокна, шелуху и пр. В качестве побочного продукта этого простого и надёжного процесса образуется сухая барда (DDGS) высокого качества .
  • На установках с мокрым помолом для производства этанола используют чистый субстрат без волокон или барды. Выход при глубокой переработке зерна выше, но барда при этом не производится .

Крахмал обрабатывают процессами ожижения и осахаривания для получения глюкозы — ферментируемого сахара. Частично-осахаренная масса охлаждается и подается на участок ферментации. Окончательный гидролиз крахмала в глюкозу происходит одновременно в ходе ферментации. Для вторичного использования воды и латентного тепла, в процессе Фогельбуш Хотмэш поток декантированной барды направляется к участку ожижения/осахаривания .

На этапе ферментации моносахариды превращаются в спирт с помощью дрожжей. Стандартный процесс ферментации Фогельбуш в производстве биоэтанола — наш усовершенствованный процесс непрерывной ферментации МУЛЬТИКОНТ .

Ферментация субстрата начинается в предварительном ферментере при заданных условиях, благоприятных для роста дрожжей. Ферментируемое сусло постепенно перетекает через несколько главных ферментеров, в процессе чего нарастает концентрация спирта. Обычно получаемая концентрация спирта в сусле составляет 13-15% об. (в зависимости от сырья). Из последнего ферментера спиртовое сусло подается в промежуточную емкость для дистилляции .

При использовании труднообрабатываемого сырья может применяться периодический процесс ферментации .

При применении некоторых неволокнистых субстратов, например, меласс или крахмального молока, можно использовать дрожжи повторно для увеличения выхода и ускорения ферментации .

Тепло, вырабатываемое во время ферментации, используется повторно с помощью внешних теплообменников, отработанный воздух из ферментеров проходит через газоочиститель для рекуперации спирта и двуокиси углерода .

Спиртовое сусло предварительно нагревается и подается в колонну дистилляции , где спирт-сырец очищается от сусла, после чего остается бесспиртовая жидкость — барда. В нескольких рядах технологических колонн спирт-сырец очищается и концентрируется до приблизительно 94%об .

Для сбережения острого пара колонны работают под разными уровнями давления так, что одна колонна нагревается головными парами другой — это и есть система Фогельбуш, известная как дистилляция под различным давлением .

Энергопотребление также можно сократить с помощью тепловой интеграции установки дистилляции, ректификации и дегидратации, снижая расход пара до 1150 кг/ 1000 л биоэтанола .

Процесс дегидратации применяется для получения безводного этанола. Стандартная технология дегидратации Vogelbusch работает за счёт процесса адсорбции с переменным давлением (PSA) с применением молекулярных сит . Таким образом, массовую долю содержания воды можно сократить до 0,05% об.

Аналитические испытания — одна из задач нашей лаборатории .

Поскольку для технологического процесса нужен только сахар или крахмал, из остальных ингредиентов сырья можно получить ценные побочные продукты .

Барда из меласс или сиропов свеклы или тростника подается непосредственно на участок выпаривания, где она концентрируется в пределах 30-65% в зависимости от назначения. Концентрированную барду (винассу) можно продавать как добавку к животному корму или удобрение либо сжигать для выработки пара для технологических нужд. Для производства биогаза концентрирования барды не требуется .

В зерновой барде содержатся белки, минералы, жиры и волокна, составляющие ценные вещества корма для животных. Нерастворимые вещества в зерновой барде отделяются в декантере и смешиваются с концентрированной бардой с участка выпаривания до того как направиться на участок сушки. Сухой продукт продается в виде порошка или гранул сухой барды с растворимыми веществами. Другой вариант, особенно подходящий для небольших заводов, это прямая продажа барды и сухого остатка из декантера. Барда также может служить непосредственным источником энергии в виде биомассного топлива для котлов или после её переработки в биогаз .

Наш инженерный подход — это ведущие в этой отрасли эксплуатационные показатели с точки зрения потребления первичных источников энергии и пресной воды :

  • Латентное тепло от переработки барды, горячий конденсат и лютерная вода снижают не только энергопотребление, но и потребность в воде в ходе подготовки сырья ;
  • Предварительная концентрация барды в испарителе дистилляционной установки снижает паропотребление на участке выпаривания ;
  • Вторичное использование паров от сушки с участка выпаривания и возврат остаточных паров в сушку (принцип замкнутой цепи) значительно снижает выбросы в атмосферу ;
  • Использование в технологических процессах и инженерных сетях конденсата и лютерной воды вместо пресной воды минимизирует расход воды и жидкие сбросы .

Энергоэффективность представляет собой испытанный, низкобюджетный способ сокращения выбросов углерода и участия в рациональном использовании природных ресурсов .

Решения, касающиеся выбора технологий сушки, зависят от типа существующих энергоносителей и их стоимости. При наличии дешевого пара, используются трубные сушилки, косвенно нагретые паром. В иных случаях применяют газовые сушилки или сушилки, работающие на легком дистиллятном топливе. Они могут быть кольцевыми или с вращающимися барабанами .

Наиважнейшими ценообразующими факторами в производстве биоэтанола являются сырьё, энергозатраты и начальные капиталовложения .

Наши современные концепции в разработке технологического процесса для заводов по производству биоэтанола оказывают большое влияние на эти носители издержек и эксплуатационную готовность предприятия. К ключевым факторам относятся :

  • Низкие инвестиционные и операционные затраты ;
  • Чрезвычайно высокий выход, концентрация и производительность ;
  • Надежная стабильная эксплуатация в течение долгого времени ;
  • Легкость в эксплуатации благодаря полной автоматизации .
  • Восстановление и повторное использование вторичной энергии от производственных потоков;
  • Тепловая интеграция на каждом этапе технологического процесса, а также в целом по заводу.
  • Рециркуляция барды ;
  • Рециркуляция лютерной воды и повторное использование конденсата вторичного пара ;
  • Повторное использование обработанной сточной воды в подготовке утилитов (напр., градирни) или для производственных нужд .

Постоянное развитие и усовершенствование нашего ноу-хау гарантирует, что вся технология является действительно передовой, а не просто очередной типовой разработкой. Фогельбуш предлагает гибкие схемы проектирования с высокотехнологичными решениями, разработанными в соответствии с требованиями заказчика, для оптимизации экономики процесса :

  • Возможность попеременного использования различных типов сырья ;
  • Совмещенное или альтернативное производство биоэтанола, технического и питьевого спирта ;
  • Соответствие точным техническим условиям (давление пара, и т.п.) и требуемому качества продукта ;
  • Учет локальных условий строительства и технического обслуживания.

Наши специалисты также могут модернизировать или переоборудовать Ваши существующие установки для расширения мощности, увеличения выхода и/или качества продукта и сбережения энергии и воды. Мы также помогаем производителям, которые хотят диверсифицировать производство и получать прибыль от побочных продуктов процесса производства спирта .

Биоэтанол можно по-разному применять в двигателях внутреннего сгорания :

Водный этанол (95% объема) содержит воду. Его можно использовать вместо бензина в машинах с модифицированными двигателями .

Безводный ( или дегидратированный) этанол не содержит воды и в нем не менее 99% чистого спирта. Его можно смешивать с обычным топливом в пропорции от 5% (E5) до 85% (E85). В настоящее время практически во всех машинах можно использовать Е5, в большинстве из них даже Е10, а вот использовать Е85 могут только машины с так называемым «гибким» топливом .

ЭТБЭ ( этилтретбутиловый эфир) — топливная присадка, получаемая из биоэтанола .

Все приведенные цифры — типовые и зависят от конфигурации завода и оборудования .

Статья написана по материалам сайтов: stroim24.info, www.infobio.ru, altenergiya.ru, www.vogelbusch-biocommodities.com.

»

Это интересно:  Детский билет на поезд цена РЖД 2019 год
Помогла статья? Оцените её
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Добавить комментарий

Adblock detector