16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/36/8947253.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 03 (36) июнь 2018 года

Мини-энергокомплексы на закрытых шахтах Донбасса

Оборудование и технологии К. т. н. Александр ЕФИМЕНКО
Мини-энергокомплексы на закрытых шахтах Донбасса

Развитие биоэнергокомплексов может уменьшить зависимость промышленности Донбасса от импорта энергоносителей, повысит энергетическую безопасность за счет получения жидкого моторного топлива и электричества из возобновляемого сырья – растительной биомассы, твердых бытовых отходов и угольного шлама.

Строительство таких комплексов на промышленных площадках закрытых шахт снизит капитальные затраты за счет использования уже существующих шахтных зданий и сооружений, а также обеспечит улучшение социальных условий проживания бывших работников закрытых шахт путем создания новых рабочих мест. При этом произойдет и экологическая очистка местности.



Синтез топлива из биомассы

Одним из приоритетных направлений повышения энерговооруженности промышленности ЛНР, по мнению автора, является создание надежного оборудования для синтеза жидкого моторного топлива (синтина) из газов при полусжигании биомассы, городского мусора (твердых бытовых отходов) и угольного шлама, как вместе, так и отдельно.

Академик Я. М. Паушкин и его единомышленники теоретически обосновали и в лабораторных условиях доказали возможность получения компонентов жидкого моторного топлива из газов при газификации растительной биомассы («Химия твердого топлива». – 1994. – № 3).

За последние годы налажен выпуск оборудования для производства биосинтина во многих странах мира. Но проблема заключается в том, что в топке газогенератора, на его внутренних стенках, накапливаются зола и клейкие вещества, на удаление которых требуется продолжительное время, вследствие чего производство синтина останавливается.

С целью повышения производительности оборудования мини-энергокомплексов на закрытых шахтах ЛНР экспериментальные исследования были направлены нами на уменьшение времени на перезагрузку топки газогенератора установки для синтеза жидкого моторного топлива из биогазов.



Экспериментальное оборудование

Разработан экспериментальный образец уже имеющейся установки «Красный Луч-2». В настоящее время ведутся работы по уменьшению ее габаритов и увеличению выхода компонентов биосинтина. Для проведения эксперимента оборудована модель газогенератора, отличительной особенностью которого являются горизонтальное положение и съемный загрузочный бункер, который при необходимости выдергивают из корпуса газогенератора и отправляют на вторсырье для переплавки. По сути, моделировался только съемный загрузочный бункер, изготовленный из двух бывших в употреблении бочек разного диаметра, вставленных одна в другую. Остальные узлы и агрегаты установки «Красный Луч-2» не требуют проверки, так как они только уменьшаются в размерах по сравнению с известным оборудованием.

На модели съемного загрузочного бункера работали следующим образом. С обратной стороны от камеры сгорания, в съемный загрузочный бункер, горизонтально и беспрерывно подавалось сырье. Его первоначально зажигали в камере поджигания, а по мере приближения к очагу горения сырье уплотнялось, просушивалось, обугливалось и возгоралось. В зоне полусгорания в установке «Красный Луч-2» предусматривается отбор газов для последующего их синтеза в компоненты жидкого моторного топлива.



Энергетический топинамбур

В качестве основного сырья использовалась биомасса из побегов топинамбура. Топинамбур выращивали без удобрений на экспериментальном энергоучастке.

Ученые Калифорнийского университета (США) установили, что растительные сгущенные соки белого цвета более 700 растений по своим свойствам напоминают сырую нефть. Из этой бионефти можно получать биосинтин. Он не имеет серных соединений или других веществ, снижающих качество жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В лаборатории ОАО им. Паушкина был получен сок топинамбура для установления возможности использования его в качестве альтернативного жидкого моторного топлива в ДВС. Было замечено, что побеги топинамбура на почвах с углеводородными загрязнениями значительно обгоняют в росте контрольные. Принудительная обильная подкормка растения отработанными машинными маслами позволила сделать вывод, что топинамбур является чистильщиком земли. Контрольные растения других культур от такой подкормки погибали, с ними происходила мутация, и они ослабевали в росте.

Сок топинамбура (СТ) до поджигания имеет цвет «умбра жженая» При годичном хранении СТ в герметичных условиях и стеклянной посуде цвет изменился от темно-зеленого до темно-коричневого. Температура хранения варьировала от +25 до -25 °С. После кристаллизации в СТ, незамерзшую жидкость отделили сцеживанием для дальнейших исследований. Замораживание СТ происходило при природной низкой температуре. Запах также претерпел изменения: от легкого запаха сырого сока до резкого запаха, напоминающего конский навоз.

Сок получен с помощью ручной соковыжималки из стеблей длиной 0,5‑3,5 м и листвы зеленого цвета. Из полученного травяного фарша было отжато 55‑60 % сока. Затем сок после отстаивания отфильтровали на бумажном химическом фильтре.

Отжатое и высушенное сено топинамбура сохраняется уже более 20 лет без признаков прелости и оказалось пригодным для корма домашних животных. Брикетированный кек, полученный после фильтрования сока, можно использовать в смеси с угольными мелкими фракциями и штыбами в качестве твердого топлива.

Мини-энергокомплекс на закрытой шахте: 1 – «энергополе» топинамбура; 2 – участок приготовления сырья; 3 – установки для синтеза компонентов моторного топлива; 4 – отстойник технической воды; 5 – миниэлектростанции; 6 – электроподстанция; 7 – административно-бытовой комбинат; 8 – участок транспорта с мастерскими; 9 – ветроэлектростанция; 10 – породный отвал; 11 – опорный каркас из наклонных свай и мостовых конструкций



Анализируя состав хлорофилла, зеленого пигмента растений, при помощи которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, были сделаны предположения о наличии горючих свойств у сока топинамбура (СТ). Хлорофилл состоит из магния, 4 колец пиррола, фосфоглицериновой кислоты, фосфоглицеринового альдегида, многоатомного спирта и твердого вещества С20Н39.

При сравнении химических формул ингредиентов хлорофилла с типичной хроматограммой жидких продуктов синтеза углеводородов из продуктов газификации биомассы, полученной по новому методу в Институте органической химии и горючих ископаемых РАН, установлены похожие по горючести вещества. Высказано предположение о возможности использования СТ в качестве сырья для получения биосинтина.



Дешевое сырье

Известно, что подобное растворяется в подобном. Исходя из этого химического постулата, в жидкость было добавлено ДТ в количестве не более 50 % от массы топливной смеси (ТССТ). ДТ было выбрано потому, что это инерционное горючее для поджигания спичкой в ограниченных условиях лаборатории. Необходимо отметить, что возгорание ТССТ на основе нефтяного бензина А-76 происходило интенсивнее и осуществлялось на открытом воздухе с соблюдением мер пожарной безопасности.

Д. И. Менделеев в свое время отмечал эффективность получения спирта из топинамбура, так как урожайность клубней (столонов) достигает более 100 т / га, а в них содержится до 30 % инулина – сладкого вещества из фруктозы. Специалисты подсчитали, что при сравнении с сахарной свеклой и сахарным тростником топинамбур (земляная груша) является самым дешевым сырьем для получения этанола (обезвоженного спирта С2Н5ОН).

В лабораторных условиях было изготовлено несколько литров СТ. Хранение осуществлялось в течение месяца. Пластмассовая канистра раздулась от образовавшихся газов, которые при открывании крышки канистры и поджигании от спички горели слабым голубоватым пламенем. Взятая проба
неотфильтрованного СТ была залита таким же количеством ДТ и подожжена на стеклянной предметной крышке. Несмешанная жидкость загорелась. В процессе горения ДТ нижний слой из СТ начал бурлить и загораться яркими шариками. Когда процесс горения прекратился, горелые спички (древесный уголь) поместили в остатки несгоревшей жидкости. Через сутки все стержни горелых спичек полностью впитали в себя эту жидкость. При поджигании пропитанных стержней они возгорались и горели ровным пламенем. Два литра отстоянного СТ отделили от несвязанной воды посредством нетканого фильтра.

Из двух литров отстоянного в течение года (осветленного) СТ, посредством нетканого фильтра, выделили молекулярно не связанную воду, а оставшуюся жидкость использовали для последующего ее сжигания в двигателе внутреннего сгорания автомобиля марки «ВАЗ-21051».

Таким образом, исходные материалы для синтеза моторного жидкого топлива были получены из СТ. В то же время технологические приемы получения компонентов моторного топлива требуют совершенствования этого процесса (чтобы был менее трудоемок) путем выпаривания этих компонентов из сырых побегов топинамбура при сжигании сухой биомассы, в отдельных случаях смешанной с бытовым мусором. Для этого был обобщен опыт работ академика Я. М. Паушкина и его последователей в области получения синтина и разработан в лабораторных условиях экспериментальный образец установки «Красный Луч -2».

На биоэнергоучастке были высажены клубни топинамбура для создания сырьевой базы установки «Красный Луч-2». При высадке под 50 % корнеплодов были помещены различные бытовые отходы: промасленная ветошь, полиэтиленовые кульки, различной молекулярной массы пластмасса, фильтры сигарет (окурки), просроченные фотохимрективы, окись и закись железа.

Несколько корнеплодов были высажены на почву, загрязненную известковыми отходами. Наблюдения за развитием роста побегов топинамбура на участках показали, что средняя скорость их роста – 1,5‑2 см в сутки. В январе 2017 г. столоны топинамбура при –10 °С были вырублены из мерзлой почвы и пересажены в тепличные условия, где они показали всходы через 240 ч.

Для повышения октанового числа биосинтина с 66‑72 до 80‑95 требуются специальные присадки – этанол (этиловый спирт с максимальным отсутствием кислорода), который можно изготавливать из столонов топинамбура.

На первых этапах использования биосинтина марок БС-90 и БС-95 в автомобилях личного пользования необходимо совместное их использование с бензинами марок А-92 и А-95 до 5 % от общего объема топлива.

Таким образом, автолюбители получают возможность самостоятельно в домашних условиях приготовить для своего автомобиля моторное топливо (биосинтин) из биомассы растительного происхождения.



Результаты исследований

Во время натурных испытаний применялось также сырье из твердых бытовых отходов: бумага, картон, упаковочный материал, ткани различного производства, полиэтиленовые кульки, пластиковые бутылки, полихлорвиниловые емкости, куски резины и бывшая в употреблении обувь, – как примесь к основному сырью. Угольный шлам использовался в виде брикетов в смеси с картоном или сухим сеном из топинамбура.

В результате экспериментальных натурных испытаний модели съемного загрузочного бункера определены параметры габаритов экспериментального образца малогабаритной установки «Красный Луч-2». Установку можно использовать для синтеза компонентов жидкого моторного топлива из газов при полусжигании биомассы топинамбура, твердых бытовых отходов и угольных шламов в технологических линиях мини-энергокомплексов на промышленных площадках с большей производительностью. Разработаны технические условия и задание на проектирование экспериментального образца малогабаритной установки «Красный Луч -2».

Сейчас предлагается создать группу из выпускников технических факультетов для детального изучения опыта строительства и эксплуатации ВЭС на основе биосырья, для дальнейшей разработки энергетических комплексов малой мощности на промышленных площадках закрываемых угольных шахт. Тем более, уже есть фирмы, занимающиеся изготовлением оборудования для получения биодизельного топлива.

Таким образом, параллельно с работающими угольными шахтами в ЛНР можно создавать новые, альтернативные предприятия с обширным диапазоном профессий, а также разместить заказы на изготовление оборудования и электроники на остановленных заводах ЛНР.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 03 (36) июнь 2018 года:

  • Мини-энергокомплексы на закрытых шахтах Донбасса
    Мини-энергокомплексы на закрытых шахтах Донбасса

    Развитие биоэнергокомплексов может уменьшить зависимость промышленности Донбасса от импорта энергоносителей, повысит энергетическую безопасность за счет получения жидкого моторного топлива и электричества из возобновляемого сырья – растительной биомассы, твердых бытовых отходов и угольного шлама.

  • Тепло недр ждет инвестора
    Тепло недр  ждет инвестора

    Российский Дальний Восток – сокровищница природных ресурсов, ставшая заложницей дорогостоящего привозного топлива, что сказывается и на стоимости вырабатываемой энергии, и на инвестиционной привлекательности регионов.

  • Тепловые насосы – реальная альтернатива газоснабжению
    Тепловые насосы – реальная альтернатива газоснабжению

    26% россиян живут в частных домах. И так как Россия по большей своей части страна северная, всем им приходится задумываться о том, как отапливать свои дома.

  • На пороге новой энергетики
    На пороге новой энергетики

    В XX веке энергетика развивалась по принципу укрупнения и централизации. Большие электростанции строились, как правило, вдали от потребления, ближе к источникам топлива – угольным и газовым месторождениям.

  • У цехов появятся цифровые двойники
    У цехов появятся цифровые двойники

    Рыбинское ПАО «ОДК-Сатурн» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию ГК «Ростех») проводит работу в рамках цифровизации производственной цепочки по изготовлению газотурбинных двигателей и их компонентов.

    << | < 1
  • 1
  • 2
  • >>