Активация сырья в технологии совместной переработки отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АКТИВАЦИЯ СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА И НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ В ХИМИЧЕСКУЮ ПРОДУКЦИЮ

Таран В.Г., Нисковская М.Ю.

ФГБОУ ВО Кубанский государственный

технологический университет, Краснодар

В данной статье описана разработанная учеными Кубанского Государственного Технологического университета технология по совместной переработки отходов агропромышленного комплекса, а именно стеблей зерновых и технических культур, стержней кукурузных початков, корзинок подсолнечника, соломы, ботвы овощных культур, мякины, кожуры, шелухи, лузги и т.д. и нефтяных остатков в нефтехимическую продукцию с использованием различных методов механохимической, акустической и электромагнитной активации для подготовки композитного сырья. А также на последующих стадиях используются такие термодеструктивные процессы переработки подготовленного сырья как газификация и пиролиз. На последних стадиях проходят каталитические процессы получения ряда нефтехимической продукции конверсией синтез-газа и метанола. Стадия активации сырья является начальной и от того, насколько хорошо будет подготовлено сырье к дальнейшей переработке, будет зависеть качество продукта. Для полного понимания данной технологии в статье приведены схемы, как общей технологии, так и отдельно этапа активации сырья, подробно описаны процессы, происходящие в каждом блоке данного этапа. Также в статье представлена актуальность данной технологии для различных регионов страны с подходящей ресурсной базой и обозначены задачи, подкрепленные государственными программами Российской Федерации, которые она позволяет решить.

Ключевые слова: нефтесодержащие отходы, нефтехимическая продукция, нефтяные остатки, растительные отходы, акустическое излучение, газификация, электромагнитное излучение, синтез-газ, механоактивация, пиролиз.

ACTIVATION OF RAW MATERIALS IN THE TECHNOLOGY OF JOINT PROCESSING OF WASTE FROM THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX AND OIL RESIDUES INTO CHEMICAL PRODUCTS

Taran V.G., Niskovskaya M.Yu., Kuban State Technological University, Krasnodar

This article describes developed by the scientists of the Kuban State Technological University on technology of joint recycling of agro-industrial complex, namely the stalks of grain and industrial crops, rods corn cobs, baskets sunflower, straw, leaves of vegetable crops, chaff, peel, husk, husks, etc. and oil residue in petrochemical products using various methods of mechanical, acoustic and electromagnetic activation for the preparation of composite materials. And the following stages are used such termodestruction the processing of the prepared raw material such as gasification and pyrolysis. At the last stages, catalytic processes of obtaining a number of petrochemical products by conversion of synthesis gas and methanol are carried out. The stage of raw material activation is initial and the quality of the product will depend on how well the raw material is prepared for further processing. For a full understanding of this technology, the article presents the scheme as a General technology, and a separate stage of activation of raw materials, describes in detail the processes occurring in each block of this stage. The article also presents the relevance of this technology for different regions of the country with a suitable resource base and identifies the tasks supported by the state programs of the Russian Federation, which it allows to solve.

Keywords: oil-containing waste, petrochemical products, oil residues, plant waste, acoustic radiation, gasification, electromagnetic radiation, synthesis gas, mechanical activation,pyrolysis.

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.

В процессе ведения сельского хозяйства остается большое количество растительных отходов, которые в природе просто перегнивают или находят неквалифицированное применение в качестве источника низкопотенциальной энергии. К сельскохозяйственным отходам, остающиеся после сбора урожая различных культур, относятся стебли зерновых и технических культур, стержни кукурузных початков, корзинки подсолнечника, солома, ботва овощных культур, а также растительные остатки перерабатывающей промышленности -- мякина, кожура, шелуха, лузга и прочее [1].

Разработка новых технологий, связанных с расширением спектра и усовершенствованием известных методов по использованию растительных остатков не только в качестве дополнительного источника энергии, но и как сырья для получения ценных химических продуктов приобретает в последнее время все большую актуальность. При этом для улучшения химического состава и вместе с тем качества композитного сырья и продуктов его переработки к растительной массе необходимо добавлять углеводородсодержащее сырье. В качестве такого сырья предложено использовать тяжелые нефтяные остатки и нефтесодержащие отходы [5].

Утилизация нефтяных отходов входит в одну из приоритетных задач государственной программы Российской Федерации «Охрана окружающей среды» на 2012-2020 года». Проведение исследований по данному направлению поможет в решении таких задач как экологическая реабилитация территорий, подверженных негативному воздействию объектов с нефтесодержащими загрязнениями, и предотвращение появления таких объектов накопления загрязнений в будущем.

Рациональное использование отходов агропромышленного комплекса России является одним из основных направлений реализации Продовольственной программы РФ (приказ Минсельхоза РФ от 9 декабря 2013 года № 459) и отраслевой программы "Внедрение технологий, основанных на применении возобновляемых видов сырья в агропромышленном комплексе России на 2014-2020 годы". Одной из задач программы является создание опытных и опытно-технологических установок отработки технологий переработки отходов сельскохозяйственного и пищевого производств как вторичных сырьевых ресурсов [4].

Таким образом, вовлечение в переработку нефтяных остатков и нефтесодержащих отходов совместно с некондиционным растительным сырьем для получения нефтехимической продукции представляет научный и практический интерес.

Сравнительный анализ информационных источников показал, что основными методами переработки растительного и нефтесодержащего сырья являются термохимические - пиролиз и газификация, позволяющие получить в качестве промежуточного продукта синтез-газ. Каталитической конверсией синтез-газа с использованием высокоселективных катализаторов можно получить широкий спектр различных классов углеводородов и кислородсодержащих органических соединений. Основной технической задачей большинства имеющихся разработок является увеличение эффективности термохимических процессов переработки сырья, что позволяет повысить выход и качество получаемого синтезгаза и химических продуктов из него. При этом существенную роль играет предварительная активация сырья. Оптимальный вариант решения обозначенной задачи - это интенсификация способа подготовки сырья с использованием комплекса физических методов его активации.

Известно, что различные физические воздействия активно используются в нефтепереработке. Они позволяют в значительной степени интенсифицировать химико-технологические процессы и получать результаты, не достижимые при традиционной технологии [2].

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

переработка отход агропромышленный нефтяной

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

Первая стадия состоит в подготовке сырья с использованием методов волнового воздействия и механоактивации.

Для активации композитного сырья предложено объединить следующие процессы [5]:

- механоактивация твердого углеродсодержащего сырья, заключающаяся в его дроблении и измельчении с последующим диспергированием и эмульгированием в среде углеводородсодержащего сырья с целью гомогенизации полученной смеси с содержанием твердых частиц размером 1- 100 мкм;

- волновая обработка полученной смеси с использованием уникальной конструкции проточного активатора, представляющего собой центробежный насос с встроенными гидродинамической камерой и камерой высокочастотного электромагнитного излучения и позволяющего создавать акустическое и электромагнитное излучение различного набора частот и мощности [3].

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

Использование композитного активированного сырья позволит получить синтез-газ с высоким значением соотношения Н₂/СО, что необходимо для дальнейшего синтеза из него химических продуктов.

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

Проведенные теоретические исследования послужили основой для разработки предварительных технологических схем отдельных стадий разрабатываемой технологии.

Предварительная технологическая схема процесса подготовки сырья представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Предварительная технологическая схема процесса подготовки сырья с использованием методов механоактивации, волнового и акустического воздействия. 1 - загрузка растительного сырья; 2 - предварительное измельчение сырья; 3 - измельчение сырья; 4,7 - загрузка в смесь нефтяных остатков; 5 - диспергирование твердой части сырья; 6 - эмульгирование сырья; 8 - смешение и подогрев сырья; 9 - электромагнитная обработка сырья; 10 - акустическая обработка сырья; 11 - сбор подготовленного сырья; 12 - отвод тепла (охлаждение до 20-25^оС); 13 - подвод тепла (нагрев до 40-55^оС)

В качестве исходного сырья используются различные виды растительного углеродсодержащего сырья, такие как отходы растениеводства, отходы сенажа и силоса, солома, пожнивные остатки и другие виды отходов, в которых содержится значительное количество углеродного сырья. Растительное сырье должно быть не сгнившим: оно может быть не очень свежим, однако не должно содержать значительные элементы гнили. Исходное сырье желательно вымыть.

В качестве нефтяных остатков могут быть использованы любые виды тяжелых нефтяных фракций и нефтяных отходов, не загрязненных грунтом.

Необходимое количество растительного сырья (поз. 1) из емкости для хранения кускового органического сырья направляют на стадию предварительного (грубого) измельчения (поз. 2) с целью получения частиц размером не более 20 мм. Предварительно измельченное сырье подвергается дальнейшему измельчению (поз. 3) до состояния размера частиц твердой фазы 1-3 мм.

Далее в измельченное растительное сырье добавляют половину от требуемого количества нефтяных остатков (поз. 4), которые подаются в подогретом виде при температуре 25-40^оС.

Полученная смесь подается на стадию диспергирования (поз. 5), где происходит мокрый помол частиц твердой фазы до размера 1-100 мкм, и затем поступает на стадию эмульгирования (поз. 6) с целью получения устойчивой суспензии (эмульсии) смеси растительного и нефтяного сырья. К полученной смеси добавляют вторую половину нефтяных остатков (поз. 7), производят их смешивание (поз. 8) и подогрев (поз. 13) до температуры 40-55^оС.

Полученную смесь в подогретом состоянии подвергают электромагнитной обработке (поз. 9) в течение 1-8 часов при частоте электромагнитного излучения 40-60 МГц, мощности излучения 0,2-0,5 кВт и температуре 55±10^оС. Одновременно с электромагнитной обработкой сырья через полчаса после начала электромагнитной активации производят акустическую обработку сырья (поз. 10) при частоте акустического излучения 20-25 кГц, мощности излучения 2-4,5 кВт, времени обработки 0,5-1 час.

Активированную массу загружают в емкость для сбора подготовленного сырья (поз. 11) и охлаждают (поз. 12) до температуры 20-25^оС. Полученное подготовленное сырье представляет собой растительно-нефтяную суспензию однородного состава, обладающую повышенной активностью к химической и физической деструкции с целью его дальнейшей переработки в нефтехимическую продукцию.

Разрабатываемая технология совместной подготовки и переработки УВСНС и УССРП в нефтехимическую продукцию является ресурсосберегающей и экозащитной и в перспективе может быть реализована в промышленном масштабе на территории Краснодарского края, обладающего требуемой ресурсной базой.

Литература

1. Голубев И.Г., Шванская И.А., Коноваленко Л.Ю., Лопатников М.В. Рециклинг отходов в АПК: справочник. - М.: ФГБНУ «Роcинформагротех», 2011. - 296 с.

2. Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии / Г.А. Кардашев. - М.: Химия, 1990. - 208 с.

3. Промтов М.А., Промтова М.М. Роторно-импульсные аппараты для интенсификации химико-технологических процессов // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Т. 2. М.: Академия наук о Земле, 2003. - С. 51-53.

4. 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. - Том 15. - №2. - С. 36-52.

5. Ясьян Ю.П., Косулина Т.П., Нисковская М.Ю. Совместная переработка отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию/ В сборнике: Инновационные пути решения актуальных проблем природопользования и защиты окружающей среды: материалы докладов Международной научно-технической конференции, Алушта, 04-08 июня 2018, С. 212-217.

Размещено на Allbest.ru