Окислительный пиролиз в технологии совместной переработки отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Окислительный пиролиз в технологии совместной переработки отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию

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.

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 рисунке 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].

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

сырьевой нефтехимический промышленность

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 1.[5]

Таблица 1. Характеристики основных технологий пиролиза

В настоящее время быстрый пиролиз утвердился как технология прямой термохимической конверсии биомассы со значительным потенциалом, особенно для высокого выхода жидкого топлива и химических продуктов [4]. 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 рисунке 2. Пиролиз позволяет получать наряду с синтез-газом смолу пиролиза, которая может использоваться как сырье для производства полициклических ароматических углеводородов, технического углерода, полимерных смол.

Рисунок 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 500-80 °Сї

4 - подача воздуха

5 - сбор золы

6 - охлаждение газов окисления

7 - отвод тепла (охлаждение до 20 °Сї

8 - сепарация

9 - сбор смолы пиролиза

10 - очистка синтез-газа фильтрованием

11 - отвод тепла (охлаждение до 60 °Сї

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 °С 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 °С .

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.

сырьевой нефтехимический промышленность

Литература

сырьевой нефтехимический промышленность

1.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.

2.Передерий С. - ЛесПромИнформ. - 2013. - № 6. - С. 152-156.

3.Золотухин В. А. - Сфера Нефтегаз. - 2012. - № 4. - С. 70-75.

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.Гориславец С.П. Пиролиз углеводородного сырья/ С.П. Гориславец, Д. Н. Тменов, В.И. Майоров; АН УССР, Ин-т газа. - Киев: "Наук. Думка", 1977. - 307с.

Размещено на Allbest.ru