Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка, изготовление и запуск в эксплуатацию мобильного энергетического комплекса переработки углеродосодержащих отходов растительного происхождения методом быстрого пиролиза с дальнейшей генерацией электрической, тепловой энергий (общей мощностью до 2МВт/ч) и получением углеродных сорбентов

Номер контракта: 14.574.21.0075

Руководитель: Сульман Эсфирь Михайловна

Должность руководителя: заведующая кафедрой

Докладчик: Матвеева Валентина Геннадьевна, Начальник отдела Регионального технологического центра

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
энергетический комплекс, биомасса, костра, углеродсодержащие отходы, быстрый пиролиз, тепловой удар, вакуум, горючие газы, пиролизная нефть, углеродный сорбент, электрическая энергия, тепловая энергия

Цель проекта:
Целью проекта является разработка технических решений для создания мобильного энергокомплекса на основе быстрого пиролиза углеродсодержащих отходов сельского хозяйства, предназначенного для тепло- и энергоснабжения автономных потребителей с целью повышения показателей энергоэффективности и надежности эксплуатации. Для разработки мобильного энергокомплекса по переработки углеродсодержащих отходов сельскохозяйственного производства в проекте должны быть решены следующие задачи: 1) Разработка процесса абляционного пиролиза с системой нагрева до 800 °С, исключающей наличие пламени; 2) Увеличение эффективности переработки биомассы в горючие газы за счет конструкционных особенностей реактора, основанных на принципе «теплового удара»; 3) Оптимизация работы энергокомплекса за счет подбора технологического оборудования, выбора конструкционных материалов, оптимизации технологического процесса (температура, оценка влияния вида перерабатываемого сырья, скорость загрузки, давления в системе); 4) Разработка системы каталитической очистки горючих газов на основе дешевого минерального носителя и переходных металлов подгруппы железа; 5) Разработка системы распределения и аккумулирования электрической и тепловой энергии. В результате осуществления проекта будет создан энергетический комплекс мощностью до 2 МВт·ч, включающий в свой состав установку по быстрому пиролизу углеродсодержащих отходов растительного происхождения, агрегат сушки-измельчения сырья и другие модули для выработки тепловой и электрической энергии, а также сопутствующая им конструкторская и технологическая документация. Для увеличения эффективности процессов быстрого пиролиза, а именно увеличения КПД комплекса, снижения выхода смол, и дегтя применяются катализаторы на основе переходных металлов, способствующих деструкции названных побочных продуктов. В результате термического распада на катализаторе высококипящих компонентов, содержащихся в получаемом газе, происходит увеличение концентрации горючих газообразных продуктов (углеводороды С1-С4, СО, Н2). Это приводит к улучшению эксплуатационных показателей получаемого горючего газа, что выражается в более эффективной и стабильной работе электрогазогенератора.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные ожидаемые результаты проекта:
1) Лабораторная методика проведения процесса быстрого пиролиза.
2) Лабораторный технологический регламент переработки углеродсодержащих отходов растительного происхождения.
3) Эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец мобильного энергокомплекса быстрого пиролиза для тепло- и энергоснабжения автономных потребителей.
4) Программа и методики испытаний экспериментального образца мобильного энергокомплекса.
5) Экспериментальный образец мобильного энергокомплекса для тепло- и энергоснабжения автономных потребителей.
6) Экспериментальные образцы газообразных, жидких и твердых продуктов пиролиза.
7) Экспериментальные образцы катализаторов очистки газообразных продуктов быстрого пиролиза на основе алюмосиликатов и металлов подгруппы железа.
8) Проект технического задания на проведение прикладной ОТР: «Создание технологии быстрого пиролиза углеродсодержащих отходов растительного происхождения с получением тепловой и электрической энергии и углеродных сорбентов».
В настоящей работе предполагается выполнить исследования, которые сформируют основу для разработки мобильного энергокомплекса мощностью (до 2 МВт·ч) для получения тепловой и электрической энергии из сельскохозяйственных отходов. Данный энергокомплекс способен перерабатывать различные виды отходов растительного происхождения влажностью не более 30% масс. и размером фракции не более 2 мм: костра льна; солома и ботва сельскохозяйственных культур; лузга риса, овса, просо, гречки, пшена, злаковых культур; скорлупа орехов; фрезерный торф; древесные опилки различного сорта древесины.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемая технология экологически чистой переработки углеродсодержащих отходов растительного происхождения на основе быстрого пиролиза должна обеспечить не только решение экологической проблемы, но и увеличение поступлений в бюджет (до 5 миллионов рублей ежегодно от использования одного энергокомплекса) за счет следующих факторов:
- выработка тепловой и электрической энергии до 2 МВт·ч (380 В, 50 Гц);
- эффективное использование биомассы (КПД мобильного энергокомплекса не ниже 60%) в качестве источника энергии на основе применения методов быстрого пиролиза;
- создание новых перспективных материалов природоохранного назначения (в том числе, сорбентов) на основе использования возобновляемого сырья;
- получение конкурентоспособного топлива (горючих газов, жидких углеводородов) с высокой теплотворной способностью (не менее 28 МДж/м3 для образующихся газовых смесей, что приблизительно соответствует теплоте сгорания природного газа);
- экономия природного газа, угля, мазута и других невозобновляемых энергоносителей (до 3000 т.у.т ежегодно от использования одного энергокомплекса);
- повышение энергетической безопасности, снижение зависимости от поставок привозных видов топлива;
- отсутствие вредных выбросов в процессе переработки отходов (выбросы соответствуют нормам СанПиН);
- внедрение инноваций, повышение научно-технического уровня производства, создание элементов нового технического уклада;
- создание условий для активизации инвестиционных процессов и международного сотрудничества; поддержка и развитие научно-технического потенциала;
- развитие наукоемких технологий и сервисных предприятий.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Выполняемый проект предусматривает коммерциализацию полученных результатов в реальном секторе экономики. На основании Договора о дальнейшем использовании результатов прикладных научных исследований от 30 сентября 2014 г. работы по коммерциализации результатов проекта будут проведены при участии Индустриального партнера (Общества с ограниченной ответственностью "Наукоемкое производство"), специализирующегося на решении научных задач, связанных с разработкой новых химических, биотехнологических и микробиологических процессов, проведением физико-химического анализа, выполнением патентных исследований и реализацией процедуры независимой экспертизы комплексных показателей качества технических объектов. Коммерциализация данных разработок возможна также на предприятиях целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, нефтехимической и металлургической промышленности, возможен также экспорт разработанных каталитических систем за рубеж.
Разрабатываемый комплекс основан на принципе «теплового удара» углеродсодержащих отходов сельского хозяйства с получением горючих газов, которые будут использоваться для выработки электрической энергии в газодизельном генераторе. Ценным продуктом переработки является высокоуглеродный остаток, который может быть использован в качестве эффективного сорбента для очистки сточных вод, либо в качестве углеродного наполнителя в резинотехнической или сталелитейной промышленности.
Использование такой технологической схемы в процессе переработки позволит увеличить энергоэффективность сельского хозяйства за счет вовлечения производственных отходов в получение электроэнергии, что приведет к снижению себестоимости получаемой продукции. Развитие технологии использования возобновляемого нетрадиционного сырья позволит решить проблемы снабжения электроэнергией удаленных от линий электропередачи фермерских хозяйств.

Текущие результаты проекта:
В рамках выполнения проекта в 2015 году достигнуты следующие основные результаты:
1) Разработаны программы и методики экспериментальных исследований;
2) Выполнено экспериментальное исследование кинетики деструкции различных видов биомассы с целью установления оптимальных условий, при которых достигаются высокие степени конверсии исходного сырья;
3) Разработана методика исследования катализаторов для термической очистки газообразных продуктов быстрого пиролиза;
4) Выполнено экспериментальное исследование активности катализаторов термической очистки газообразных продуктов пиролиза биомассы;
5) Осуществлены разработка и изготовление экспериментальных образцов катализаторов очистки газообразных продуктов быстрого пиролиза;
6) Осуществлена разработка методологических подходов и технологических принципов переработки углеродсодержащих отходов растительного происхождения методом быстрого пиролиза;
7) Разработана методика синтеза катализаторов термической очистки газообразных продуктов быстрого пиролиза;
8) Выполнено экспериментальное исследование процессов восстановления разрабатываемых катализаторов от углеродных загрязнений;
9) Разработана методика восстановления катализаторов термической очистки газообразных продуктов быстрого пиролиза;
10) Предложены технологические режимы для поддержания оптимальных условий процесса быстрого пиролиза;
11) Выполнено экспериментальное исследование качества получаемых газообразных, жидких и твердых экспериментальных образцов;
12) Проведено экспериментальное исследование физико-химических свойств получаемых твердых экспериментальных образцов (углеродных сорбентов);
13) Выполнены оценка воздействия на окружающую среду и определение экологического эффекта от внедрения разрабатываемых технологических решений быстрого пиролиза;
14) Изготовлены экспериментальные образцы – газообразные, жидкие и твердые продукты быстрого пиролиза при оптимальном технологическом режиме.