Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0075

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0075
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет"
Название доклада
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
Докладчик
Сульман Эсфирь Михайловна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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: Разработка процесса абляционного пиролиза с системой нагрева до 800 °С, исключающей наличие пламени; Увеличение эффективности переработки биомассы в горючие газы за счет конструкционных особенностей реактора, основанных на принципе «теплового удара»; 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); Разработка системы каталитической очистки горючих газов на основе дешевого минерального носителя и переходных металлов подгруппы железа; Разработка системы распределения и аккумулирования электрической и тепловой энергии.
Актуальность и новизна исследования
Разрабатываемая технология должна обеспечить не только решение экологической проблемы, но и увеличение поступлений в бюджет за счет следующих факторов: выработка тепловой и электрической энергии до 2 МВт в час (380 В, 50 Гц); эффективное использование биомассы (КПД мобильного энергокомплекса не ниже 60%); создание новых материалов природоохранного назначения (в том числе, сорбентов); получение конкурентоспособного топлива (горючих газов, жидких углеводородов) с высокой теплотворной способностью (не менее 28 МДж/м3 для образующихся газовых смесей); экономия природного газа, угля, мазута и других невозобновляемых энергоносителей; снижение зависимости от поставок привозных видов топлива; отсутствие вредных выбросов в процессе переработки отходов.
Описание исследования

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.

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.

Результаты исследования

По итогам выполнения первого этапа проекта подготовлен аналитический обзор в области быстрого пиролиза углеродосодержащих отходов растительного происхождения; обоснована актуальность проводимых исследований; подготовлен отчет о патентных исследованиях; подготовлен комплекс лабораторных методик для проведения экспериментальных исследований; разработана эскизная конструкторская документация на лабораторную установку быстрого пиролиза; изготовлена лабораторная установка быстрого пиролиза и проведены ее испытания. По итогам выполнения второго этапа разработаны программы и методики экспериментальных исследований; выполнено исследование кинетики деструкции биомассы; разработана методика синтеза и синтезированы экспериментальные образцы катализаторов очистки газообразных продуктов; разработана методика и выполнено исследование активности катализаторов; разработан лабораторный технологический регламент переработки углеродсодержащих отходов; разработана методика и выполнено экспериментальное исследование процессов восстановления катализаторов. В результате выполнения третьего этапа разработаны технологические режимы по поддержанию оптимальных условий процесса быстрого пиролиза; выполнено исследование качества и свойств получаемых экспериментальных образцов; определен экологический эффект от внедрения технологических решений; получены экспериментальные образцы – газообразные, жидкие и твердые продукты пиролиза. В рамках выполнения четвертого этапа разработан экспериментальный образец мобильного энергокомплекса быстрого пиролиза; разработана Программа и методика испытаний экспериментального образца; сформулированы требования к комплектующему оборудованию энергокомплекса и осуществлен его выбор; разработана методика и выполнена теоретическая оценка эффективности работы энергокомплекса; разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец энергокомплекса, схемы тепловых узлов и электрических цепей.

В рамках реализации проекта выполнены расчеты основных технологических параметров оборудования мобильного энергокомплекса, представлены характеристики всех основных узлов, сформированы требования к технологическому оборудованию, осуществлен выбор комплектующих энергокомплекса. Разработана эскизная конструкторская документация мобильного энергокомплекса. Предложенная схема тепловых узлов соответствует требованиям к выработке тепловой энергии, позволяет выполнять автоматический контроль и учитывать количество горячей воды, поставленной конечному потребителю. Схема электрических цепей мобильного энергокомплекса предусматривает работу комплекса в автоматическом режиме. Выполненная теоретическая оценка показала, что разработанный экспериментальный образец соответствует высокому уровню эффективности использования исходного сырья. Таким образом, полученные в рамках выполнения отчетного этапа научные и научно-технические результаты обладают всеми признаками научной новизны и имеют прикладную значимость для дальнейшего развития методов термической переработки биомассы, промышленного производства сорбентов и электроэнергии из возобновляемого сырья растительного происхождения. Необходимо отметить, что использованные методики и технологические решения позволяют выполнять весь спектр поставленных перед задач, что соответствует современному научно-техническому уровню.

Практическая значимость исследования
Выполняемый проект предусматривает коммерциализацию полученных результатов в реальном секторе экономики. На основании Договора о дальнейшем использовании результатов прикладных научных исследований работы по коммерциализации результатов проекта будут проведены при участии Индустриального партнера, 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.