Рідке паливо - не тільки з нафти та ріпаку, але й з дерева » PromWood »
Питання використання альтернативної сировини для виробництва рідкого палива для України є дуже актуальними: власної нафти у нас мало, а на світовому ринку вона з кожним роком дорожчає.
Саме тому в урядових колах активно обговорювалася проблема виробництва пального із сільськогосподарської культури – ріпаку. Існує і ще одне джерело - це відходи лісопиляння, деревообробки та целюлози-паперового виробництва, у відповідний спосіб можна зріджувати, внаслідок чого отримувати цінну хімічну сировину та рідке паливо.
Власне, виробництво деревного спирту, на якому зараз працюють автомобілі чи не всієї Бразилії, має давню історію. За деякими даними, ще в 1887 році почали його виробництво в компанії німецького хіміка Ернста Шерінга та використовували у парфумерній та фармацевтичній галузях.
Основний компонент будь-якого рідкого палива – етанол. Саме його наявність у деревині і викликала чималий інтерес дослідників. До активізації їхньої роботи наприкінці 70-х років минулого століття спонукала енергетична криза, зумовлена різким подорожчанням нафти.
Фірми США розробляють безперервний процес гідролізу подрібненої сировини, що містить целюлозу, застосовуючи сірчану кислоту. Етанол, що утворюється під час ферментації цукрів, має однакову з бензином вартість.
Рідке біопаливо може бути використане як доповнення до нафтового палива або частково замінити його.
Склад продуктів залежить від умов процесу та типу деревини, оскільки співвідношення деревних компонентів (лігніну, целюлози, геміцелюлози) у різних порід не однаково.
Дослідницькі роботи зі зрідження деревини для отримання рідкого паливарозпочалися наприкінці 20-х років минулого століття у країнах, які не мають власних запасів нафти, – Німеччини, Англії, Швеції. Було доведено, що при обробці деревини органічними розчинниками при підвищених температурах і тиск можна досягти повного або значного перетворення її в рідкі продукти.
Ефективність зрідження підвищується серед водню в присутності каталізаторів гідрування. Згідно з німецьким патентом від 1930 року отриманим фірмою I. G. Farbenindustrie, при обробці ялинової деревини етанолом і бензолом (1:1) при 280 С та тиску до 16 МПа отримано 54% рідких продуктів, розчинених у суміші спирту та бензолу. Залишок становить 17% маси деревини.
Шведські біохіміки Бергстрем і Цедерквіст у 1933 році довели, що при обробці у креозотовій фракції деревної смоли (температура википання – 200-255 С) вся деревина переходить у рідкі продукти навіть без застосування каталізаторів.
українські вчені Козлов та Корольова, досліджуючи у 1949 році процес розчинення тирси сосни та ялинки у різних розчинниках, встановили, що при поступовому нагріванні деревини до 300°С (кінцевий тиск у межах 14 МПа) у складній суміші, що містить 35% бензолу, 35 % етанолу, 10% смоляних олій та 20% рідких продуктів розчинення деревини, деревина розчиняється повністю.
Наразі термохімічні зрідження деревини розглядається як реальний перспективний спосіб отримання рідкого палива – замінника нафтопродуктів. Багато вчених займаються вирішенням цієї проблеми. Так, науковий колектив у складі Ігер, Елліота, Ога та Йогоки розробляє способи зрідження деревини та її субстратів шляхом обробки їх розчинами карбонатів лужних металів та монооксидом вуглецю та (або) водню Вибір води обумовлений тим, що повне сушіння деревиниє складним і не економічним, і вона завжди буде присутня в реакційній масі, навіть якщо не утворюватиметься в процесі зрідження. Інша група розробляє способи каталітичного гідрування водних суспензій деревини з використанням металевих каталізаторів. З них найбільш відомий так званий PERC/ALBANY-процес (або СО-процес), який розробляється Піттсбурзьким енергетичним дослідницьким центром (США).
За способом, розробленим згаданим центром, деревину змішують з рециркулюючою олією додають близько 5 частинок каталізатора (5%-й водний розчин карбонату натрію) на 100 частин суміші і обробляють в середовищі монооксиду вуглецю і водню при 340-350 С. Твердий залишок, що не розчинився, направляють на газифікацію. Неконденсовані гази від процесу зрідження приєднуються до газогенераторного газу, очищається і прямує замість монооксиду вуглецю на стадію зрідження деревини. Вихід олії з теплотворною здатністю 29-33 МДж/кг становить 70%.
Вивчалося зрідження деревини шляхом її обробки синтез-газом в етанолі, циклогексанолі, толуопі та терпинтинним олією у присутності металізованих каталізаторів (пентакарбонілу заліза, оксиду заліза тощо). Вихід олії, за умов температури до 230 З, тиску 6,5 кПа, залежно від співвідношення Н2: СО, коливається не більше 4,5 - 32% від деревини. Олії для використання як моторне паливо повинні пройти гідрокрекінг.
У центрі провели спостереження над процесом зрідження деревини шляхом її обробки водно-фенольною сумішшю серед азоту або кисню в присутності каталізаторів. У типовому досвіді 2,5 г деревини, 10 г фенолу, 13,5 г води та 0,8 реагентів обробляли при 350 З під тиском 4 МПа протягом 40 хвилин. Зрідження ціломузавершилося за кілька хвилин. Склад нейтральних речовин не залежить від терміну обробки, при температурі нижче 350°С супроводжується вуглеутворенням, тому термін прогрівання до заданої темпаратури необхідно зводити до мінімуму.
У новому способі зрідження деревину висушеного бука нагрівають при 523 - 603о (250 - 330 З) протягом 5 - 15 хв. У безводному гліцерині з лужним каталізатором (карбонат натрію, гідрооксид калію, оксид кальцію) при співвідношенні деревина/каталізатор як 1/0,5-1,5. Деревина повністю перетворюється на рідкі та газоподібні продукти, частково розчинні.
В університеті Шербрук (Канада) досліджували процес піролізу деревини тополі при температурі, що дорівнює або дещо більшій за 350 С, під вакуумом. На підставі отриманих даних проектується напівнеперервна установка продуктивністю 1 - 2 кг сировини на годину для отримання рідкого палива та потенційної хімічної сировини (на основі смоли).
Проблему одержання рідкого палива з відходів деревини можна вирішити на промисловому рівні. Багато країн, обмежених у запасах нафти, одночасно маючи надлишки біомаси, давно дійшли такого висновку. Сучасні ціни на нафту спонукають до виробництва зрідженого палива. При цьому можна отримати карбюраторне та дизельне паливо з більш високим октановим числом, ніж при використанні добавок.