XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

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 синтез-газа 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.

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] .

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

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:

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

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

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.

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.

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.

Код для цитирования: Скопировать