- рус
О ПРЕДПРИЯТИИ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИНСТРУКЦИИ ПРАЙС-ЛИСТ СЛОВАРЬ СТАТЬИ СОТРУДНИЧЕСТВО ДОКЛАДЫ И СООБЩЕНИЯ СЕРТИФИКАТЫ, ПРОТОКОЛЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ДАЧА








Контакты


Тел.: 8 (916) 155 64 61

         8 (495) 413 84 65

E-mail: ecrushim@gmail.com

Почтовый адрес:
Россия, 107140, Москва,
Комсомольской пл.пр-д, д. 3/32Б

Схема проезда



Статьи


23.05.2011

Биотопливо


В.В. МАЛЬЦЕВ, зам. ген. директора по науке ОАО «Гипролеспром», д.х.н., академик РАЕН

В России есть то, чего нет во всем мире. Это фантастические по объему березовые леса и огромные пространства, на которых она растет. Это Мордовия, Мари Эл, Коми. А ведь береза исключительно быстрорастущее дерево.

Берёза - это благодатный материал для производства этилового спирта. Но можно рационально использовать и ту массу, которая остается после производства этого продукта, т.е. сделать полностью безотходное производство.

Итак, для нашей страны есть самый мощный источник для производства этилового спирта. Сегодня это береза. А завтра это может быть и канадский клен, который растет с еще большей (просто дикой) скоростью. Кстати это дерево не только быстро растет, но и значительно осушает болота и содержит сахара в 2..3 раза больше, чем береза.

Кроме того, можно добиться увеличения роста березы и канадского клена в 2..3 раза за счет современных подходов с генетически модифицированным материалом. Кроме того, в весенний период в березе содержится сахара примерно столько же, как и в канадском клене. Можно делать просто плантации березы и канадского клена. Затем перерабатывать их в этиловый спирт. В таком производстве нет никаких энергозатрат. Дело в том, что в этом технологическом процессе работают бактерии, именно они вызывают брожение. Энергия необходима только на этапе отгонки этилового спирта.

СПРАВКА
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТИЛОВОГО СПИРТА ИЛИ ЭТАНОЛА

1. Распространённым способом получения этилового (винного) спирта, или этанола, С2Н5ОН или СН3СН2ОН — является брожение сахаристых веществ в присутствии дрожжей. Таким сахаристым веществом является, например, виноградный сахар, или глюкоза С6Н12О6, которая путем «брожения», вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками - низшими растительными организмами, превращается в этиловый спирт. Эти ферменты служат биологическими катализаторами реакции брожения.

Реакция протекает согласно схеме:

С6Н12О6 2Н5ОН + 2СО2

Глюкоза в свободном виде содержится, например, в виноградном соке, при брожении которого получается виноградное вино с содержанием спирта от 8 до 16% объема.

Глюкозу можно получить из дисахарда – Сахарозы или сахара - С12Н22О11. Его можно получить из сахарной свеклы (в ней содержится до 28% (масс.) сахарозы от сухого вещества) или сахарного тростника. Сахароза также содержится в соке березы, клена и некоторых фруктов.

При гидролизе она распадается с образованием молекулы глюкозы и молекулы фруктозы (образующаяся смесь этих моносахаридов называется инвертным сахаром):

С12Н22О11 + Н2О С6Н12О6 (глюкоза) + С6Н12О6 (фруктоза)

2. Исходным продуктом для получения спирта может служить полисахарид Крахмал - (С6Н10О5)n, содержащийся, например, в клубнях картофеля, зернах ржи, пшеницы, кукурузы. Для превращения в сахаристые вещества (глюкозу) крахмал предварительно подвергают гидролизу. Для этого муку или измельченный картофель заваривают горячей водой и по охлаждении добавляют солод — проросшие, а затем подсушенные и растертые с водой зерна ячменя. В солоде содержится диастаз (сложная смесь ферментов), действующий на процесс осахаривания крахмала каталитически. По окончании осахаривания к полученной жидкости прибавляют дрожжи, под действием фермента которых (зимазы), образуется спирт. Его отгоняют и затем очищают повторной перегонкой.

Проще говоря, крахмал с помощью солода, содержащего фермент диастаз, сначала превращают в сахар, который затем сбраживают в спирт.

Для справки: Из 3000 тонн зерна или 10000 тонн картофеля можно получить 790 т спирта (считая на 100%-ный).

3. В настоящее время осахариванию подвергают также другой полисахарид Целлюлозу или клетчатку - (С6Н10О5)n, образующую главную массу древесины. Для этого целлюлозу подвергают гидролизу в присутствии кислот (например, древесные опилки при 150—170°С обрабатывают 0,1—5% (масс.) серной кислотой под давлением 0,7—1,5 МПа). Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и сбраживается на спирт при помощи дрожжей (гидролизный спирт). По сути, древесина, как и крахмал, превращается сначала в сахар, а из сахара получают спирт.

Для справки: Из 5500 тонн сухих опилок (отходы лесопильного завода средней производительности за год) можно получить 790 т спирта (считая на 100%-ный).

4. Этиловый спирт может быть получен синтетическим путем из этилена. В связи с тем, что при крекинге нефти образуется много этилена, этиловый спирт поучают путем гидратации этилена (присоединении воды к этилену) в присутствии катализаторов:

СН2=СН2 + H2O СН3-СН2-OH.

Реакция гидратации этилена (в присутствии серной кислоты) была изучена ещё А. М. Бутлеровым, который предсказал и её промышленное значение.

Много этилового спирта расходуется на получение синтетического каучука по способу академика С. В. Лебедева. Пропуская пары спирта через специальный катализатор, получают дивинил (бутадиен):

H-СН2-СН2-OH + H-СН2-СН2-OH СН2=СН-СН=СН2 + 2Н2О + Н2,

который затем полимеризуется в искусственный каучук.


Этиловый спирт из березы и канадского клена – вот где наша сырьевая база. Тем более что у нас масса «лежащих на боку» гидролизных заводов. Их надо просто восстановить.

Но можно идти дальше. Дело в том, что из этилового спирта можно получать октан (см. алканы ) и октен (см. алкены ). Это трехстадийная реакция, которая разработана великим русским химиком Лебедевым (институт синтетического каучука), который жил и творил в Петербурге. Только он это делал для каучука, а можно сделать для октана, изооктана и октена. А октен превращается в октан.

А это основные компоненты в топливе. Проще говоря, из спирта можно получать углеводороды. Октан – основная часть бензина.

Этот вопрос уже обсужден с заведующим кафедрой «Нефтехимического синтеза» Химического факультета МГУ. Была расписана предлагаемая реакция. С его стороны этот вариант был одобрен. В этом случае результат будет фантастический.

Далее можно добавлять октан в определенном отношении в этиловый спирт и получать супер-топливо для двигателей внутреннего сгорания. И все это необходимо разработать и быстрее запатентовать. На это есть ученые из почти загубленного Санкт-петербургского института синтетического каучука им. Лебедева и кафедры нефтехимии Химического Факультета МГУ, а также из института нефтехимического синтеза Российской Академии наук. Вот эта триада может решить этот вопрос. У нас в стране еще остались ученые очень высокой квалификации, которым это дело под силу. Но они живут в нищете и загоне.

Вот так можно решить проблему биотоплива для двигателей внутреннего сгорания, производя его из березы или канадского клена, а не из рапса, пшеницы или кукурузы. Рапс умертвляет землю. После, выращивая рапса, почва очень сильно истощается и становится просто непригодной для сельскохозяйственных угодий.

Даже если часть спирта перерабатывать в октан, то можно делать изящную комбинацию октана и этилового спирта. Такой продукт никто пить не будет по одной простой причине – примесь октана вызывает рвоту, эта смесь будет эффективно как топливо.

Комбинация этилового спирта с октаном и изооктаном – это вариант исключительно эффективный для нашей страны.


Химическая сторона технологии:

1. Производство бутадиена4H6 или CH2=CH-CH=CH2)

Бутадиен получают пропусканием этилового спирта через катализатор (дегидратация – выделение воды, дегидрирование – выделение водорода):


2CH3CH2OH C4H6 + 2H2O + H2

или

2CH3CH2OH CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2


2. Производство бутана4H10 или CH3-СH2-СH2-CH3)

Бутан получают гидрированием бутадиена в присутствии катализатора:


С4H6 + 2H2 С4H10

или

CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 CH3-СH2-СH2-CH3


Бутан – газ, и сам по себе является идеальным топливом, т.к. газовое топливо полностью сгорает в двигателе, т.е. больше кпд и меньше экологического загрязнения окружающей среды.


3. Производство изооктана8Н18 или С(СН3)3-CH2-CH(CH3)2) и получение топливной азеотропной смеси этилового спирта и изооктана.

СПРАВКА

Азеотропная смесь - смесь двух или более жидкостей, состав которой не меняется при кипении. Например, азеотропная смесь воды и этилового спирта содержит смесь из 95,57% C2H5OH и кипит при температуре 78,4°С. Этим объясняется принятая промышленная концентрация этилового спирта 96%: это азеотропная смесь и дальнейшей перегонкой её нельзя разделить на фракции. Температура кипения для азеотропной смеси может быть как меньше, так и больше температуры кипения компонента. При изменении давления изменяется не только температура кипения, но и состав азеотропной смеси, этим они отличаются от чистых жидкостей.

ЖИДКИЕ ТОПЛИВА ИЗ НЕФТИ

Жидкие топлива, получаются при фракционной перегонке нефти и различаются температурой кипения:

1. Бензины (температура кипения – 40-180°С) содержат смесь углеводородов от C5H12 до С10Н22, получаемых при прямой перегонки нефти с температурой кипения не выше 205°С.

При повторной перегонке выделяются:

- петролейный эфир - (температура кипения – 40-70°С),

- авиационный бензин (температура кипения – 70-100°С),

- автомобильный бензин (температура кипения – 100-120°С)

2. Керосины (температура кипения – 180-270°С) содержат смесь углеводородов от С10Н22 до С16Н34.

3. Солярные масла (температура кипения – 270-360°С) содержат смесь углеводородов от C12H20. Из них получают смазочные масла и различные виды дизельного топлива.

4. Мазут (нефтяные остатки – 40-50%). Из мазута получают тяжелые смазочные масла, вазелин и парафин.

Особенности бензинов

Эксплуатация двигателя внутреннего сгорания автомобиля, работающего на бензине, в режиме повышенной нагрузки приводит к возникновению стука в его цилиндрах. Это связано с детонацией бензина. Детонация моторного топлива представляет собой чрезвычайно быстрое разложение (взрыв) углеводородов, которое происходит внезапно при сжатии горючей смеси (смесь воздуха и бензина) в цилиндре двигателя. Детонация не дает возможности достигнуть высокой степени сжатия горючей смеси, так как топливо самовоспламеняется раньше, чем поршень достигнет самой верхней точки цилиндра. Это ведет к излишнему расходу топлива и быстрому износу мотора. Детонационные свойства топлива зависят от строения углеродных цепей в молекулах углеводородов, входящих в его состав. Изомеры с сильно разветвленной цепью детонируют гораздо труднее, чем изомеры с неразветвленной цепью.

изооктанАнтидетонационные свойства моторного топлива характеризуют так называемым октановым числом (о.ч.). В качестве стандартных образцов для определения октанового числа берут углеводород гептан С7Н16 (СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3) с неразветвленной цепью атомов, весьма легко детонирующий, и один из изомеров октана С8Н18 (изооктан, С(СН3)3-CH2-CH(CH3) 2), с разветвленной цепью атомов, мало склонный к детонации:

Октановое число гептана принимается равным нулю, а изооктану приписывается о.ч. 100. Если о.ч. топлива равно 80, то это значит, что данный вид топлива детонирует в смеси с воздухом (при такой же степени сжатия), как смесь, состоящая из 80% изооктаиа и 20% гептана по объему. Для двигателей, работающих на бензине, чем выше октановое число, тем лучше.

метил-трет-бутиловый эфирПовышение октанового числа топлива достигается увеличением содержания в нем углеводородов с разветвленной цепью атомов и ароматических углеводородов, а также прибавлением антидетонаторов, обычно тетраэтилсвинца, небольшое количество которого значительно снижает детонацию. Современным антидетонатором, промышленное производство которого в мире быстро растет, является метил-трет-бутиловый эфир (СН3-О-(СН3)3).

Дизельное топливо. Средние и тяжелые фракции прямой перегонки нефти (с температурой кипения от 270 до 400°С) составляют топливо для высокооборотных дизельных двигателей.

В дизельных двигателях сжатию подвергается только воздух, температура которого при этом повышается до 300°С и более. Топливо впрыскивается в камеру сгорания почти в самом конце хода сжатия и самовоспламеняется. Дизельное топливо не должно быть летучим, поэтому оно состоит из высококипящих фракций нефти (выше фракции керосина). Для дизельных двигателей более подходящим является не высокооктановое топливо, как для карбюраторных двигателей, а низкооктановое. Для характеристики способности дизельного топлива самовоспламеняться используется цетановое число (ц.ч.), которое показывает, что данное топливо ведет себя так же, как и определенная смесь по объему углеводородов цетана (неразветвленный углеводород С16Н34, ц.ч.=100) и метилнафталина (ц.ч.= 0). Цетановое число для высокооборотных дизелей колеблется от 35 до 50.

Мазут. Для малооборотных дизелей топливом является разбавленный керо-синово-газойлевыми фракциями мазут. Мазут — это остаток после отгона из нефти топливных фракций: лигроина, бензина, керосина и дизельного топлива. Мазут в своем составе содержит различные смолы, асфальтены, кокс и другие соединения. Мазут применяется также в качестве топлива для паровых котлов, промышленных печей, газовых турбин. Значительная часть мазута перерабатывается в более легкое моторное топливо, а также в масла и битум.

Керосин. В реактивных двигателях в качестве топлива используется керосиновая фракция нефти. Здесь исходят из того, чтобы топливо имело более высокую удельную теплотворную способность, полностью сгорало (было менее коптящим), не теряло своей текучести при низких температурах.

Поиски топлива с повышенной удельной теплотворной способностью привели к созданию бороводородного, металлоуглеводородного и др. топлив. Металло-углеводо-родные топлива представляют собой суспензию магния, алюминия, бора (в сумме до 50% масс.) в обычном жидком топливе, производимом из нефти.

Изооктан (или 2,2,4-триметилпентан, С8H18 или С(СН3)3-CH2-CH(CH3)2 - предельный углеводород алифатического ряда), прозрачная бесцветная жидкость с запахом бензина; tпл -107,38°С, tкип - 99,24°C, плотность 0,69192 г/см3 (20°C), теплота сгорания 5,463 МДж/моль, или 1305,29 ккал/моль (25°С, p = const), теплота испарения 307,63 Дж/г, или 73,50 кал/г (25°С). Антидетонационные свойства изооктана приняты за 100 единиц шкалы октановых чисел. Изооктан применяют (как добавку) в производстве авиационных бензинов, к которым предъявляют требование высоких антидетонационных свойств.

Изооктан нерастворим в воде, растворим в обычных органических растворителях; образует азеотропные смеси, например с бензолом, метиловым и этиловым спиртами.

В промышленности изооктан получают:

  1. Гидрированием диизобутилена над катализатором, например медно-хромовым.
  2. Алкилированием изобутана изобутиленом в присутствии концентрированной серной кислоты, AlCl3, BF3 или других катализаторов.
     

Алкилирование — введение алкильного заместителя в молекулу органического соединения. Процесс алкилирования направлен на получения высокооктановых компонентов автомобильного бензина из непредельных углеводородных газов. В основе процесса лежит реакция соединения алкена и алкана с получение алкана с числом атомов углерода равным сумме атомов углерода в сходном алкене и алкане. Поскольку наибольшим октановым числом обладают молекулы алканов с изо-строением, то молекулы исходного сырья тоже должны иметь изо-строение. В нефтепереработке наибольшее распространение получило сырье алкилирования бутан-бутиленовая фракция (ББФ), которая получается при в процессе каталитического крекинга. Основной компонент ББФ изо-бутан и бутилен.

Основные реакции при получении изооктана:

  1. изо-бутан + изо-бутилен = изо-октан (2,2,4-триметилпентан) (Октановое число - 100 ед.)
  2. изо-бутан + бутилен-2 = изо-октан (2,2,3-триметилпентан) (ОЧМ < 100)
  3. изо-бутан + изо-бутилен = изо-октан (2,2,3,3-тетраметилбутан) (ОЧМ > 100)


изобутан изо-бутиленБутан имеет два изомера: н-бутан (CH3–CH2–CH2–CH3) и изобутан ((СН3)3СН). Изобутан – сжиженный газ, являющийся более ценным углеводородом, чем нормальный бутан или пропан, используемые в качестве топлива или сырья установок пиролиза.

В нефтепереработке изобутан используется для получения высокооктанового алкилбензина – продукта реакции изобутана с бутиленами или пропиленом. Относительно дешевым источником последних являются фракции сжиженных газов процесса каталитического крекинга. Дегидрированием изобутана в изобутилен с последующей этерификацией метиловым или этиловым спиртами получают кислородсодержащие добавки к бензинам – метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) и экологически чистый этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ), имеющие октановые числа 117 и 112 пунктов (ИМ), соответственно. Изобутилен (СН3)2С=СН2 — ненасыщенный углеводород, изомер бутилену.

СНОВНЫЕ ВИДЫ ЖИДКИХ БИОТОПЛИВ

Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное биотопливо (биогаз, водород).

Биоэтанол. Этанол - С2Н6О (или C2H5OH или CH3–CH2–OH - этиловый спирт) - является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин работающих на Е85 (смесь 85% этанола и 15% бензина; буква «Е» от английского Еthanol) на единицу объёма топлива составляет примерно 75% от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15).

Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор Е20 (или Е25) под видом обычного бензина, или «acool», азеотроп этанола (96% С2Н5ОН и 4% воды; выше концентрацию этанола невозможно получить путём обычной дистилляции). Пользуясь тем, что этанол дешевле бензина, недобросовестные заправщики разбавляют Е20 азеотропом, так что его концентрация может негласно доходить до 40%.

Промышленное производство спирта из биологического сырья.

Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов.

Схему реакции можно выразить уравнением:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Отходами бродильного производства являются углекислый газ, барда, эфиро-альдегидная фракция, сивушный спирт и сивушные масла. В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. В странах Западной Европы и Америки эта технология не получила распространения, но в СССР (ныне в России) существовала развитая промышленность кормовых гидролизных дрожжей и гидролизного этанола.

Биобутанол. Бутанол - С4Н10О (или C4H9OН — бутиловый спирт) - бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. В США ежегодно производится 1,39 млрд. литров бутанола. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Сырьём для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, маниока, а в будущем и целлюлоза.

Биодизель — топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

Метанол. Среди новых и перспективных видов топлива особое внимание привлекает метанол СН3ОН. Для его производства имеется хорошая сырьевая база, а сама технология его получения хорошо отработана в промышленном масштабе. По сравнению с бензином метанол имеет более высокие антидетонационные свойства и его применение позволяет увеличить мощность двигателя на 15%. К недостаткам применения метанола относятся: повышенный, по сравнению с бензином, расход, так как удельная теплотворная способность метанола меньше; повышенная, по сравнению с бензином, химическая активность; гигроскопичность и то, что метанол — сильнодействующий яд.


Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. По оценкам Стэндфордского университета во всём мире из сельскохозяйственного оборота выведено 385 — 472 миллиона гектаров земли. А по расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд. человек.

С другой стороны, при производстве этанола из кормовой кукурузы барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. Рост потребления биотоплив может помочь диверсифицировать сельскохозяйственную и лесную деятельность, и улучшить безопасность пищевых продуктов, способствуя экономическому развитию, т.к. позволит создать в развивающихся странах новые рабочие места, снизить их зависимость от импорта нефти. Кроме этого производство биотоплив позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли.

В 2007 году во всём мире было произведено 54 миллиарда литров биотоплив, что составляет 1,5% от мирового потребления жидких топлив. Производство этанола составило 46 миллиардов литров. США и Бразилия производят 95% мирового объёма этанола. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы.

В январе 2007 г. в США был предложен план «20 за 10». План предлагает сократить потребление бензина на 20% за 10 лет, что позволит сократить потребление нефти на 10%. 15% бензина предполагается заменить биотопливами. 19 декабря 2007 года в США принят закон о Энергетической независимости и безопасности (EISA of 2007), который предусматривает производство 36 миллиардов галлонов этанола в год к 2022 году. При этом 16 млрд. галлонов этанола будет производиться из целлюлозы — не пищевого сырья.


Россия может стать одним из лидеров по производству биотоплива. "Корпорация Биотехнологии", контрольный пакет акций которой принадлежит госкорпорации "Ростехнологии", намерена создать 10 площадей для производства биотоплива. Всего к 2017 году планируется открыть 30 биопроизводств. В них будет вложено около 1,5 миллиарда долларов. Производство биотоплива для России необходимо, чтобы не потерять свою роль в импорте на мировом рынке. Ведь при производстве биотоплива запасы нефти можно растянуть на более долгий период.

В США при производстве "чистого" топлива из кукурузы наносится значительно больший ущерб окружающему миру, чем бензиновыми выхлопами. Поэтому из 30 биопроизводств, которые намерена открыть "Корпорация Биотехнологии", 10 будут работать на основе спиртовых заводов, 10 – на предприятиях по переработке леса и 10 - на базе гидролизных комбинатов.

Компания, которая существует полгода, уже 11 сентября начала выпуск биобутанола на заводе в Иркутской области. В год производство топлива может составить до 30 тысяч тонн биобутанола. В Красноярском крае первым объектом "Биотехнологий" станет Канский биохимический завод, который будет полностью перепрофилирован. Объем инвестиций составит 2,8 миллиарда рублей. "Биотехнологии" в партнерстве с PetroVietnam и ИФК "Метрополь" намерены построить и во Вьетнаме завод по производству биотоплива.

По планам Евросоюза, до 2020 года предстоит заменить более 20% получаемого из нефти моторного топлива альтернативными источниками энергии.

[Источник: Татьяна Шадрина, "Бензин из опилок" - «Российская газета», 06.11.2008]

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
по новому проекту получения топлива
для двигателей внутреннего сгорания из биосырья

В настоящее время в области использования биоресурсов для производства топлива для двигателей внутреннего сгорания (ТДВС) существует 4 основных направления:

1. Известный уже не менее 35 лет способ добавления в бензин этилового спирта количестве 10-15% от общей массы ТДВС (без переделки двигателя, в США – 10%), а с переделкой двигателя до 85%.

2. Использование в качестве дизельного топлива этерифицированных масел растительного происхождения, например – рапсового масла в виде метиловых эфиров (до 10% от обычного дизельного топлива).

3. Получение из растительных отходов биобутанола.

4. Производство простых эфиров – диметиловый эфир (СН3-О-СН3), этил-трет-бутиловый эфир (С2Н5-О-(СН3)3).
 

Из всех указанных способов получения ТДВС относительно широкое распространение получил первый способ, который наиболее широко применяют в Бразилии – добавка в бензин этилового спирта. Учитывая малое содержание этилового спирта в топливной смеси, это направление не решает проблему.

Определенное промышленное развитие получили технологии производства дизельного топлива из растительных масел (рапсовое масло), но надеяться на его развитие не проходится. т.к. соответствующие масличные культуры требуют огромных площадей и к тому же катастрофически истощают почву, которая на десятилетия становится неплодородной для сельхоздеятельности. В условиях неумолимо надвигающегося мирового продовольственного кризиса, это направление не имеет серьезных перспектив.

Получение биобутанола из растительных отходов – это длительный биохимический процесс, максимальный выход которого – 25% от биомассы и большое количество побочных продуктов, требующих дорогостоящих процессов отделения и утилизации.

При таких показателях перспективы использования бутанола как массовой добавки к бензинам под большим вопросом. К тому же надо учитывать экологический аспект возможного массового применения бутанола в составе ТДВС. Те компании, которые продвигают идею бутанольного топлива, прежде всего не удосужились ознакомится с его токсическими характеристиками. В то же время бутанолы относятся к наркотикам (!) с раздражающим действием верхних дыхательных путей и это действие в 5-6 раз (!) сильнее, чем действие ацетона или гидролизных или сульфатных спиртов (например, этилового спирта) [1]. Бутанол имеет очень неприятных запах.

Примерно тоже самое относится к простым эфирам – диметиловому, этил-изобутиловому и др. По общему характеру действия это наркотики, раздражающие слизистые оболочки и верхнее дыхательные пути [1, c. 434]. Некоторые поражают печень и почки. При горении могут образовываться чрезвычайно раздражающие соединения (токсичность выхлопов) [1, c. 438]. Этилбутиловый эфир приводит к гибели крыс после вдыхания 5 минут насыщенных паров. Но это еще не все. В процессе хранения простые эфиры окисляются кислородом воздуха, образуя крайне взрывоопасные гидроперекиси [2], например по реакции:
 

O2
С2Н5-OС-(CH3)3 СН3-CH(O-OH)-OС-(CH3)3


Подобные свойства простых эфиров полностью исключают массовое их применение в качестве добавок к ТДВС, а сторонникам этой идеи необходимо чаще читать литературу по органической химии и токсикологии органических веществ.

В связи с вышеизложенным автор настоящего проекта предлагает следующий технологию производства чисто углеводородного ТДВС.

1. Переработка растительных (250 млн.т/год) и древесных (50млн.т/год) отходов в этиловый спирт – 60% выхода от общей массы отходов. Отдельное направление – березовые леса (самые крупные запасы в мире) и березовые плантации, а также плантации «сахарного клена». Производственная база – многочисленные гидролизные заводы РФ. Кислотный гидролиз целлюлозы древесины приводит к количественному образованию глюкозы, которую затем сбраживают с получением этилового спирта, отделяемого перегонкой:
 

кислота
1. (С6Н10O5)n + n•H2O n•C6H12O6
Н2SO4


2. C6H12O6 2CO2 + 2C2H5OH


Полученный этиловый спирт подвергают каталитическому превращению в три стадии, получая в качестве конечного продукта чистый октан:
 

СН3(СН2)6СН3,

молекулярная масса 114,24 , плотность 0,703 грамм/см3, температура застывания – минус 56,8ºС , температура кипения – +124,7ºС. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны – 300 мг/м3 [1, стр. 11].
 

Литература:
 

  1. Вредные вещества в промышленности, т.1, стр. 372-374. Изд. Химия, ленинградское отделение. 1976 г.
  2. И.И. Гранберг. Органическая химия. Изд. «Дрофа» - Москва, 2002 г.

Мальцев В.В.



© 2009-2017 г. ООО НПО «ЭкРусХим»
SmartClick – создание и продвижение сайтов

Главная     |     О предприятии     |     Техническое описание     |     Инструкции     |     Прайс-лист     |     Словарь     |     Статьи     |     Сотрудничество     |     Доклады и сообщения     |     Сертификаты, ПРОТОКОЛЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ     |     ДАЧА