Газификация древесных отходов и нефтешламов для получения отопительного и силового газа

С.В.Мельник, В.П.Латышев, Н.И.Казанцева, К.П.Косыгина

Газификация древесных отходов и нефтешламов для получения отопительного и силового газа

Проблема энергосбережения и разработки экологически чистой технологии переработки углей и вторичных энергоресурсов сегодня как никогда актуальна. В научной литературе за последнее десятилетие опубликован ряд исследований по созданию технологии газификации и полукоксования угля с целью получения энергоносителей и химического сырья для обеспечения регионов, лишенных доступа к нефтяному и газовому сырью, а также замены дорогостоящего мазута и природного газа более дешевым генераторным газом из угля [1-4],

Значительно меньше внимания уделяется переработке с целью утилизации и получения энергоносителей отходов деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, нефтяной промышленности: опилок, щепы, лигнина, нефтяных шламов, пластмасс.

Следует отметить работу американских и японских исследователей по газификации отходов промышленных производств [5, 6], разработавших методы газификации в генераторах кипящего слоя с применением паро-воздушного и кислородного дутья, высокотемпературного (выше 1000 °С) шлакоудаления. Это значительно снижает вредные выбросы окислов серы и азота в атмосферу, уменьшает количество образующейся смолы и непрореагировавших частиц углеродсодер-жащего сырья. Авторами спроектированы и построены компактные установки, газифицирующие уголь, древесные и нефтяные отходы, некоторые виды пластмасс.

Авторами настоящей статьи также был изучен процесс газификации углей в кипящем слое [4], получен патент на установку, производящую отопительный газ и активные адсорбенты [7]. Газ был применен для замены мазута в печах прокалки кирпичного завода [8]. Экономия от замены мазута составляет до 3300 рублей на тонну сжигаемого мазута или 2310 рублей на 1 тонну условного топлива, в зависимости от местных цен на уголь и мазут. Удельные капиталовложения составляют ориентировочно 1200 тыс, руб на 1 Гкал/ч вырабатываемого тепла.

В декабре 1999 года технология газификации, разработанная в институте нефте- и углехимического синтеза ИГУ, была представлена на первой Всероссийской выставке «Энергосбережение в регионах России - 99» в коллективной экспозиции Иркутской области в павильоне ВВЦ «Электрификация» [9].

Подученный опыт газификации угля позволил заняться утилизацией древесных отходов и нефтешламов,

для чего был спроектирован и построен газогенератор стационарного слоя, Технологическая схема газогенератора представлена на рисунке.

Для газификации применялись следующие виды топлива:

Древесные отходы, состоящие на 90% из опилок, мелкой стружки, крупной щепы, Насыпной вес 0,124 т/м3, влажность 30-50%.

Нефтешламы из мазутного резервуара в смеси с опилками в соотношении 1,5:1.

Грунт с площадки приема отработанных нефтепродуктов в смеси с опилками в соотношении 1,5:1.

Смесь стружки, опилок, щепы загружается в верхний люк печи, Воздух с помощью газодувки (поз. 6, рисунок) засасывается через отверстия для подачи воздуха в зону горения. Газ проходит пространство между обечайками, частично охлаждается и подается в холодильник (поз. 2), где охлаждается до 40-45 °С. В холодильнике частично выпадает конденсат, который удаляется из нижней части конденсатосборника. После теплообменника газ проходит скруббер (поз. 3), где улавливаются мелкодисперсные частицы смолы и влага. Затем газ подается на горелку, где сжигается или подается в двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие электрогенератор миниэлектростан-ции. Скорость подачи газа (воздуха на горение) регулируется задвижками (поз, 4, 5).

Производительность газогенератора по опилкам влажностью до 30% составляет до 60 кг/ч, по смеси опилок с нефтешламом (2 : 1) - 50 кг/ч, по смеси опилок с грунтом (1,5 : 1) - до 40 кг/ч. Горение топлива во всех случаях ровное, без всплесков и хлопков.

Для сжигания грунтов, пропитанных нефтешлама-ми, необходимо подбирать соотношение смесей в каждом отдельном случае. Подсмольные воды (конденсат), образующиеся в процессе газификации, собираются в нижней части газогенератора и по мере накопления подаются в рецикл. Таким образом, в процессе газификации практически нет отходов, кроме выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания мини-электростанции.

Результаты анализа продуктов газификации приведены в таблице. Калорийность газа в пределах 900-1100 Ккал/м3 достаточна для обеспечения работы дви гателя внутреннего сгорания, приводящего в движение электрогенератор.

Результаты анализов газа

Параметры Топливо: древесные отходы Топливо -нефтешламюпилки

Сжигание без катализатора Сжигание с катализатором С катализатором

Время работы печи, мин 5 20 40 5 130 210 230

н2 7,54 13,27 11,77 12,82 10,92 13,61 9,64

ф" n2 7,15 2,87 1,84 1,16 1,35 1,12 0,96

X JZ о 02 + аг 62,31 54,54 43,17 55,5 56,31 53,11 56,75

X CL СН4 1,44 1,08 3,02 1,92 1,57 2,32 1,80

О) <t о СО 14,97 15,18 14,34 15,81 17,17 18,50 15,83

О С02 6,59 13,06 25,86 12,79 12,68 11,34 15,02

Калорийность, Ккал/м3 756 894 995 973 935 1109 881

Для проведения испытаний газогенератора, работающего на опилках, была выбрана серийно выпускаемая заводом «Синтур-НТ», Нижний Тагил, газопоршневая миниэлектростанция «Синтур-МЭС-100 ГП» мощностью 100 ЮЛ/. В комплект миниэлектростанции входит четырехтактный 8-цилиндровый с жидкостным охлаждением двигатель ЯМЗ-238 Г, рассчитанный на работу с пропаном с расходом 35 м3/ч.

Испытания, проведенные в течение недели, обеспечили стабильную работу миниэлектростанции при подаче в двигатель вместо пропана газа, полученного газификацией опилок как на холостом ходу, так и при полной нагрузке в 100 ЮЛ/.

Таким образом, спроектированный, построенный и испытанный газогенератор можно рекомендовать для

технологических и энергетических нужд (обжиг, сушка, получение электроэнергии, тепла и замены всех видов жидкого топлива). Газогенератор может работать на доступных и дешевых видах топлива: древесных отходах, торфе, лигнине и нефтешламе с соблюдением необходимых экологических норм.

Стоимость проектных работ, изготовления деталей и монтажа газогенератора производительностью 100-200 кг/ч древесных отходов составляет 600-800 тыс. рублей, стоимость серийно выпускаемой миниэлектростанции мощностью 100 Ш - 600 тыс. рублей,

Институт нефте- и углехимического синтеза Иркутского государственного университета располагает полным пакетом чертежей установки, обеспечивает шеф-монтаж и обучение рабочего персонала.

Технологическая схема обвязки печи для сжигания древесных отходов: 1 - печь, 2 - холодильник, 3 - скруббер, 4, 5 - задвижки, 6

газодувка, 7 - горелка, 8 - глушитель

т

зола

конденсат

конденсат

древесные отходы

Точка отбора

проб газа

воздух

»0»0»0

Библиографический список

1. Головин Г.С., Родэ В,В, Уголь - сырье для получения продуктов топливного и химико-технологического назначения //Химия твердого топлива. - 2001. - № 4. - С. 3,

2. Детков С.П., Борзов А.И., Гончаров Н.В., Маврин В,А, Актуальность переработки канско-ачинских углей на месте добычи II Уголь. - 2003, - № 7. - С, 47,

3. Степанов С.Г., Морозов А,Б„ Исламов С.Р, Технология совмещенного производства полукокса и горючего газа из угля II Уголь. - 2002, - № 6, - С, 26,

4. Мерц Р.Х., Латышев В.П., Косыгина К.Ф„ Боксер В,Б, Окислительное полукоксование углей в кипящем слое II Химия твердого топлива. - 1997, - № 4. - С,59.

5, Kunio Yoshikawa, Meet the multi-fuel solution II Power Engineering. - April 1999, - P, 41-.

6, Carlson C.P., Kunio Yoshikawa, Development of high temperature air-blown gasification sistem, //Missisipi State University 208 Research Bou levard, MS 39759 USA,

7, Латышев В.П., Мерц P.X. Окислительное полукоксование углей, - Патент РФ 18006173.

8, Латышев В,П., Мельник С,В, Технология производства горючего газа из бурых углей в газогенераторе кипящего слоя //Вестник ИрГТУ. - 2005, - № 4,

9, Каталог выставки «Энергосбережение в регионах России - 99», - Москва, дек. 1999. М., 1999, - С. 23,

Б.Ф.Кухарев, Т.Ф.Лелюх, О.В.Калязина, ТТ.Мурзабекова, О.И.Дошдов

Катионные полиэлектролиты с третичным атомом азота в основной цепи

Интерес к водорастворимым катионным полимерам и сополимерам обусловлен тем, что они широко используются в качестве флокулянтов для очистки сточных вод, в качестве добавок в производстве бумаги для повышения адгезии между наполнителями и волокнами, в процессах добычи нефти и т.д. [1].

Характерным признаком водорастворимых полимеров-полиэлектролитов является наличие в их структуре ионогенных групп. Традиционно такие полимеры получают радикальной полимеризацией и сополимери-зацией водорастворимых виниловых и диаллиловых мономеров. Синтез полиэлектролитов, содержащих третичные аминогруппы в цепи, путем радикальной полимеризации, связан с рядом трудностей, так как амины являются ингибиторами радикальной полимеризации. Однако полиэлектролиты, содержащие третичный атом азота в полимерной цепи, представляют интересный класс полиэлектролитов, так как содержат в составе сополимера атом азота, который способен к комплексообразованию за счет неподеленной элек-троной пары [2]. Такие полиэлектролиты могут найти широкое применение при очистке сточный вод, которые содержат ионы тяжелых металлов и, в частности, ионы ртути.

В настоящей работе, диаллиловые полимеры с третичным атомом азота в основной цепи были получены термической и химической декватернизацией полидиаллилдиметиламмоний хлорида (ПДАДМАХ), а также радикальной сополимеризацией солей №метил-(^И-диаллиламина (МДАА), Для проведения декватерни-зации брался ПДАДМАХ различной молекулярной массы, Указанный полимер характеризуется высокой плотностью заряда и обладает высокой устойчивостью в широком диапазоне рН и ионных сил. 1

Термическую декватернизацию ПДАДМАХ проводили обработкой полимера в массе в отсутствие кислорода воздуха при температурах 120-160°С в течение 4-6 часов.

Химическую декватернизации ПДАДМАХ проводили в жидком аммиаке в присутствии металлического лития. Кратковременная обработка (в течение 10-15 минут) минимальным количеством лития (2 моля И на 1 моль ПДАДМАХ) с последующим разложением водой при интенсивном перемешивании приводила к образованию содержащих третичный атом азота сополимеров различного состава,

Полученные полимеры растворимы в воде и спиртах и не растворяются в бензоле, гептане, гексане и других неполярных органических растворителях. Структура полученных продуктов-сополимеров М(М-диаллил-^-диметиламмоний хлорида (ДАДМАХ) и МДАА различного состава доказана по данным ИК- и ЯМР-спектров и данным элементного анализа. Данные масс-спектрометрии газообразных продуктов реакции декватернизации ПДАДМАХ свидетельствуют о том, что практически единственным газообразным продуктом реакции является хлористый метил, Значения характеристической вязкости продуктов декватернизации свидетельствуют о том, что процесс химической и термической обработки полимера не сопровождается его деструкцией. Регулируя условия проведения термической и химической декватернизации ПДАДМАХ, получили сополимеры ДАДМАХ и МДАА с содержанием МДАА (по данным титрования стандартным раствором поли-этиленсульфоната натрия с толуидиновым голубым) до 20 мольн.%. При содержании звеньев МДАА в сополимере выше 20 мольн.% продукты декватернизации перестают растворяться в воде. Кроме этого, следует