Проект создания и производства малотоннажных установок для получения пиротоплива из органических масс Проект создания и производства малотоннажных установок для получения пиротоплива из органических масс Пивоваров Александр Викторович «Главной целью прогрессивной технологии является нахождение способа производства полезного из отбросов». Д.И.Менделеев «твердые отходы – это сырье, которое мы не используем исключительно в силу нашей глупости». Артур Кларк

Органическая масса (ОМ) – материалы природного (биомасса) и искусственного (отходы) происхождения, а также ископаемое сырье, содержащие органические соединения. Ископаемая ОМ – не возобновляемая Биомасса и отходы – возобновляемые Биома́сса – совокупная масса углеродосодержащих органических веществ растительного и животного происхождения. Биомасса сегодня является четвертым по значению топливом в мире, давая ежегодно 1250 млн т у.т. энергии и составляя около 15% всех первичных энергоносителей (в развивающихся странах - до 38%). ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

БИОТОПЛИВО За основу были взяты термины и определения, утвержденные Директивой ЕС от 8 мая 2003 г. 2003/30 ES: Биотопливо жидкое или газообразное топливо, производимое из биомассы. Дизельное биотопливо сложный метиловый эфир с качеством дизельного топлива, производимый из масла растительного или животного происхождения и используемый в качестве биотоплива (химическая формула С13H24). *Биоэтанол этиловый спирт, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива (химическая формула С2H5OH). Биогаз топливный газ, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов, который может подвергаться очистке для приобретения качества природного газа, используемый в качестве биотоплива или генераторного газа (химическая формула СH4). Биотоплива второго поколения это разнообразные топлива, которые полученные методами пиролиза биомассы, также это другие топлива, если они отличаются от этанола, метанола, биодизеля. *Приставка «био» в традиционных названиях спиртов, используемых в качестве моторного топлива, появилась сравнительно недавно, чтобы подчеркнуть их экологическую чистоту.

ПИРОТОПЛИВО Пиротопливо (биотопливо второго поколения) – жидкие и газообразные продукты, образующуюся в процессе пиролиза твердых органических соединений (часто также называют: масла или смолы). Жидкое пиротопливо топливо по химическому составу и другим показателям относится к разряду котельных (печных) топлив (с теплотой сгорания МДж/кг), но после модификации может быть использовано для двигателей внутреннего сгорания. Несконденсированный газ в основном содержит легкие углеводороды, хорошо горит (с теплотой сгорания МДж/нм 3 ) и может быть использован в двигателях внутреннего сгорания, например в дизель-генераторе для получения электроэнергии.

Мировая и национальная потребность в энергии, а также исполнение обязательств Киотского протокола и ограниченность ископаемых запасов топлива требует развития возобновляемой энергетики. Производство энергии из возобновляемых источников динамично развивается в большинстве Европейских стран. В соответствии с программой развития ВИЭ* (White Paper) биомасса составляет наиболее поступательно возрастающий сектор в ЕС. Ещё десятки лет назад учёным было известно, что горючее можно получить практически из любой органической массы (биотоплива второго поколения) - отходов растениеводства, животноводства и ТБО, которые не создают конкуренции для выращивании пищевых растительных культур. Эксперты утверждают, что переход на биотопливо децентрализирует, по крайней мере, часть топливно-энергетического комплекса, а значит, демонополизирует и сннижает затраты на производство горючего. Использование энергии биомассы может способствовать смягчению проблемы изменения климата, уменьшить количество кислотных дождей, эрозию почвы, загрязнение водоемов и нагрузку на полигоны ТБО. *ВИЭ-возобновляемые источники энергии АКТУАЛЬНСТЬ

В России ежегодно не используется 340 млн. тонн органической массы: (твердых отходов производства и потребления ) которой достаточно для получения млн. тонн печного топлива или ____ млрд. куб. метров биогаза или млн. тонн моторного топлива (биодизеля). В том числе рационально не используется, например: 50 млн. тонн древесных отходов 100 млн. тонн отходов растениеводства 150 млн. тонн отходов животноводства Привлечение передовых иностранных, разработка и внедрение перспективных отечественных технологий и оборудования для эффективной утилизации органической массы – наиболее приемлемый путь решения проблемы. Проблема эффективного использования отходов

Проблема рационального использования ТБО ТБО В РФ ежегодно образуется более 40 млн. т ТБО, которые бесполезно оседают на свалках и полигонах (макулатура, полимеры, текстиль, стеклобой, металлы, пищевая органика), с приростом в 5-12% ежегодно. Свалки и полигоны не эффективны - быстро переполняются и часто самовозгараются от свалочного газа. Способы утилизации, такие как захоронение или сжигание, не соответствуют экологическим требованиям. Необходимы новые способы утилизации, которые строятся на принципе рициклинга, высокой эколого-экономической эффективности и могут обеспечить: -разделение отходов по видам сырьевой принадлежности; -распределение сырьевых компонентов по отдельным технологическим процессам и переработка каждого вида отхода в продукцию; -полную переработку органического «хвоста» в пиротопливо; -автономную работу, без подвода электроэнергии и воды. СПРАВКА : Всего на территории РФ в отвалах и хранилищах накоплено свыше 85 млрд. т разных видов твердых отходов, занято 300 тыс. га земли.

1.Выполнение опытно-конструкторских работ (ОКР) и организация промышленного производства малотоннажных установок для получения пиротоплива из отходов (органической массы или биомассы) производительностью до 1000 тонн в год на базе технологии быстрого пиролиза 2.Изготовление пилотных образцов установок в стационарном и мобильном вариантах. 3.Выпуск опытной партии установок под заказ в количестве 20 штук. Цель проекта

ИСКОПАЕМАЯ ОМ: - все типы торфов; - сланцы; -бурые и каменные угли, а также их отходы; -асфальтены, битумы нефтешламы и т.п.; ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ОМ: - древесина всех пород, а также ее отходы; - производственные и бытовые отходы; - иловые отложения, осадки сточных вод с ГСА; - отходы АПК (птицеводства, КРС и свиноводства) с добавлением соломы; - сено и солома; - отходы зерновых, подсолнечника, орехов, жмыхи, лузга жомы пищевой и пивной промышленности и т.п.; - морские и речные водоросли; - отходы цветоводства и овощеводства. Сырьё для получения пиротоплива:

ПИРОЛИЗ *Пиролиз– процесс термической деструкции высокомолекулярных органических соединений в низкомолекулярные при температурах °С без доступа кислорода. Современные технологии пиролиза ОМ могут быть разделены по таким характерным признакам: скорость нагрева (быстрый, медленный пиролиз); среда, в которой происходит пиролиз (вакуумный, гидропиролиз, метанопиролиз). -медленный пиролиз (МП) – термическая деструкция вещества без доступа кислорода, при которой скорость нагрева исходного вещества составляет градусы в мин., час. - быстрый пиролиз (БП) – термическая деструкция вещества без доступа кислорода, при которой скорость нагрева исходного вещества составляет сотни, тысячи градусов в доли, единицы сек. *(от греч. pyr - огонь, жар и lysis - разложение, распад)

БЫСТРЫЙ ПИРОЛИЗ Быстрый пиролиз – технология термохимической переработки органического сырья, которая может обеспечить максимальный (до 75%) выход жидкого синтетического топлива. Быстрый пиролиз – процесс разложения вещества путем быстрого нагрева его до температур, при которых скорость выделения продуктов максимальна. Для получения высокоэнергетических продуктов не требуется дополнительной биохимической, либо каталитической обработки, типа синтеза Фишера -Тропша. Быстрый пиролиз экологичен и почти безотходен, при котором значительно сокращаются выбросы в атмосферу диоксинов, СО и оксидов азота и серы. Быстрый пиролиз считается наиболее привлекательным видом технологии для получения топлива из ОМ взамен нефти, что послужило стимулом для интенсивных исследований и работ по созданию технологической базы этого нового направления.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИРОЛИЗА Характеристики Быстрый пиролиз, низкие температуры Быстрый пиролиз, высокие температуры Медленный пиролиз Карбонизация Время процесса1с 5-30 минчасы, дни Размер сырья5-10 мм среднийбольшой Влажность сырья до 50 % низкая Температура, °С Давление, кПа Газ: выход, % массы сухого сырьядо 30до 70до 40 теплота сгорания, МДж/нм Жидкость: выход, % массы сухого сырьядо 80ДО 20ДО 30до 20 теплота сгорания, МДж/кг Твердое вещество: выход, % массы сухого сырьядо 15до теплота сгорания, МДж/кг30

СУШКА – быстрый нагрев со скоростью 1000 – град/сек до температур 270 – 350С; быстрый нагрев даёт значительный выигрыш в затрачиваемой энергии по сравнению с использованием стандартных сушильных агрегатов; ПИРОЛИЗ – быстрый нагрев со скоростью 1000 – град/сек до температур 550 – 750С, приводящий к деструкции полимеров до низкомолекулярных молекул типа Сn Нm без образования окиси углерода и окислов азота. Процесс непрерывен, сушка и конверсия сухого вещества практически полная и ограничена только наличием неорганических шлаков. Теплотворная способность продуктов зависит от природы ОМ и составляет МДж/кг (5000 – 7500 ккал/кг), а в отдельных случаях - 40 МДж/кг. Процесс позволяет перерабатывать любой вид ОМ (сыпучих, измельченных твердых и жидких). Затраты энергии для поддержания процесса составляют 5-12% от энергии производимого топлива. В процессе пиролиза разрушаются многие органические токсиканты до горючих или инертных соединений. Происходит эффективная переработка отходов в энергетическую и химическую продукцию. БЫСТРЫЙ ПИРОЛИЗ ВЛАЖНЫХ ОМ предлагаемый процесс ведётся в две непрерывные стадии:

МАКЕТ МОДУЛЯ БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА 1- бункер загрузки ОМ 2- шнековая подача ОМ 3- дозатор 4- рабочий модуль пиролиза 5- выход острого пара 6-реактор пиролиза 7- циклон 8-приемник шлака 9- система подачи газа на пиролиз 10- газораспределитель 11-конденсатор жидких продуктов 12- емкость для сбора жидких продуктов

ПРОДУКТЫ ПИРОЛИЗА Основной продукт пиролиза - синтетическое экологически безопасное топливо (пиротопливо). Пиролизная жидкость однофазная и не содержит тяжелых смол. В составе продуктов пиролиза выявлено несколько сотен различных химических соединений. Высокая ценность отдельных химических продуктов может оказаться не менее выгодным при их извлечении, даже при небольших концентрациях. Получение топлива и химических продуктов из ОМ открывает широкие возможности в этом направлении.

Проблема рационального использования древесных отходов 50 млн. т/год древесных отходов распределяются по 60% территории страны – везде, где растет лес. проблема транспортировки малоплотных отходов потребность в переработке отходов на местах Лесопромышленный комплекс. 2/3 образующихся отходов сегодня брошены для гниения. Из этого количества можно сделать 3 млн. т высококачественного топлива. Зона децентрализованного энергоснабжения страны. 25 из 142 млн. россиян проживают на 70% территории страны, где нет энергосетей.

Рациональное использования отходов Промышленные отходы, содержащие биомассу, могут быть использованы для производства энергии - это отходы производства спирта, отходы пищевой, текстильной и деревообрабатывающей промышленности и др. Сельскохозяйственные отходы представляют собой огромный источник биомассы - солому, некондиционную продукцию и излишки производства, а также отходы животноводства в виде навоза. Сельскохозяйственные отходы обеспечивают количество энергии, уступающее только древесине, которая является главным видом биотоплива на Земле. На энергетику без негативного воздействия на будущий урожай может быть использовано около 35% растительных остатков. Теплотворная способность сухой биомассы составляет около 14 МДж/кг. Аналогичное значение для каменного угля и лигнита составляет 30 МДж/кг и МДж/кг. В момент образования биомасса содержит большое количество воды, от 8 до 20% в пшеничной соломе, % в древесине, до % в навозе сельскохозяйственных животных и 95% в водном гиацинте. Влажность каменного угля находится в диапазоне от 2 до 12%. Плотность энергии в биомассе на этапе образования ниже, чем у каменного угля, однако биомасса имеет преимущества по химическому составу. Зольность биомассы значительно ниже, чем угля, в золе обычно не содержатся тяжелые металлы и другие загрязнители, поэтому она может вноситься в почву в качестве удобрения.

Удельные показатели работы МПК отнесенные к одной тонне ТБО принимаемых на комплекс Ед. Изме- рения Энерго- содержание углеводо- родов (теплота сгорания) Потребление тепловой энергии и углеводо- родов на пиролиз Свободные энерго- ресурсы для реализации Энерго- содержание острого пара Реализация продукции МПК Объем золо- шлаков 1ккал120х10424х10498х10496х103 2кДж51х10510х10541х1054х105 3кВт ч кГкГ УВ ОП ВС

Удельные энергетические показатели, отнесенные к одной тонне органической массы с влажностью 30% Ед. Изме- рения Энерго- содержание продуктов пиролиза (теплота сгорания) Потребление энерго- ресурсов для проведения пиролиза Свободные энерго- ресурсы на реализацию Энерго- содержание острого пара Реализация продукции Объем золо- шлаков 1ккал25х10548х10420х105152х103 2кДж106х10520х10585х1057х105 3кВт ч кг УВ + 300ОП

Срок жизни проекта 5 лет1 год2 год3 год4 год5 годВСЕГО Выручка, тыс. руб Текущие затраты, тыс.руб Налоги, тыс. руб НДС, тыс. руб Чистая прибыль, тыс.руб Оборудование, тыс. руб Ставка по кредитам % 25% NPV, тыс. руб IRR (номинальная годовая), % 57% Срок окупаемости, лет 2,7 Кредиты, тыс.руб Погашение кредитов, тыс. руб Проценты по кредит., тыс. руб Кеш фло, тыс. руб ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА по использованию пиролиза

Справочно: В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт (эквивалент 9 атомных блоков) генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт. работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт. работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках. В 2003 году 4 % всей энергии в США производилось из биомассы. В Швеции, где биомасса уже сегодня обеспечивает около 15% первичной энергии, отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности дают 200 ПДж в год, в основном в качестве топлива для ТЭЦ. Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH. В феврале 2005 года компания Dynamotive открыла производство коммерческого уровня в Онтарио – предприятие производит 22 тысячи тонн пиротоплива из щепы древесины в год и продает его местным предприятиям.

В США ежегодно выделяется 25 млн долларов из федерального бюджета на поиск эффективных путей энергетического использования древесных отходов, причем прямое ожижение древесины в искусственную нефть считается наиболее перспективным [ Национальная программа получения топлива из биомассы / Т. Mitchell, В. Schroer, М. Ziewke, G.Peters // Chemtech. – – Vol. 13, N 4. – Р. 242–249]. Мировой опыт свидетельствует о том, что успех в данной работе возможен лишь при активном участии государства, предусматривающем выработку общегосударственной концепции развития биоэнергетики и конкретных мер государственного стимулирования соответствующих производств. В этой связи Министр сельского хозяйства России обратился 4 декабря 2006 г. к Президенту Российской Федерации В. В. Путину с предложением поручить Правительству Российской Федерации подготовить комплекс мер по ускоренному развитию биоэнергетики, предусмотрев, в том числе: разработку нормативно-правовых документов, регламентирующих обязательное использование биологических добавок в моторном топливе; установление специальных налоговых условий для производства и реализации моторного топлива с содержанием биологических добавок; финансирование за счет средств инвестиционного фонда проектов возделывания высокоэнергетических культур и строительства заводов для производства биотоплива. Президентом дано соответствующее поручение Правительству РФ. В рамках данной работы и с учетом мирового опыта Минсельхозом России разработан комплекс мер государственного регулирования, включающий в себя: законодательное и нормативно-правовое обеспечение развития биоэнергетики; поддержку инновационной и инвестиционной деятельности в области биоэнергетики. В США уже в ближайшие месяцы поступит в розничную продажу автомобильное топливо, произведённое из переработанного мусора. Работающие в стране ведущие мировые компании, такие, как машиностроительная "Ханиуэлл", химический гигант "Дюпон", автоконцерн "Дженерал моторс", нефтедобывающие "Шелл" и "Бритиш петролеум" и другие, заканчивают последние приготовления перед запуском своих перерабатывающих отходы заводов, сообщает газета "Нью-Йорк таймс".

Количество энергии, которое теоретически возможно получить из возобновляемых отходов, составляет 54 ЭДж в развивающихся странах и 42 ЭДж в развитых регионах. Возобновляемые отходы включают три основных компонента: лес, продукты растениеводства и навоз. В расчетах предполагается, что только 25% отходов используется полезно. Развивающиеся страны теоретически могут покрыть 15% потребностей в энергии за счет отходов, промышленные страны - 4%. Оценка потенциала древесных отходов может быть основана на статистических данных о продаже неэнергетической древесины и общего количества древесины, вывезенной из леса. Разница между этими величинами может быть использована в энергетических целях и, до некоторой степени, в деревоперерабатывающей промышленности. Для упрощенных оценок можно считать, что отходы составляют 25-35% от общего количества вывезенной из леса древесины: например, в Польше - 29%, Канаде - 29%, Финляндии - 33%, Швеции - 36%, США - 37% (по данным Biofuels). Если большая часть древесины экспортируется без предварительной обработки, эта доля может быть ниже.