Об инвестиционном пилотном проекте «Энергетический комплекс переработки углеродосодержащего сырья (биомасса, древесные отходы, торф, сланцы, бурый уголь, - презентация

1 Об инвестиционном пилотном проекте «Энергетический комплекс переработки углеродосодержащего сырья (биомасса, древесные отходы, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь, угольные шламы, иловые отложения, промышленные и бытовые отходы…) методом Быстрого Пиролиза в электрическую и тепловую энергии (на примере древесных отходов) мощностью 20 тыс. т, исходного сырья, в год».

2 Создание высокопроизводительного конкурентоспособного производственного энергетического комплекса, генерирующего электрическую и тепловую энергии, посредством технологии быстрого пиролиза древесных отходов. Цели и задачи Резюме Проекта Электрическая энергия - кВт*ч (МВт*ч) Тепловая энергия - ккал*ч (Гкал*ч или МВт*ч) ООО «Торфяная Энергетическая Компания» (ООО «ТЭК») Проведен НИОКР; Создан опытный образец УБП; Получены патенты РФ на технологию и конструкции; Одобрен Экспертным Советом ГК «Ростехнологии». Продукция Участники Статус проекта

3 Резюме Проекта Основные показатели проекта Срок жизни проекталет5 Годовая выработка электрической энергииМВт*ч52 000,00 Годовая выработка тепловой энергииГкал*ч26 000,00 Годовая выручка от реализации продукциитыс. руб ,00 Общий бюджет проектатыс. руб ,00 Себестоимость 1,0 кВт*ч электрич. энергиируб.0,06 Себестоимость 1,0 Гкал тепловой энергиируб.72,00 Срок окупаемости проектамес.26,40 NPV проектатыс. руб ,00 IRR проекта%68,0 PI проекта1,75 Бюджетная эффективность проектатыс. руб ,00

4 Количество отходов деревообработки в РФ составляет более 70 млн. м3 /год ; Актуальность проекта Низкое выполнение расчетной лесосеки, захламленность и деградация лесов; Большое количество низкокачественной древесины не имеющей спроса на рынке; Постепенное истощение мировых запасов традиционных углеводородов и рост цен на них, вынуждает искать новые возобновляемые источники энергии.

5 ВУМ – высокоуглеродистый материал Синтетическая нефть Пиролизный газ НАГРЕВ Технология. Пиролиз - термическая деструкция исходного вещества, при минимальном доступе кислорода.

6 Наряду с прямым сжиганием и газификацией пиролиз является эффективным методом термохимической переработки органических масс (ОМ), и одновременно одной из наименее развитых технологий энергетического использования природных и искусственных органических соединений. Технология. Пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода и происходит при относительно низких температурах ( °С) по сравнению с процессами газификации ( °С) и горения ( °С). Современные технологии пиролиза ОМ могут быть разделены по таким характерным признакам: скорость нагрева (быстрый - БП, медленный пиролиз - МП); среда, в которой происходит пиролиз (вакуумный, гидропиролиз, метанопиролиз). В качестве сырья могут использоваться органика ТБО, древесные отходы, лигнин, целлюлоза, отходы сельского хозяйства, сырая нефть, тяжелые мазуты, битум, тяжелые продукты перегонки нефти, асфальт, отходы бумаги, осадки сточных вод, торф, бурые угли и т.д.

7 Технология. ХарактеристикиБыстрый пиролиз, низкие Т Быстрый пиролиз, высокие Т Медленный пиролиз Карбонизация Время процессадо 6 с 1 мин. - часычасы, дни Размер сырьядо 3 мм 5 мм и вышебольшой Влажность сырья до 8 % высокая Температура, °С Давление, кПа Газ: выход, % массы сухого сырьядо 30до 70до 20до 40 теплота сгорания, МДж/нм Жидкость: выход, % массы сухого сырьядо 60до 10до 60до 20 теплота сгорания, МДж/кг Твердое вещество: выход, % массы сухого сырьядо теплота сгорания, МДж/кг30

8 1. Синтетическая нефть – углеводородная жидкая смесь (более 230 углеводородных химических соединений), предназначена либо для дальнейшей переработки на установках органического синтеза, с целью извлечения фракций моторных топлив и пищевых ароматических веществ или других ценных химических продуктов, либо для использования в системах ТЭЦ и котельных, взамен традиционных, полученных из сырой нефти. Более высокая ценность отдельных химических продуктов, по сравнению с топливом, могла бы сделать выгодным извлечение этих продуктов, даже при их небольших концентрациях. Технология. Продукты быстрого пиролиза 2. Высокоуглеродистый материал (ВУМ) – твердое углистое вещество (с содержанием чистого углерода до 90%), предназначено для использования в металлургии (взамен кокса), химической, шинной и пищевой промышленностях, медицине (аналог активированным углям), в системах ЖКХ и энергетики (как высококалорийное топливо более ккал/кг).

9 Технология. Продукты быстрого пиролиза 3. Пиролизный газ - газовая смесь (CH4, CnHn, H2, CO, CO2, O2…) с теплотой сгорания до 24 МДж/м3 и предназначенная, для использования в энергетических системах и системах потребления газа, а также как исходное сырье для органического синтеза, с целью получения химических продуктов. 1.Возможность построения непрерывного производственного технологического процесса; 2.Двукратное снижение энергоемкости технологического процесса; 3.Более высокая управляемость температурными режимами пиролиза; 4.Более высокая энергетическая ценность продуктов пиролиза; 5.Более низкие эксплуатационные затраты; 6.Более низкая себестоимость выходных продуктов пиролиза; 7.Увеличенный срок службы оборудования; 8.Более высокое качество выходных продуктов пиролиза. Преимущества БП над МП

10 Технология. Сравнительная таблица существующих технологий БП (по установкам БП, при производительности 10,0 т в сутки). Наименование параметра. BTG (Нидерланды). RTP (Pasquali-ENEL, Италия) POTRAM (Шах, Россия) УБПТ (ТЭК, Россия) Тип реактора Абляционный (конус в конусе) ЦКС (циркулирующий кипящий слой) Реторда (винт.) + плазматрон Абляционный (пластинчатый) D вх частиц< 2,0 mm < 1,0 mm< 3,0 mm Тепловой агентПесок, азотПесок, рециркул. газ Металл, газопаровая смесь, плазма Металл Подвод внешн. тепловой энергии Постоянный Только при запуске Коэффициент энергоемкости 1,01,31,80,5 Наработка на отказ в часах (по реактору) Чистота продуктов БП Средняя НизкаяВысокая Удельные кап. Вложения на 1т исходного сырья в $ US 250,0300,0100,050,0 Коэфф. приведенной себестоимости единицы вых. продукции 3,03,22,01,0 Срок окупаемости28 мес.30 мес.16 мес.12 мес.

11 Технология. Упрощенная структурная схема УБПТ

12 Потребители продукции. ТЭЦ Металлургические предприятия Лакокрасочные предприятия Шинные заводы Химические комбинаты Муниципальные котельные Автотранспорт и моб. комплексы Предприятия АПКСтекольные заводы

13 Субъекты, заинтересованные в участии и реализации проекта: Администрации краев, областей, районов, муниципалитетов. Потенциальные области применения: -Энергетика; - ЖКХ; - АПК; - Утилизация промышленных и бытовых отходов; -Деревообрабатывающая промышленность. Потенциальный круг потребителей. Основными потребителями продуктов переработки углеродосодержащего сырья, способом быстрого пиролиза, являются: 1. "Синтетическая нефть": - предприятия нефте-химической промышленности; - предприятия органического синтеза; - авиа и автотранспортные предприятия; -ТЭЦ и котельные; -предприятия использующие автономные комплексы и устройства, генерирующие электрическую и тепловую энергии. 2. "Высокоулеродистый материал": -металлургические комбинаты; -энергетические системы ЖКХ, АПК и т.п.; -предприятия выпускающие шинную продукцию; -предприятия фармацевтической промышленности; -предприятия пищевой промышленности и т.д. 3. «Синтез-газ»: - предприятия системы ЖКХ, АПК; -бытовые потребители; -промышленность; -энергосистемы и т.д. 4. "Тепловая энергия ": -предприятия промышленности и систем ЖКХ, АПК; -тепличные хозяйства; -предприятия рыбного хозяйства и туристического комплекса и т.д. Потребители продукции.

14 Бурый уголь СоломаПтичий помётНавоз КРС Каменный угольТорф ЛигнинЖомСвиной навоз Исходное сырьё БП.

15 Шламы Санитарный лес Отходы пластмасс ТБОШелуха Резинотехнические отходыБиомасса Иловые отложения Бумажные отходы

16 Продукт переработки Выход продуктов переработки, исходя из температурного режима работы реактора С750 0 С870 0 С жидкая фракция (общая сумма), кг ВУМ, кг синтез-газ, кг тепловая мощность, Гкал 1,51,10,6 Продукт переработкиВыход продуктов переработки исходя из температурного режима работы реактора С700 0 С830 0 С жидкая фракция (общая сумма), кг ВУМ, кг синтез-газ, кг тепловая мощность, Гкал 1,81,20,7 Выход продуктов УБПТ. Выход продуктов переработки исходного сланца, массой 1т. Выход продуктов переработки исходных древесных отходов, массой 1т.

17 Продукт переработкиВыход продуктов переработки, исходя из температурного режима работы реактора С780 0 С930 0 С жидкая фракция (общая сумма), кг ВУМ, кг синтез-газ, кг тепловая мощность, Гкал 1,61,10,4 Продукт переработкиВыход продуктов переработки, исходя из температурного режима работы реактора С800 0 С950 0 С жидкая фракция (общая сумма), кг ВУМ, кг синтез-газ, кг тепловая мощность, Гкал 1,41,00,4 Выход продуктов переработки исходного бурого угля, массой 1т. Выход продуктов переработки исходного каменного угля, массой 1т. Выход продуктов УБПТ.

18 Продукт переработки Выход продуктов переработки, исходя из температурного режима работы реактора С800 0 С950 0 С жидкая фракция (общая сумма), кг ВУМ, кг синтез-газ, кг тепловая мощность, Гкал 1,41,00,4 Продукт переработки Выход продуктов переработки, исходя из температурного режима работы реактора С680 0 С870 0 С жидкая фракция (общая сумма), кг ВУМ, кг синтез-газ, кг тепловая мощность, Гкал 1,21,80,6 Выход продуктов переработки исходного угольного шлама, массой 1т. Выход продуктов переработки исходного низинного торфа, массой 1т. Выход продуктов УБПТ.

19 СоединениеПредставителиКонцентрация, % масс Алканы – предельные углеводороды (составляют основу различных видов традиционных моторных топлив). Пентан (С5Н12) и т.д. до С16Н34, а также циклопентан, циклогексан, 1,2-диметилциклогексан 56,6 Алкадиены – непредельные углеводороды. 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) и т.п.10,8 Ароматические углеводороды.Бензол (С6Н6), от 1,2-диметил-бензол (орто- ксилол) до 1,4-диметил-бензол, Толуол, Ванилин и т.п. 14,3 Гидроксильные.Спирты (метанол, диолы, триолы и т.п.). Фенолы (гидроксибензол, 3-метилфенол и т.п.). Эфиры (бензойной кислоты и т.д.) 14,6 Карбонильные.Альдегиды (3,4.5-триметоксибензальдегид, диметоксисалициловый альдегид, 5-метил-2- фуранкарбоксальдегид). Кетоны (диметилкетон – ацетон и т.п.). 2,2 Карбоновые кислоты.Ароматические кислоты. Пентановая кислота и т.п. 0,3 Сложные эфиры.Этилацетат, метилбензоат и т.д.0,1 Азотосодержащие.Нитрометан, нитробензол. Амины. Карбамид. Аминокислоты. 1,1 Органические компоненты синтетической нефти, из низинного торфа. Состав продуктов УБПТ.

20 Сентез – газ. Состав продуктов УБПТ. КомпонентЗначение, % масс. H210,0 – 35,0 O24,0 – 10,0 N23,0 – 6,0 CH430,0 – 55,0 CO15,0 - 25,0 Теплотворная способность 24 – 32 МДж/м3 Высокоуглеродистый материал (ВУМ). Усредненная себестоимость продуктов БП торфа составила для: - синтетической нефти – до 18,0 $ США за 1 т; - синтез-газа – до 15,0 $ США за куб. м; - высокоуглеродистого материала (ВУМ) – до 20,0 $ США за 1 т; - эквивалентной тепловой энергии – до 3,0 $ США за 1 Гкал.

21 Конструкция УБП. Модель УБП (3D) – Блок подготовки и подачи сырья. 2 – Блок вибрац. сушилки кипящего слоя. 3 – Центробежные циклоны. 4 – Винтовой питатель. 5 – Блок реактора быстрого пиролиза. 6 – Теплообменник. 7 – Блок ректификации. 8 – Сборник ВУМ 4 Сырье Синтез-газ Синтетическая нефть Воздушная смесь

22 Конструкция УБП. Конструкционные виды УБП.

23 Конструкция УБПТ. Вид УБПТ – 001.Вид реактора УБПТ – 001.

24 Конструкция УБПТ. Вид сушилки УБПТ – 001.Вид реактора УБПТ – 001.

25 НаименованиеУстановка УБПДО – 020 Производительность2,3 т/ч по исходному сырью СырьеДревесные отходы (ДО) Установленная мощность т в год Относительная влажность сырьяне более 40 % Зольность сырьяне более 2,0 % Количество часов работы в годне менее ч Компоновкапо желанию Заказчика Состав установкипо желанию Заказчика Площадь участка под размещение УБПДО-020не более 25 м2 Габариты Д-В-Ш (м)7,0 Х 6,0 Х 3,0 Вес комплексане более 4,0 т Инфраструктура15 кВт; водопровод (0,5 м3/ч) Требуемое количество обслуживающего персонала2 чел./смена Срок эксплуатации до капитального ремонтане менее 10 лет Срок изготовления оборудования10 месяцев Система управления (степень автоматизации)АСУТП Экология (выбросы)Отсутствуют Основные технические характеристики УБПДО – 020. Конструкция УБП.

26 Сравнительная себестоимость 1,0 Гкал экв. тепловой энергии. [руб./Гкал]

27 Преимущества УБПТ перед существующими аналогами. Влияние относительной влажности на характеристики процесса. На рис. 1 изображено зависимости степени конверсии углерода и водорода от относительной влажности древесины, без доступа кислорода. На рис. 2 приведены зависимости выхода синтез-газа и энергозатрат, на его получение, с ростом влажности древесного сырья.

28 Действующая опытно-промышленная установка УБПТ-001 имеет существенные преимущества перед зарубежными аналогами: 1. Зарубежные аналоги используют передачу тепловой энергии посредством вносимого в реактор твердого тела - кварцевого песка, который предварительно необходимо нагреть до требуемой температуры, что требует дополнительных затрат тепловой энергии (примерно 30% от полученной в технологическом процессе). Кроме того, такой теплообмен требует необходимого количества тепловой энергии с целью поддержания температурного режима в самом реакторе, что в конечном итоге приводит к тому, что выделившаяся полезная тепловая энергия экзотермического процесса пиролиза нивелируется, а также встает задача разделения продуктов пиролиза и самого теплоносителя – кварцевого песка, для его очистки и вторичного использования, что в свою очередь, требует дополнительного дорогостоящего оборудования, а следовательно и финансовых затрат – как первоначальных капитальных, так и эксплуатационных (увеличение себестоимость конечной продукции). УБПТ-001 использует в реакторе абляцию, посредством неподвижной пластины, и, соответственно, нет необходимости ни в дополнительном оборудовании, ни в подводе дополнительной тепловой энергии из вне; 2. Зарубежные аналоги, по технологическим причинам, используют в реакторах режимы кипящего или циркулирующего кипящего слоя, что требует носитель (инертный газ или воздух), причем подогретый до рабочей температуры реактора, а это приводит к смазыванию чистоты синтеза выходных углеводородов, а также требует не только дополнительной тепловой энергии, но и оборудования, что увеличивает начальные капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Преимущества УБПТ перед существующими аналогами.

29 УБПТ-001 использует в реакторе режим «своего газа» и соответственно не требует дополнительно ни тепловой энергии, ни инертного носителя, а следовательно, и дополнительного оборудования; 3. Зарубежные аналоги не используют предварительную сушку исходного материала, что приводит к потерям тепловой энергии (в реакторе) на выпаривание воды, а также приводит к значительному присутствию водяных растворов в продуктах быстрого пиролиза. УБПТ-001, по своему технологическому процессу, использует предварительную сушку исходного материала, для чего задействует часть тепловой энергии выходного пиролизного газа, т.е. «бесплатно». Конечно, это требует дополнительного оборудования, но это дает значительный выигрыш в чистоте выходных продуктов БП, а также приводит к снижению энергозатрат внутри реактора БП, что, в конечном итоге, значительно снижает себестоимость продукции; 3. Зарубежные аналоги, внутри реактора, применяют подвижные устройства и механизмы, что, в условиях повышенных температур, существенно снижает надежность непрерывной работы и уменьшает наработку на отказ. В УБПТ-001, внутри реактора БП, нет подвижных устройств и механизмов, следовательно существенно выше надежность работы всей установки БП; 4. Зарубежные аналоги, вследствие применения своей технологии быстрого пиролиза, совершенно не замечают такой фактор быстрого пиролиза – экзотермический характер взрывного фазового перехода, что приводит к потере такой товарной продукции, как дополнительная тепловая энергия. Данный фактор учитывается в УБПТ-001, что позволяет проводить процесс БП без подвода внешней тепловой энергии и даже отводить ее излишек, посредством внешних водяных контуров управления, из реактора в виде перегретого пара; 5. Начальные капитальные вложения и эксплуатационные расходы зарубежных аналогов, более чем в 2 раза, превосходят УБПТ-001. Так стоимость комплекса УБП, годовой перерабатываемой мощностью 20 тыс. т, составляет: -BTG – 5 000,0 тыс. $ US; --УБПТ – 1 000,0 тыс. $ US. Таким образом, экономическая эффективность УБПТ-001 выше зарубежных аналогов. Преимущества УБПТ перед существующими аналогами.

30 Генерация. Предлагается когенерацию осуществлять на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепловой энергии. Источниками внешней тепловой энергии являются продукты быстрого пиролиза УБПДО-020 (синтетическая нефть, синтез-газ, ВУМ, перегретый пар и воздушно-газовая смесь от вибрационной сушилки кипящего слоя). Автономная энергетическая установка на базе РЛДВПТ.

31 Генерация. Преимущество генерации на РЛДВПТ.

32 Генерация. Преимущество генерации на РЛДВПТ. Автономные энергоустановки Стоимость за 1 кВт в рублях, установленной электрической мощности Срок окупаемости, лет Уровень шума, дБА Ресурс до капремонта, часов Газопоршневые (500 – 4000 кВт) – Газотурбинные (500 – 4000 кВт) – РЛДВПТ (500 – 4000 кВт) – ,5 – 2, Тип приводного двигателя Токсичность, г/кВт*ч NOx CO CxHy Двигатель с внешним подводом теплоты 0,5 – 1,0 0,25 – 1,0 0,01 – 0,05 Газовая турбина 3,5 – 10,0 10,0 – 20,0 0,06 – 0,35 Дизельный двигатель 2,0 – 10,0 1,0 – 25,0 3, Бензиновый двигатель 3,0 – 10,

33 Перспективные направления развития проекта. Ориентация проекта на выпуск продукции, популярность которой в мире постоянно растет, а полезные свойства, в сочетании с невысокой стоимостью, позволяют решать потребителям остро стоящие перед ними проблемы, в том числе по снижению себестоимости своей продукции, все это позволяет сделать вывод о перспективе расширения развития данного проекта. Предлагаемый проект перспективен с точки зрения количественного роста и качественного совершенствования. Количественный рост предполагает: - Наращивание годовой мощности переработки исходного сырья и когенерации; - Масштабирование, тиражирование и реализацию проекта в различных регионах РФ и мира; - Расширение географии сбыта выпускаемой в рамках проекта продукции; -Расширение базы исходного сырья (торф, сланцы, бурые и каменные угли, биомасса, промышленные и бытовые отходы, отходы КРС и птичий помет и т.д.); -- Продажа лицензий на технологии и конструкции УБП. Качественное развитие проекта предполагает: - Освоение технологий более углубленной переработки продуктов БП, с получением моторных топлив и ароматических веществ; - Создание автономных мобильных комплексов по переработке различных исходных веществ методом БП и генерации энергий; - Создание бытовых автономных комплексов, для использования в жилищном секторе.

34 ООО «ТЭК» - Генеральный разработчик и Ген. подрядчик проекта, патентодержатель на основе Договоров исключительного права (909) , Москва, ул. Правды, Генеральный директор ООО «ТЭК» - Д.т.н. Владимир А. Котельников. Исполнители проекта. Основные исполнители. Соисполнители исполнители: - РНЦ «Курчатовский Институт» РАН (расчеты теплообменных процессов и аппаратов); - Вычислительный центр РАН (математическое моделирование процессов); - РХТУ им. Д.И. Менделеева (проведение физико-химических анализов веществ); - Псковский государственный политехнический университет (генерация и когенерация энергий); - инженерный центр МАИ (конструирование аппаратов, разработка АСУ и АСУТП); - ОАО «Ивантеевский завод Мельмаш» (изготовление подающих и дозирующих устройств); - ЗАО «Кислородмонтаж» (изготовление оригинального оборудования и монтаж установок) и др.

35