Выработка электроэнергии путем утилизации навоза и птичьего помета
Навоз, птичий помет, особенно клеточного содержания (около 80% влажности), в ряде случаев, особенно в условиях средней полосы, является достаточно проблемным продуктом. На сегодня существуют всего три типа решений, связанных с выработкой тепла и электроэнергии: сжигание в специализированных котлах (в случае с подстилочным пометом), близкое к нему решение, связанное с предварительным механическим осушением (сепарированием), сушкой и газификацией навоза или помета, в т.ч. помета клеточного содержания, и выработка электроэнергии и тепла из полученного газа с помощью ГПУ; и, наконец, третье решение – сбраживание с получением биометана, используемого для электрогенерации или когенерации (выработки тепловой и электрической энергии). Все эти решения достаточно сложны и/или затратны в реализации; есть сложности в экологичности дымовых газов (при сжигании) или сложности утилизации продуктов сбраживания при получении биометана.
Разработанное НИИЭПФ (входит в состав ГК ЭОН) решение является принципиально отличным от рассмотренных выше решений и заключается в аэробном сбраживании навоза/помета с помощью термофильных бактерий. Тепло, выделяемое при сбраживании, отбирается с помощью жидкого теплоносителя и используется для генерации электроэнергии в ORC электростанции на базе той или иной турбины или поршневой тепловой машины. В процессе аэробного сбраживания навоз/помет полностью обеззараживается вследствие высоких температур и превращается в перегной, являющийся безопасным и эффективным удобрением. Принципиальная схема электрогенерации на навозе/птичьем помете приведена выше.
Говоря о технико-экономической эффективности, рассмотрим случай утилизации птичьего подстилочного помета. Его низшая теплота сгорания при влажности 40% составляет величину около 2100 ккал/кг или 8 792 кДж/кг, что объясняется его высокой влажностью. Из 1 кг такого помета можно получить в метатанке около 0,18 кг метана (степень разложения органического вещества 70%) и кратно больший (в сравнении с первоначальным) объем зловонной жидкости – продуктов анаэробного брожения. Исходя из изложенного, полученные сравнительные технико-экономические показатели способов переработки такого помета мощностью 1 т/час представлены в таблице.
В завершении этой небольшой публикации хочется заметить, что не бывает плохих или хороших технических решений самих по себе; многое зависит от того, насколько то или иное решение соответствует конкретной задаче. Впрочем, во многих, если не в большинстве случаев, оптимальным будет именно описанное выше решение.
Навоз, птичий помет, особенно клеточного содержания (около 80% влажности), в ряде случаев, особенно в условиях средней полосы, является достаточно проблемным продуктом. На сегодня существуют всего три типа решений, связанных с выработкой тепла и электроэнергии: сжигание в специализированных котлах (в случае с подстилочным пометом), близкое к нему решение, связанное с предварительным механическим осушением (сепарированием), сушкой и газификацией навоза или помета, в т.ч. помета клеточного содержания, и выработка электроэнергии и тепла из полученного газа с помощью ГПУ; и, наконец, третье решение – сбраживание с получением биометана, используемого для электрогенерации или когенерации (выработки тепловой и электрической энергии). Все эти решения достаточно сложны и/или затратны в реализации; есть сложности в экологичности дымовых газов (при сжигании) или сложности утилизации продуктов сбраживания при получении биометана.
Разработанное НИИЭПФ (входит в состав ГК ЭОН) решение является принципиально отличным от рассмотренных выше решений и заключается в аэробном сбраживании навоза/помета с помощью термофильных бактерий. Тепло, выделяемое при сбраживании, отбирается с помощью жидкого теплоносителя и используется для генерации электроэнергии в ORC электростанции на базе той или иной турбины или поршневой тепловой машины. В процессе аэробного сбраживания навоз/помет полностью обеззараживается вследствие высоких температур и превращается в перегной, являющийся безопасным и эффективным удобрением. Принципиальная схема электрогенерации на навозе/птичьем помете приведена выше.
Говоря о технико-экономической эффективности, рассмотрим случай утилизации птичьего подстилочного помета. Его низшая теплота сгорания при влажности 40% составляет величину около 2100 ккал/кг или 8 792 кДж/кг, что объясняется его высокой влажностью. Из 1 кг такого помета можно получить в метатанке около 0,18 кг метана (степень разложения органического вещества 70%) и кратно больший (в сравнении с первоначальным) объем зловонной жидкости – продуктов анаэробного брожения. Исходя из изложенного, полученные сравнительные технико-экономические показатели способов переработки такого помета мощностью 1 т/час представлены в таблице.
В завершении этой небольшой публикации хочется заметить, что не бывает плохих или хороших технических решений самих по себе; многое зависит от того, насколько то или иное решение соответствует конкретной задаче. Впрочем, во многих, если не в большинстве случаев, оптимальным будет именно описанное выше решение.
Альтернативные способы культивации личинки черной львинки
Личинка черной львинки (Hermetia illucens) – первое кормовое насекомое, получившее в России общее признание и целесообразность использования в кормах, как сырья для получения биологически активных соединений и антибиотиков. Существует большое количество отечественных публикаций и работающих технологий в области состава кормовых смесей (от опилок хвойных пород, птичьего помета, навоза до пищевых продуктов типа отрубей и молочной сыворотки) и их связи с особенностями химического состава получаемых личинок, селекции личинки черной львинки, технологии и оптимизации выращивания в контейнерах. Выращивание в контейнерах (ящиках) – это единственный способ производства личинки черной львинки; он прост, надежен, доступен каждому, но дорог и требует большого объема труда или дорогостоящей роботизации производства (пример такого роботизированного производства на YouTube или RUTUBE).
Далее рассмотрим известные нам способы выращивания личинки черной львинки, отличные от ее культивации в контейнерах и имеющие перед этим методом ряд преимуществ. Первый из рассматриваемых способов – выращивание львинки в мешках или рукавах. Этот способ не уступает по простоте контейнерному способу, но имеет куда больший потенциал к автоматизации, а в больших масштабах производства защищает львинку от ряда заболеваний и хищных насекомых. Интересно отметить, что в России и, вероятно, в странах постсоветского пространства данный способ известен с высокой долей вероятности из первоисточников, в первую очередь, французских и бельгийских патентных документов, но не реализован в силу отсутствия более глубоких знаний. С высокой долей вероятности мы были первыми в России, кто смог на практике реализовать данный метод, определив ключевые параметры процесса выращивания, включая такие важные, как размер мешков/рукавов, плотность и проницаемость ткани, расстояние между мешками или рукавами при тоннельном способе выращивания, а также ряд других более тонких параметров.
Второй способ, отличный от способа выращивания личинки львинки в ящиках, – это культивация на специальной насадке с использованием полужидкого питательного субстрата. Данный способ основан на способности выращивания львинки на наклонных пластинах с определенным рельефом поверхности (были опробованы различные варианты рельефа от специального профиля в сочетании с микроперфорацией до тканного ворсистого материала из микрофибры). Пластины периодически орошаются полужидким субстратом, а подросшие личинки львинки переползают вверх для сбора. Этот способ имеет хорошую пригодность для промышленной реализации и более подходит для решения задачи утилизации ряда отходов.
Третий способ – выращивание в поточном культиваторе – наилучшим образом пригоден для промышленного использования, хотя и требует наибольших начальных капитальных затрат. Предлагаемый культиватор содержит ряды наклонных каналов, сверху которых подается кормовая смесь со стартовыми личинками (5-дневные личинки с момента их появления из яиц), а снизу за счет транспортной ленты идет выгрузка смеси зоогумуса и личинок с подачей на вибросито для их разделения.
Все три рассмотренные способа проверены на практике и являются хорошей альтернативой контейнерному способу, более пригодному для лабораторного выращивания или выращивания в совсем малых объемах.
Личинка черной львинки (Hermetia illucens) – первое кормовое насекомое, получившее в России общее признание и целесообразность использования в кормах, как сырья для получения биологически активных соединений и антибиотиков. Существует большое количество отечественных публикаций и работающих технологий в области состава кормовых смесей (от опилок хвойных пород, птичьего помета, навоза до пищевых продуктов типа отрубей и молочной сыворотки) и их связи с особенностями химического состава получаемых личинок, селекции личинки черной львинки, технологии и оптимизации выращивания в контейнерах. Выращивание в контейнерах (ящиках) – это единственный способ производства личинки черной львинки; он прост, надежен, доступен каждому, но дорог и требует большого объема труда или дорогостоящей роботизации производства (пример такого роботизированного производства на YouTube или RUTUBE).
Далее рассмотрим известные нам способы выращивания личинки черной львинки, отличные от ее культивации в контейнерах и имеющие перед этим методом ряд преимуществ. Первый из рассматриваемых способов – выращивание львинки в мешках или рукавах. Этот способ не уступает по простоте контейнерному способу, но имеет куда больший потенциал к автоматизации, а в больших масштабах производства защищает львинку от ряда заболеваний и хищных насекомых. Интересно отметить, что в России и, вероятно, в странах постсоветского пространства данный способ известен с высокой долей вероятности из первоисточников, в первую очередь, французских и бельгийских патентных документов, но не реализован в силу отсутствия более глубоких знаний. С высокой долей вероятности мы были первыми в России, кто смог на практике реализовать данный метод, определив ключевые параметры процесса выращивания, включая такие важные, как размер мешков/рукавов, плотность и проницаемость ткани, расстояние между мешками или рукавами при тоннельном способе выращивания, а также ряд других более тонких параметров.
Второй способ, отличный от способа выращивания личинки львинки в ящиках, – это культивация на специальной насадке с использованием полужидкого питательного субстрата. Данный способ основан на способности выращивания львинки на наклонных пластинах с определенным рельефом поверхности (были опробованы различные варианты рельефа от специального профиля в сочетании с микроперфорацией до тканного ворсистого материала из микрофибры). Пластины периодически орошаются полужидким субстратом, а подросшие личинки львинки переползают вверх для сбора. Этот способ имеет хорошую пригодность для промышленной реализации и более подходит для решения задачи утилизации ряда отходов.
Третий способ – выращивание в поточном культиваторе – наилучшим образом пригоден для промышленного использования, хотя и требует наибольших начальных капитальных затрат. Предлагаемый культиватор содержит ряды наклонных каналов, сверху которых подается кормовая смесь со стартовыми личинками (5-дневные личинки с момента их появления из яиц), а снизу за счет транспортной ленты идет выгрузка смеси зоогумуса и личинок с подачей на вибросито для их разделения.
Все три рассмотренные способа проверены на практике и являются хорошей альтернативой контейнерному способу, более пригодному для лабораторного выращивания или выращивания в совсем малых объемах.
Об автономной генерации для частного дома
Задача электрогенерации для частного дома (или небольшого фермерского хозяйства или иного объекта с максимальной мощностью потребления в условном диапазоне 10-50 кВт) возникает либо из-за стремления снизить затраты на сетевую электроэнергию, либо решения задачи автономности, когда сетевая электроэнергия недоступна.
При наличии магистрального газа решение задачи простое и состоит в установке малой ГПУ с утилизатором тепла, используемого для горячего водоснабжения и отопления, а в летний период — для охлаждения воздуха (за счет использования абсорбционных кондиционеров).
В отсутствии магистрального газа или недорого его аналога (автономная газификация с использованием сниженного газа) остаются варианты с использованием в качестве топлива угля, древесных пеллет или агропеллет (возможно, и дров, но использование дров более сложно в части автоматизации электростанции), каменного и бурого угля, отработанного моторного масла (ОММ). Ниже рассмотрим возможные схемы генерации со всеми этими вариантами топлива.
Самое простое – использование отработанного моторного масла. По сути, в этом случае решение задачи автономной генерации практически ничем не отличается от такой задачи при наличии магистрального газа, с тем лишь отличием, что вместо ГПУ ставится специализированная ДГУ (расход ОММ примерно 18 л на 100 кВт·ч электроэнергии и до 100 кВт·ч тепла в виде нагретой до +90-95°C горячей воды). Впрочем, в пересчете на единицу энергии стоимость ОММ существенно выше стоимости магистрального газа, а соотношение вырабатываемой электрической и тепловой энергии в большинстве случаев будет отличаться от соотношения потребляемых значений электрической и тепловой энергии с явным и существенным дисбалансом в сторону избытка тепловой. Для устранения такого дисбаланса и снижения себестоимости вырабатываемой электроэнергии целесообразно включение второго контура генерации электроэнергии на базе ORC-сборки с использованием избыточной тепловой энергии. В этом случае общий КПД чистой электрогенерации может составлять величину до 75% против 40-47% при использовании только ДГУ, а значит, пропорционально будет снижена себестоимость вырабатываемой электроэнергии. Например, при стоимости ОММ 22 р/л стоимость 1 кВт·ч электроэнергии составит в первом и во втором случаях 3,96 и 2,48 рубля за один кВт·ч соответственно.
Схемы генерации с использованием в качестве топлива пеллет, угля, дров однотипны и отличаются между собой лишь модификацией оборудования с учетом специфики того или иного топлива. Такие схемы генерации включают автоматический котел-газификатор, в котором твердое топливо преобразуется в газ, систему очистки газа и ГПУ. Когенерация тепла осуществляется на этапе газификации твердого топлива и на этапе утилизации тепла дымовых газов при работе ГПУ. Здесь, так же как и в случае со схемой генерации при использовании в качестве топлива ОММ, целесообразна и экономически оправдана в большинстве случаев установка второго контура электрогенерации на базе ORC-сборки. КПД только электрогенерации первого контура (связка газификатора с ГПУ) составляет около 28-32%, КПД чистой электрогенерации с учетом второго контура составляет 48-54%.
Задача электрогенерации для частного дома (или небольшого фермерского хозяйства или иного объекта с максимальной мощностью потребления в условном диапазоне 10-50 кВт) возникает либо из-за стремления снизить затраты на сетевую электроэнергию, либо решения задачи автономности, когда сетевая электроэнергия недоступна.
При наличии магистрального газа решение задачи простое и состоит в установке малой ГПУ с утилизатором тепла, используемого для горячего водоснабжения и отопления, а в летний период — для охлаждения воздуха (за счет использования абсорбционных кондиционеров).
В отсутствии магистрального газа или недорого его аналога (автономная газификация с использованием сниженного газа) остаются варианты с использованием в качестве топлива угля, древесных пеллет или агропеллет (возможно, и дров, но использование дров более сложно в части автоматизации электростанции), каменного и бурого угля, отработанного моторного масла (ОММ). Ниже рассмотрим возможные схемы генерации со всеми этими вариантами топлива.
Самое простое – использование отработанного моторного масла. По сути, в этом случае решение задачи автономной генерации практически ничем не отличается от такой задачи при наличии магистрального газа, с тем лишь отличием, что вместо ГПУ ставится специализированная ДГУ (расход ОММ примерно 18 л на 100 кВт·ч электроэнергии и до 100 кВт·ч тепла в виде нагретой до +90-95°C горячей воды). Впрочем, в пересчете на единицу энергии стоимость ОММ существенно выше стоимости магистрального газа, а соотношение вырабатываемой электрической и тепловой энергии в большинстве случаев будет отличаться от соотношения потребляемых значений электрической и тепловой энергии с явным и существенным дисбалансом в сторону избытка тепловой. Для устранения такого дисбаланса и снижения себестоимости вырабатываемой электроэнергии целесообразно включение второго контура генерации электроэнергии на базе ORC-сборки с использованием избыточной тепловой энергии. В этом случае общий КПД чистой электрогенерации может составлять величину до 75% против 40-47% при использовании только ДГУ, а значит, пропорционально будет снижена себестоимость вырабатываемой электроэнергии. Например, при стоимости ОММ 22 р/л стоимость 1 кВт·ч электроэнергии составит в первом и во втором случаях 3,96 и 2,48 рубля за один кВт·ч соответственно.
Схемы генерации с использованием в качестве топлива пеллет, угля, дров однотипны и отличаются между собой лишь модификацией оборудования с учетом специфики того или иного топлива. Такие схемы генерации включают автоматический котел-газификатор, в котором твердое топливо преобразуется в газ, систему очистки газа и ГПУ. Когенерация тепла осуществляется на этапе газификации твердого топлива и на этапе утилизации тепла дымовых газов при работе ГПУ. Здесь, так же как и в случае со схемой генерации при использовании в качестве топлива ОММ, целесообразна и экономически оправдана в большинстве случаев установка второго контура электрогенерации на базе ORC-сборки. КПД только электрогенерации первого контура (связка газификатора с ГПУ) составляет около 28-32%, КПД чистой электрогенерации с учетом второго контура составляет 48-54%.
Продолжение
Рассмотренные схемы являются в большинстве случаев оптимальными и единственно экономически оправданными. Конечно, существуют паровые поршневые двигатели, но для их работы потребовался паровой котел и конденсатор-охладитель. Стоимость решения с паровым поршневым двигателем с приемлемым КПД в два-три раза выше стоимости решения с ГПУ/ДГУ. Использование недорогих паропоршневых двигателей, на практике имеющих КПД не более 18%, а КПД чистой электрогенерации не более 15%, делает их применение экономически нецелесообразным, если, конечно, нет источника совсем недорого или даже бросового топлива (но и в этом случае есть куда более оптимальное решение). По той же причине не применимы отечественные недорогие двигатели Стирлинга и электростанции на их базе, имеющие заявленный КПД (на практике, вероятно, еще ниже, исходя из анализа их характеристик и конструкции) в диапазоне всего лишь 10-18% (т.е. при прочих равных, в сравнении с ГПУ, электростанция на базе такого недорого Стирлинга позволит получить электроэнергию в 2,5-4,5 раза дороже). Применение более совершенных двигателей Стирлинга, например, зарубежного производства, с КПД 45-50% в 5-7 раз дороже любого из описываемых здесь решений, что делает его также экономически нецелесообразным.
В публикации намеренно не были рассмотрены варианты с использованием альтернативных источников энергии: солнечных батарей, ИК-коллекторов, ветряков. Их использование возможно и в ряде случаев целесообразно, но все же имеет существенные ограничения, особенно в средней полосе и на севере. Вместе с тем, с технической точки зрения решение задачи автономной генерации частного дома с использованием альтернативных источников энергии интересно и будет рассмотрено в одной из следующих публикаций.
Комментарий и дополнения к этой и другим публикациям доступны на канале в YouTube и RUTUBE
YouTube
RUTUBE
Рассмотренные схемы являются в большинстве случаев оптимальными и единственно экономически оправданными. Конечно, существуют паровые поршневые двигатели, но для их работы потребовался паровой котел и конденсатор-охладитель. Стоимость решения с паровым поршневым двигателем с приемлемым КПД в два-три раза выше стоимости решения с ГПУ/ДГУ. Использование недорогих паропоршневых двигателей, на практике имеющих КПД не более 18%, а КПД чистой электрогенерации не более 15%, делает их применение экономически нецелесообразным, если, конечно, нет источника совсем недорого или даже бросового топлива (но и в этом случае есть куда более оптимальное решение). По той же причине не применимы отечественные недорогие двигатели Стирлинга и электростанции на их базе, имеющие заявленный КПД (на практике, вероятно, еще ниже, исходя из анализа их характеристик и конструкции) в диапазоне всего лишь 10-18% (т.е. при прочих равных, в сравнении с ГПУ, электростанция на базе такого недорого Стирлинга позволит получить электроэнергию в 2,5-4,5 раза дороже). Применение более совершенных двигателей Стирлинга, например, зарубежного производства, с КПД 45-50% в 5-7 раз дороже любого из описываемых здесь решений, что делает его также экономически нецелесообразным.
В публикации намеренно не были рассмотрены варианты с использованием альтернативных источников энергии: солнечных батарей, ИК-коллекторов, ветряков. Их использование возможно и в ряде случаев целесообразно, но все же имеет существенные ограничения, особенно в средней полосе и на севере. Вместе с тем, с технической точки зрения решение задачи автономной генерации частного дома с использованием альтернативных источников энергии интересно и будет рассмотрено в одной из следующих публикаций.
Комментарий и дополнения к этой и другим публикациям доступны на канале в YouTube и RUTUBE
YouTube
RUTUBE
О энергоавтономности и энергоэффективности здания
Название публикации могло бы звучать как: «О энергоавтономности и энергоэффективности частного дома», и на примере именно частного дома далее будут рассмотрены технические аспекты достижения задачи энергоавтономности и энергоэффективности, но все изложенное здесь будет применимо для многих других жилых и нежилых зданий.
Энергонезависимость и бесплатное электричество на условных дровах – одна из любимых тем профильных форумов, участники которых забывают о стоимости топлива и о себестоимости электроэнергии, особенно с учетом самодельных паровых машин с КПД всего в несколько единиц процентов. Правда же состоит в том, что говорить о экономической целесообразности автономной генерации можно только в двух случаях: когда нет возможности подключения к электросети или когда топливо стоит действительно недорого или оно вовсе бросовое. В большинстве остальных случаев окупаемость затрат на миниэлектростанции для автономной генерации с хорошим КПД чистой электрогенерации будет долгой — от одного года (например, недорогой магистральный газ, отработанное моторное масло) до 3-7 лет (недорогие уголь или пеллеты). Электроэнергия в России и правда, весьма недорогая.
Смотрите видео на эту тему (YouTube или RUTUBE).
Впрочем, решения, непригодные для задачи «энергоавтономность», вполне могут быть оправданы для решения задачи «энергоэффективность» — показателя, отражающего, насколько рационально здание использует энергоресурсы: отопление, вентиляцию, освещение, водоснабжение.
В аспекте понятия «энергоэффективность» задача электрогенерации будет сформулирована как задача согенерации, т.е. экономии сетевой электроэнергии за счет генерации собственной в режиме когенерации тепла для отопления. В этом случае не столь важен КПД чистой электрогенерации, сколько стоимость оборудования и его окупаемость.
Более подробное объяснение на видео (YouTube или RUTUBE).
Решая таким образом задачу минимизации затрат на электроэнергию в сезон отопления, интересно будет рассмотреть возможность экономии электроэнергии в теплый сезон за счет снижения затрат на сетевую электроэнергию, используемую для охлаждения воздуха. Более того, предлагаемое ниже решение позволяет не только осуществить экономию сетевой электроэнергии на охлаждение воздуха при его кондиционировании, но и заместить часть сетевой электроэнергии, используемой для других нужд. Речь идет о использовании энергии тепла, получаемого за счет использования солнечных коллекторов. При этом в теплый период, когда стоит задача охлаждения воздуха внутри помещения, вовсе необязательно использовать вакуумные ИК-коллекторы, способные работать даже при отрицательных температурах, заменяя их на недорогие змеевики. Имея тепловую энергию, посредством АХМ возможна выработка холода, а при необходимости — посредством ORC-сборки выработка дополнительного количества электроэнергии для замещения сетевой электроэнергии.
Более подробное объяснение в этом видео (YouTube или RUTUBE).
И в завершении: что такое АХМ и принцип его работы простыми словами – смотрите видео (YouTube или RUTUBE).
Название публикации могло бы звучать как: «О энергоавтономности и энергоэффективности частного дома», и на примере именно частного дома далее будут рассмотрены технические аспекты достижения задачи энергоавтономности и энергоэффективности, но все изложенное здесь будет применимо для многих других жилых и нежилых зданий.
Энергонезависимость и бесплатное электричество на условных дровах – одна из любимых тем профильных форумов, участники которых забывают о стоимости топлива и о себестоимости электроэнергии, особенно с учетом самодельных паровых машин с КПД всего в несколько единиц процентов. Правда же состоит в том, что говорить о экономической целесообразности автономной генерации можно только в двух случаях: когда нет возможности подключения к электросети или когда топливо стоит действительно недорого или оно вовсе бросовое. В большинстве остальных случаев окупаемость затрат на миниэлектростанции для автономной генерации с хорошим КПД чистой электрогенерации будет долгой — от одного года (например, недорогой магистральный газ, отработанное моторное масло) до 3-7 лет (недорогие уголь или пеллеты). Электроэнергия в России и правда, весьма недорогая.
Смотрите видео на эту тему (YouTube или RUTUBE).
Впрочем, решения, непригодные для задачи «энергоавтономность», вполне могут быть оправданы для решения задачи «энергоэффективность» — показателя, отражающего, насколько рационально здание использует энергоресурсы: отопление, вентиляцию, освещение, водоснабжение.
В аспекте понятия «энергоэффективность» задача электрогенерации будет сформулирована как задача согенерации, т.е. экономии сетевой электроэнергии за счет генерации собственной в режиме когенерации тепла для отопления. В этом случае не столь важен КПД чистой электрогенерации, сколько стоимость оборудования и его окупаемость.
Более подробное объяснение на видео (YouTube или RUTUBE).
Решая таким образом задачу минимизации затрат на электроэнергию в сезон отопления, интересно будет рассмотреть возможность экономии электроэнергии в теплый сезон за счет снижения затрат на сетевую электроэнергию, используемую для охлаждения воздуха. Более того, предлагаемое ниже решение позволяет не только осуществить экономию сетевой электроэнергии на охлаждение воздуха при его кондиционировании, но и заместить часть сетевой электроэнергии, используемой для других нужд. Речь идет о использовании энергии тепла, получаемого за счет использования солнечных коллекторов. При этом в теплый период, когда стоит задача охлаждения воздуха внутри помещения, вовсе необязательно использовать вакуумные ИК-коллекторы, способные работать даже при отрицательных температурах, заменяя их на недорогие змеевики. Имея тепловую энергию, посредством АХМ возможна выработка холода, а при необходимости — посредством ORC-сборки выработка дополнительного количества электроэнергии для замещения сетевой электроэнергии.
Более подробное объяснение в этом видео (YouTube или RUTUBE).
И в завершении: что такое АХМ и принцип его работы простыми словами – смотрите видео (YouTube или RUTUBE).
Энергоэффективность дома - вариант схемы для практической реализации
Ранее в публикациях и видео-комментариях к ним уже говорилось, что в большинстве случаев энергоавтономность дома в условиях недорогой электроэнергии экономически нецелесообразна, и говорить о ней можно либо когда эта сетевая электроэнергия дорога, её нет вовсе или есть недорогое топливо. При этом задача энергоэффективности, подразумевающая частичную генерацию электроэнергии из вырабатываемого излишка тепловой энергии, имеет вполне явную экономическую оправданность.
Предлагаемая схема в первую очередь пригодна для вновь строящихся зданий, хотя если дом имеет хорошую теплоизоляцию и каналы приточно-вытяжной вентиляции, то данное схемное решение в большинстве случаев будет пригодным и для него.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода. Более подробный рассказ в видеоприложении к этой публикации (YouTube или RUTUBE).
Технико-экономический эффект от внедрения подобной схемы состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает затраты на него.
Ранее в публикациях и видео-комментариях к ним уже говорилось, что в большинстве случаев энергоавтономность дома в условиях недорогой электроэнергии экономически нецелесообразна, и говорить о ней можно либо когда эта сетевая электроэнергия дорога, её нет вовсе или есть недорогое топливо. При этом задача энергоэффективности, подразумевающая частичную генерацию электроэнергии из вырабатываемого излишка тепловой энергии, имеет вполне явную экономическую оправданность.
Предлагаемая схема в первую очередь пригодна для вновь строящихся зданий, хотя если дом имеет хорошую теплоизоляцию и каналы приточно-вытяжной вентиляции, то данное схемное решение в большинстве случаев будет пригодным и для него.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода. Более подробный рассказ в видеоприложении к этой публикации (YouTube или RUTUBE).
Технико-экономический эффект от внедрения подобной схемы состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает затраты на него.
Дополнение публикации о энергоэффективность дома и вариант схемы для практической реализации
Цель решения задачи энергоэффективности – значительное и максимально возможное снижение денежных затрат на отопление и электроэнергию, что отличает такое решение от решения задачи энергоавтономности и автономной электрогенерации, когда в первую очередь необходимо обеспечить весь объем потребления энергии. При этом в ряде случаев, если весь объем генерируемой энергии, в первую очередь электрической, имеет меньшую стоимость, чем сетевая электроэнергия, решение двух этих задач может совпадать.
Технико-экономический эффект от внедрения ниже описываемого решения состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает произведённые затраты.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода.
Технологическая схема включает в себя термоаккумулятор (теплоизолированную емкость с водой или раствором антифриза), на который завязаны положительные (привносящие тепло) и отрицательные (отбор тепловой мощности) тепловые потоки оборудования.
Оборудование, дающее тепловые потоки, это:
- ИК-коллектор – устройство, размещаемое на крыше дома или отдельно стоящее, обеспечивающее нагрев теплоносителя за счет солнечного тепла.
- Горячий контур теплового насоса, позволяющего рекуперировать тепло воздуха в вытяжной вентиляции.
-Тепловой котел (контур отопления) – источник тепла в условиях, когда котел может производить избыток тепла, расходуемого на отопление. Однако контур отопления может создавать и отрицательный тепловой поток, отбирая тепло из теплового аккумулятора, когда есть недостаток тепла на отопление.
Оборудование с отрицательным тепловым потоком (забирающее тепло):
-Собственно, ORC-электростанция, производящая электроэнергию дешевле сетевой для ее частичного или полного замещения (электроэнергия подается потребителю через согласующее фазы устройство).
-АХМ – абсорбционная холодильная машина – источник холода для охлаждения воздуха в теплый период года (при этом и тепловой положительный поток от ИК-коллектора будет максимальным, покрывая потребности в тепле как для АХМ, так и для ORC-электростанции).
Соотношение распределения тепловых и потоков электроэнергии внутри схемы различное и определятся алгоритмом управляющего устройства в зависимости от текущих климатических факторов.
Достоинствами предложенной схемы, кроме высокой технико-экономической эффективности, является использование ранее созданных НИИЭПФ и хорошо проверенных ее элементов (единиц оборудования), обеспечивающих ресурс работы многие десятилетия в отсутствии необходимости их обслуживания.
Настоящей публикацией мы приглашаем к сотрудничеству проектные и строительные организации для совместного внедрения описываемых решений в практику.
Цель решения задачи энергоэффективности – значительное и максимально возможное снижение денежных затрат на отопление и электроэнергию, что отличает такое решение от решения задачи энергоавтономности и автономной электрогенерации, когда в первую очередь необходимо обеспечить весь объем потребления энергии. При этом в ряде случаев, если весь объем генерируемой энергии, в первую очередь электрической, имеет меньшую стоимость, чем сетевая электроэнергия, решение двух этих задач может совпадать.
Технико-экономический эффект от внедрения ниже описываемого решения состоит в двухкратном и более снижении затрат на отопление и электроэнергию. При этом оборудование не требует или практически не требует обслуживания, а назначенный срок его эксплуатации измеряется десятками лет, что целиком оправдывает произведённые затраты.
В основу технологической схемы энергосберегающего и генерирующего оборудования дома положена идея перераспределения тепловых потоков с отбором избытка тепла для генерации электроэнергии, а в летний период – холода.
Технологическая схема включает в себя термоаккумулятор (теплоизолированную емкость с водой или раствором антифриза), на который завязаны положительные (привносящие тепло) и отрицательные (отбор тепловой мощности) тепловые потоки оборудования.
Оборудование, дающее тепловые потоки, это:
- ИК-коллектор – устройство, размещаемое на крыше дома или отдельно стоящее, обеспечивающее нагрев теплоносителя за счет солнечного тепла.
- Горячий контур теплового насоса, позволяющего рекуперировать тепло воздуха в вытяжной вентиляции.
Справка. Около 50% тепла, затрачиваемого на отопление, расходуется на компенсацию тепловых потерь вентиляции. Тепловой насос позволяет рекуперировать 60% от этого тепла с минимальным расходом электрической энергии (на 1 кВт электроэнергии генерируется 5–5,5 кВт тепловой энергии, расходуемой либо на выработку электроэнергии, либо на нужды отопления, в зависимости от соотношения их дефицита в текущий момент времени). Оставшиеся 35–36% тепла рекуперируется с помощью специального рекуперативного теплообменника, охлождающего воздух вытяжной вентиляции до температуры всего лишь на 4–5 градусов выше забираемого воздуха из атмосферы, подаваемого в канал приточной вентиляции. Такой рекуперативный теплообменник является энергетически зависимым, но потребление электроэнергии мало, порядка 50–70 Вт на 1 кВт рекуперируемой тепловой энергии. В целом же удается практически полностью рекуперировать тепло вытяжной вентиляции, вернув его в помещение, тем самым снизив затраты на отопление почти вдвое.
-Тепловой котел (контур отопления) – источник тепла в условиях, когда котел может производить избыток тепла, расходуемого на отопление. Однако контур отопления может создавать и отрицательный тепловой поток, отбирая тепло из теплового аккумулятора, когда есть недостаток тепла на отопление.
Оборудование с отрицательным тепловым потоком (забирающее тепло):
-Собственно, ORC-электростанция, производящая электроэнергию дешевле сетевой для ее частичного или полного замещения (электроэнергия подается потребителю через согласующее фазы устройство).
-АХМ – абсорбционная холодильная машина – источник холода для охлаждения воздуха в теплый период года (при этом и тепловой положительный поток от ИК-коллектора будет максимальным, покрывая потребности в тепле как для АХМ, так и для ORC-электростанции).
Соотношение распределения тепловых и потоков электроэнергии внутри схемы различное и определятся алгоритмом управляющего устройства в зависимости от текущих климатических факторов.
Достоинствами предложенной схемы, кроме высокой технико-экономической эффективности, является использование ранее созданных НИИЭПФ и хорошо проверенных ее элементов (единиц оборудования), обеспечивающих ресурс работы многие десятилетия в отсутствии необходимости их обслуживания.
Настоящей публикацией мы приглашаем к сотрудничеству проектные и строительные организации для совместного внедрения описываемых решений в практику.
Автономная генерация для частного дома - вариант построения схемы
В предыдущих публикациях уже говорилось, что полностью автономная генерация для частного дома имеет смысл лишь в случае дороговизны сетевой электроэнергии, её отсутствия как таковой или при наличии действительно недорогого топлива.
Говоря же о решении задачи автономной генерации, одной из возможных и оптимальных схем генерации будет схема с установкой термомасляного котла и двойным контуром электрогенерации с когенерацией тепла. Описываемая ниже схема позволяет достичь показателей КПД электрогенерации 50-68% (в зависимости от выбранных ORC-электростанций) и КПД когенерации до 95-96%. Предлагаемая схема в подавляющем большинстве случаев выигрывает по технико-экономическим показателям у солнечных и ветряных мини-электростанций, которые применимы большей частью в южных регионах, но и там требуют дополнительных аккумуляторных батарей на периоды темного времени суток или безветрия.
Термомасляный котел нагревает термомасло до 300-350°C. Циркулирующее термомасло отдает своё тепло на высокотемпературную ORC-электростанцию либо на воднопаровую электростанцию с замкнутым контуром (получение перегретого пара посредством теплообменника-испарителя в этом случае относительно недорогое и простое решение). Охлаждение (конденсация) рабочего тела высокотемпературной ORC-электростанции или паровой электростанции осуществляется в теплообменном аппарате потоком воды контура отопления. В случае же нехватки тепла в контуре отопления возможен его дополнительный нагрев в теплообменном аппарате с помощью термомасла на выходе из высокотемпературной ORC-электростанции.
Такой цикл генерации был бы достаточен в режиме когенерации в сезон отопления. В теплый же сезон необходимо дополнительное полезное использование тепла, выделяющегося при конденсации рабочего тела ORC-электростанции или паровой электростанции замкнутого типа. С этой целью предусмотрено подключение второй низкотемпературной ORC-электростанции, также генерирующей поток электроэнергии, который на согласующем фазах устройстве объединяется с потоком электроэнергии с первой высокотемпературной электростанции и подается потребителю.
Данное решение может быть дополнено утилизацией тепла на АХМ с целью выработки холода и кондиционирования воздуха в жаркое время года, ИК-тепловыми солнечными коллекторами и другими элементами схемы, ранее рассмотренными в предыдущей публикации и во избежание повторения не приводимыми здесь.
Основными преимуществами рассмотренного решения, например, перед ГПУ или газовыми микротурбинами, являются более высокий КПД и существенно меньшие требования к обслуживанию, по большей части сводящиеся к чистке пеллетного или угольного котла от отложений золы. Сами же ORC-сборки могут эксплуатироваться без какого-либо обслуживания многие десятилетия.
Настоящей публикацией мы приглашаем к сотрудничеству заинтересованных компаний для совместного внедрения описываемых решений в практику.
Видеоверсия публикации на YouTube или RUTUBE.
В предыдущих публикациях уже говорилось, что полностью автономная генерация для частного дома имеет смысл лишь в случае дороговизны сетевой электроэнергии, её отсутствия как таковой или при наличии действительно недорогого топлива.
Говоря же о решении задачи автономной генерации, одной из возможных и оптимальных схем генерации будет схема с установкой термомасляного котла и двойным контуром электрогенерации с когенерацией тепла. Описываемая ниже схема позволяет достичь показателей КПД электрогенерации 50-68% (в зависимости от выбранных ORC-электростанций) и КПД когенерации до 95-96%. Предлагаемая схема в подавляющем большинстве случаев выигрывает по технико-экономическим показателям у солнечных и ветряных мини-электростанций, которые применимы большей частью в южных регионах, но и там требуют дополнительных аккумуляторных батарей на периоды темного времени суток или безветрия.
Термомасляный котел нагревает термомасло до 300-350°C. Циркулирующее термомасло отдает своё тепло на высокотемпературную ORC-электростанцию либо на воднопаровую электростанцию с замкнутым контуром (получение перегретого пара посредством теплообменника-испарителя в этом случае относительно недорогое и простое решение). Охлаждение (конденсация) рабочего тела высокотемпературной ORC-электростанции или паровой электростанции осуществляется в теплообменном аппарате потоком воды контура отопления. В случае же нехватки тепла в контуре отопления возможен его дополнительный нагрев в теплообменном аппарате с помощью термомасла на выходе из высокотемпературной ORC-электростанции.
Такой цикл генерации был бы достаточен в режиме когенерации в сезон отопления. В теплый же сезон необходимо дополнительное полезное использование тепла, выделяющегося при конденсации рабочего тела ORC-электростанции или паровой электростанции замкнутого типа. С этой целью предусмотрено подключение второй низкотемпературной ORC-электростанции, также генерирующей поток электроэнергии, который на согласующем фазах устройстве объединяется с потоком электроэнергии с первой высокотемпературной электростанции и подается потребителю.
Данное решение может быть дополнено утилизацией тепла на АХМ с целью выработки холода и кондиционирования воздуха в жаркое время года, ИК-тепловыми солнечными коллекторами и другими элементами схемы, ранее рассмотренными в предыдущей публикации и во избежание повторения не приводимыми здесь.
Основными преимуществами рассмотренного решения, например, перед ГПУ или газовыми микротурбинами, являются более высокий КПД и существенно меньшие требования к обслуживанию, по большей части сводящиеся к чистке пеллетного или угольного котла от отложений золы. Сами же ORC-сборки могут эксплуатироваться без какого-либо обслуживания многие десятилетия.
Настоящей публикацией мы приглашаем к сотрудничеству заинтересованных компаний для совместного внедрения описываемых решений в практику.
Видеоверсия публикации на YouTube или RUTUBE.
Мини- и микро- НПЗ полного цикла с технологией сменного технологического картриджа
НПЗ полного цикла, способные производить высококачественное топливо и обеспечивать должную глубину переработки, в традиционном исполнении — это крупные предприятия с мощностью технологических блоков более 300 т./год, а суммарной мощностью до нескольких миллионов тонн в год. Такие мощности диктуются экономической целесообразностью, когда реализация того или иного процесса нецелесообразна для меньшей мощности ввиду очень высоких в этом случае удельных капитальных затрат. Так, например, реализация гидроочистки с использованием ВСГ (водородосодержащий газ) сразу же обуславливает необходимость создания производства ВСГ (пиролизный цех и цех очистки ВСГ — чаще установки аминной очистки), а также постройки установки переработки выделяющегося при гидроочистке сероводорода в серу (процесс Клауса) или серную кислоту башенным способом.
Существующие альтернативные технологии (о них говорилось в публикациях ранее), в основном получившие распространение в США и Канаде, позволяют строить мини НПЗ полного цикла с меньшими затратами, делая их строительство экономически целесообразным. Но и альтернативные технологии все же имеют ограничение по минимальной мощности технологических установок, когда их реализация оправдана.
Предлагаемая новая концепция позволяет строить мини- и даже микро- НПЗ практически любой мощности. В основе технологии — использование технологических одноразовых картриджей.
Идея использования картриджей возникла в рамках поиска решения для реализации другого проекта, когда стоимость технологических конвертеров для дизельных генераторов была слишком высокой. Данные проточные конвертеры преобразуют ОММ (отработанное моторное масло) в дизельное топливо путем его крекинга, каталитического преобразования паров крекинга и окислительной сероочистки. Несмотря на более чем хорошие показатели получаемого топлива и возможности питания дизельного генератора ОММ вместо ДТ пятого экологического класса, стоимость изготовления таких конвертеров оказалась высокой. В результате было найдено решение, которое с одной стороны позволило существенно снизить уровень начальных затрат на приобретение конвертера, а с другой стороны сохранило экономическую целесообразность его использования, когда экономия на топливе (с учетом стоимости сменного картриджа) сохранялась бы на уровне 20-30% (например, для генератора мощностью 300 кВт в зависимости от интенсивности его использования экономия может в среднем составлять 400-800 тыс. руб. в месяц).
Аналогичный принцип оказался применим и для создания мини и микро НПЗ полного цикла. Сама установка-завод является по сути лишь обвязкой (холодильники, нагреватели, теплообменники) для сменных картриджей, рассчитанных на определенный объем сырья (топлива), в которых собственно и осуществляются все химические превращения.
Такие заводы могут использовать самое разнообразное сырьё: нефть, газовый конденсат, пиролизные жидкости, природный газ и ПНГ для реализации технологии GTL, при этом экономия на стоимости получаемого топлива в сравнении с его покупкой может составлять 20-60%.
Потенциальными потребителями изделий, реализующих картриджную технологию, могут быть не только малые НПЗ (например, использующие картриджные установки для обессеривания топлива), но и организации с относительно большим парком автотранспорта и спецтехники, например, строительные и сельскохозяйственные организации.
В этой публикации, чтобы избежать излишнего объема, нет смысла рассматривать принцип работы таких сменных картриджей, рассмотрев эти вопросы отдельно в последующих публикациях.
В завершение необходимо отметить, что данная концепция проста в реализации и базируется на хорошо известных и проверенных технологиях, а ее новизна состоит именно в аспекте способа применения таких технологий.
Видеоверсия публикации на YouTube или RUTUBE.
НПЗ полного цикла, способные производить высококачественное топливо и обеспечивать должную глубину переработки, в традиционном исполнении — это крупные предприятия с мощностью технологических блоков более 300 т./год, а суммарной мощностью до нескольких миллионов тонн в год. Такие мощности диктуются экономической целесообразностью, когда реализация того или иного процесса нецелесообразна для меньшей мощности ввиду очень высоких в этом случае удельных капитальных затрат. Так, например, реализация гидроочистки с использованием ВСГ (водородосодержащий газ) сразу же обуславливает необходимость создания производства ВСГ (пиролизный цех и цех очистки ВСГ — чаще установки аминной очистки), а также постройки установки переработки выделяющегося при гидроочистке сероводорода в серу (процесс Клауса) или серную кислоту башенным способом.
Существующие альтернативные технологии (о них говорилось в публикациях ранее), в основном получившие распространение в США и Канаде, позволяют строить мини НПЗ полного цикла с меньшими затратами, делая их строительство экономически целесообразным. Но и альтернативные технологии все же имеют ограничение по минимальной мощности технологических установок, когда их реализация оправдана.
Предлагаемая новая концепция позволяет строить мини- и даже микро- НПЗ практически любой мощности. В основе технологии — использование технологических одноразовых картриджей.
Идея использования картриджей возникла в рамках поиска решения для реализации другого проекта, когда стоимость технологических конвертеров для дизельных генераторов была слишком высокой. Данные проточные конвертеры преобразуют ОММ (отработанное моторное масло) в дизельное топливо путем его крекинга, каталитического преобразования паров крекинга и окислительной сероочистки. Несмотря на более чем хорошие показатели получаемого топлива и возможности питания дизельного генератора ОММ вместо ДТ пятого экологического класса, стоимость изготовления таких конвертеров оказалась высокой. В результате было найдено решение, которое с одной стороны позволило существенно снизить уровень начальных затрат на приобретение конвертера, а с другой стороны сохранило экономическую целесообразность его использования, когда экономия на топливе (с учетом стоимости сменного картриджа) сохранялась бы на уровне 20-30% (например, для генератора мощностью 300 кВт в зависимости от интенсивности его использования экономия может в среднем составлять 400-800 тыс. руб. в месяц).
Аналогичный принцип оказался применим и для создания мини и микро НПЗ полного цикла. Сама установка-завод является по сути лишь обвязкой (холодильники, нагреватели, теплообменники) для сменных картриджей, рассчитанных на определенный объем сырья (топлива), в которых собственно и осуществляются все химические превращения.
Такие заводы могут использовать самое разнообразное сырьё: нефть, газовый конденсат, пиролизные жидкости, природный газ и ПНГ для реализации технологии GTL, при этом экономия на стоимости получаемого топлива в сравнении с его покупкой может составлять 20-60%.
Потенциальными потребителями изделий, реализующих картриджную технологию, могут быть не только малые НПЗ (например, использующие картриджные установки для обессеривания топлива), но и организации с относительно большим парком автотранспорта и спецтехники, например, строительные и сельскохозяйственные организации.
В этой публикации, чтобы избежать излишнего объема, нет смысла рассматривать принцип работы таких сменных картриджей, рассмотрев эти вопросы отдельно в последующих публикациях.
В завершение необходимо отметить, что данная концепция проста в реализации и базируется на хорошо известных и проверенных технологиях, а ее новизна состоит именно в аспекте способа применения таких технологий.
Видеоверсия публикации на YouTube или RUTUBE.
Сверхмалые НПЗ — реализация задачи крекинга
Продолжая тему сверхмалых НПЗ, построенных по картриджной технологии, рассмотрим реализацию одной из базовых технологий полного цикла переработки — технологию крекинга. Тем более, что именно эта технология легла в основу картриджной технологии.
Первоначально технология крекинга в картриджном исполнении должна была найти применение в проточных конвертерах, позволяющих запитывать стандартные дизельные электростанции отработанным моторным маслом (ОММ) вместо дизельного топлива. Такая задача имеет особенности решения в сравнении с крекингом тяжелых нефтяных остатков, поскольку ОММ не содержит смол и асфальтенов как таковых, и по существу, если говорить о крекинге как таковом, то правильнее было бы говорить о мягком каталитическом висбрекинге, задачей которого с одной стороны было бы снижение молекулярной массы углеводородов масла и разложение присадок, в т. ч. загущающих присадок на основе полиолефинов. Разложение присадок важно не только с целью снижения вязкости, но и высвобождения минеральной их компоненты, легко и необратимо улавливаемой адсорбентом в составе системы картриджа.
Реализация технологии крекинга мазута несколько сложнее в реализации. Областями ее использования также могут быть питание мощных дизельных электростанций либо применение в составе соответствующего блока сверхмалого или малого НПЗ. Реализация технологии крекинга мазута строится на предварительном удалении высокомолекулярных смол и асфальтенов путем деструктивной перегонки в специальном дисковом испарителе с автоматическим и непрерывным удалением кокса с последующей подачей смеси на каталитическую систему в картридже. Получаемая жидкая фракция на выходе имеет несколько более высокую температуру вспышки, но высокие значения цетанового числа и хорошую смазочную способность, что делает ее пригодной для непосредственной подачи в топливную магистраль дизельной электростанции или на дополнительный ректификационный блок в случае с малыми и сверхмалыми НПЗ.
Более подробно в видеоверсии публикации на YouTube или RUTUBE.
Продолжая тему сверхмалых НПЗ, построенных по картриджной технологии, рассмотрим реализацию одной из базовых технологий полного цикла переработки — технологию крекинга. Тем более, что именно эта технология легла в основу картриджной технологии.
Первоначально технология крекинга в картриджном исполнении должна была найти применение в проточных конвертерах, позволяющих запитывать стандартные дизельные электростанции отработанным моторным маслом (ОММ) вместо дизельного топлива. Такая задача имеет особенности решения в сравнении с крекингом тяжелых нефтяных остатков, поскольку ОММ не содержит смол и асфальтенов как таковых, и по существу, если говорить о крекинге как таковом, то правильнее было бы говорить о мягком каталитическом висбрекинге, задачей которого с одной стороны было бы снижение молекулярной массы углеводородов масла и разложение присадок, в т. ч. загущающих присадок на основе полиолефинов. Разложение присадок важно не только с целью снижения вязкости, но и высвобождения минеральной их компоненты, легко и необратимо улавливаемой адсорбентом в составе системы картриджа.
Реализация технологии крекинга мазута несколько сложнее в реализации. Областями ее использования также могут быть питание мощных дизельных электростанций либо применение в составе соответствующего блока сверхмалого или малого НПЗ. Реализация технологии крекинга мазута строится на предварительном удалении высокомолекулярных смол и асфальтенов путем деструктивной перегонки в специальном дисковом испарителе с автоматическим и непрерывным удалением кокса с последующей подачей смеси на каталитическую систему в картридже. Получаемая жидкая фракция на выходе имеет несколько более высокую температуру вспышки, но высокие значения цетанового числа и хорошую смазочную способность, что делает ее пригодной для непосредственной подачи в топливную магистраль дизельной электростанции или на дополнительный ректификационный блок в случае с малыми и сверхмалыми НПЗ.
Более подробно в видеоверсии публикации на YouTube или RUTUBE.
Осветление дизельного топлива без серной кислоты или о кустарях 21 века
Сернокислотная очистка нефтепродуктов, наверное, любым студентом профильного химического ВУЗа, читавшим учебники, воспринимается как анахронизм. И действительно, для очистки нефтяных фракций (исключение – старые производства белых (вазелиновых) масел) в большой нефтепереработке этот метод давно не применим. Зато более чем применимо в кустарных технологиях и даже стало практически единственным рабочим решением. Пиролизная жидкость от перегонки отработанного масла, газовый конденсат, темное печное топливо (черный соляр от производства битума, например) смешивают с 2-5% серной кислоты, получают 7-15% кислого гудрона, а в осветленное топливо вводят «супер реагент» и очищают цеолитным сорбентом. Получаемый суррогат имеет вполне товарный вид и позиционируется как дизельное топливо. На практике, например в случае с продуктом перегонки отработанного масла, исходная жидкость существенно безопаснее для мотора, чем «очищенное топливо», по крайней мере, она не содержит образовавшихся сульфокислот и их солей, обладающих высокой коррозионной активностью. Чтобы такой суррогат и вправду стал дизельным топливом, его следовало бы подвергнуть щелочной промывке, отмывке от солей и осушке. На сложившейся практике эти операции никто не использует, поскольку они не отражаются на внешнем виде топлива, но снижают выход продукта и еще больше увеличивают количество отходов.
Может ли быть простая и недорогая альтернатива осветлению топлива и удалению смол? Более чем. Относительно сложное решение – точная ректификация. Более простая технология, хорошо, кстати, известная и применяемая в промышленности, – экстракционная очистка селективным растворителем. При этом современная химия позволяет использовать вполне безопасные нелетучие растворители, легко поддающиеся регенерации. Общая схема очистки состоит в экстракции смол из очищаемого топлива селективным растворителем. Полученное топливо не содержит даже следов растворителя (при правильном его выборе), а растворитель, вобравший в себя смолы, легко регенерируется. Регенерация осуществляется путем небольшой добавки воды в экстракционный раствор смол. Добавка воды при условии ее растворимости в экстрагенте вызывает выделение из экстрагента жидких смолистых соединений, легко отделяемых отстаиванием. Воду (добавленную в количестве 3-5%) легко отделить отгонкой (разница в температурах кипения экстрагента и воды более 80°C), еще лучше – вакуумной перегонкой с целью минимизации энергетических затрат. Технология практически безотходна, а единственным побочным продуктом являются отделенные смолы (около 0,3-1%), утилизируемые в качестве топлива. Получаемое топливо не только имеет хороший внешний вид и пониженное содержание серы, но и действительно безопасно для мотора, чего нельзя сказать о сернокислотном суррогате. Эта технология в реализации не сложней, чем описываемая выше усеченная технология сернокислотной очистки, но требует совсем немного знаний, увы, по неизвестным причинам почему-то недоступных кустарям 21-го века.
Больше информации в видеоверсии на YouTube или RUTUBE.
Сернокислотная очистка нефтепродуктов, наверное, любым студентом профильного химического ВУЗа, читавшим учебники, воспринимается как анахронизм. И действительно, для очистки нефтяных фракций (исключение – старые производства белых (вазелиновых) масел) в большой нефтепереработке этот метод давно не применим. Зато более чем применимо в кустарных технологиях и даже стало практически единственным рабочим решением. Пиролизная жидкость от перегонки отработанного масла, газовый конденсат, темное печное топливо (черный соляр от производства битума, например) смешивают с 2-5% серной кислоты, получают 7-15% кислого гудрона, а в осветленное топливо вводят «супер реагент» и очищают цеолитным сорбентом. Получаемый суррогат имеет вполне товарный вид и позиционируется как дизельное топливо. На практике, например в случае с продуктом перегонки отработанного масла, исходная жидкость существенно безопаснее для мотора, чем «очищенное топливо», по крайней мере, она не содержит образовавшихся сульфокислот и их солей, обладающих высокой коррозионной активностью. Чтобы такой суррогат и вправду стал дизельным топливом, его следовало бы подвергнуть щелочной промывке, отмывке от солей и осушке. На сложившейся практике эти операции никто не использует, поскольку они не отражаются на внешнем виде топлива, но снижают выход продукта и еще больше увеличивают количество отходов.
Может ли быть простая и недорогая альтернатива осветлению топлива и удалению смол? Более чем. Относительно сложное решение – точная ректификация. Более простая технология, хорошо, кстати, известная и применяемая в промышленности, – экстракционная очистка селективным растворителем. При этом современная химия позволяет использовать вполне безопасные нелетучие растворители, легко поддающиеся регенерации. Общая схема очистки состоит в экстракции смол из очищаемого топлива селективным растворителем. Полученное топливо не содержит даже следов растворителя (при правильном его выборе), а растворитель, вобравший в себя смолы, легко регенерируется. Регенерация осуществляется путем небольшой добавки воды в экстракционный раствор смол. Добавка воды при условии ее растворимости в экстрагенте вызывает выделение из экстрагента жидких смолистых соединений, легко отделяемых отстаиванием. Воду (добавленную в количестве 3-5%) легко отделить отгонкой (разница в температурах кипения экстрагента и воды более 80°C), еще лучше – вакуумной перегонкой с целью минимизации энергетических затрат. Технология практически безотходна, а единственным побочным продуктом являются отделенные смолы (около 0,3-1%), утилизируемые в качестве топлива. Получаемое топливо не только имеет хороший внешний вид и пониженное содержание серы, но и действительно безопасно для мотора, чего нельзя сказать о сернокислотном суррогате. Эта технология в реализации не сложней, чем описываемая выше усеченная технология сернокислотной очистки, но требует совсем немного знаний, увы, по неизвестным причинам почему-то недоступных кустарям 21-го века.
Больше информации в видеоверсии на YouTube или RUTUBE.