УДК 662.62
Повышение прочности топливных гранул на основе
органических отходов
КузГТУ
Научный руководитель – к. т.н., доцент
Актуальность работы:
Конец XX – начало XXI вв. характеризуются внедрением новых прорывных технологий в промышленности, но вместе с тем значительно возросла техногенная нагрузка на окружающую природную среду. Как следствие, загрязнение атмосферного воздуха и увеличение случаев заболеваний органов дыхания.
Принятие Правительством РФ закона «Об охране окружающей среды» позволило законодательно закрепить правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности [1].
Одной из мер, активно реализуемой для защиты природы, является увеличение штрафов за размещение и сбросы отходов. Данная мера является эффективной и вынуждает многие промышленные предприятия встать на путь внедрения безотходных технологий и полного использования всех вторично образующихся продуктов и материалов.
Такая проблема актуальна:
- для нефтедобывающих и нефтехимических предприятий. Например, при добыче нефти из земного пласта вместе с нефтью выходит нефтяной попутный газ. Наиболее распространенной практикой утилизации которого является сжигание на факельных установках [2].
- для биологических очистных сооружений, так как избыточный активный ил скапливается на иловых площадках и тем самым происходит отравление почвы, атмосферы, грунтовых вод [3].
Нами предложено использовать вышеуказанные отходы для получения альтернативного топливо с высокой температурой сгорания и повышенной прочностью.
Цель работы: получение композитного топлива путем использования в качестве исходного сырья отходов промышленных предприятий и биологических очистных сооружений.
Суть заключается в гетерогенном пиролизе газообразных углеводородов при их фильтрации через угольный остаток, являющийся результатом карбонизации биомассы.
В качестве газообразного агента использован один из наиболее проблемных химических отходов, наносящих значительный ущерб окружающей природной среде – попутный газ добычи и переработки нефти, который особый вред приносит при утилизации его методом сжигания.
Задачи: собрать лабораторную установку, отладить режим, получить образцы и их проанализировать, рассчитать технико-экономические показатели процесса.
В настоящее время существует множество экологических проблем. Одной из таких проблем является загрязнение промышленными отходами окружающей среды. Существует множество методов их утилизации, но не каждый благотворно влияет на окружающую среду.
Например, если взять отход нефтеперерабатывающих предприятий, нефтяной попутный газ, то его основной проблемой является содержание большого количества тяжелых углеводородов [4].
Так же, отходы биологических очистных сооружений, осадки сточных вод не всегда находят применение, хотя и являются ценным органическим сырьем.
В нашей работе мы используем два вышеуказанных отхода, и конечным продуктом является топливо с высокой температурой сгорания, которое ничуть не уступает металлургическому коксу, а и сравнимо с ним по отдельным качественным показателям.
На данный момент исследования находятся на стадии лабораторных испытаний. Проводится отработка технологических параметров процесса термической переработки углеводородных газов, аппаратурное оформление данного процесса в виде соединенного герметичного реактора с блоком подачи газа. Необходимо дальнейшее изучение влияния температуры на выход и толщину слоя пироуглерода, отлагающегося на углеродной матрице, в качестве которой использовано твердое формованное топливо.
Пироуглерод – это углеродные пленки, образующиеся на нагретых поверхностях по причине термического нарушения целостности вещества. Этот класс материалов, который отличается структурой и свойствами, объединенных принципом получения. Образуется при высоких температурах на нагретых участках углеродосодержащих подложках.
Для достижения поставленной цели собрана лабораторная установка, блок-схема которой представленна на рис. 1.
Рис.1. Блок-схема лабораторной установки упрочнению поверхности топливных гранул: 1 – баллон с газом; 2 – реактор; 3 – термопара; 4 – емкость с жидкостью.
Весь процесс делили на две стадии.
1 стадия: В реактор загружали образцы из отходов очистных сооружений на основе избыточного активного ила приблизительно одинаковой массы. Под действием высоких температур подвергались пиролизу. Время эксперимента варьировали в районе часа, при этом из реактора происходило выделение различных газовых примесей.
По окончанию данного этапа образцы представляли собой углеродный скелет. Масса после пиролиза уменьшалась.
2 стадия: Снова в реактор загружали данные образцы, подвергали высоким температурам и уже пропитывали попутным нефтяным газом, который проходил по замкнутой системе в реактор. Время эксперимента составляло 1 час. За это время в реакторе происходило уплотнение углеродной матрицы в результате ее карбонизации.
По истечению времени образцы взвешивали. И тот образец, который лежал первым по пути к газу увеличивал свою массу на 50-51 %, второй на 10-13 % и третий на 5-7 %. Это свидетельствует о том, что первый образец больше пропитался углеродом.
Общий вид образов представлен на рис. 2.
Рис. 2: Образцы топлива повышенной прочности и теплоты сгорания: а – гранулы, б – брикеты до и после процесса упрочнения пироуглеродом.
Полученные образцы будут дешевыми аналогами кокса, за счет своего состава и довольно легкого способа получения.
На данный момент цена биомассы составляет 8 руб/кг [5], а цена за попутный нефтяной газ составляет свыше 600-1200 руб/тыс. м3 [6]. Грамотное использование таких ресурсов позволит получить продукт с высокой добавленной стоимостью, востребованный на рынке.
Данный продукт возможно использовать на ТЭС в котельных цехах, в металлургии, а так же для отопления частных домов. Область применения зависит от состава и условий получения топлива.
