Производство метанола из соломы и сена луговых трав

Получение удобных для хранения, транспортировки и использования энергоносителей для прямого использования в энергетике, либо малоэнергозатратного преобразования в месте потребления, в водородное топливо является одной из актуальных задач. Лауреат Нобелевской премии Джорж Ола с сотрудниками показал, что универсальным продуктом для крупномасштабного промышленного получения водорода является метанол, требующий наименьших энергетических затрат на преобразование.

Однако получение метанола из ископаемых топлив (угля, газа, нефти) сопровождается эмиссией парникового газадиоксида углерода. Избежать этого эффекта можно путем использования в качестве сырья для его производства быстрорастущих растительных масс, находящихся в карбоновом равновесии с биосферой (сколько диоксида углерода выделилось при использовании, столько же поглощается при росте растений).

В настоящей работе обосновывается возможность решения этой проблемы при помощи новой технологии получения метанола из соломы и сена быстрорастущих луговых трав.

Представлен технологический комплекс для производства метанола из соломы и сена луговых трав, включающий: прямоточный реактор, с псевдоожиженным слоем, паровой котел утилизатор, установки для удаления избытка углекислого газа из синтезированного газа моноэтаноламином и производства метанола из синтез газа и другого вспомогательного оборудования.

Температура в реакторе 700° C, в обогревателе реактора 800° C. Выход синтез-газа 1,529 кг/с, его теплота сгорания 12939 кДж/кг. Доля синтез-газа, поступающего на обогрев реактора 0,332 от общего выхода, а на производство метанола 0,668.

Мощность парового котла-утилизатора 2219 кВт. Выход метанола 0,56 кг/с, его теплота сгорания 20 мДж/кг. Для производства 1 кг метанола требуется 1,78 кг люцерны.  Годовой расход люцерны 31536 т, воды  - 16685 т. Годовое производство метанола 17660 т. Термический КПД (брутто) процесса переработки люцерны в метанол 58%.

1. Н. А. Рустамов, С.И. Зайцев, Н.И. Чернова. Биомасса – источник энергии – Энергия – 2005 – № 6. – С. 20-28.

2. О. Заборски. Биомасса как источник энергии – Plenum Press, N. Y., 1981.

3. Kartha, S., Leach, G. Using modern bioenergy to reduce rural poverty (Report for the Shell Foundation) – 2001.

4. Sikkema, R., Steiner, M., Junginger, M., Hiegl, W., Hansen M.T., Faaij, A. The European wood pellet markets: current status and prospects for 2020. – 2011 – Biofuels, Bioproducts and Biorefining – V. 5 – № 3: 250–278.

5. . Hwai Ch.O., Wei-Hsin C., Yashvir S., Yong Ya. G., Chia Yang Ch., Pau L. Show. A State-of-the-art Review on Thermochemical Conversion of Biomass for Biofuel Production: A TG-FTIR Approach // Energy Convers. Manage. 2020. V. 209. 112634.

6. Shusheng P. Advances in Thermochemical Conversion of Woody Biomass to Energy, Fuels, and Chemicals // Biotechnol. Adv. 2019. V. 37. Is.4. P. 589.

7. Паровая газификация отработанных автомобильных шин с целью получения метанола. Щеклеин С. Е., Дубинин А. М., Матвеев А. В. Energy and Chem Technologies. 2018. с 175-182.

8. Производство метанола на основе прямоточного газогенератора и ядерного реактора. Щеклеин С. Е., Дубинин А. М. Атомная энергия 2018. Т. 124. №2. с 76-79.

9. Shcheklein S.E., Matveev, A., Dubinin, A. Steam gasification of waste tires for the purpose of methanol production// 2018. International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM 18(4.2), с. 175-182.

10. Xun H., Mortaza G. Biomass Pyrolysis: A Review of the Process Development and Challenges from Initial Researches up to the Commercialisation Stage // J. Energy Chem. 2019. V. 39. P. 109.

11. Safarian S., Unnþórsson R., Richter Ch. A Review of Biomass Gasification Modelling // Renewable Sustainable Energy Rev. 2019. V. 110. P. 378.

12. Furness D.T., Judd S.J. Thermochemical Treatment of Sewage Sludge // J. CIWEM. 2000. V. 14. P. 57.

13. Pokorna E., Postelmans N., Jenicek P., Schreurs S., Carleer R., Yperman J. Study of Bio-oils and Solids from Flash Pyrolysis of Sewage Sludges // Fuel. 2009. V. 88. P. 1344.

14. Kosov V., Sinelschikov V., Zaichenko V. HighCalorific Gas Mixtures Produced from Biomass // Springer Proc. Phys. 2014. V. 1. P. 377.

15. Peng L., Qunxing H., Yong C., Fei W., Jianhua Y. Catalytic Cracking of Tar Derived from the Pyrolysis of Municipal Solid Waste Fractions over Biochar // Proc.Combustion Institute. 2019. V. 37. P. 2673.

16. Feiqiang G., Xiaolei L., Yuan L., Kuangye P., Chenglong G., Zhonghao R. Catalytic Cracking of Biomass Pyrolysis Tar over Char-supported Catalysts // Energy Convers. Manage. 2018. V. 167. P. 81.

17. Qing D., Shuping Z., Huaju L., Xiangqian L., Zhaoyu W. Catalytic Cracking of Biomass Tar Together with Syngas Production over Red Brick Powdersupported Nickel Catalysts // Fuel Proc. Technol. 2019. V. 194.106123.

18. Глазов С.В., Кислов В.М., Размыслов А.В., Салганская М.В. Конверсия продуктов газификации органических топлив в проточном фильтрационном конверторе с насадкой // Журн. прикл. химии. 2019. Т. 92. № 7. С. 927.

19. Тимофеев B.C., Серафимов JI.A. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза М.: Высшая школа, 2003.536 с.

20. Караваев М.М., Леонов В.Е., Попов И.Г., Шепелев Е.Т. Технология синтетического метанола. М.: Химия, 1984. 239 с.

21. Розовский А.Я., Лин Г.И. Теоретические основы синтеза метанола. М.: Химия, 1990. 268 с.

22. Елисеев О.Л. Технологии “газ в жидкость” // Рос. хим. журн. 2008. Т. 52. № 6. С. 53.

23. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. М.: Химия, 1987. 248 с.

24. Какичев А.П., Краснянская А.Г., Лендер А.А. и др. Способ получения метанола. Патент РФ № 2181117: МПК С07С29/154, С07С31/04. 2002.

25. Лищинер И.И., Малова О.В., Тарасов А.Л., Коробцев С.В., Кротов М.Ф., Потапкин Б.В. Особенности получения ДМЭ из синтез-газа на смесевых катализаторах // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 2. С. 23.

26. Лищинер И.И.,Малова О.В., Тарасов А.Л. Конверсия ПНГ в ароматические углеводороды // Катализ в промышленности. 2018. № 5. С. 45.

27. Ершов М.А., Зайченко В.М., Качалов В.В., Климов Н.А., Лавренов В.А., Лищинер И.И., Малова О.В., Тарасов А.Л. Cинтез базового компонента авиабензина из синтез-газа, полученного из биомассы//Экология и промышленность России. 2016. Т.20.№ 12. С. 25.

28. Larina O.M., Zaichenko V.M. Thermal Cracking in Charcoal and Ceramics of Pyrolysis Liquid from Sewage Sludge // J. Phys.: Conf. Series. 2018. V. 94. 012034.

29. В. М. Зайченко, В. А. Лавренов, О. М. Ларина, И. И. Лищинер, О. В. Малова, Энергетическая утилизация биомассы. Новые технологии, ТВТ, 2020, том 58, выпуск 4, 723–731.

30. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов / Померанцев и др.; Под ред. В.В. Померанцева, 2-е изд., перераб.и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986.

31. Нагрев и охлаждение металлов в кипящем слое. Баскаков А. П. М., «Металлургия», 1974, 272 с.

32. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов / Померанцев и др.; Под ред. В.В. Померанцева, 2-е изд., перераб.и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986.

33. Карапетьянц М. Х. Химическая термодинамика. М.: Химия. 1975.

34. Краткий справочник физико-химических величин. 12-е издание / Под ред. А. А. Равеля и А. М. Пономаревой. М.: ООО «ТИД» АРИС», 2010.

35. Карапетьянц М. Х., Карапетьянц М. Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия. 1968.

36. Химические вещества из угля/ Под ред. И. В. Калечица. М.: Химия.1980.

37. Мунц В. А., Павлюк Е. Ю. М90. Основы теории горения топлив. Учебн. Пособие/В. А. Мунц, Е.Ю. Павлюк. Екатеринбург. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2005. 102 с.