В.Н. Баcкoв, Центр Развития Биoэнергетики, Мocква
В.А. Мoрoзoв, ООО «ТРИВИМ Лтд», Сарoв
Разрабoтка децентрализoванных cиcтем энергooбеcпечения, иcпoльзующих меcтные cырьевые реcурcы, – актуальная задача развития рoccийcкoгo cельcкoхoзяйcтвеннoгo прoизводcтва. Такие cиcтемы активно разрабатываютcя за рубежом и в России. Примером могут служить метантенковые когенерационные системы, работающие на отходах содержания скота. Появляются и аналогичные устройства, работающие на древесной биомассе. Широкое внедрение устройств этого типа сдерживается трудностями с компактными и эффективными системами газоочистки, необходимыми для надежной работы двигателей внутреннего сгорания. Для предложения отечественных систем требуется инжиниринг сравнительно дешевых мембранных систем газоразделения, работа с которыми ведется.
В отдельную группу устройств децентрализованного энергообеспечения следует выделить транспортабельные устройства. Основанием для этого является назначение этих устройств – утилизация органосодержащих отходов (древесных отходов, соломы) в местах их накопления. Необходимость последнего определяется важным свойством таких отходов – их распределением по территории. Из-за этого перевозка малоплотных отходов на расстояния, превышающие несколько десятков километров, приводит к логистическим проблемам. Поэтому вывозу подлежат не сами отходы, а продукты их переработки, имеющие более высокую добавленную стоимость. Примером зарубежной практики может служить американское устройство для утилизации армейских отходов.
Сегодня идеи транспортабельной установки получают развитие в форме передвижного комплекса КАЭД-120, предназначенного для переработки древесных отходов или торфа в дизельное топливо по ГОСТ 305-82. Следует отметить, что качество этого топлива лучше требований ГОСТа – топливо не содержит серы и ее соединений. Производительность комплекса по топливу – 120 кг/ч (1 тыс. т/год). При этом основное технологическое оборудование помещается в 12-метровый автомобильный прицеп. По сравнению с другими устройствами здесь применяется более глубокий передел сырья: электричество и тепло получаются в виде энергоносителей, сопутствующих получению моторного топлива. Идея построения комплекса, потребляемые и получаемые продукты показаны на рис. 1. Здесь видно, что комплекс потребляет единственный энергоноситель – древесные отходы или торф. Потребителю предлагаются четыре энергоносителя – вода, электричество, тепло и моторное топливо. При этом вода появляется в результате сушки сырья, тепло и электричество – в результате избыточного теплосодержания рабочих тел технологического процесса. В общем случае потребителю комплекса будет предлагаться сочетание всех четырех энергоносителей в требуемых потребителем пропорциях.
Рис. 1. Схема построения транспортабельного комплекса автономного энергообеспечения.
Электричество и тепло обозначены в количествах, альтернативных дизельному топливу. При использовании в качестве сырья соломы воды среди получаемых энергоносителей не будет.
Технологически комплекс образован последовательностью операций: подготовка сырья (измельчение и сушка), газификация сырья с получением генераторного газа, получение синтез-газа и его компримирование, получение смеси углеводородов (синтез Фишера-Тропша). Смесь углеводородов имеет состав (% об):
| метан – (2...11),
С2–С4 – (4...13), С5–С11 – (19...36), С12–С20 – (24...28), С21–С34 – (12...26), С35+ – (3...10). |
Рис. 2. Технологический процесс и основные узлы устройства
Новыми являются катализатор синтеза Фишера-Тропша и принцип построения малотоннажной газохимической схемы. Итогом инноваций является сравнительно низкий уровень себестоимости дизельного топлива и производительности установки – 2 тыс. т/год дизельного топлива при себестоимости топлива 5 тыс. руб./т. Это существенно ниже себестоимости производства отечественного нефтяного аналога (13,5 тыс. руб./т) и конкурентной себестоимости немецкого дизельного топлива второго поколения /7/ технологии Choren Ind. (26,1 тыс.руб/т).
Сегодня проект реализуется. Основные узлы комплекса – газификатор сырья и каталитический блок – отработаны в условиях стендов или опытных производств. Это позволяет считать, что технических рисков для реализации проекта нет. Транспортабельность комплекса будет обеспечена применением конструктивов ВИМ-ЛИФТ. Производство комплексов планируется с использованием персонала, имеющего технологический опыт Федерального Ядерного Центра.
К числу вопросов, требующих лучшего, чем сегодня, решения относятся вопросы с исключением из состава технологической цепи комплекса балластного азота и реакционной воды. Балластный азот появляется из-за паровоздушного дутья при газификации сырья, а реакционная вода образуется при разделении углеводородов после синтеза Фишера-Тропша. Важной является и утилизация бытовых стоков персонала, обслуживающего комплекс и механизмы, которые потребляют дизельное топливо комплекса. Работы в этом направлении начаты.
