Технология термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Исмагилова Лилия Масгутовна

• Исмагилова Лилия Масгутовна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Исмагилова Лилия Масгутовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

1.1. Отходы лесопромышленного комплекса

1.2. Современное состояние производства диметилового эфира

1.3. Методы получения диметилового эфира

1.4. Технологии и оборудования для получения синтез-газа из

древесных отходов для синтеза диметилового эфира

Глава 2. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССАТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

2.1. Физическая картина процесса термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир

2.2. Формализация процесса термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир

2.3. Математическая модель совмещенных процессов высокотемпературной обработки и газификации древесных отходов и каталитического синтеза диметилового эфира

2.4. Методика расчета математической модели совмещенных процессов высокотемпературной обработки древесных отходов, газификации и каталитического синтеза диметилового эфира

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙБИОМАССЫ В ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

3.1. Экспериментальный стенд для исследования термохимической переработки древесной биомассы в диметиловый эфир

3.2. Методика проведения экспериментальных исследований

3.2.1. Подготовка к эксперименту

3.2.2. Методика проведения экспериментальных исследований термохимической переработки древесной биомассы в диметиловый эфир

3.2.3. Методика проведения экспериментальных исследований стадий

прогрева, сушки и высокотемпературной обработки

3.3. Анализ результатов моделирования экспериментальных данных

Глава 4. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙБИОМАССЫ В

ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

4.1. Опытно-промышленные установки термохимической переработки древесной биомассы с получением диметилового эфира

4.2. Инженерно-конструкторский расчет установки

4.2.1. Расчет блока высокотемпературной обработки и газификации

4.2.2. Расчет котла-утилизатора

4.2.3. Расчет электронагревателя газов

4.2.4. Расчет реактора синтеза диметилового эфира

4.3. Анализ экономической эффективности 108 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 115 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 117 ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Статическая обработка расчетных и экспериментальных

данных

Приложение 2. Технико-экономическое обоснование

Приложение 3. Технологические и тепловые расчеты оборудования опытно-промышленной установки термохимической переработки

древесных отходов в диметиловый эфир

Приложение 4. Блок схема алгоритма расчета процесса

термохимической переработки древесной биомассы в ДМЭ

Приложение 5. Акты, сертификаты, дипломы

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир»

Актуальность темы

Ввиду сокращения запасов ископаемого органического сырья в последние годы во всем мире уделяется особое внимание вопросам химической, термохимической и биотехнологической переработки древесной биомассы, так как в отличие от ископаемых источников запасы древесины возобновляются. Также повышенный спрос на такие технологии связан с ростом количества образующихся отходов. Анализ потребления древесины показывает, что ее заготовка и переработка сопровождаются побочными продуктами в виде отходов, которые составляют до 50% всей перерабатываемой древесины, большая часть которых сжигается или вывозится в отвал. В настоящее время эффективная утилизация древесных отходов становится более актуальной в свете сохранения природной среды. В то же время любое предприятие отрасли заинтересовано в том, чтобы утилизация древесных отходов из статьи затрат перешла в статью доходов.

Перспективной и наиболее эффективной является переработка древесных отходов в синтез-газ используя процесс газификации. Синтез-газ можно использовать в химической промышленности при синтезе такого продукта как диметиловый эфир. Мировое потребление диметилового эфира увеличивается с каждым годом и в настоящее время в мире производится приблизительно 1000-1500 тыс. тонн диметилового эфира в год. Однако при совмещении процессов газификации древесных отходов и каталитического синтеза диметилового эфира усложняется прогнозирование регулирующих параметров и конструктивных особенностей установки. Зависимость состава синтез-газа и качества диметилового эфира от параметров процессов требует определенного подхода к осуществлению процесса и к разработке оборудования. Поэтому разработка комплексных технологий, позволяющих эффективно перерабатывать древесную биомассу в качественный синтез-газ с каталитическим синтезом диметилового эфира, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в рамках реализации гранта Президента РФ на тему МК-3434.2015.8 «Разработка теоретических основ, технологии и оборудования комплексной термохимической переработки древесных отходов и растительной биомассы в сырье для химического синтеза и компоненты моторных топлив» (договор № 14.756.15.3434-МК от 16.02.2015 г.), а также в рамках мероприятия «Инициативные научные проекты» по государственному заданию № 13.5443.2017/8.9 на тему «Модификация физико-химических свойств древесной биомассы, влияющих на эксплуатационные характеристики создаваемых материалов» (2017-2019 г.)

Степень разработанности темы

Вопросам термохимической переработки древесных отходов посвящены работы Сафина Р.Г., Тимербаева Н.Ф., Грачева А.Н., Юдушкина Н.Г., Семенова Ю.П., Юрьева Ю.Л., Таймарова М.А., Гроо А.А., Садртдинова А.Р., Хисамеевой А.Р., Саттаровой З.Г. и др.

В работах Ляхина Д.В., Новикова М.Э., Королева Е.В., Косовой Н.И., Маловой О.В., Лищинер И.И., Волниной Э.А., Кипниса М.А. рассматриваются технологии и оборудование производства компонентов моторного топлива, в том числе диметилового эфира, а также его дальнейшее использование в разных сферах потребления.

Несмотря на большое количество научных работ в области термохимической переработки древесных отходов следует отметить, что отсутствуют работы по комплексной переработке древесных отходов, направленные на получение синтез-газа для дальнейшего синтеза диметилового эфира.

Цель диссертационной работы состоит в изучении технологии термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир, разработке методов расчета и аппаратурном оформлении данной технологии.

Для реализации поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Определение влияния исходных параметров древесного сырья (влажность, размер частиц) на качество получаемого углистого вещества в зоне высокотемпературной обработки при заданной продолжительности и температуре процесса.

2. Определение влияния качества углистого вещества на компонентный состав получаемого синтез-газа на стадии газификации.

3. Определение влияния компонентного состава синтез-газа, получаемого при разных условиях процесса, на выход диметилового эфира.

4. Вывод зависимости влияния параметров древесного сырья на выход диметилового эфира.

5. Идентифицирование физико-химической картины совокупности взаимосвязанных процессов высокотемпературной обработки, газификации древесных отходов и каталитического синтеза диметилового эфира.

6. Разработка экспериментального стенда и проведение исследований процесса получения диметилового эфира из древесных отходов.

7. Определение рациональных параметров процесса получения демитилового эфира.

8. Разработка методики расчета установки термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир.

Научная новизна

Работа содержит научно-обоснованные технико-технологические решения, направленные на эффективную переработку древесных отходов в диметиловый эфир через стадии высокотемпературной обработки, газификации и каталитического синтеза.

1. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать компонентный состав синтез-газа на выходе из газогенератора, выход диметилового эфира и основные конструктивные параметры установки в зависимости от исходных характеристик древесного сырья и режимных параметров процесса

2. Показано, что разделение зон высокотемпературной обработки древесного сырья и газификации увеличивает содержание Н2 и СО в получаемом синтез-газе и повышает эффективность синтеза диметилового эфира.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований определены кинетические зависимости процесса высокотемпературной обработки древесного сырья, определяющие выход и качество образующегося углистого вещества в зависимости от породы, влажности и размера древесных частиц, температуры процесса.

4. Выявлена зависимость влияния качества углистого вещества, выражающаяся содержанием углерода в веществе, и вида окислителя на компонентный состав синтез-газа, получаемого при газификации.

5. Разработан способ получения диметилового эфира из древесных отходов, новизна решения которого подтверждена патентом РФ на изобретение.

Практическая ценность

1. На базе полученных решений разработана и реализована методика расчета, позволяющая рассчитать влияние характеристик древесного сырья и режимных параметров процесса их термохимической переработки на состав образующихся продуктов (синтез-газ, диметиловый эфир) и получить рекомендуемые режимные параметры ведения процесса и эффективную конструкцию оборудования.

2. Выявлен характер влияния температуры и давления в реакторе синтеза на выход диметилового эфира из синтез-газа, полученного при газификации древесных отходов.

3. Определена максимальная степень конверсии древесных отходов в диметиловый эфир при различных параметрах сырья и технологических режимах процесса.

4. Разработаны и защищены патентами технологии и аппаратурные оформления процессов термохимической переработки древесных отходов в

синтез-газ и диметиловый эфир, внедрение которых позволит повысить энергетическую эффективность деревоперерабатывающих производств и увеличить их экономическую рентабельность.

Реализация работы

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебно-научно-производственном комплексе ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». Созданный экспериментальный стенд для исследования процесса переработки древесных отходов в диметиловый эфир, внедрен в учебный процесс при изучении дисциплины «Технологические процессы и оборудование деревоперерабатывающих производств». Результаты исследований использованы при разработке промышленного оборудования для переработки древесного сырья для получения диметилового эфира. Разработанная и изготовленная установка для термохимической переработки древесных отходов принята к внедрению на ООО «НТЦ РТО» (г. Казань).

Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования выступали образцы древесины (ГОСТ 24260-80) различных размеров (щепа, опилки, дробленка), пород и влажности, а также синтез-газ и диметиловый эфир. Для определения влажности образцов древесных частиц использовались методы по ГОСТ 16483.7-71, а также электронный влагомер МГ-4. Для получения партий древесных частиц определенного размера в соответствии с ГОСТ 23246-78, ГОСТ 17462-77 и ГОСТ 18320-78 применялся ситовый анализатор ВП-30Т. Масса подготовленных образцов взвешивалась на электронных весах марки ВП-3000 с точностью до 0,1 г. Компонентный состав синтез-газа определялся многокомпонентным газоанализатором КР-1938Г с точностью до 0,5 % об. Диметиловый эфир анализировался газохроматографическими методами в соответствии с ГОСТ Р 54484-2011 и ГОСТ 31371.6-2008 на газовом хроматографе «Кристалл 5000» (ООО «Органика», г. Казань).

Достоверность полученных результатов определяется сопоставимостью их с основными положениями теории термохимической переработки древесины, а также комплексным подходом проведения экспериментальных исследований с привлечением современных физико-химических методов и математического моделирования.

Личный вклад автора

Автором были поставлены задачи исследования, создана экспериментальная установка, разработана математическая модель, проведены математическое моделирование и экспериментальные исследования. Автором была разработана инженерная методика расчета технологического оборудования, создан опытно-промышленный образец установки для термохимической переработки древесных отходов в диметиловый эфир, разработаны способ получения диметилового эфира (патент РФ №2526622) и способ получения синтез-газа из древесных отходов (патент РФ №2507238).

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Тема диссертационного исследования соответствует паспорту специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» по пункту: п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции», и паспорту специальности 05.21.03 «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины» по пунктам: п. 19 «Энергосберегающие и интенсивные технологические процессы более эффективного использования вторичных топливных и энергетических ресурсов химической технологии древесины с целью экономии натуральных видов топлива в технологии химической переработки биомассы дерева (в ЦБП, ГП, ЛХП, ДСП и ДВП)», п. 11 «Химия и технология пирогенетических производств».

Выносимые на защиту положения

1. Способ переработки древесных отходов в синтез-газ.

2. Способ переработки древесных отходов в диметиловый эфир.

3. Результаты моделирования и экспериментальных исследований термохимической переработки древесных отходов и каталитического синтеза диметилового эфира.

4. Методика расчета и схемы опытно-промышленных установок термохимической переработки древесных отходов в синтез-газ и диметиловый эфир.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на третьей Всероссийской научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» в 2012 году (г. Казань), на II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» в 2013 году (г. Кострома), на X Международной научно-практической конференции «Современные научные достижения - 2014» в 2014 году (г. Прага, Чехия), на Международной научно-технической конференции «Техника и технологии - мост в будущее» в 2014 году (г. Воронеж), на IV Международной Научной Экологической конференции «Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства» в 2015 году (г. Краснодар), на Первых Международных Лыковских научных чтениях, посвящённых 105-летию академика А.В. Лыкова в2015 году (г. Москва), на XI Международной научно-практической конференции «Научный потенциал - 2015» в 2015 году (г. София, Болгария), на XI Международной научно-практической конференции «Передовые научные разработки - 2015» в 2015 году (г. Прага, Чехия), на XI Международной научно-практической конференции «Научные горизонты -2015» в 2015 году (г. Шеффилд, Англия), на Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 50-летию города Нижнекамск «Перспективы развития и современные проблемы образования, науки и

производства» в 2016 году (г. Нижнекамск), на Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития научной мысли» в 2016 году (г. Уфа), на XXI Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» в 2015 году (г. Томск), на VII International Scientific Practical Conference «Innovative Technologies in Engineering» в 2016 году (г. Югра), на Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития научной мысли» в 2016 году (г. Екатеринбург), на научных сессиях Казанского национального исследовательского технологического университета (г. Казань) с 2013 по 2017 годы.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 24 печатные работы, из них 5 работ в журналах, рекомендованных ВАК, 1 работа в издании, индексируемой в международной научной цитатно-аналитической базе данных Scopus, 2 патента.

Объем и структура диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных глав, заключения, списка литературы, основных обозначений и приложений. Основное содержание работы изложено на 127 страницах машинописного текста, включающих 50 рисунков и 2 таблицы. Библиографический список включает 150 наименований цитируемых работ российских и зарубежных авторов.

Благодарности

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту кафедры «Переработка древесных материалов» ФГБОУ ВО «КНИТУ» Садртдинову Алмазу Ринатовичу за всестороннюю помощь в работе над диссертацией.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР

1.1. Отходы лесопромышленного комплекса

В настоящее время происходит усиленное вовлечение природных ресурсов в производственную деятельность. Так, сейчас в России заготавливается около 700 млн. м3древесины, при этом ежегодно образуется более 200 млн. м3 древесных отходов [5, 15]. Под отходами в лесозаговительно-деревоперерабатывающем производстве представляется та часть сырья, которая образуется в большом количестве практически во всех стадиях технологического процесса и не попадающая в основную продукцию предприятия.

Древесные отходы можно разделить на две группы (рис. 1.1):

- опасные вредные отходы - результат обычно химической переработки древесины (преимущественно на предприятиях целлюлозно-бумажного, гидролизного и лесохимического производств);

- отходы преимущественно из чистой древесины - результат, обычно

механической и химико-механической переработки древесины.

Рис. 1.1. Классификация древесных отходов

С учетом широкой номенклатуры древесных отходов в зависимости от целей их классифицируют:

- по виду исходного сырья - сучья, обломки, тонкомер, горбыли, вырезки, карандаши и пр.;

- по породам - лиственные и хвойные;

- по стадийности обработки - первичные, вторичные;

- по влажности - влажные и сухие;

- по форме и размерам - кусковые, мелкие и мягкие;

- по виду биомассы - древесина, древесная зелень и кора.

По месту возникновения отходы древесного происхождения разделяют на три категории:

- лесосечные отходы (отделяемые части дерева в процессе лесозаготовки: сучья, ветви, вершинки, откомлевки, козырьки, вырезки пороков ствола, кора, отходы производства колотых балансов и т.д.), составляющие до 40% вырубленного леса [19].

- отходы лесопиления (обрезки досок, горбыли, рейки, вырезки дефектов, опилки, стружка-отходы). При распиливании длинномерных обрезных досок 6-10% от объема бревна превращаются в горбыли, 10-13 % отходит в рейки; 2-4 % - в обрезки; 11-12 % - в опилки; 2-3 % идет на брак [11, 50].

- отходы деревообработки (рейки, горбыль, короткомер, срезки, стружка, опилки, щепа, древесная пыль, кора). По количеству отходы, получаемые в деревообрабатывающей промышленности, стоят на первом месте. Количество отходов этой отрасли зависит от качества поставляемого сырья, типа и размера получаемой продукции, применяемой технологии и используемого оборудования. Например, количество отходов при производстве мебели может достигать до 60 % от всей использованной древесины [34].

- отходы потребления (бывшие в использование пиломатериалы; материалы из строительной и упаковочной промышленности, получаемые от разборки деревянных конструкций и изделий) [76].

Отходы преимущественно из чистой древесины можно использовать после химической переработки или механической обработки, а также непосредственно без каких-либо обработок. По возможности использования, древесные отходы не равноценны, наиболее ценные из них те, которые можно использовать для производства различной продукции. Это начиная от мелкой пилопродукции и клееных заготовок и заканчивая лесохимической продукцией (получение целлюлозы, спиртов, кормовых дрожжей и т.п.) [11]. Менее ценные отходы (мягкие отходы) ограничены в использовании, т.к. из них выходят только отдельные виды продукции. Областью их применения является плитное и лесохимическое производство, также возможно использование для хозяйственных и промышленных целей [27, 33, 51].

Основные направления технологического применения древесных отходов представлены на рисунке 1.2.

Рис. 1.2. Основные направления применения древесных отходов

Отходы можно применять следующим образом:

- Использование древесных отходов в производстве плитных материалов строительного и отделочного назначения (древесноволокнистые плиты, ДСтП, цементно-стружечные плиты, гипсостружечные, гипсоволокнистые плиты, арболит, опилкобетон, стекломагнезитовые плиты, фибролит и т.д.) [90, 62, 132].

- Применение кусковых отходов древесины для изготовления товаров культурно-бытового назначения и прессования цельных заготовок для производства деталей и узлов машиностроения [44, 101, 86].

- Получение технологических продуктов в химической и целлюлозно-бумажной промышленности. На гидролизно-спиртовых заводах древесные отходы сбраживают с использованием микроорганизмов (дрожжей, дрожжеподобных грибков) на этиловый спирт, при этом получают кормовые дрожжи, гликозид и фурфурол. Существуют схемы комплексной химической переработки древесных частиц, совмещенными процессами целлюлозного и гидролизного производств. Наиболее распространенным способом является получение сульфитной целлюлозы из еловой, буковой, осиновой или березовой древесины. Получаемый при таком способе переработки сульфитный щелок подвергают биохимической обработке с получением кормовых дрожжей и спирта [40, 89, 107].

- Использование вторичных кусковых отходов совместно со всеми видами мягких отходов (опилки, стружка, отходы окорки, древесная пыль) для получения тепловой и электрической энергии. В последние время во всем мире такой способ переработки отходов древесного происхождения рассматривают как желанную альтернативу традиционным видам топлива. Поскольку древесные отходы С02 нейтральные, имеют низкое содержание серы и относятся к возобновляемым источникам энергии. Вследствие чего технология получения энергии из древесных отходов в последние годы развивается и совершенствуется. Основными технологиями являются: сжигание, быстрый пиролиз и газификация [104, 24, 54, 74].

- Переработка древесных отходов в топливо (уголь, биотопливо, газ, диметиловый эфир, метанол). В настоящее время во многих странах проводятся исследовательские работы по созданию новых видов моторных топлив. Во время этих работ выработались концепции производства и использования альтернативных моторных топлив, также начали создавать соответствующие двигатели. И одним из перспективных направлений переработки древесных отходов - производство моторного топливо -диметилового эфира. Нарастающий интерес к этой области исследований обусловлен тем, что древесная биомасса является возобновляемым источником, а в регионах, особенно отдаленных, с большими запасами такого сырья, использование диметилового эфира вместо моторного топлива, которое позволяет существенно улучшить качество выхлопа дизельных двигателей с уменьшением вредных выбросов, может быть экономически целесообразным. Так же диметиловый эфир может применяться как топливо в электростанциях для выработки электроэнергии на собственные нужды, и полупродукт, легко превращающийся в бензин с улучшенными экологическими характеристиками [37, 41, 78, 105, 135].

1.2. Современное состояние производства диметилового эфира

Диметиловый эфир - широко применяемый на практике простой эфир, полученный сравнительно давно и изученный достаточно хорошо. Раньше его использовали лишь в производстве косметики для создания давления в баллонах с лаками и дезодорантами, где он заменил вредные газы - фреоны, бутан и пропан. Используется диметиловый эфир также как хладагент, растворитель, топливо и сырье для органического синтеза. Что обусловливает широкий спектр применения за счет высоких экологических и экономических показателей (рис. 1.3) [30, 85, 117].

Технический ДМЭ ДМЭ высокой степени чистоты (99,99%)

Бытовой газ (Китай) " Аэрозольлный пропеллент для

Распылитель дня монтажных пен потребительский товаров

Моторное топливо " Заменитель фреона

Рис. 1.3. Области применения диметилового эфира

Применение диметилового эфира в качестве хладагента имеет ряд достоинств. Он безопасен для окружающей среды, не разрушает озоновый слой атмосферы, в отличие от распространенных фреонов и обладает меньшей токсичностью, чем аммиак, который также широко применяют в качестве хладагента [4, 129].

Использование диметилового эфира в качестве растворителя обусловлено его физико-химическими свойствами, такими как инертность к большому числу веществ, низкая температура кипения, что значительно облегчает стадии отделения растворенных веществ от диметилового эфира и позволяет их проводить с минимальными энергетическими затратами [112]. Также по физическим свойствам диметиловый эфир является аналогом традиционных пропан-бутановых смесей, что позволяет использовать в качестве заменителя бытового газа (практикующая страна Китай) [121].

Наиболее перспективная область применения диметилового эфира является его использование в качестве транспортного топлива. Впервые о диметиловом эфире как об альтернативном и экологически чистом топливе

для дизельных двигателей было упомянуто на Международном конгрессе и выставке в Детройте в 1995, после чего работы в этом направлении начали интенсивно развиваться в нескольких странах [32, 53, 83, 84, 85]. Выпуск ДМЭ в мире в последние годы резко возрос и составляет 1000 млн. тонн. Перспективность этого вида топлива по сравнению с другими альтернативными топливами и дизельным топливом определяется рядом преимуществ:

- содержание до 35% связанного кислорода обеспечивает: полноту сгорания диметилового эфира (благодаря чему в камере нет нагара, сажи в отработавших газах); снижение температуры горения топлива в камере сгорания и снижение содержания оксидов азота;

- высокое цетановое число (55-60), которое выше цетанового числа обычного дизельного топлива (40-55), метанола (3-5), этанола (8), сжиженного природного газа (18-22) [52, 53, 83];

- диметиловый эфир является экологически чистым продуктом, который не наносит вреда окружающей среде, поскольку, попадая в атмосферу, быстро разлагается на воду и диоксид углерода [131, 149];

- снижение уровня выбросов вредных веществ в отработанных газах. Так, по выбросам меньше стандарта Евро-4: в шесть раз - оксида углерода, вчетверо-углеводородов, вчетверо - твердых частиц (сажи и копоть) и на 20% - оксидов азота [41];

- низкая температура кипения диметилового эфира позволяет повысить эксплуатационные характеристики двигателей на его основе (табл. 1.1) [65].

Таблица 1.1.

Параметры ДМЭ в качестве моторного топлива

Наименованием Дизельное-топливо (с-сероочисткой)! ДМЭа СУГа СПГа

Низшая- теплота-сгорания, -МДж/кга 42,5а 28,8а 46,1а 50а

Плотность, -кг/мЗЕ! 860а 677а 540а 422а

Эффективный* КПД использования- в-ДВСп Дизельный ■ процесс^ 0,42а Дизельный-процесс^ 0,42а Зажигание-искрой 0,36а Зажигание-искрой■ 0,36а

Длительное-хранение^ Даа Даа Даа Нета

Относительные ■ затраты- на-переоборудование-двигателя^ -П 12%п 18%а 20%а

Инфраструктура-заправкиа Есть а Есть а Естьа Нета

Потери- при-хранении и -заправке^ п Нета 0,3 %а 0,3%а 5%а

Выбросы^

СО,г/км(г/кВт*ч)п 0,2-1,6-()а (2,17-3,2)а 2,6а 0,5-1,5а

СН,т/км(г/кВт*ч)п 0,1-0,2(0,4)а (0,4)а 0,9а 0,1-0,2а

N0x5 -г/км-(г/кВт*ч)п 0,5-1,8(5,2-6,0)п (2,0-2,2)а 1,5а 0,5-0,9а

Сажа, -г/км -(г/кВт *ч)с 0,28-0,56а -П -С -П

Относительные-выбросы токсичных веществ с -выпускными тазами,- %□

СОа 100а 110а 160а 190а

СНа 100а 100а 220а 200а

NOa 100а 40а 85а 50а

Сажаа 100а 0а 0а 0а

Существенными недостатками диметилового эфира как топлива для

дизельного двигателя является меньшая теплота сгорания и низкая кинематическая вязкость. Но, несмотря на это, интерес к диметиловому эфиру как топливу возрастает (рис. 1.4). Им заинтересовались известные фирмы Японии, Франции, США, Великобритании, Германии, а в некоторых странах

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исмагилова Лилия Масгутовна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдурагимов, И.М. Процессы горения: учеб. пособие для вузов МВД СССР / И.М. Абдурагимов, А.С. Андросов, Л.К. Исаева, Е.В. Крылов.

- М.: ВИПТШ, 1984. - 268 с.

2. Алпаткина, Р.П. Исследование влагопроводности древесины главнейших отечественных пород: автореф. дис. канд. техн. наук / Р.П. Алпаткина. - М., 1971. - 28 с.

3. Аракелян, Э.К. Проведение и обработка экспериментов в тепллоэнергетике / Э.К. Аракелян, Г.П. Киселев, А.В. Андрюшин [и др.]. - М.: МЭИ, 1984. - 64 с.

4. Архаров, А.М. Применение диметилового эфира в качестве топлива и хладоагента для городских автомобилий / Архаров А.М., С.Д. Глухов, Л.В. Грехов и др. // Ползуновский вестник. - 2003. - №1-2. - С. 9-17.

5. Ахмадеева, М.М. Экономика производства на предприятиях лесного хозяйства и лесной промышленности / М.М. Ахмадеева. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2009. -364 с.

6. Аэров, М.Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем: Гидравл. И тепловвые основы работы / М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А. Наринский.

- Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1979. - 176 с.

7. Бабит, В.И. Газогенератор горного типа для парогазовой установки мощностью 250 Мвт / В.И. Бабит, С.Н. Сушнов , Е.В. Щукин и др. // Процесс горения и газификации твердого топлива. Сб. науч. тр. ЭЖИН им. Г.М. Иртижанского. - 1983. - С. 107-113.

8. Беннет, К.О. Гидродинамика, теплообмен и массообмен / К.Щ. Беннет, Дж. Е. Майерс. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 310 с.

9. Бесков, B.C. Моделирование каталитических процессов и реакторов / В.С. Бесков, В. Флокк. - М.: Химия, 1991, с. 256.

10. Бесков, С.Д. Технохимические расчеты / С.Д. Бесков. - М.: Высш. шк., 1966. - 520 с.

11. Биомасса как источник энергии: Пер. с англ./ Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М.: Мир, 1985. - 368 с., ил.

12. Бондарь, А.Г. Математическое моделирование в химической технологии: учебник для хим.-технол. специальностей вузов / А.Г. Бондарь. - Киев: "Вища школа", 1973. - 279 с.

13. Борисов, Г.С. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1991. 496 с.

14. Брагинский, О.Б. Альтернативные моторные топлива: мировые тенденции и выбор для России / О.Б. Брагинский // Рос. Хим. Ж. (Ж. Рос. Хим. Об-ва им Д.И. Менделеева), 2008. - т. LII, №6

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

Быстров, А.Ф. Основы для эффективного использования древесных отходов деревообрабатывающего предприятия / А.Ф. Быстров, Э.С. Быстрова // Деревообрабатывающая пром-сть. - 1999. -№ 5. В Китае запущен крупнейший в мире завод по производству диметилового эфира Электронный ресурс. — Режим доступа: http://rcc.ru/Rus/FinancialInstitution/?ID=470618.6.

http: //methanol .ru

Вагафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. - 2-е изд., доп. и переб. - М.: Физматгиз, 1963. - 708 с.

Вазов, В. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных / В. Вазов, Д. Форсайт; пер. с англ. Б.М. Будака и Н.П. Жидкова. - М.: Иностранная литература, 1963. - 487 с. Валеев, И.А. Комплексная переработка всей биомассы деревьев в местах лесоразработок / И.А. Валеев, Р.Г. Сафин, В.Н. Башкиров // Химико-лесной комплекс: сб. статей. - Красноярск, 2002. - С. 146150.

Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик - М.: Физматгиз, 1963. - 708 с. Вильямс, Ф. А. Теория горения / Ф. А. Вильямс ; пер. с англ. - М.: Наука, 1971. - 615 с.

Временный технологический регламент установки обезэфиривания метанола-сырца с выделением побочного продукта — ДМЭ. Дополнение к постоянному технологическому регламенту № 51 цеха Синтеза 1-С ПАМ, утв. 04.05.2001г., ОАО НАК «Азот». Глебов, М.Б. Мошняков E.A. Исследование получения диметилового эфира с использованием совмещенной технологии // Химическая технология 2004, №2, с.34.

Головков, С.И. Энергетическиое использование древесных отходов / С.И. Головков, И.Ф. Коперин, В.И. Найденов // М.: Лесн. Пром-сть, 1987. - 224 с.

Голубкович, А.В. Управление аэродинамическим и тепловым режимами топки при комбинированном сжигании жидкого и твердого топлива / А.В. Голубкович // Промышленная энергетика. - 2009. - №4. - С. 41-48.

Гороновский, И.Т. Краткий справочник по химии / Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. - Киев: издательство Академии наук Украинской ССР, 1962. — 569 с.

Грачев, А.Н. Использование отходов деревообрабатывающих предприятий в качестве дополнительного источника тепловой энергии / А.Н. Грачев, В.Н. Башкиров, Р.Г. Сафин // Всероссийская научно-практическая конференция «Химико -лесной комплекс- проблемы и решения». - Красноярск, 2002. - T.II. - С. 286-288. Грачев, А.Н. Использование методов приближения при моделировании процесса термической переработки древесных

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

отходов / А.Н. Грачев, В.Н. Башкиров, Р.Г. Сафин // Химия и химическая технология. -2004. -Т. 47. -№10, -С. 137-140. Грачев, А.Н. Расчетно-экспериментальное исследование времени сгорания влажных древесных отходов / А.Н. Грачев, В.Н. Башкиров, Р.Г. Сафин // XVII Международная научная конференция "Математические методы в технике и технологиях". - ММТТ-17. - Т.9,-Кострома: изд. КГТУ. - 2004. - С. 108-110.

Джихинто, Г.А. Диметиловый эфир - экологически чистое топливо будущего / Г.А. Джихинто, С.С. Дмитриев //

Дикерсон, Р. Основные законы химии / Р. Дикерсон, Г. Грей, Дж. Хейт.

- М.: Мир, 1982. - Т.2. - 620 с.

Доклад на совещании ИНХС РАН по новым топливно-энергетическим технологиям. М.: 1997.

Дыбок, В.В. Получение синтетических моторных топлив при утилизации древесных отходов / В.В. Дыбок //Лесная пром-сть. - 1999.

- №1. - С.18-20.

Журавлева, Л.Н. Основные направления использования древесных отходов / Л.Н. Журавлева, А.Н. Девятловская // Электронный ресурс.

- Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/v/osnovnye-napravleniya-ispolzovaniya-drevesnyh-othodov.

Калиткин, Н.Н. Численные методы / Н.Н. Калиткин. - М.: Наука, 1978.

- 508 с.

Канторович, Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива / Б.В. Канторович. - М.: Изд. АН СССР, 1958. - 598 с. Караханов, Э.А. Синтез-газ как альтернатива нефти. I. Процесс Фишера-Тропша и оксо-синтез / Э.А. Карханов // Соросовский образовательный журнал. - №3, 1997. - с. 69-74.

Караханов, Э.А. Синтез-газ как альтернатива нефти. II. Метанол и синтезы на его основе / Э.А. Карханов // Соросовский образовательный журнал. - №12, 1997. - с. 65-69.

Кислицын, А.Н. Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы / А.Н. Кислицин. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 312 с Кларк Дж. Технология целлюлозы (наука о целлюлозной массе и бумаге, подготовка массы, переработка ее на бумагу, методы испытаний) Пер. с англ. - М.: Лесная пром-сть, 1983. - 456 с. Козин, В.Г. Современные технологии производства компонентов моторных топлив. - Казань, 2008. - 328 с.

Козлов, В.Н. Технология пирогенетической переработки древесины / В.Н. Козлов, А.А. Нимвицкий. - М.: ,1954. - 620 с. Королев Е.В., Сосна MX. Экспериментальная проверка математической модели синтеза ДМЭ // Междунар. науч.-техн. конф. "Газохимия-2007", ВНИИГАЗ, Москва, 2007.

Коротаев, Э.И. Использование древесных опилок / Э.И. Коротаев, М.И. Клименко - М.: Лесная пром-сть, 1974. - 142 с.

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

Корякин, В. И. Термическое разложение древесины / В. И. Корякин. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Гослесбумиздат, 1962. - 294 с. Косова, Н.И. Каталитический одностадийный процесс получения диметилового эфира из синтез-газа / Н.И. Косова, Л.Н. Курина // Химия в интересах устойчивого развития. - 2011. - Т. 19. - С. 211-215. Кречетов, И.В. Сушка древесины / И.В. Кречетов. - 3-е изд., перераб. -М.: Лесная промышленность, 1980. - 432 с.

Кришер, О Научные основы техники сушки / О. Кришер: пер. с нем. -М.: Иностранная литература, 1961. - 540 с.

Курина, Л.Н. Характер взаимодействия СО, Н2, СН3ОН с поверхностью у -A12O3 и Cu-Zn-оксидным катализатором / Л.Н. Курина, Н.И. Косова, Л.П. Шиляева, Е.А. Никитич // Журнал физической химии. - 2010. - Т. 84, № 8. - С. 1464-1467. Сафин, Р.Г. Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств: Учебное пособие. - М.: МГУЛ, 2002. - 688 с.

Лаверов, Н.П. Топливно-энергетические ресурсы: состояние и рациональное использование / Н.П. Лаверов // Тр. науч. сессии РАН. -Российская академия наук, 2006. - С. 21-29.

Лапушкин H.A. Савенков A.M. Кесселъ И.Б. Технико-экономическое обоснование о применении перспективных топлив, получаемых из природного газа. Материалы научно-технического

совета ОАО Газпром, июнь 2001, ИРЦ Газпром.

Лапушкин, Н.А. Использование диметилового эфира в дизельных двигателях / Н.А. Лапушкин, А.М. Савенков, И.В. Федотов // Транспорт на альтернативном топливе. - 2008. - №3(3). - С. 43-49. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю.П. Семенова. -М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - 348 с.

Лищинер, И.И. Закономерности получения ДМЭ из синтез-газа на смесевых катализаторах / И.И. Лищинер, О.В. Малова и др. // АГЗК+АТ, 2015, №12 (105), С. 16-23.

Луценко, Ю.В. Математическая модель образования горючих газов

при подземной газификации угля / Ю.В. Луценко // Проблемы

пожарной безопасности. - 2008. - Вып. 24. - С.105-115.

Лыков, А.В. Теория сушки: учеб. Пособие для вузов / А.В. Лыков. - 2-

е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия 1968. - 471 с.

Лыков, А.В. Теория теплопроводности: учеб. пособие для студентов

теплотехн. специальностей вузов / А.В. Лыков. - М.: Гос. изд. техн. -

теорет. лит., 1952. - 392 с.

Лыков, А.В. Тепло- и массообмен в процессах сушки: учеб. пособие для теплотехн. специальностей вузов / А.В. Лыков. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 464 с.

Лыков, А.В. Тепломассообмен: справочник / А.В. Лыков. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. - 479 с.

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

Любина, Ю.Л. Газификация органических веществ в шахтных аппаратах: дис. ...канд. тех. наук / Ю.Л. Любина. - Москва, 2009. -257 с.

Мельникова Л.В. Технология композиционных материалов из древесины. -Учебник. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: МГУЛ, 2004. — 234 с.: ил.

Мещеряков, В.Д. Анализ термодинамического равновесия реакции получения диметилового эфира из синтез-газа / В.Д. Мещеряков, В.А. Кириллов // ТОХТ. - 2000, том. 34, №1, с. 92-97 Мигай, В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования / В.К. Мигай. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1987. - 262 с.

Мирошниченко, Д.А. Состояние и перспективы развития промышленного производства диметилового эфира для использовния в качестве моторного топлива на автотранспорте / Д.А. Мирошниченко, М.В. Жирнова // Транспорт на альтернативном топливе. - №1(7). - 2009. - с. 58-61.

Митропольский, А.К. Техника статических вычислений / А.К. Митропольский. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Наука, 1971. - 576 с. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев. - 2-е изд. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

Мочан, С.И. Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод) / С. И. Мочан. - Центр. Науч.-исслед. И проектно-констр. Котлотурбинный ин-т им. И.И. Ползунова. - 3-е изд. - Л.: "Энергия", Ленингр. Отд-ние, 1977. - 255 с.

Мусич, П.Г. Цеолитные катализаторы в реакции получения диметилового эфира из СО и Н2 / П.Г. Мусич, Н.И. Косова, М.А. Абраменкова и др. // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2015. № 2. С. 59-68.

Мучник, Г.Ф. Решение задач теплопроводности методом сеток / Г.Ф. Мучник. - В кн.: Тепло- и массоперенос. - Т.5. - Минск: изд-во АН БССР, 1963. - 585 с.

Об утверждении концепции "О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива": постановление правительства Москвы № 290-1Ш от 24 апреля 2007 г. Об утверждении концепции "Об организации работ по внедрению диметилового эфира на транспорте в качестве экологически безопасного альтернативного моторного топлива": постановление правительства Москвы № 941-РП от 17 мая 2004 г. Об утверждении концепции "Об увеличении количества автомобилей, использующих диметиловый эфир в качестве моторного топлива": постановление правительства Москвы № 735-1Ш от 27 сентября 2005 Панцхава Е.С., Кошкин Н.Л. Использование энергии биомассы в России: Проблемы и перспективы // Тезисы германо-российской конференции "Возобновляемые источники энергии и их роль в

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

энергетической политике России и Германии". 1994. 24-26 октября, Фрайбург.

Пейч, Н.Н. Сушка древесины. Учебник для проф. -техн. училищ и подготовки рабочих на производстве / Н.Н. Пейч, Б.С. Царев. - М.: Высш. школа, 1971. - 220 с.

Перелыгин, Л.М. Древесиноведение. Учебник для лесотехн. техникумов / Л.М. Перелыгин, Б.Н. Уголев - М.: Лесная пром-сть, 1971. - 286 с.

Пижурин, А.А. Исследования процессов деревообработки / А.А. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесная промышленность, 1984. -231 с.

Пиялкин В. Н., Пильщиков Ю. Н.,Прокопьев С. А. «Способ переработки биамассы дерева в виде топливной щепы с получением биомасел и древесного угля». Новосибирск,1997,с. 34-47. Померанцев, Б.В. Основы практической теории горения / Б.В. Померанцев, К.И. Рефьев, Д.Б. Ахмедов. - Л.: Энерготомиздат, 1986. - 312 с.

Расев А.И. Конвективно-вакуумная сушилка для пиломатериалов / А.И. Расев, Д.М. Олексив // Деревообраб. Промышленность - 1993. -№4. - С. 9-10.

Рид, Р. Свойства газов и жидкостей / Р. Рид, Т. Шервуд. - Л.: Химия, 1971. - 704 с.

Розовский А.Я. Диметиловый эфир и бензин из природного газа / А.Я. Розовский // Рос. хим. ж. 2003. - Т. 47. - № 6. Розовский, А.Я. Диметиловый эфир - топливо XXI в. // Международная школа повышения квалификации. Инженерно-химическая наука для передовых технологий. Труды третьей сессии. Казань. Россия. 1997.

Розовский, А.Я. Диметиловый эфир - экологически чистое моторное топливо для города Москва / А.Я. Росовский, Т.Н. Смирнова // Тезисы конференции "Актуальные проблемы нефтехимии", ММ.: 2001. Розовский, А.Я. Основные пути переработки метана и синтез-газа. Состояние и перспективы //кинетика и катализ, 1999, том 40, №3, с. 358-371

Садртдинов, А.Р. Тенденции образования и потенциал использования отходов растительного происхождения лесопромышленного и агропромышленного комплексов / А.Р. Садртдинов, Р.Г. Сафин, Л.М. Исмагилова и др. // Деревообрабатывающая промышленность. - 2017. - № 2. - С. 8-17.

Самарский, А.А. Теория разностных схем: учеб. пособие для вузов по специальности "прикладная математика" / А.А. Самарский. - М.:Наука, 1977. - 495 с.

Самарский, А.А. Устойчивость разностных схем / А.А. Самарский, А.В. Гулин. - М.: Наука, 1973. - 285 с.

89. Сафин, Р.Г. Основы переработки древесных материалов. - М.: Изд. МГУЛ. - 2005. - 196 с.

90. Сафин, Р.Г. Современные строительные композиционные материалы на основе древесных отходов / Р.Г. Сафин, В.В. Степанов, Э.Р. Хайруллина, А.А. Гайнуллина, Т.О. Степанова // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т.17. - №20. - С. 39-41.

91. Сергеев, В.В. Теплоэнергетические основы промышленной слоевой газификации растительной биомассы: дис. ... док. тех. наук /

B.В. Сергеев. - Специальность 05.14.04 : защищена 13.10.09. - М., 2009. - 284 с.

92. Смирнова Т. Новое топливо для городского транспорта / Т. Смирнова,

C. Захаров, И. Болдырев, С. Аникин // Двигатель - 1999. - №2. - С. 4243.

93. Смирнова Т.Н. Опыт разработки и эксплуатации автомобилейрефрижераторов ЗИЛ-5301 «Бычок», работающие на диметиловом эфире / Т.Н. Смирнова, С.А. Захаров, В.И. Назаров, А.Ю. Грачев, И.Е. Чурсин // Автогазозаправочный комплекс + Альтернативное топливо. - 2005. - № 4(22). - С. 53-60.

94. Сосна М.Х., Соколинский Ю.А., Королев Е.В. О выборе кинетического уравнения реакции дегидратации метанола до ДМЭ на промышленном катализаторе // Химическая промышленность сегодня, 2008, №7, с. 6-12.

95. Сосна, М.Х. О выборе кинетического уравнения реакции дегидратации метанола до ДМЭ на промышленном катализаторе / Сосна М.Х., Соколинский Ю.А., Королёв Е.В.// Хим. пром-сть сегодня. -2008, № 7, -С.6-12.

96. Способ и устройство для пиролиза и газификации взаимно соединенных печей [Текст]: пат. 2515307 РФ: МПК СШ3/66 / Тан Хунмин, Чжан Яньфын, Чэнь Илун; заявитель и патентообладатель Саншайн кайди нью энержи груп КО., ЛТД. - №2013107366/05; заявл. 06.07.2011; опубл. 10.05.2014, Бюл. № 13

97. Способ и устройство для получения синтез-газа с низким содержанием смол из биомассы [Текст]: пат. 2516533 Рос. Федерация: МПК СШ3/66, СШ3/48, СШ3/02 / Тетцлаф Карл-Хайнц; заявитель и патентообладатель Тетцлаф Карл-Хайнц. - №2011104191/05; заявл. 07.07.2009; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 23

98. Способ получения синтез-газа из биомассы карбонизацией [Текст]: пат. 2525491 Рос. Федерация: МПК СШ3/66, СШ3/54, СШ3/56, С10В53/02, С10В57/10, С10ВJ49/02 / Сун Кан, Яо Чжэньхуа, Сунь Цинь, Чжан Шижун, Чжан Хайцин, Чжан Цзиньцяо; заявитель и патентообладатель Ухань Кайди Инджиниринг рисерч инститьют Ко., ЛТД. - №2012144800/05; опубл. 27.04.2014, Бюл. № 23

99. Способ получения синтез-газа из древесных отходов [Текст]: пат. 2507238 Рос. Федерация: МПК СШ3/66, С10В53/02 / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, Д.Ф. Зиатдинова и др.; заявитель и патентообладатель

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет". - № 2012121538/05; заявл. 24.05.2012; опубл. 20.02.2014, Бюл. №33. - 6 с.

100. Степанов, С.Г. Матемтическая модель газификации угля в слоевом напоре / С.Г. Степанов, С.Р. Исламов / Химия твердого топлива. -1991. - №2. - С. 52-58.

101. Степень Р.А., Репях С.М. «Альтернативные пути рациональной переработки древесных отходов». // Wood.ru.

102. Технический паспорт газоанализатора КР-1938Г.

103. Тимербаев, Н.Ф. Совершенствование техники и технологии процесса газификации высоковлажных отходов: монография/ Н.Ф. Тимербаев [и др.] М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. ун-т. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2013. - 92 с.

104. Тимербаев, Н.Ф. Техника и технологии термической переработки отходов деревообрабатывающей промышленности: монография / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, З.Г. Саттарова; М-во образ. и науки РФ, Казан. Гос. Технол. Ун-т. - Казань: КГТУ, 2010. - 172 с.

105. Тимербаев, Н.Ф. Технология переработки древесных отходов в диметиловый эфир / Н.Ф. Тимербаев, Сафин Р.Г., Исмагилова Л.М. // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16. -№ 7. - С. 95-97.

106. Тухбиев, Р.Ф. Новые технологии, используемые для получения жидкого топлива из природного и попутного нефтяного газа (GTL), технология получения диметилового эфира и конверсия метана в низшие олефины - этилен, пропилен и бутилен / Р.Ф. Тухбиев, Р.А. Кемалов // URL: http://econf.rae.ru/article/9612

107. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. - М.: Лесная пром-сть, 1989. - 496 с.

108. Шубин, Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины / Г.С. Шубин. -М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 335 с.

109. Шубин, Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины / Г.С. Шубин. - М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 246 с.

110. Шубов, Л.Я. Концепция управления твердыми бытовыми отходами / Л.Я. Шубов, А.К. Голубин, В.В. Девяткин, С.В. Погадаев. - М.: НИЦПУРО, 2000. - 72 с.

111. Юдушкин, Н.Г. Газогененраторные тракторы / Н.Г. Юдушкин. - М.: Машгиз, 1955. - 244 с.

112. Arcoumanis, C. The potential of di-methyl ether (DME) as an alternative fuel for compression-ignition engines / C. Arcoumanis, C. Bae, R. Crookes, E. Kinoshita. - Fuel - 2008. Vol. 87, Issue 7, pp. 1014-1030.

113. Atreya, A. Pyrolysis, ignition and fire spread on horizontal surfaces of wood. Cambridge, MA, Harvard University. Ph.D. (1983)

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

Blasi, C.D. Heat momentum, and mass transport through a skrnking biomass particle exposed to thermal radiation / C.D. Blasi. - Chemical Engineering Science 51 (7) (1996) pp. 1121-1132.

Capart, R. Assessment of varios kinetic models for the pyrolysis of a microgranular cellulose / R. Capart, L. Khezami, A.K. BurnHam. -Termochimical Acta 417 (1) (2004) pp. 79-89/

Chan, R.W.C. Kinetics of dielectric-loss microwave degradation of polymers: lignin / R.W.C. Chan, B.B. Krieger. - Journal of Applied Polymer Science 26 (5) (1981) pp. 1533-1553.

Chen, Yu.S. The Study of Process Design for Production of the Clean Fuel-Dimethyl Ether (DME) // The 2008 Annual Meeting, 2008 China to build its largest DME project as an alternative to oil // Asia Chemical Weekly, 2006/8/17.

Davy Process Technology. Технология производства метанола Электронный ресурс. — Режим доступа:

http://www.matthey.ru/jmprod/documents/DPTL_Methanol_Brochure_Russian.pdf DME Unit Starts Production in Sichuan // China Chemical Reporter, 2006/3/28.

Erdener, H. Future fossil fuel alternative; Di-methyl ether (DME) a review

/ H.Erdener, A.Arinan, S.Orman. - International Journal Of Renewable

Energy Research, IJRER 2011, Vol. 1, No.4, pp. 252-258

Field, M.A. Combustion of pulverized cool / M.A. Field, D.W. Gill. -

Leatherhead: Brit, ool utilis, Res. Assoc., 1967.-413 p.

Fredlund, B. A model for heat and mass transfer in timber structures during

fire / B. Fredlund // A theretical, numerical and experimental study in report

LUTVDG / (TVBB-1003). Lund Univercity, Sweden, 1988.

Gong-Xin Qi. DME synthesis from CO/H2 over Cu-Mn/y-Al2O3 catalyst /

Gong-Xin Qi, Jin-Hua Fei, Xiao-Ming Zheng and Zhao-Yin Hou //

React.Kinet.Catal.Lett. - 2001. - Vol. 73. - №2. - С. 245-256.

Govind, R. Modeling and simulation of an entrained flow coal gasifier /

R. Govind, J. Shah // AIChE J. - 1984. - 30, - N1. - P. 79-92.

Gronli, M.G. Mathematical model for wood pyrolysis - comparison of

experimental measurements with model predictions / M.G. Gronli, M.C.

Melaaen. - Energy & Fuels 14 (4) (2000) pp. 791-800.

Hadipour A. Synthesis of some bifunctional catalysts and determination of

kinetic parameters for direct conversion of syngas to dimethyl ether /

A. Hadipour, M. Sohrabi // Chemical Engineering Journal. 2008. - V. 137.

-P. 294-301.

Henrich, E. Synthetische Kraftstoffe aus Biomasse / E. Henrich, K. Raffelt //Forschungszentrum Karisruhe in der Helmholltz-Ggemeinschft. -october, 2009

Hubert de Mestier du Bourg Future prospective of DME / 23rd World Gas Conference, Amsterdam2006

130. Kansa, E.J. Mathematical model of wood pyrolysis including internal forced convection / E.J. Kansa, H.E. Perlee, R.F. Chaiken. - Combustion and Flame

29 91977) pp. 311-324.

131. Kittelson, D. Performance and emissions of a second generation biofuel -DME / D. Kittelson, W. Watts, D. Bennett and other // St. Paul, Minnesota,

30 november, 2010

132. Klyosov A.A. Wood-Plastic Composites. John Wiley & Sons, Inc., 2007. -726 p.

133. Larson, E.D. Supporting information to large-scale gasification-based coproduction of fuels and electricity from switchgrass / E.D. Larson, J. Haiming, E.C. Fuat

134. Lee, C.K. Charring pyrolysis of wood in fires by laser simulatoin / C.K. Lee, R.F. Chaicen, J.M. Singer // Proceeding of the Combustion Institute (1976) pp. 1459-1470.

135. Mohan, D. Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil: a critical review / D. Mohan, C.U. Pittman Jr., P.H. Steele. - Energy & Fuels 20 (3) (2006) 848-889.

136. Moradia G.R. Comparison of the performance of different hybrid catalysts for direct synthesis of dimethyl ether from; synthesis gas /G.R. Moradia, R. Ghaneia, F. Yaripour // React. Kinet. Catal. Lett. — 2007.— V. 92. -№ 1. -p. 137-145.

137. Norgaard T. Optimum technology for DME manufacturing. Haldor Topsoe AG / T. Norgaard // First International DME Conference. Paris, Oct. 2004.

138. Ohno, Y. New direct synthesis technology for DME (dimethyl ether) and its application technology / Y. Ohno, M. Yoshida, T. Shikada and other // JFE Technical report. - No. 8, Oct. 2006

139. Sadrtdinov, A.R. Mathematical Modeling for the Development of Equipment for Thermochemical Processing of Wood Waste in to Dimethyl Ether / A.R. Sadrtdinov, L.M. Esmagilova, V.A. Saldaev, Z.G. Sattarova, A.A Mokhovikov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2016. - vol.142 (1). - pp 1-10. - art.012094. DOI: 10.1088/1757-899X/142/1/012094

140. Schmetz, Edward Commercial-Scale Demonstration of the Liquid-Phase Methanol (LPMEOH™) Process // Clean coal technology №11 , 1999

141. Shim, H. M. Simulation of DME synthesis from coal syngas by kinetics model/ SHIM, H. M., LEE, S. J., YOO, Y. D., YUN, Y. S. & KIM, H. T. // Korean Journal of Chemical Engineering, 26 2009, p. 641-648.

142. Smoot, L.D. Cool combustion and gasification / L.D. Smoot. - NY -London: Plenum Press, 1985. - 433 p.

143. Smoot, L.D. Pulverized cool combustion and gasification: theory aplication for continuous flow proceses / Ed. By L.D. Smoot and D.T. Pratt. - NY -London: Plenum Press. - 1979. - 323 p.

144. Takashi, Ogawa Direct Dimethyl Ether Synthesis / Takashi Ogawa, Norio Inoue, Tutomu Shikada, Yotaro Ohno // Journal of Natural Gas Chemistry, 12 (2003), pp. 219-227

145. Toshiyuki, MII Fuel DME Plant in East Asia / Toshiyuki MII, Masayuki UCHIDA // Proceedings of 15th Saudi-Japan Joint Symposium. Dhahran, Saudi Arabia, November 27-28, 2005

146. Varhegyi, G. Kinetics of the thermal decomposition of cellulose, hemicellulose, and sugar cane bagasse / G/ Varhegyi et al. - Energy & Fuels 3 (3) (1989) pp. 329-335/

147. Wijmen, C.A. Course for China's Coal / Policy Analysis and Management (SEPAM) Delft University of Technology. - 2007. - p. 127.

148. Williams, R.H. Is there room in the atmosphere for coal synfuels? / Carbon Capture and Separation GCEP Energy Workshop. - Global Climate and Energy Project. - Stanford University, 27 April 2004.

149. Yotaro Ohno, Masahiro Yoshida, Tsutomu Shikada, Osamu Inokoshi, Takashi Ogawa, Norio Inoue New Direct Synthesis Technology for DME (Dimethyl Ether) and Its Application Technology // JFE Technical Report No. 8 (Oct. 2006).

150. Zhang, B.Y. Alternative fuel imlementation policy in China and its assessment / B.Y. Zhang, C.S. Chew // «The 23rd conference on energy, economy, and environment». - 25-26 January, 2007. - Tokyo.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1.

Статическая обработка расчетных и экспериментальных данных

1. Количественная оценка расхождения между расчетными и экспериментальными данными.

Для количественной оценки расхождений между расчетными и экспериментальными значениями по известным методикам рассчитаны (формулы приведены на примере выхода обработанного углистого сырья):

- среднее арифметическое отклонение

£ _ £¿=11^1-^3 ¿1

п '

- среднее арифметическое относительное отклонение

5 = 1£П=1

п 1 1

- среднее квадратичное отклонение

£П=1(™~™э , )2. Л п '

- среднее квадратичное отклонение среднего арифметического

0 Л п(п 1) .

Результаты расчетов сведены в таблицы.

Результаты статической обработки кривой выхода обработанного сырья от температуры при размере частиц - щепа

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 ТПр-ТПэ ^тах 50 (тр - Шэ)2 а а0

1 250 97 96.2 0.8 0.1 0.64

2 300 94 93.1 1.1 0.14 1.21

3 350 92 91.4 0.6 0.82 0.08 0.304 0.36 0.94 0.42

4 400 90 89.3 0.7 0.09 0.49

5 450 89 88.1 0.9 1.11 0.81

X 4.1 1.52 3.51

Результаты статической обработки кривой выхода обработанного сырья от температуры при размере частиц -дробленка

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 Шр-Шэ ^тах 50 (тр - Шэ)2 а а0

1 250 95 94.45 0.55 0.03438 0.3025

2 300 90 88.3 1.7 0.10625 2.89

3 350 85 83.78 1.22 0.99 0.07625 0.062 1.49 1.138 0.569

4 400 82 80.67 1.33 0.08313 1.77

5 450 79 78.85 0.15 0.00937 0.0225

4.95 0.30938 6.475

Результаты статической обработки кривой выхода обработанного сырья от температуры при размере частиц - опилки

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 Шр - Шэ ^тах Шт£п 50 (Шр - Шэ)2 а а0

1 250 82 81.2 0.8 0.022 0.64

2 300 72 71.3 0.7 0.019 0.49

3 350 57 56.1 0.9 0.88 0.024 0.0238 0.81 1.002 0.448

4 400 48 47.2 0.8 0.022 0.64

5 450 45 43.8 1.2 0.032 1.44

X 4.4 0.119 4.02

Результаты статической обработки кривой содержания нелетучего углерода в обработанном сырье от температуры при размере частиц - щепа

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 Шр - Шэ 50 (шр - Шэ)2 а а0

1 250 47 48.46 1.46 0.065 2.13

2 300 54 55.78 1.78 0.079 3.17

3 350 61 62.34 1.34 1.582 0.06 0.071 1.8 1.78 0.8

4 400 66.5 67.98 1.48 0.07 2.19

5 450 69.5 71.35 1.85 0.08 3.42

X 7.91 0.354 12.71

Результаты статической обработки кривой содержания нелетучего углерода в обработанном сырье от температуры при размере частиц - дробленка

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 Шр - Шэ 50 (шр - Шэ)2 а а0

1 250 49 50.12 1.12 0.05 1.25

2 300 58 59.33 1.33 0.06 1.77

3 350 65.5 66.25 0.75 1.236 0.03 0.054 0.56 1.42 0.63

4 400 70.2 71.61 1.41 0.06 1.99

5 450 73 74.57 1.57 0.07 2.47

6.18 0.27 8.04

Результаты статической обработки кривой содержания нелетучего углерода в обработанном сырье от температуры при размере частиц - опилки

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 Шр - Шэ ^тах Шт£п 50 (шр - Шэ)2 а а0

1 250 53.5 54.7 1.2 0.05 1.44

2 300 62.7 63.9 1.2 0.05 1.44

3 350 70 71.63 1.63 1.23 0.07 0.052 2.66 1.4 0.63

4 400 74.5 75.74 1.24 0.05 1.54

5 450 77.5 78.38 0.88 0.04 0.77

X 6.15 0.26 7.85

Результаты статической обработки кривой выхода обработанного сырья при высокотемпературной обработке сырья породы - береза

№ п/п Т, °С Шэ Шр |тр -тэ| 5 Шр - Шэ 50 (шр - Шэ)2 а а0

^тах

1 250 74 74.3 0.3 0.007 0.09

2 300 41 46 5 0.109 25

3 350 37 35 2 1.7 0.435 0.115 4 2.745 1.227

4 400 29 30 1 0.022 1

5 450 28 28.2 0.2 0.004 0.04

X 8.5 0.575 30.13

Результаты статической обработки кривой убыли удельной массы от продолжительности процесса высокотемпературной обработки щепы с влажностью 22% при температуре 250 °Т

№ т, (Ш/Ш0)э (Ш/Шс)р |(т/то)р 5 (т/то)р - (т/т0)э 50 ((т/т0)р а а0

п/п час - (т/то)э| (т/т0)тах - (т/т0)Ш(П 2 - (т/т0)э)

1 1 92 92.2 0.2 0.008 0.04

2 2 86 86.3 0.3 0.011 0.09

3 3 70.98 71.1 0.12 0.23 0.005 0.009 0.0144 0.28 0.14

4 4 65.9 66.2 0.3 0.011 0.09

X 0.92 0.035 0.234

Результаты статической обработки кривой убыли удельной массы от продолжительности процесса высокотемпературной обработки опилки с влажностью 41% при температуре 350 °Т

№ п/п т, час (Ш/Шс)э (Ш/Шс)р |(т/то)р - (т/то)э| А (т/то)р - (т/т0)э 50 ((т/т0)р 2 - (т/т0)э) а а0

(т/т0)тах - (т/т0)т*п

1 1 64 63.7 0.3 0.01 0.09

2 2 47.8 47.6 0.2 0.007 0.04

3 3 40.7 40.4 0.3 0.3 0.01 0.04 0.09 0.36 0.18

4 4 35 34.6 0.4 0.12 0.16

X 1.2 0.147 0.38

Результаты статической обработки кривой влияния расхода пара на выход компонента синтез-газа - СО при использовании кислорода

№ п/п Расход пара, кг/кг Сэ Ср |С — С 1 5 С — С рэ 50 (Ср — Сэ)2 а а0

С — С ■

1 0.2 42.03 41 1.03 0.18 1.061

2 0.3 38.8 38 0.8 0.93 0.14 0.16 0.64 1.14 0.66

3 0.4 36.45 35.5 0.95 0.17 0.903

X 2.78 0.49 2.604

Результаты статической обработки кривой влияния расхода пара на выход компонента синтез-газа - СО2 при использовании кислорода

№ п/п Расход пара, кг/кг Сэ Ср 1ср — Сэ| 5 С — С рэ 50 (Ср — Сэ)2 а а0

С — С •

1 0.2 20.65 20.15 0.5 0.23 0.25

2 0.3 21.93 21.23 0.7 0.67 0.32 0.31 0.49 0.83 0.48

3 0.4 22.83 22.03 0.8 0.37 0.64

2 0.92 1.38

Результаты статической обработки кривой влияния расхода пара на выход компонента синтез-газа - Н2 при использовании кислорода

№ п/п Расход пара, кг/кг Сэ Ср 1ср -Сэ| 5 С — С 50 (Ср — Сэ)2 а а0

С — С •

1 0.2 34.6 34 0.6 0.18 0.36

2 0.3 36.5 36 0.5 0.5 0.15 0.15 0.25 0.62 0.36

3 0.4 38 37.6 0.4 0.12 0.16

X 1.5 0.45 0.77

Приложение 2.

Технико-экономическое обоснование

В таблицах 2.1 и 2.2 представлены результаты расчета вариантов установок, в которых газифицирующий агент - кислород, а в табл. 2.3 и табл. 2.4 газифицирующий агент - обогащенный кислородом воздух. В табл. 2.5 представлены сводные данные.

Таблица 2.1.

Стоимость, руб

Наименование 1 (3250 т/год) 2 (5000 т/год) 3 (10000 т/год)

Бункер-накопитель 31000 31000 45000

Скребковый транспортер 55000 55000 75000

Газогенератор 2105263 2105263 4150679

Циклон 102000 102000 150000

Теплообменник (2 шт) 500000 500000 700000

Фильтр тонкой очистки 150000 150000 200000

Компрессорная станция 6774735 6774735 7774735

Электронагреватель (2 шт) 1300000 1300000 2000000

Реактор ДМЭ 880000 880000 1000000

Ресивер 282000 282000 380000

Сепаратор 350000 350000 450000

Ректификационная колонна 750000 750000 1200000

Теплообменник (3 шт) 420000 420000 750000

Осушитель 152000 152000 250000

Котел-утилизатор 350000 350000 450000

Конденсатор 270000 270000 320000

Сборник метанола 202000 250000 350000

Сборник ДМЭ 250000 300000 400000

Кислородная установка 2250000 2250000 3250000

Насос метанола 165000 165000 365000

Водный насос 45000 45000 70000

Итого 17383998 17481998 24330414

Себестоимость продукции определяется как сумма условно-переменных Зпер и условно-постоянных затрат Зпост.

Условно-переменные расходы включают в себя следующие пункты:

- затраты на материалы;

- затраты на электроэнергию;

- затраты на ЗРП с учетом ЕСН.

Условно-постоянные расходы включают в себя следующие пункты:

- вспомогательные материалы (2% от стоимости оборудования);

- амортизационные отчисления (на 10 лет), 20 %;

- капитальный ремонт оборудования (3% от стоимости оборудования);