Технические науки/5. Энергетика

Д.т.н. Сафин Р.Г., к.т.н. Садртдинов А.Р., аспирант Исмагилова Л.М.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия

Технология получения диметилового эфира из биомассы

По данным Международного энергетического агентства (рис. 1), первичная энергия вырабатываемая из ископаемых видов топлива составляет около 82%. Если данный спектр и далее будет увеличиваться, то все известные и экономически целесообразные месторождения нефти и газа будут постепенно исчерпаны уже в течение этого столетия. Быстрый рост населения планеты и связанное с этим удваивание потребности в энергии может привести к израсходованию запасов угля в следующем веке. Поэтому в течение этого столетия человечество обязано найти возможные источники замены традиционных энергоносителей.

Рис. 1. Суммарные поставки первичных энергоресурсов

Потребление энергии в мировом масштабе составляет приблизительно 13,1 Гтонн условного топлива. Вклад возобновляемых источников, включая биоэнергетику, гидроэнергетику, ветровую и солнечную энергетику, составляет около 12,4 %. Из них на биоэнергетику приходится 10 %. Очевидно, что развитие биоэнергетики имеет приоритетный статус, что является актуальным и для России, ресурсы биомассы которой, пригодной для производства энергии, весьма значительны.

Основными источниками российской энергетической биомассы являются: древесина, отходы от ее заготовки и переработки; сельскохозяйственные отходы растениеводства; промышленные отходы от их заготовки и переработки; бытовые отходы; торф; энергетические плантации. Основная ресурсная база биоэнеретики в России приходится на отходы лесозаготовок, которые составляют 40-60% заготавливаемой древесины; 20% составляют отходы, образующиеся при лесопереработке, в суммарно-годовом количестве свыше 200 млн м³. Отходы сельскохозяйственного производства составляют 200-250 млн м³ в год. В целом, ежегодно образующееся совокупное количество растительных отходов в России эквивалентно 100 млн т нефти.

Основные биоэнергетические технологии переработки биомассы разделяются по следующим направлениям:

1) изыскание и создание крупномасштабных, высокопродуктивных источников биомассы (фотосинтез, производство древесной биомассы, промышленное разведение растений – продуцентов углеводородов, производство углеводсодержащей непищевой биомассы, производство водной биомассы, использование твердых отходов городов);

2) биотехнологическая конверсия (получение этилового и других спиртов, органических кислот, растворителей из различных видов биомассы, получение биогаза и водорода);

3) термохимическая конверсия (прямое сжигание, газификация, пиролиз, сжижение, фест-пиролиз, синтез) для получения жидкого, твердого и газообразного топлива.

Одним из новых направлений в области переработки биомасс для России, но уже известным в мире, является производство диметилового эфира, которое в последнее время очень актуально за счет его использования в качестве моторного топлива, позволяющего радикально улучшить качество выхлопа дизельных двигателей с уменьшением выброса вредных компонентов. Так же диметиловый эфир может применяться как топливо для электростанций и как полупродукт, который легко превращается в бензин, характеризующийся улучшенными экологическими характеристиками и минимальным содержанием нежелательных примесей.

На рис. 2 представлена предлагаемая схема переработки биомассы, включающая процесс паровой конверсии биомассы в синтез-газ и последующий одностадийный синтез диметилового эфира.

Рис. 2. Схема получения диметилового эфира из биомассы

Реализация данной технологии позволит получить диметиловый эфир в процессе безотходного производства с высоким выходом целевого продукта – альтернативного моторного топлива, а также сократить капитальные затраты за счет одностадийности процесса синтеза диметилового эфира.

Производство диметилового эфира из биомассы также привлекательна с экологической точки зрения, поскольку весь углекислый газ, выделяющийся при сгорании топлива, будет использован биомассой в процессе ее рекультивации. Такой подход позволяет сделать диметиловый эфир абсолютно чистым и возобновляемым источником энергии.

Литература:

1. Key World Energy STATISTICS, 2013 http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2013.pdf

2. Биоэнергетика России ХХI веке, ФГБУ «Российское энергетическое агентство», Москва, 2012, С. 37.

3. А. Иванов, И. Матвеев Состояние мировой энергетики на рубеже 2013 года // Бурение и нефть. 2013. №1. С. 3-10.

4. Степень Р.А. Альтернативные пути рациональной переработки древесных отходов [Электронный ресурс] / Степень Р.А. Репях С.М. // Wood.ru.

5. Шелдон P.A. Химические продукты на основе синтез-газа / P.A. Шелдон ; пер. с англ. под ред. С.М. Локтева. М.: Химия, 1987. -С. 248.