-
Электроразрядная технология получения бионефти из смеси мазута и бурого угля
Электроразрядный процесс
Задача электроразрядной (ЭР) технологии получения бионефти
-
Оценка эффективности применения ЭР технологии для увеличения выхода бионефти из смеси мазута и бурого угля по отношению к входящему жидкому топливу в виде мазута.
-
Получение из смеси мазута и бурого угля максимального количества бионефти.
-
Оценка применяемости и характеристика полученной бионефти. Примерный расчет экономических показателей.
Схема установки для ЭР обработки УВ смеси
Электроразрядная зона непосредственно контактирует с обрабатываемым УВ сырьем, которое подаётся непрерывно. Под воздействием высокоэнергетичных электронов и ионов плазмы, молекулы УВ, входящие в состав сырья, подвергаются деструкции и делятся на более низкомолекулярные соединения.
Эффективное время нахождения УВ в электроразрядной зоне 12 микросекунд.
Преимущества ЭР процессов
-
Основное достоинство преобразовании энергии в условиях низкотемпературной плазмы (НТП) состоит в больших скоростях протекания реакции крекинга. Интенсификации процессов крекинга происходит под кратковременным действием высокой температуры и большой удельной мощности плазмы, которая приводит к образованию высокой концентрации активных радикалов, ионов и электронов.
-
Энергия электронов при НТП около 10 эВ, что позволяет расщеплять углеводороды по связям С-С (6,2 эВ) и С-Н (5,5 эВ).
-
Воздействие НТП на углеводороды вызывает множество химических реакций, приводящих к деструкции высокомолекулярных их соединений, что повышает КПД по сравнению с термическим крекингом.
Основные особенности ЭР процессов
Основной особенностью электроразрядных процессов процессов является то, что в ЭР зоне образуются в более высоких концентрациях, чем при обычных условиях проведения химических реакций, многие реакционноспособные частицы — возбуждённые молекулы, электроны, молекулярные ионы и свободные радикалы, которые инициируют и обусловливают новые типы химические реакции крекинга.
Блок-схема ЭР обработки исходного продукта
Материальный баланс переработки смеси мазута и бурого угля, кг
|
Продукты |
Расход 1, |
Расход 2, |
Расход 3, |
Суммарный расход |
% |
||||
|
(ЭР обработка) |
(после 1-й разгонки) |
(после 2-й разгонки) |
|||||||
|
Мазут |
500 |
Газы |
45 |
Газы |
35(+45) |
Газы |
25(+80) |
105 |
10,5 |
|
Бурый |
500 |
Полупродукт |
955 |
Отгон до 360 ̊С |
648 |
Фракция |
|||
|
уголь |
н.к - 180 ̊С |
66 |
66 |
6,6 |
|||||
|
Фракция |
|||||||||
|
181 - 360 ̊С |
509 |
509 |
50,9 |
||||||
|
Остаток жидкий |
39 |
39 |
3,9 |
||||||
|
Вода |
19 |
Вода |
9(+19) |
28 |
2,8 |
||||
|
Твердый остаток |
253 |
253 |
25,3 |
||||||
|
Всего |
1000 |
1000 |
1000 |
1000 |
100 |
||||
Результат разгонки смеси после ЭР обработки
Атмосферная разгонка до температуры 330°С смеси после электроразрядной обработки показала выход бионефти более 65%.
При вторичной разгонке получено около 6,6% бензиновых и 50,9% дизельных фракций.
Продукты переработки и энергетический баланс
- При атмосферной разгонке 1000 кг смеси мазута и бурого угля до 360°С, обработанной по ЭР технологии, содержащей около 793 кг органических соединений, выделяется, кг: около 648 кг органических жидких продуктов (64,8%); до 19 кг воды; до 80 кг газообразных соединений (СО, СО2, H2S, углеводороды С1-С4 и другие); до 253 твердого остатка. Выход жидких органических продуктов составляет около 82% от теоретически возможного.
- При атмосферной разгонке той же смеси без ЭР обработки можно получить только 16% органических жидких продуктов.
- Суммарный расход электроэнергии на ЭР переработку составляет около 32 кВт на тонну сырья (в том числе расход на работу ЭР реактора 6,16 кВт). В расчет не входят энергозатраты на конденсацию жидких фракций и выделение твердого остатка из обработанного сырья.
Физико-химические характеристики дистиллята (печного топлива)
|
Показатели |
Метод испытания |
Результат |
|
Температура вспышки в открытом тигле, оС |
ГОСТ 6356 |
менее 40 |
|
Кинематическая вязкость при 20 оС, мм2/с (сСт) |
ASTM D 7042 |
5.150 |
|
Зольность, % |
ГОСТ 28583 |
менее 0.001 |
|
Коксуемость, %. масс. |
ISO 10370 |
Менее 0.10 |
Групповой состав дистиллята
Структурная схема оборудования
Примерный расчет экономических показателей при производительности комплекса 15 т/сутки
|
№ |
Наименование показателей |
Значения |
Ед. измер. |
|
1 |
Стоимость комплекса оборудования производительностью 15 т/сутки |
45 400 |
тыс.руб |
|
2 |
Производительность комплекса по исходному сырью |
15,0 |
тонн в сутки |
|
3 |
Выход жидких фракций (ЖФ), не менее |
60 |
% |
|
4 |
Суток работы в месяц |
30 |
часов |
|
5 |
Производительность комплекса по исходному сырью в год |
5 400 |
тонн |
|
6 |
Производительность комплекса по ПТ в год |
3 240 |
тонн |
|
7 |
Производительность комплекса по твердому остатку в год |
810 |
тонн |
|
8 |
Производительность комплекса по газу в год |
432 |
тонн |
|
9 |
Закупочная цена исходной смеси за 1 тонну (для Северо-Запада РФ) |
11,2 |
тыс.руб |
|
9.1 |
Цена бурого угля за тонну (50%) на начало апреля 2024 года |
1,4 |
тыс.руб |
|
9.2 |
Цена мазута М-100 за тонну (50%) на начало апреля 2024 года |
21,0 |
тыс.руб |
|
10 |
Расходы на закупку сырья в год |
60 480,0 |
тыс.руб |
|
11 |
Операционные (текущие расходы) в год |
16 080 |
тыс.руб |
|
12 |
ИТОГО затраты в год |
76 560 |
тыс.руб |
|
13 |
Продажная цена ПТ за 1 тонну на начало апреля 2024 года |
35,0 |
тыс.руб |
|
14 |
ИТОГО доходы в год |
103 950 |
тыс.руб |
|
15 |
ПРИБЫЛЬ в год |
27 390 |
тыс.руб |
|
16 |
Рентабельность |
26,35 |
% |
|
17 |
Срок окупаемости затрат на оборудование, лет |
1,66 |
лет |
Выводы
- При атмосферной разгонке до 360°С смеси мазута и бурого угля, обработанных по ЭР технологии, выкипает около 65% дистиллята, образуется около 25-26% твердого минерального остатка, 8% углеводородных неконденсируемых газов и 2% воды. При второй разгонке дистиллята (65%) можно получить бензиновой фракции 6-7%, дизельной фракции 50-51% и жидкого остатка 3-4%.
- Минеральную часть угля (около 25%) можно выделять из продукта ЭР переработки смеси торфа и мазута при термолизе на известном оборудовании (но до 360°С) и использовать в качестве минеральных порошков в дорожном строительстве или для изготовления топливных пеллет. Низшая и высшая теплота сгорания составляет соответственно 6860 и 8150 ккал/кг.
- Затраты электроэнергии непосредственно на ЭР обработку 1000 кг смеси мазута и бурого угля составляет около 6,16 кВт.
-
- Упрощенный экономический расчет показывает, что при начальных затратах на оборудование около 45,4 млн. руб. и производительности оборудования 15 т/сутки окупаемость проекта составляет менее 2 лет. При этом получаемый газ используется для подогрева смеси мазута и бурого угля. В расчетах не учтен доход от реализации пеллет.
Опытно-промышленная установка в контейнере
Технические характеристики опытно-промышленной установки
|
Наименование параметра |
Значение |
|
Максимальная производительность по исходному материалу, не менее, т/ч |
8 |
|
Количество каналов разряда, шт. |
10 |
|
Обслуживающий персонал, человек/смена |
2 |
|
Максимальная установленная мощность, кВт/т |
9,6 |
|
Максимальная потребляемая мощность, кВт |
101 |
|
Напряжение питания переменного тока, В |
380±38 |
|
Частота питания переменного тока, Гц |
50±1 |
|
Расход присадки, кг/т |
1 |
|
Объем бункера для присадки, м3 |
0,7 |
|
Общая площадь, не более, м2 |
31 |
|
Масса, не более, т |
9 |