Плазмохимическая технология получения бионефти из смеси мазута и бурого угля

Задача плазмохимической (ПХ) технологии получения бионефти

• Оценка эффективности применения ПХ 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 ПХ обработки УВ смеси

Зона разряда (плазмы) непосредственно контактирует с обрабатываемым УВ сырьем, которое подаётся непрерывно. Под воздействием высоко-энергетичных электронов и ионов плазмы, молекулы УВ, входящие в состав сырья, подвергаются деструкции и делятся на более низкомолекулярные соединения.

Эффективное время нахождения УВ в плазме 12 микросекунд.

Преимущества плазмохимических 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 плазмохимических процессов

Основной особенностью плазмохимических процессов является то, что в плазме 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 ПХ обработки исходного продукта

Материальный баланс переработки смеси мазута и бурого угля, кг

Результат разгонки смеси после ПХ обработки

Атмосферная разгонка до температуры 330°С смеси после плазмохимической 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 ПХ методике, 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 ПХ обработки можно получить только 16% органических жидких продуктов.
• Суммарный расход электроэнергии на ПХ переработку составляет около 32 кВт на тонну сырья (в том числе расход на работу ПХ 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) 

Групповой состав дистиллята

Структурная схема оборудования

Примерный расчет экономических показателей при производительности комплекса 15 т/сутки

Выводы

• При атмосферной разгонке, ПХ обработанной смеси мазута и бурого угля, до 360°С 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 ПХ 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 ПХ 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