Лекции по экологии

      Одно  из направлений пиролиза – это термохимическая конверсия сырья при температуре 550 – 600^оС без доступа воздуха, позволяющая получить твердый вид топлива - древесный уголь. Это процесс пиролиза древесины идет без сбора паров и газов, остающийся твердый остаток и представляет собой древесный уголь. Максимальная массовая доля древесного угля составляет 25 – 35% от исходного сырья. Древесный уголь на 75 – 85% состоит из углерода и обладает теплотворной способностью около 30 МДж/кг.

      КПД пиролиза определяется как отношение  теплоты сгорания полученного в результате пиролиза топлива к теплоте сгорания биомассы, являющейся исходным сырьем. Величина КПД может составлять 80 - 90%.

      Другим  направлением пиролиза является процесс, направленный на получение газообразного топлива. Процесс идет при температуре 900 – 1500^оС. Смесь выделяющихся при пиролизе газов носит название генераторный газ, древесный газ или синтезгаз. Чаще используется название – генераторный газ.

      Процесс пиролиза, направленный на получение газовой фракции получил название газификации. Установки, предназначенные для получения из биомассы генераторного газа, называются газогенераторами установками. Один из вариантов принципиальной схемы установки, предназначенной для ведения пиролиза, приведен на рисунке 7.5. Наиболее предпочтительными считаются вертикальные устройства, загружаемые сверху.

      Изначальным сырьем для газогенераторов могут служить древесина и древесные отходы, твердые бытовые и промышленные отходы, органическое топливо (бурый уголь, сланцы, торф и т.д.).

      Например, газогенератор на древесине может  до 80% исходной энергии перерабатывать в горючие газы (преимущественно  Н₂ и СО), пригодные для сжигания в топках печей или как топливо для обычных бензиновых двигателей. Получаемый генераторный газ преимущественно состоит на 80% из водорода (Н₂), на 14 – 15% из окиси углерода (СО), и некоторых других газообразных составляющих. Это газообразное топливо более удобно в эксплуатации, более экологично и транспортабельно, чем исходная биомасса. Химические продукты пиролиза пользуются спросом и как ингредиенты процессов последующей переработки, и непосредственно в качестве товарной продукции.

          

Рисунок 7.5. Принципиальная схема газогенераторной установки.

 

      Работа  газогенератора заключается в следующем. Сверху в газогенератор загружается древесина. Часть древесины в нижней части газогенератора сжигается при ограниченном подводе воздуха для нагрева всей остальной части загруженной биомассы. В процессе газификации получается генераторный газ вместе с которым из газогенератора так же выходят пары летучих химических веществ, очистка от которых происходит в фильтре. На выходе из фильтра газ проходит через теплообменный агрегат для снижения его температуры и поступает в хранилище газа – газгольдер. Теплота, отбираемая теплообменными аппаратами, используется  в различных технологических процессах, например, для сушки исходного сырья, отопления и т.п.

 

7.2.3. Биохимические процессы переработки биомассы.

      К этим процессам относят: спиртовую ферментацию и анаэробное сбраживание.

      Спиртовая ферментация – процесс получения жидкого топлива в виде этилового спирта (С₂Н₅ОН), представляющего собой летучее жидкое вещество, имеющее крепость 96%. После очистки спирта посредством специальных "молекулярных сит" получается спирт, имеющий крепость 99,6% - этанол. Из тонны ржи получается 375л спирта, из 1 т проса – 510 литров. Средний современный биозавод по производству этанола может произвести до 150 мил. литров топлива в год. Одно из направлений использования этанола – топливо для автомобилей.

      Биогаз представляет собой смесь 55 – 75% метана и 25 – 45% двуокиси углерода. КПД процесса анаэробного сбраживания составляет 90%. Его теплота сгорания составляет от 21 до 27 МДж/м³. Из 1 тонны свежих отходов крупного рогатого скота (при влажности 85%) можно получить от 45 до 60 м³ биогаза. По своей энергетической ценности 1 м³ биогаза эквивалентен: 0,8 м³ природного газа, 0,7 кг мазута или 1,4 кВт∙ч электроэнергии.

      На  рисунке 7.6. представлена принципиальная схема процесса производства биогаза в биогазогенераторной установке.

 

            

Рисунок 7.6. Принципиальная схема получения биогаза:

1 – приемник  органических отходов; 2 – биогазогенератор; 3 – приемник продуктов переработки; 4 – котел-подогреватель биомассы; 5 – газгольдер;

СБ –  субстракт; БГ – Биогаз; ВД – горячая  вода.

 

      Биогазогенератор  работает следующим образом: субстракт (навоз) накапливается в приемном бункере 1 и по мере накопления необходимой массы подается в биогазогенератор 2, где он нагревается до температуры 40 – 50^оС и происходит процесс анаэробного сбраживания. Метановое брожение происходит в реакторе в течении 5 ─ 15 суток. Образовавшийся биогаз собирается в водяном газгольдере 5. Для поддержания оптимального температурного режима в биогазогенераторе используется котел-подогреватель 4, работающий на производимом биогазе. Отходы, образовавшиеся в биогазогенераторе, в дальнейшем могут быть использованы в качестве удобрения.

   1) осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), в которых содержание органических веществ снижается в 10 раз;

   2) анаэробная  переработка отходов  животноводства, растениеводства приводит  к минерализации и связывание основных компонентов удобрений (азота и фосфора) и их сохранению (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);

   3) биогаз с высокой эффективностью  может быть использован для  получения тепловой и электрической энергии, а также в двигателях внутреннего сгорания;

   4) биогазовые установки могут быть  размещены  в любом регионе  страны и не требуют строительства  дорогостоящих газопроводов.

      В Республике Беларусь еще в 1992 году в  Брестской области введена в  строй первая в РБ биогазовая установка «Кобос». Она, перерабатывая 50 м³ навоза в сутки, производит 500 м³ биогаза. На ее основе создается более крупная биогазовая установка — ежесуточной мощностью до 200 м³ биогаза. В скором времени в РБ будут смонтированы новые биогазовые установки. В частности, в селекционно-гибридном центре "Западный" на Брестчине, на Гомельской птицефабрике и под Минском, на племптицезаводе "Белорусский".

Всего в республике можно получать примерно 2 миллиарда кубометров биогаза.

 

7.2.4. Агрохимические процессы.

      Они в основном связаны с получением  в процессе жизнедеятельности растений урожая, который в дальнейшем можно использовать для производства жидкого топлива в виде масел и растворителей с минимальной переработкой.

      Одним из таких направлений является получение топлива для дизельных двигателей из семян подсолнечника или рапса. Такое топливо называется биодизельным.

      Для получения биодизельного топлива  смешивают в реакторной колонне 9 частей масла, полученного из семян, с 1 частью метилового спирта, добавив немного щелочи, и смесь подогревают до 60^оС. В результате полученная смесь распадается на жидкое топливо, представляющее собой метилэфиры жирных кислот, и на оседающий на дно глицерин, который используется в производстве лекарств и красок.

      Лучшим  сырьем для биодизельного топлива считается не только подсолнечник, но а рапс. Из 1 тонны семян рапса можно получить 500 литров рапсового масла.

Тема  8. Управление энергосбережением в Республике Беларусь.

 

8.1. Необходимость энергосбережения и его резервы в РБ.

      Энергосбережение  — это процесс, при котором сокращается потребность в энергоресурсах и энергоносителях в расчете на единицу конечного полезного продукта. Энергосбережение — это не только экономия энергии, но и обеспечение условий для наиболее эффективного ее использования [3].

      Потребление электроэнергии. Данный вид энергии производит электроэнергетический сектор ТЭК РБ. Потенциал энергосбережения в этой отрасли составляет величину около 30% от уровня потребления энергоресурсов существовавшего в 1990 г.

      Потребление тепловой энергии. Количество вырабатываемой и потребляемой тепловой энергии в Республике больше чем электрической. В силу всех этих обстоятельств потенциал энергосбережения в этой отрасли составляет 42% от уровня потребления в 1990 г.

      Потребление топлива.. Потенциал энергосбережения здесь составляет величину 45% от уровня потребления в 1990г. [3].

      Общий потенциал энергосбережения по Республике Беларусь оценивается в период с 2006 по 2010гг. в 30%. За этот период предполагается получить экономию ТЭР в размере 8 – 9 млн. т У.Т.

      Современное энергосбережение базируется на следующих трех основных принципах [3]:

    1) не столько жесткая экономия различных видов энергии и энергетических ресурсов, сколько их рациональное использование, включая поиск и разработку новых способов энергосбережения;

    2) повсеместное использование в электро- и теплосетях, а также у потребителей как бытовых, так и промышленных приборов учета, контроля и автоматического регулирования расхода электрической и тепловой энергии;

    3) внедрение новейших технологий производства, технологического оборудования и материалов, способствующих сокращению энергоемкости производства.

      Для реализации этих принципов, обеспечивающие эффективное и рациональное использование  топливно-энергетических ресурсов, в энергосбережении выделяют следующие виды мероприятий: организационные, научно-технические, экономические, нормативно-технические, информационные и правовые.

8.2. Структура управления энергосбережением в РБ.

 

      Структура управления энергосбережением в Республике Беларусь включает:

    ─ Департамент по энергоэффективности Государственного комитета по стандартизации и сертификации при Совете Министров Республики Беларусь;

    ─ областные и Минское городское  управления по надзору за рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов;

    ─ координационный межведомственный совет по энергосбережению и эффективному использованию местных топливных  ресурсов;

    ─ экспертный совет при департаменте по энергоэффективности Госстандарта Республики Беларусь;

    ─ государственные предприятия «Белэнергосбережение»  и «Белинвестэнергосбережение»;

    ─ в облисполкомах, гор- и райисполкомах - штатные единицы ответственных  за энергосбережение, а в министерствах и ведомствах - отделы или ответственные за энергосбережение.

      Государственным органом, в сфере управления энергосбережением является Правительство Республики Беларусь.

•  Республиканским органом государственного управления энергосбережением является Департамент по энергоэффективности Госстандарта Республики Беларусь.

 

8.3. Направления совершенствования системы управления энергосбережением.

      В соответствии с Республиканской  программой по энергосбережению на период 2001 – 2005 годы в Республике Беларусь реализована следующая система управления энергосбережением [6]:

      1. Создана единая по вертикали системы управления энергосбережением включающая в себя следующие иерархические уровни:

      ─ государственный уровень – его задачами является создание нормативно-правовых документов прямого действия и соответствующих институциональных и финансово-экономических систем управления;

      ─ региональный уровень - создание целевых программ энергосбережения формирование источников финансирования и создание местной нормативно-правовой базы;

      ─ муниципальный уровень - продуманные действия муниципального руководства по организации рационального потребления ТЭР всей инфраструктурой городского (районного) хозяйства;

      ─ уровень хозяйствующих субъектов - выполнение мероприятий с учётом общеэкономической заинтересованности.