КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-79-00286

НазваниеКомплексное исследование процесса низкотемпературной термохимической конверсии (торрефикации) органических отходов жизнедеятельности в кондиционный топливный продукт с улучшенными потребительскими характеристиками

РуководительЛарина Ольга Михайловна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, г Москва

Срок выполнения при поддержке РНФ07.2018 - 06.2020

КонкурсКонкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-401 - Энергетические системы на органическом топливе

Ключевые словаКуриный помет, отходы жизнедеятельности, термохимическая конверсия, торрефикация, торрефикат, неконденсируемые газы, торрефикационная жидкость, термический крекинг, смолы.

Код ГРНТИ44.09.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Вся биомасса подразделяется на первичную (растительная биомасса) и вторичную, образующуюся в результате различной степени переработки первичной. Отдельную группу во вторичной биомассе составляют такие виды органических отходов, как «отходы жизнедеятельности». Среди наиболее проблемных ее представителей выделяется куриный помет. Чистый куриный помет является отходом при клеточном содержании птицы на птицефабриках. Он имеет высокую влажность, является фактором передачи более 100 возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, может служить благоприятной средой для развития и длительной выживаемости патогенной микрофлоры, содержать повышенное количество пестицидов, медикаментозных препаратов, семян сорных растений и других загрязнений. С другой стороны, он обладает большим энергетическим потенциалом. Использовать энергопотенциал куриного помета можно с помощью термических методов – пиролиз, газификация, сжигание. Каждый из них требует, чтобы влажность пометной массы была не выше 25-30%, что обязывает использовать стадию сушки. При этом, чтобы материал не набирал влагу вновь, необходимо либо включать стадию сушки непосредственно в процесс термической переработки, либо создавать особые условия для хранения высушенного куриного помета. Сложность создания таких условий заставляет фермеров конструировать мелкомасштабные установки термической переработки прямо на территории птицефабрики, исключая возможность кооперирования с другими предприятиями. Исключение составляет процесс сжигания, заводы по сжиганию куриного помета имеют большие производительности. Но в данном случае из-за низкой температуры плавления золы требуется внесение дополнительного материала, такого как уголь, биомасса с высокой температурой плавления золы, что ограничивает применение данной технологии на небольших фермах. В данном проекте разрабатывается технология, в основе которой лежит процесс торрефикации куриного помета. Она позволяет получать топливо с низкой гигроскопичностью и повышенной, по сравнению с исходным веществом, теплотой сгорания. Научные результаты экспериментального исследования данного процесса применительно к куриному помету с комплексным исследованием свойств всех продуктов переработки (твердых, жидких и газообразных) будут получены впервые в мире, что определяет их уникальность. Выбор оптимальных условий проведения процесса на основании экспериментальных исследований позволит превратить отходы, занимающие большие площади при их хранении и содержащие в себе патогенную микрофлору, в обеззараженный кондиционный топливный продукт с улучшенными потребительскими характеристиками. Полученные результаты лягут в основу дальнейшей разработки технологии торрефикации куриного помета с ее аппаратурным оформлением. Создание материала, который можно хранить и перевозить на открытом воздухе даст возможность птицефабрикам сократить затраты за вывоз данного отхода и использовать его на собственные нужды для выработки тепловой и электрической энергии. А полученные в ходе экспериментальных исследований при разработке технологи торрефикации куриного помета данные создадут огромный научный задел для ее развития.

Ожидаемые результаты
В рамках предлагаемого проекта ожидается получение следующих научно-технических результатов: 1. Результаты комплексного анализа физических и теплотехнических свойств куриного помета и твердых продуктов его термической переработки – торрефиката (элементный состав (C, H, N, S, O), влажность, результаты технического анализа (зольность, содержание летучих, количество связанного углерода), предел гигроскопичности, высшая и низшая теплоты сгорания, удельная поверхность). 2. Результаты комплексного исследования режимов торрефикации – оптимальная температура процесса, удельный объемный выход и состав торрефикационных газов, полученные при разных температурах процесса и времени выдержки. 3. Результаты комплексного исследования состава торрефикационной жидкости. 4. Результаты комплексного исследования процесса торрефикации сырья при оптимальном температурном режиме при двух способах переработки торрефикационной жидкости: выделение из нее отдельных химических соединений и термический крекинг в углеродистой и инертной среде. 5. Материальный и тепловой балансы процессов торрефикации куриного помета при оптимальном режиме. 6. Основным результатом данного проекта является научные основы технологии торрефикации для ее дальнейшего развития и аппаратурного оформления.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
На первом этапе работ по проекту проведен комплекс исследований, направленный на изучение характеристик чистого куриного помета и пометно-подстилочной массы (ППМ), процесса торрефикации пометно-подстилочной массы и свойств получаемых продуктов. Чистый куриный помет имеет зольность 55 масс.% и влажность более 40 масс. %, в связи с чем в исходном виде его использование как топлива является энергетически не выгодным. Снижение зольности и влажности добивается за счет добавки древесных опилок, в следствие чего образуется пометно-подстилочная масса. Данный процесс приводит к тому, что зольность ППМ снижается до 15 масс.%, а влажность – до 18 масс.%. Торрефикация – процесс, направленный на улучшение таких топливных характеристик исходного органического материала, как теплота сгорания и предел гигроскопичности. Экспериментальные исследования показали, что для ППМ, состоящей из чистого куриного помета и древесных опилок, оптимальным температурным режимом является температура процесса 280 °С и время выдержки 40 минут. При таких условиях теплота сгорания исходного материала на сухую массу выросла на 30 %, а передел гигроскопичности снизился в 2,3 раза. Кроме торрефицированного материала в процессе торрефикации образуются неконденсируемые торрефикационные газы и торрефикационная жидкость. Для выбранного температурного режима низкий удельный объемный выход, химический состав газов (основным компонентом является диоксид углерода) и низкая теплота сгорания (менее 2 МДж/м3) не позволяют использовать такую газовую смесь с энергетической точки зрения. Торрефикационная жидкость на более чем 80 масс.% состоит из воды, что заметно ухудшает ее топливные свойства и приводит к расслоению на фракции. Низкий массовый выход органической части (менее 20 масс.%) не позволяет рассматривать данный продукт в исходном виде как энергетически выгодный. Торрефикационная жидкость может быть подвергнута процесса термического крекинга, в следствие чего образуется синтез-газ, пригодный для получения как тепловой, так и электрической энергии.

 

Публикации

1. Зайченко В.М., Ларина О.М., Пудова Я.Д. Effect of temperature process at chicken litter torrefaction on properties of products obtained Journal of Physics: Conf. Series, - (год публикации - 2019).

2. Зайченко В.М., Ларина О.М., Пудова Я.Д. ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДУКТОВ ТОРРЕФИКАЦИИ ПОМЕТНО-ПОДСТИЛОЧНОЙ МАССЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОЦЕССА Сборник трудов международной научно-практической конференции «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ, ПРОМЫШЛЕННАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ – 2019», - (год публикации - 2019).