Quyosh energiyasini konversiyalashning fizik asoslari

Biodizel ishlab chiqarish. Hindiston yong'og'i yog'ini esterlarga aylantirish.

Hindiston yong'og'ining oq go'shti (kopra) taxminan 50% yog'dan iborat. Hindiston yong'og'i yog'i maxsus ta'minot tizimi bilan jihozlangan dvigatellarda to'g'ridan-to'g'ri dizel yoqilg'isi sifatida ishlatilishi mumkin, ammo bu zaharli tutun hosil qiladi, bundan tashqari, + 23 ° C dan past haroratlarda yog' qotib qoladi. Yog'ga 20% metil yoki etil spirtini qo'shib, siz ajoyib dizel yoqilg'isi bo'lgan suyuq esterlarni va glitserinni olishingiz mumkin. Olingan efirlarning kalorifik qiymati taxminan 38 MJ / kg ni tashkil qiladi, bu qayta ishlangan yog'dan yuqori va benzinning tegishli indeksiga (46 MJ / kg) yaqinlashadi. Boshqa o'simlik moylari ham xuddi shunday tarzda qayta ishlanishi mumkin.

Yoqilg'i sifatida metil spirti.

Metil spirti (metanol) 330 ° C haroratda va 15 MPa bosimda H2 va CO o'rtasidagi katalitik reaktsiya jarayonida olingan zaharli suyuqlikdir:

Bu gazlar singazning asosiy komponentlari bo'lib, ularni biomassani gazlashdan olish mumkin. Metanol kaloriyali qiymati 23 MJ/kg boʻlgan benzin oʻrniga ishlatilishi yoki yuqori oktanli yoqilgʻiga qayta ishlanishi mumkin [20].

.5 Alkogolli yoqilg'ilarni ishlab chiqarish va ulardan foydalanish

Spirtli ichimliklarni olish usullari:

Etil spirti (etanol) C2H5OH tabiiy ravishda kislotali muhitda tegishli mikroorganizmlar tomonidan shakarlardan hosil bo'ladi, pH - 4 dan 5 gacha. Spirtli fermentatsiyaning shunga o'xshash jarayoni butun dunyoda ichimlik spirtini ishlab chiqarish uchun qo'llaniladi. Eng ko'p ishlatiladigan mikroorganizmlar - Saccharomyces cerevisiae turining xamirturushlari - 10% dan yuqori spirt konsentratsiyasida nobud bo'ladi, shuning uchun konsentratsiyani oshirish uchun distillash yoki fraksiyalash qo'llaniladi. Distillash (distillash) dan so'ng doimiy haroratda qaynaydigan aralashma olinadi: 95% etanol va 5% suv. Suvsizlangan etanol sanoatda benzol yoki taluol kabi erituvchi bilan azeotrop distillash orqali ishlab chiqariladi. Fermentatsiya paytida shakarning energiya salohiyatining atigi 0,5% yo'qoladi, qolgan energiya xarajatlari distillash bilan bog'liq. Qolgan biomassa chiqindilarini yoqish orqali kerakli issiqlik energiyasini olish mumkin.
Qayta ishlash qiyinligini oshirish maqsadida turli ekinlardan etanol ishlab chiqarish jarayonlari.
Shakar qamishidan. Odatda sanoat saxaroza shakarqamish sharbatidan olinadi, qolgan melas esa spirt ishlab chiqarish uchun ishlatiladi (5.4-rasm). Saxarozani etanolga aylantirishning asosiy reaktsiyasi:

Amalda, hosildorlik xamirturush massasini oshirish uchun raqobat reaktsiyalari va saxaroza iste'moli bilan cheklanadi. Sanoat hosildorligi aniqlangan hosilning taxminan 80% ni tashkil qiladi.

Qand lavlagidan. Dastlab, shakar fermentatsiya uchun olinadi, lekin lavlagi issiqlik ishlab chiqarish uchun etarli miqdorda chiqindilarni ta'minlamaydi. Shu sababli, etanol qimmatlashmoqda.
Sabzavotli kraxmaldan. Kraxmalning manbai - don, kartoshka, kassava. Kraxmal shakarga gidrolizlanishi mumkin. Bu o'simliklarda asosiy energiya saqlaydigan uglevoddir. Katta molekulyar og'irlikdagi ikkita komponentdan, amiloza va amilopektindan iborat. Ushbu yirik molekulalar chiziqli bo'lib, uglerod bog'lari bilan bog'langan glyukoza qoldiqlaridan iborat bo'lib, ular arpa kabi ba'zi ekinlarda topilgan solod fermentlari yoki mos mog'or (zamburug'lar) fermentlari tomonidan parchalanishi mumkin. Shuningdek, kraxmaldagi uglerod bog'larini kuchli kislotalar (pH ≈ 1,5) bilan 0,2 MPa bosimda davolash orqali yo'q qilish mumkin, ammo shakarning hosildorligi pasayadi va jarayonning o'zi fermentatsiyaga qaraganda qimmatroq bo'ladi [21].
Tsellyulozadan. Tsellyuloza quruq biomassaning 40% gacha bo'ladi va potentsial ravishda qayta tiklanadigan keng energiya manbai hisoblanadi. Bundan tashqari, u glyukoza polimeridir. Tsellyulozadagi glyukoza molekulalarining tegishli aloqalarini gidrolizlash kraxmalga qaraganda ancha qiyin. O'simliklarda tsellyuloza lignin bilan chambarchas bog'liq bo'lib, uning shakarga gidrolizlanishiga to'sqinlik qiladi. Kraxmal kabi, kislotali muhitda tsellyuloza gidrolizi mumkin, ammo bu jarayon qimmat va energiya ta'minotini talab qiladi. Qo'ziqorinlardan foydalanilganda gidroliz arzonroq va kamroq energiya talab qiladi, ammo bu holda jarayon juda sekin. Sanoat jarayoni maydalangan yog'och xamiri yoki eski gazetalardan foydalanishga asoslangan. Yog'ochni mexanik yo'q qilish jarayonning eng energiya talab qiladigan va qimmat bosqichidir.
Hozirgi vaqtda yog'ochdan va uning chiqindilaridan yuqori haroratlarda avtoklavlarda sulfat kislota eritmalari bilan gidrolizlash va hosil bo'lgan shakarli moddalarni keyinchalik fermentatsiya qilish yo'li bilan ko'p miqdorda spirt olinadi (1 tonna quruq talaşdan 180-200 litr rektifikatsiyalangan olish mumkin) .

Sotib olingan tabiiy gaz va oziq-ovqat va o'rmon xo'jaligi mahsulotlarining ortiqcha chiqindilari bo'lgan mintaqa sharoitida birinchi ikkita variant eng mos keladi. Shu bilan birga, etanolni rektifikatsiya qilish yo'li bilan olishning asosiy jarayoni yuqori energiya sarfi bilan bog'liq (etil spirtini ishlab chiqarishda energiya iste'molining ulushi 60% yoki undan ko'proqqa etadi).

Etanolning sanoat ishlab chiqarilishi ko'plab mahalliy omillarga, jumladan, energiya va iqtisodiy omillarga bog'liq. Elektr energiyasi ishlab chiqarish va issiqlik ishlab chiqarishni ta'minlash uchun har xil turdagi biomassa chiqindilaridan maksimal darajada foydalanish etanol ishlab chiqarish rentabelligining asosi ekanligiga e'tibor qaratish lozim.
Jadvalda. 5.1. ba'zi texnik o'simliklardan etanol ishlab chiqarish bo'yicha ma'lumotlar keltirilgan.



Tab. 5.1.

Transportda yoqilg'i sifatida etanoldan foydalanish

Suyuq yoqilg'i dvigatellarda foydalanish qulayligi va yaxshi yonish nazorati tufayli juda muhimdir. 95% etanolni to'g'ridan-to'g'ri biroz o'zgartirilgan benzinli dvigatellarga kiritish mumkin yoki an'anaviy dvigatelga 1:10-1:5 nisbatda benzin bilan 100% etanol (suvsizlangan) aralashmasi kiritilishi mumkin.
Quritilgan etanol -117 dan +78 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida 423 ° C tutuşma haroratiga ega suyuqlikdir. Uni ichki yonish dvigatelida ishlatish uchun maxsus karbüratör kerak bo'ladi. Shuning uchun benzin suvsiz etanol (hajm bo'yicha 20%) bilan aralashtiriladi va bu aralashma (gazohol) an'anaviy benzinli dvigatellarda qo'llaniladi. Gasohol hozirda Braziliyada keng tarqalgan yoqilg'i hisoblanadi (etanol u erda shakarqamish va kassavadan ishlab chiqariladi) va u AQShda ham qo'llaniladi (makkajo'xoridan etanol). Etanolning muhim xususiyati uning zarba yuklariga portlamasdan bardosh berish qobiliyatidir, shuning uchun u atmosferani jiddiy ifloslantirishga olib keladigan tetraetil qo'rg'oshin qo'shimchalaridan afzalroqdir. Yoqilg'i sifatida etanolning ajoyib xususiyatlari dvigatellarni sof benzinga nisbatan quvvatni 20% ga oshiradi. Etanolning massa zichligi va kalorifik qiymati benzinnikidan past, issiqlik qiymati (24 MJ/m3) benzinnikidan (39 MJ/m3) 40% past. Biroq, etanolning yaxshi yonishi kaloriya qiymatining bu pasayishini qoplaydi. Tajriba shuni ko'rsatadiki, dvigatellar taxminan bir xil miqdordagi benzin va benzin iste'mol qiladi.

.6 Bioenergiya qurilmalaridan foydalanishning ekologik xususiyatlari

Bioenergetika stansiyalari an'anaviy elektr stansiyalariga nisbatan eng ekologik toza hisoblanadi. Ular atrof-muhitni barcha turdagi chiqindilarning ifloslanishidan tozalashga hissa qo'shadilar. Masalan, anaerob fermentatsiya nafaqat hayvonlar chiqindilarini qayta ishlash, balki atrof-muhit tozaligini ta'minlashning samarali vositasidir, chunki qattiq organik moddalar o'z hidini yo'qotadi va kemiruvchilar va hasharotlar uchun kamroq jozibador bo'ladi (patogen mikroorganizmlar parchalanish jarayonida yo'q qilinadi). . Bundan tashqari, o'g'itlar hosil bo'ladi. Atrof-muhitning jiddiy ifloslanishining mumkin bo'lgan manbalarini ifodalovchi shahar oqimlari va qattiq chiqindilar, yog'och kesish va yog'ochni qayta ishlash sanoati chiqindilari bir vaqtning o'zida energiya, o'g'itlar va qimmatbaho kimyoviy moddalar uchun xom ashyo hisoblanadi. Shuning uchun bioenergiyaning keng rivojlanishi ekologik jihatdan samarali. Biroq, biomassadan energiya ishlatish jarayonida tabiiy muhitga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Yog'ochning to'g'ridan-to'g'ri yonishi ko'p miqdorda zarrachalar, organik birikmalar, uglerod oksidi va boshqa gazlarni hosil qiladi. Ba'zi ifloslantiruvchi moddalarning konsentratsiyasi bo'yicha ular neft va uning hosilalari yonish mahsulotlaridan ustundir. Yog'ochni yoqishning yana bir ekologik oqibati sezilarli issiqlik yo'qotishidir.

Yog'och bilan solishtirganda, biogaz zararli gazlar va zarralar hosil qilmaydigan toza yoqilg'i hisoblanadi. Shu bilan birga, biogazni ishlab chiqarish va iste'mol qilishda ehtiyot choralarini ko'rish kerak, chunki metan portlovchi hisoblanadi. Shuning uchun uni saqlash, tashish va ishlatish paytida siz qochqinlarni aniqlash va bartaraf etish uchun muntazam monitoring o'tkazish kerak. Biomassani etanolga qayta ishlash uchun fermentatsiya jarayonida ko'p miqdorda qo'shimcha mahsulotlar (yuvish suvi va distillash qoldiqlari) hosil bo'ladi, ular atrof-muhitni ifloslanishining jiddiy manbai hisoblanadi, chunki ularning og'irligi bir necha baravar (10 gacha) yuqori . etil spirtining og'irligi. Piroliz jarayonida undan ham xavfli chiqindilar hosil bo'ladi.
6-bob "Shamol energiyasi"