Лаборатория биотопливных композиций (НЛ-6)

Отчет 465 с.,1 кн., 162 рис., 74 табл., 365 источн. БИОДИЗЕЛЬ, БИОТОПЛИВО, ИНТЕНСИФИКАТОР, ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА, КАВИТАЦИЯ, ПЕРЕРАБОТКА, ПЕРЕЭТЕРИФИКАЦИЯ, ПИРОЛИЗ Объектом исследования являются процессы, технологическое оборудование, установки, а также их элементы для производства биотопливных композиций. Цель работы – создание научно-технических решений по интенсификации процессов при производстве биотоплива и исследование потенциальных преимуществ их использования. В процессе работы проводились теоретические и экспериментальные исследования, основными методами исследования в которых являлись различные хроматографические и спектроскопические методы, а также методы компьютерной вычислительной гидродинамики и планирования эксперимента. Получены следующие основные результаты НИР. При термической деструкции углеводородного сырья исследованы разработанные пассивные (дискретно-шероховатые) и активные (мешалки) интенсифицирующие устройства. Представлена технология формирования дискретно-шероховатых поверхностей (выступов) в реакторе, а также материальная модель реактора термической деструкции, содержащая в себе как дискретно-шероховатые поверхности, так и завихрители газового потока. Выявлена оптимальная высота и форма выступов, а также скорость течения теплоносителя. По сравнению с гладким каналом, такая конфигурация имеет преимущество в теплообмене на 10,8%. Время выхода разработанного реактора на стационарный режим работы сократилось в 2 раза. Экспериментальные исследования проводились для процессов среднетемпературного и каталитического пиролиза продукта термического разложения нефтешлама – неконденсирующегося газа (очищенного пропана и н-бутана). Из результатов экспериментальных исследований каталитического пиролиза пропана следует, что применение мешалки приводит к возрастанию концентраций продуктов реакции (H2-содержащих смесей и H2). При подсчете суммарной концентрации за все время реакции (10 часов) установлено, что при применении мешалки суммарная концентрация по H2 увеличилась на ~9%. Наиболее оптимальное время реакции для получения H2 составило 4 часа, концентрация H2 при этом является максимальной. Разработаны и/или исследованы интенсификаторы производства биодизеля, включая гидродинамические и ультразвуковые кавитационные генераторы, а также проточные смесительные устройства, интенсифицирующие массообмен. Результаты исследований показывают большую эффективность разработанных устройств по сравнению с аналогами. Исследованы физико-химические характеристики исходного фритюрного и рапсового масла для использования в качестве сырья для производства биодизеля и биологических смазочных материалов. Методами переэтерификации с метанолом с основным катализатором и изобутиловым спиртом в присутствии кислотного катализатора синтезированы образцы сложных эфиров. Образцы проанализированы по соответствующим показателям качества, определяющим возможность применения в качестве биодизеля и смазочного масла. Все образцы биологического происхождения отличаются низкой термоокислительной стабильностью. Осуществлен процесс «старения» биодизеля и смазочных материалов индивидуально и в смеси с базовым смазочным маслом без применения стабилизаторов и с их использованием. Наибольшую эффективность показал фенольный антиоксидант типа «агидол».