Способ получения жидкого топлива из торфа

Способ получения жидкого топлива из торфа

Реферат

Изобретение относится к производству жидкого топлива, которое может быть использовано в местных коммунально-бытовых топливных котлоагрегатах.

Известен способ получения жидкого топлива из древесины (RU, №94033296, кл. С10В 53/02, 1997 г.) путем воздействия на отходы древесины газопаровой смесью в генераторе под давлением 0,5-1,0 атм и при температуре 150-200°С. Газификацию древесины проводят до полного превращения ее в органический газпромпродукт, который в дальнейшем очищают от соединений серы и смешивают с непрореагировавшей частью газпромпродукта. После чего смесь нагревают до 190-240°С и направляют в реактор для контакта с катализатором, в качестве которого используют гранулированные окислы цветных металлов (меди, цинка, кобальта и др.) для получения паров синтетического топлива (метанола). После конденсации и сепарации газовой смеси выделяют из нее жидкое топливо.

Недостатком этого способа является многоступенчатость процесса, что значительно увеличивает себестоимость продукции.

Прототипом изобретения является способ получения искусственного нефтеподобного вещества из растительного сырья (RU, №2217471, кл. C10G 1/04, 2003 г.), включающий гидрогенизацию сырья при температуре и давлении сверхкритических значений и последующую сепарацию полученных продуктов, при этом в качестве растительного сырья используют торф, предварительно подготовленный в виде торфяной шихты путем сушки его до влажности 15%, измельчения с последующим калиброванием на сите диаметром отверстий 2 мм и смешивания с катализатором, и торфяной пасты путем смешивания высушенного и измельченного торфа с керосином, мазутом и железным катализатором - измельченным железом при соотношении компонентов, мас.%: торф 23,8, керосин 47,6, мазут 23,8 и железный катализатор 4,8. Торфяную шихту и торфяную пасту соответственно загружали в пиролизатор и в гидрогенизатор, после чего перед операцией гидрогенизации торфяную шихту подвергали пиролизу со скоростью 6 К/мин до возникновения в пиролизаторе температуры Tmax=720К или давления Pmax=15 МПа, а гидрогенизации подвергали предварительно нагретую до температуры 320К торфяную пасту химически активными парогазообразными продуктами пиролиза торфа, направленными в гидрогенизатор по окончании процесса его пиролиза, со скоростью 6 К/мин до возникновения в гидрогенизаторе температуры Tmax=720К или давления Pmax=15 МПа с последующей выдержкой гидрогенизата без принудительного охлаждения в течение 25-30 минут. Процесс получения искусственного нефтеподобного вещества повторяют неоднократно. Каждый последующий процесс осуществляли в присутствии остаточных парогазовых продуктов пиролиза и гидрогенизации предыдущего процесса, сброс которых производили при достижении ими температуры 420К в предварительно нагретые в автоклавах до температуры 320К соответственно торфяную шихту и торфяную пасту.

Недостатком известного способа является сложность и многоступенчатость процесса получения жидкого топлива. Кроме того, высокие температура и давление, при которых осуществляется процесс, значительно его усложняет и увеличивает энергоемкость и, как следствие, себестоимость продукции.

В основу изобретения положена задача по снижению температуры и давления в процессе производства жидкого топлива, а также снижение количества технологических операций и уменьшения количества используемых компонентов.

Техническим результатом является снижение энергоемкости процесса производства в 5-10 раз и его стоимости.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения жидкого топлива из торфа, включающем предварительную подготовку торфа с последующей его гидрогенизацией, согласно изобретению предварительную подготовку торфа осуществляют путем получения из него торфяной пульпы влажностью 87-99%, которую затем диспергируют в течение 1-10 мин, а гидрогенизацию осуществляют путем барботирования торфяной пульпы водородом в присутствии платинового или платино-палладиевый катализатора в течение 5-180 мин, не прекращая ее диспергирования, при этом диспергирование и гидрогенизацию пульпы проводят при температуре 293-450К и давлении 1-15 атм. После гидрогенизации пульпу отстаивают и производят ее разделение на жидкое топливо и на непрореагировавшие реагенты. Для активации торфяной пульпы в нее перед диспергированием вводят спирт или спиртобензол в количестве 25-35 об.% и/или 0,1 н. раствор NaOH в количестве 0,01-0,02 мас.%.

Влажность торфяной пульпы - 87-99% обусловлена тем, что при указанном диапазоне обеспечивается низкая вязкость суспензии и, таким образом, создаются благоприятные условия для ее механохимической активации и гидрогенизации путем барботажа водородом. При повышении концентрации пульпы свыше 99% в смесь вводится избыточное количество влаги, что увеличивает в дальнейшем затраты на сушку, а при уменьшении концентрации меньше 87% повышается и ее вязкость, а следовательно, снижается равномерность ее свойств по объему, образуя сгустки.

Температура 293-450К диспергирования пульпы при давлении 1-15 атм и времени диспергирования 1-10 мин обеспечивает гомогенизацию, активацию торфяной пульпы и увеличение удельной поверхности материала.

При уменьшении значений температуры, давления и продолжительности процесса не происходит образования достаточного количества активных центров, образующихся в процессе диспергации, что приводит к снижению выхода жидкого топлива практически до нуля.

При повышении значений этих параметров значительно повышается энергоемкость процесса и не происходит образования дополнительных активных центров, о чем свидетельствует стабилизация или даже небольшое снижение выхода продукта по окончании процесса.

Гидрогенизация торфяной пульпы путем барботажа водорода в присутствии платинового или платино-палладиевого катализатора с одновременным диспергированием в течение 5-180 мин, обеспечивает условия, при которых молекулы ароматических углеводородов торфа распадаются на более мелкие молекулы (деструкция) и образуется жидкий нефтеобразный продукт. Отсутствие катализатора не позволяет получать нефтеобразный продукт. При уменьшении продолжительности времени процесса менее 5 минут снижается и выход жидкого топлива, а при увеличении продолжительности времени процесса более 180 минут - увеличение выхода продукта не происходит вследствие полного взаимодействия активных центров с водородом.

Введение в торфяную пульпу дополнительно спирта или спиртобензола в количестве 25-35% (объемных) обеспечивает экстракцию битуминозных веществ торфа и перевод их в растворенное состояние, что улучшает условия протекания процесса гидрогенизации и, как следствие, увеличивает выход готового продукта. Введение в торфяную пульпу дополнительно 0,1 н. NaOH в количестве 0,01-0,02% (массовых) позволяет повысить степень активации торфяной пульпы за счет создания нейтральной или слабощелочной среды, способствующей созданию благоприятных условий, при которых молекулы ароматических углеводородов торфа распадаются на более мелкие молекулы и повышают выход продукта.

Процесс получения жидкого топлива из торфа осуществляют следующим образом.

Приготавливают водную торфяную пульпу влажностью 87-99%, затем полученную пульпу загружают в диспергатор и диспергируют при температуре 293-450 К° и давлении 1-15 атм в течение 1-10 мин. После этого подготовленную торфяную пульпу загружают в реактор, в котором производят ее гидрогенизацию путем барботажа водородом и в присутствии платинового или платино-палладиевого катализатора с одновременным диспергированием в течение 5-180 мин. После окончания процесса пульпу отстаивают и производят разделение непрореагировавших остатков торфа, влаги и нефтеподобного вещества.

Для активизации процесса перед диспергированием в торфяную пульпу вводят спирт или спиртобензол в количестве 25-35% (объемных) и 0,1 н. раствор NaOH в количестве 0,01-0,02% (массовых).

Пример 1. Приготавливают 100 кг 87% водной торфяной пульпы, после чего ее диспергируют в течение 10 минут при температуре 450К и давлении 15 атм. Далее пульпу помещают в реактор, в котором загружен платиновый катализатор, закрывают реактор крышкой и производят барботаж водородом через пульпу с одновременным диспергированием в течение 5 мин. После окончания процесса пульпу отстаивают и производят разделение непрореагировавших остатков торфа, влаги и нефтеподобного вещества. Выход нефтеподобного продукта составил 69% от сухого вещества торфа.

Способ получения жидкого топлива из торфа не ограничивается одним примером. Так, в рамках данного изобретения осуществлены и другие примеры получения жидкого топлива из торфа, результаты которых представлены в таблице.

Основные параметры получения жидкого топлива.
№	Состав торфяной пульпы, %	Режим обработки пульпы	Выход жидкого топлива, % с.в.т.
Торф, %	Вода, %	Спирт, % от массы пульпы	NaOH (0,1 н.), % от массы пульпы	катализатор	температура, К	давление, атм	продолжительность механохимической переработки, мин	продолжительность гидрогенизации, час
1	1	99	0	0	платина	328	5	1	1,00	50
					платино-палладиевый
2	5	95	0	0	273	1	5	2,50	69
3	13	87	0	0	платина	450	15	10	3,00	69
					платино-палладиевый
4	1	99	1,0	0	328	5	1	1,00	51
5	5	95	5,6	0	платина	273	1	5	2,00	70
					платино-палладиевый
6	13	87	17,6	0	450	15	10	3,0	76,5
7	1	99	1,0	0,002	платина	328	5	1	0,75	56
					платино-
8	5	95	5,6	0,01	палладиевый	273	1	5	1,50	77
					платино-
9	13	87	17,6	0,05	палладиевый	450	15	10	3,00	77,5

Изобретение позволяет получать жидкое нефтеподобное вещество, которое может быть подвергнуто дальнейшей химической переработке, для получения углеводородов или непосредственному сжиганию в котлоагрегатах для получения тепловой энергии.

Данное изобретение в настоящее время находится на стадии опытно-лабораторных испытаний.

1. Способ получения жидкого топлива из торфа, включающий предварительную подготовку торфа с последующей его гидрогенизацией, отличающийся тем, что предварительную подготовку торфа осуществляют путем получения из него торфяной пульпы влажностью 87-99%, которую затем диспергируют в течение 1-10 мин, а гидрогенизацию осуществляют путем барбатирования торфяной пульпы водородом в присутствии платинового или платино-палладиевого катализатора в течение 5-180 мин, не прекращая ее диспергирования, при этом диспертирование и гидрогенизацию проводят при температуре 293-450 К° и давлении 1-15 атм, после гидрогенизации пульпу отстаивают и производят ее разделение на жидкое топливо и на непрореагировавшие реагенты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в торфяную пульпу перед диспергированием вводят спирт в количестве 25-35 об.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в торфяную пульпу перед диспергированием вводят 0,1 н. раствор NaOH в количестве 0,01-0,02 мас.%.