Альтернативні джерела палива. Дизельне біопаливо

НАЦОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 

«ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

на тему: « Альтернативні джерела палива. Дизельне біопаливо»

 

з курсу «Інтелектуальна  власність»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Львів-2011

ЗМІСТ

 

 

Розділ 1. Аналіз перспектив виробництва дизельного біопалива.

 

1. Тенденції застосування альтернативних джерел енергії у світі.
2. Аналіз виробництва дизельного біопалива на Україні

 

Розділ 2. Технології та обладнання для виробництва дизельного біопалива

 

2.1.    Основні етапи отримання дизельного біопалива

2.2. Основні технології виробництва дизельного біопалива

2.3. Обладнання для виробництва дизельного біопалива

 

Висновки

 

Список використаної літератури

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Основною перевагою  використання нетрадиційних та відновлюваних  джерел енергії (НВДЕ) є їх невичерпність та екологічна чистота, що сприяє поліпшенню екологічного стану і не призводить до зміни енергетичного балансу на планеті.

Виробництво рідких видів  палива із біомаси - один з ефективних способів її утилізації, що вкрай важливо для країн, залежних від імпорту первинних енергоносіїв. Це повною мірою стосується і України, забезпеченість якої власними енергоресурсами становить лише 20-25 %, а стан довкілля потребує нагального покращення.  
     Останнім часом все більш широкого поширення набувають альтернативні біопалива на основі рослинних олій і їх похідних. Інтенсивні роботи по переробці дизелів на біопаливо ведуться як в країнах з обмеженим енергетичним потенціалом, так і в країнах з великими запасами нафтового палива, а також у високорозвинутих країнах, що мають можливість придбання нафтових енергоносіїв.

В умовах дефіциту в Україні нафтового палива найбільш перспективним і відносно дешевим способом є отримання біопалива з рослинних масел (ріпакового, соняшникового і ін.). Шляхом реакції метанолізу з рапсової олії отримують паливо рослинного походження і гліцерин. Як показує більш ніж 20-річний досвід експлуатації дизельних двигунів різного призначення, конвертація їх на біодизель не вимагає ніякої зміни в конструкції дизельного двигуна. Не дивлячись на деяке збільшення витрати біодизеля при роботі двигуна  на 25–50 %, зменшується викид шкідливих речовин з відпрацьованими газами, що дозволяє використовувати цей вид палива для двигунів при їх роботі в екологічно вразливих місцях (міська зона, зона відпочинку, кар'єрні розробки і ін.).

В даний час розроблено і запатентовано бінарне альтернативне  паливо на основі похідних ріпакової  олії і нафтового палива. Пропрацювала можливість виготовлення біодизеля  з соняшникової олії і відпрацьованого фритюрного жиру. Визначено, що в умовах замкнутого циклу виробництва біодизеля і введення в рамках держави екологічного податку на дизельне паливо, вартість біопалива буде менше вартості дизельного палива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 1. Аналіз перспектив виробництва дизельного біопалива

 

1.1. Тенденції застосування альтернативних джерел енергії у світі.

 

У розвитку біоенергетики  сільської місцевості у світі  можна виділити три основні тенденції:

- скорочення загальних витрат енергії;

- збільшення використання відновлюваних джерел енергії;

- переважного застосування твердих видів біопалива.

    Тверде біопаливо

Основними технологіями термічної переробки деревини та біомаси є пряме спалювання (найбільше  вивчено і комерційно розвинене), газифікація і піроліз. На сьогодні світовим лідером з використання соломи в енергетичних цілях є Данія, де знаходиться в експлуатації біля 8000 фермерських установок, потужністю 0,1 — 1,0 МВТ, які споживають за рік 390 тис.т соломи і виробляють 5,6 ПДЖ енергії. Крім цього, в Данії експлуатується 62 теплових і 9 теплоелектричних станцій, які споживають 540 тис.т соломи щорічно. З метою отримання теплової енергії солому в Європі використовують Австрія, Швеція, Фінляндія, Франція, Чехія та інші країни.[1]

 

В Україні надлишок соломи та стебел усіх культур складає 21,1 млн.т Однак, використання біомаси в енергетичних цілях проходить тільки своє становлення. За останній час виконано декілька демонстраційних проектів у області біоенергетики. Установки, впроваджені в рамках цих проектів, є першим сучасним великомасштабним біоенергетичним обладнанням у нашій країні.[3]

   Рідке біопаливо

За прогнозами спеціалістів, найближчим майбутнім передбачається покриття до 10% світових потреб у дизельному пальному за рахунок рослинного рідкого палива. Метилові ефіри використовуються як чисте паливо в Німеччині, Австрії, і як 30, 20 і 5%- ні суміші з дизельним паливом у Франції, Швеції, США, Чехії та інших країнах. При цьому, наприклад, у США до 2012 року планується випускати щорічно близько 20 млн. т. рідкого палива. Виробництво рідкого біопалива проводять в єдиному технологічному процесі з насіння енергомістких культур, або в два етапи переробки: насіння — в олію і олію — в біопаливо. Технологія випуску дизельного палива з ріпакової олії побудована на фізичній і хімічній переробці відфільтрованої олії до форми метилового ефіру. [3,2]

           Один з варіантів отримання дизельного пального є його виготовлення з водоростей, задуманий в США. Для виробництва біодизеля водорості поглинають вуглекислий газ і сонячне світло. Установка SolarConverter зовні нагадує сонячну батарею; між пластинами укладено водний розчин, в якому розташовуються водорості. Система не вимагає сільськогосподарських угідь і великих посівних площ. Перший завод з виробництва біодизельного пального з водоростей планують запустити в 2011 році.

          Більше 40 японських концернів та наукових установ створили об'єднання для взаємовигідної роботи над багатообіцяючим проектом зі створення біопалива з водоростей. Автогігант Toyota Motor очолив цей план. 
Можливе використання білтоплева в популярному автомобілі Toyota Hilux  
У найближчі роки між індустріально розвиненими країнами може початися конкуренція за найкраще використання новітніх джерел енергії. Країна висхідного сонця зобов'язана лідирувати в питанні розробки пального з водоростей, вважають японські вчені.

          Є дані, що німецькі та французькі компанії, що випускають автомобілі, вже випускають ряд моделей машин, спеціально пристосованих під суміш біодизеля і традиційного пального або для використання чистого біодизеля, можливо концерн Audi вирішиться використовувати цю технологію в своїй новій розробці гібридної Audi A8 .        У планах Євросоюзу довести отримання альтернативного пального до 2015 - до 15 відсотків.

1.2. Аналіз виробництва дизельного біопалива на Україні

В Україні частка легкових автомобілів, що обладнані дизельними двигунами, незначна. Головна причина  тому - низька якість палива. В сільськогосподарському виробництві всі трактори та самохідні комбайни працюють на дизельному паливі. Щодо вантажних автомобілів, то серед них дизельних - приблизно 85% і 95% автобусів та мікроавтобусів. І якби вдалось перевести на біодизельне паливо хоча б громадський пасажирський транспорт, то це б значно поліпшило екологічну ситуацію, особливо у великих містах.[11]

В Україні ріпак як промислову культуру почали інтенсивно впроваджувати лиш останні 10–15 років. Незважаючи на тривалу агітацію за цю культуру, ріпак не набув у  нас масового поширення. Причина  полягає в тому, що не вирішеними залишається низка питань. Ось деякі з них. Ріпак є культурою з дуже дрібним зерном, і тому для його сівби, збирання та первинної переробки потрібна спеціальна техніка або ж удосконалена традиційна. Придбання такої техніки або переобладнання вже існуючої потребує чималих витрат робочого часу та коштів, яких у господарствах,  як правило, бракує.[9]

  Інша проблема, що стримує розвиток ріпаківництва, - недостатня зимостійкість озимого ріпаку. Виробництво цієї культури - справа дуже ризикована. Так, протягом зими 2002–2003 маркетингового року в Україні внаслідок несприятливих погодних умов загинуло близько 70% посівів ріпаку, через що сільгоспвиробники зазнали значних втрат. Вирощувати ярий ріпак недоцільно, тому що його врожайність приблизно в 1,5 раза нижча за озимий.[9]

Як свідчать дані Державного комітету статистики України, в структурі  орних земель озимий ріпак займає близько 0,2–0,3%, а середня врожайність  перебуває на рівні 10,7 ц/га. Слід зауважити, що в останні роки вирощували ще й ярий ріпак на площі близько 15 тис. га з урожайністю 7,4 ц/га.[23]

Для України є два  альтернативних напрями використання ріпаку: налагодити власне виробництво  біодизельного палива або вирощувати ріпак і експортувати його у західні  країни, отримуючи за це тверду валюту. Якщо провести економічні розрахунки, то їх результати засвідчать, що на сьогодні господарствам вигідніше реалізовувати ріпакове насіння на зовнішньому ринку, ніж виробляти з нього біодизельне паливо для власних потреб.[21]

Але, незважаючи на всі  наведені переваги й недоліки біопалива, нині перехід на екологічно чисті види палива є потребою вже не тільки сьогодення, а й завтрашнього дня, і не враховувати цього не можна. Технічні засоби, двигуни яких працюватимуть на біопаливі, не будуть забруднювати навколишнє середовище шкідливими сполуками так, як техніка, що використовує традиційне нафтове паливо.[21]

Нині Україна спроможна  виробляти близько 200 тис. т зерна  ріпаку для промислових потреб. Водночас є всі підстави сподіватися, що в  разі впровадження нових прогресивних технологій та технічних засобів з’явиться можливість у недалекому майбутньому довести валовий збір ріпакового насіння до 1,0–1,5 млн т, переробляти його на вітчизняних заводах, створюючи нові робочі місця та підвищуючи конкурентну здатність українського виробника на внутрішньому й зовнішньому ринках. [17]

Визначальною перешкодою у збільшенні виробництва та розвитку ринку ріпаку є відстала технічна база сільськогосподарських підприємств. Унаслідок порушення технології вирощування, зокрема точності висіву, недостатнього внесення добрив, недотримання строків сівби та збирання, господарства втрачають майже 60% потенційного врожаю, що зумовлює підвищення собівартості виробництва однієї тонни ріпаку. Крім того, в більшості ріпакосійних господарств - низький рівень агротехнічних заходів, унаслідок чого вони мають валові збори ріпаку лише за рахунок природної родючості грунту.[21]

Отже, першочерговими завданнями ріпаківництва є розробка та впровадження механізованих технологій виробництва  ріпаку, розробка нової та модернізація наявної техніки для його сівби й збирання, а також одержання високих урожаїв насіння цієї культури. Цінні властивості ріпакової олії, підвищення рентабельності виробництва ріпаку сприятимуть подальшому розвитку світового ринку ріпаку та продукції його переробки. Зниження експортного митного збору сприяло б бюджетним надходженням, які можна було б спрямовувати на дотації ріпаковій галузі.[15]

Для того щоб бути конкурентоспроможним, біодизельне паливо повинне хоча б на 5–10% коштувати дешевше порівняно із традиційними нафтопродуктами. В умовах України ринкова вартість ріпаку не дає цього здійснити. Тому деякі господарства планують самостійно вирощувати ріпак та робити з нього олію. Такий шлях досить раціональний, тому що відходи від переробки сировини можна використати для годівлі тварин або як добриво, а гліцерин - у фармакології. [14]

Біологічне дизельне паливо наразі зможе замінити тільки частину використовуваних мінеральних  нафтопродуктів. Але слід зважати  на те, що нафти залишилось не так уже й багато.

Розвиток альтернативних видів палива як в Україні, так  і в інших державах можливий тільки завдяки пільговому кредитуванню відповідних  програм та проектів, а також гнучкішій  податковій системі. За умови раціонального  підходу до розвитку галузі ріпаківництва біодизельне паливо стане ефективним інвестуванням української економіки, а саме: вкладання коштів у майбутнє.[14]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 2. Технології та обладнання для виробництва дизельного біопалива

 

2.1. Основні  етапи отримання дизельного біопалива.

 

На  першому етапі здійснюється приймання  сировини, її зберігання в резервуарах та подачу до ділянки пресування. Очищене і висушене насіння ріпаку зберігають в технологічному сховищі, розміщеному поруч з олійницею. Насіння ріпаку різних сортів, призначене для виробництва олії, повинне мати вологість 5-7%, засміченість – не більше 1% , вміст ерукової кислоти – менше 2% та кислотне число – не більше 3. Порушення цих вимог погіршує ефективність вижимання та етерифікації, а також може стати причиною зниження якості олії. На це впливають, зокрема, ступінь стиглості насіння та умови його зберігання.[7]

На другому етапі переробки  насіння для вижимки беруть з  резервуару і подають до обладнання попередньої підготовки, де його звільняють від сторонніх предметів, домішок пилу тощо. Потім насіння дозовано подають в шнековий прес, де відбувається процес вижимки олії. Олію з насіння ріпаку вижимають пресами з продуктивністю від 200 кг/год до 100 т/год в залежності від масштабу виробництва. Преси, звичайно шнекові, одно - або багатосекційні, можуть бути обладнані попередніми камерами, де насіння підігрівається, що поліпшує процес віджимання олії. Приблизно 40-44% насіння ріпаку в сухій масі складають жири, а після одноразової вижимки в жомі залишається до 10-12% жиру. Описаний процес вижимки називається холодною вижимкою, оскільки температура олії не перевищує 50-60°С. Для такої вижимки застосовують спеціальні преси (рис. 1.). Вони входять до складу ліній з виробництва рослинної олії . Одержана олія стікає в резервуар, а звідти подається у фільтраційні установки, де відбувається відділення твердих частинок. Далі олія підлягає подальшому очищенню з осадженням фосфорних сполук, а вільні жирні кислоти нейтралізуються і вимиваються. [7]