«Разработка промышленной технологии получения дизельного топлива из растительных масел и
advertisement
Номинация: «Перспективный проект» Тема проекта: «Разработка промышленной технологии получения дизельного топлива из растительных масел и адаптация двигателей к работе на биотопливе» Организация, представляющая проект: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» Руководитель проекта: Промтов Максим Александрович, заведующий кафедрой «Машины и аппараты химических производств», доктор технических наук, профессор Номер проекта в базе данных конкурса: 2725 Аннотация Разработан метод и оборудование для импульсной многофакторной обработки растительного масла с целью получения дизельного топлива. Импульсное энергетическое многофакторное воздействие на растительное масло реализуется в форме макро- и микродинамических импульсов давления, развитой кавитации и вихреобразования. Технические решения выполнены на уровне «ноу-хау» и имеют высокий уровень патентоспособности. Перспективным направлением получения экологически чистого топлива на основе возобновляемых биоресурсов, является производство так называемого биодизеля. Биодизель имеет высокое цетановое число, хорошие смазочные характеристики и экологическую чистоту. Эффективность применения биодизеля снижается из-за неполноты сгорания топлива и его повышенной вязкости. Эти недостатки не позволяют использовать биодизель непосредственно вместо дизельного топлива и в настоящее время его добавляют к дизельному топливу в объеме около 5– 15%. Наиболее распространенным сырьем для производства биодизеля служит рапсовое масло и в меньшей степени пальмовое масло. При импульсной энергетической многофакторной обработке растительного масла происходит разрыв молекул жирных кислот, что приводит к снижению его вязкости, увеличению цетанового числа, улучшению энергетических характеристик. В этом случае получение биодизеля возможно без реакции этерификации или при более низкой температуре и за более короткое время, что позволяет экономить значительные энергоресурсы. Лабораторные исследования по импульсной энергетической обработке рапсового масла показали, что обработанное рапсовое масло имеет лучшие по сравнению с исходным маслом физико-химические характеристики. Исходное (не обработанное) рапсовое масло не перегоняется, т.е. не разделяется на фракции при его нагреве. Обработанное рапсовое масло разделяется на фракции различной летучести. Обработанное рапсовое масло отличается от исходного пониженной вязкостью, повышенным цетановым числом и по своим параметрам близко к дизельному топливу. Таким образом, возможно получение биологического органического топлива, которое по своим показателям аналогично дизельному топливу, из рапсового масла, сопоставимого по стоимости с минеральным дизельным топливом. Замена дизельного топлива на экологически чистое биотопливо позволит получить высокую экономическую эффективность от внедрения биодизеля. Только в АПК России используется свыше 5 млн т дизельного топлива, для приобретения которого ежегодно тратится 74,4 млрд. руб. При сокращении использования минерального дизельного топлива за счет использования биодизеля на 30 %, ежегодный экономический эффект (при себестоимости получения рапсового масла 6 руб. за 1 литр) составит около 12,4 млрд. руб. С учетом продажи биодизеля не только для тракторной техники, но и для автомобилей эта сумма существенно увеличится. Расчеты коммерческой эффективности применения обычного смесевого топлива (75% биодизеля и 25% дизельного топлива) в фермерском хозяйстве с парком тракторов 50 единиц показывают, что срок окупаемости капиталовложений на адаптацию тракторов к работе на биотопливе составляет 3 месяца, а чистый дисконтированный доход за 8 лет составит 2 млн 230 тыс. руб. Себестоимость рапсового масла в различных регионах России находится в пределах от 5 до 10 рублей за 1 кг. Возобновляемые виды биотоплива можно широко использовать не только в автотракторных двигателях, но и в дизелях, используемых на железной дороге или в водном транспорте. Например, актуальной задачей для железнодорожного транспорта на данный момент является, улучшение экологических показателей тепловозов в соответствии требованиям международных норм и стандартов. Возможность децентрализованного производства рапсового масла позволяет использовать его при децентрализованном энергоснабжении, например, в дизельных двигателях блочных теплоэлектростанций. Мероприятия по коммерциализации и внедрению предлагаемой технологии в промышленность предполагают выполнение следующих действий: 1. Создание инновационного центра (в форме общества с ограниченной ответственностью) по разработке новых видов топлива из возобновляемых источников для привлечения инвестиций. Разработка бизнес-плана проекта. 2. Выполнение НИОКР по следующим этапам: - разработка технологии производства биотоплива для дизельных двигателей из растительных масел методом импульсного энергетического многофакторного воздействия; - проведение квалификационной оценки эксплуатационных свойств биодизеля выбранного состава с применением физико-химических и моторных методов испытаний; - экспериментальные исследования по адаптации дизелей для работы на биодизеле с оптимальными физико-химическими параметрами; - разработка опытно-промышленной линии по производству биодизеля. 3. Продвижение на рынок опытных партий биодизеля, изучение спроса и экономическая доработка проекта. 4. Изготовление опытно-промышленной линии по производству биодизеля и создание производства по переработке растительных масел в биологическое дизельное топливо. 5. Промышленное производство биодизеля и его продвижение на рынок. 6. Развитие промышленного производства биодизеля и возврат вложенных средств. Информация о заявителе. Название организации: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет». Адрес (юридический и фактический): 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106. Адрес электронной почты, страницы в Интернете: tstu@admin.tstu.ru , WWW.TSTU.RU . Фамилия, имя, отчество руководителя организации, номер телефона, факс: Мищенко Сергей Владимирович, тел./факс: (4752) 72-10-19. Направления деятельности организации: образовательная и научноисследовательская деятельность. Инновационный потенциал: перечень реализованных за последние 7 лет инновационных проектов. В организации за последние 7 лет разработано и реализовано более 100 инновационных проектов. Среди них: 1. Влияние кавитационного воздействия в пульсационном аппарате роторного типа на деструкцию вещества имитационной смеси. Рук. Промтов М.А. 2. Проектирование роторного импульсно-кавитационного аппарата. Рук. Промтов М.А. 3. Изготовление и монтаж роторного импульсно-кавитационного аппарата. Рук. Промтов М.А. 4. Проектирование роторно-импульсного аппарата для приготовления водно-топливных эмульсий. Рук. Промтов М.А. 5. Изготовление деталей и монтаж роторно-импульсного аппарата для приготовления водно-топливных эмульсий. Рук. Промтов М.А. 6. Опытно-конструкторская разработка роторного импульсного теплогенератора. Рук. Промтов М.А. 7. Проектирование роторного импульсного кавитационного теплогенератора. Рук. Промтов М.А. 8. Опытно-конструкторская разработка роторного импульсного аппарата и оптимизация его режимов работы. Рук. Промтов М.А. 9. Создание высокопроизводительного кластера параллельных вычислений. Рук. Дзюба В.А. 10. Оптимальное проектирование реакторов тонкого органического синтеза и установок в условиях неопределенности исходной информации. Рук. Матвейкин В.Г. 11. Энергосберегающие оптимальные управления технологическим оборудованием химических производств. Рук. Муромцев Ю.Л. 12. Разработка микропроцессорных контроллеров для энергосберегающего управления. Рук. Муромцев Ю.Л. 13. Создание процессов дозирования, смешения, измельчения, классификации, совмещенных процессов при переработке сыпучих материалов. Рук. Коптев А.А. 14. Разработка интеллектуального базиса интегрированного проектирования энерго-и ресурсосберегающих процессов и аппаратов гибких автоматизированных химических производств. Рук. Дворецкий С.И. 15. Разработка автоматизированной системы расчета, оптимизации и проектирования новых технологических процессов и оборудования на базе пакета прикладных программ Хемкад. Рук. Дворецкий С.И. 16. Разработка автоматизированной системы расчета и проектирования технологического оборудования на базе пакета прикладных программ "АРМ Winmachine". Рук. Дворецкий С.И. 17. Разработка метода и устройства для измерения теплофизических характеристик жидких полимерных материалов при сдвиговом течении. Рук. Мищенко С.В. 18. Разработка мультигенной технологии поддержки принятия решений в области интеллектуальной собственности с автоматизацией почтовой службы и делопроизводства. Рук. Муромцев Ю.Л.. 19. Разработка и внедрение прогрессивных технологических процессов и методик контроля на технологических операциях при изготовлении магнитных головок. Рук. Брусенцов Ю.А. 20. Разработка и внедрение математического и программного обеспечение подсистемы АСУТП "Технологическое и организационное обеспечение выпуска продукции ПДК". Рук. Малыгин.Е.Н. 21. Разработка адаптивных нейрорегуляторов для многоконтурных систем управления. Рук. Фролов С.В. 22. Разработка технологических процессов и оборудования для полной утилизации отходов спиртовых заводов (барды). Рук. Дворецкий С.И. 23. Разработка установки для сушки пластифицированной нитроцеллюлозы с поперечным аэрированием среды. Рук. Долгунин В.Н. 24. Разработка комплекса технических средств энергоресурсосберегающей технологии прокладки инженерных коммуникаций через путепроводы и поставка базового комплекта оборудования. Рук. Калинин В.Ф. Производственный и трудовой потенциал: всего сотрудников - 1457; профессорско-преподавательский и научно-исследовательский состав 587; кандидатов наук, доцентов - 356; докторов наук, профессоров - 72. Производственный и трудовой потенциал, в т.ч.: а) величина годового оборота за последние три календарных года – 343365 тыс. руб.; б) среднесписочная численность работающих - 1450; в) наличие производственных мощностей: ООО «Тамбовский ИТЦ машиностроения», ООО «Инновационный центр высоких био- и химических технологий», специализированные лаборатории и проектные бюро по химическому машино- и аппаратостроению, химической технологии органических веществ, механические мастерские. Данные о руководителе проекта: Промтов Максим Александрович; основное место работы – ГОУВПО «Тамбовский государственный технический университет»; должность – заведующий кафедрой, декан факультета; точный почтовый адрес и номер рабочего телефона - 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, тел./факс – (4752)-72-20-24, -72-27-28; адрес электронной почты, страницы в Интернете: promtov@tambov.ru , www.tstu.ru . ученая степень (звание) – доктор технических наук, профессор; Перечень важнейших работ: 1. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. Монография. – М.: Машиностроение -1, 2001. – 260 с. 2. Промтов М.А. Исследование гидродинамических закономерностей работы роторно-импульсного аппарата // Теор. основы хим. технол. - 2001, Т.35, № 1 . - С. 103-106. 3. Промтов М.А. Гидроакустическое эмульгирование в роторном импульсно-кавитационном аппарате // Теор. основы хим. технол. - 2001, Т.35, № 3 . - С. 327-330. 4. Промтов М.А., Монастырский М.В. Диспергирование твердых частиц в жидкости при обработке в роторно-импульсном аппарате // Изв. вузов. Химия и хим. технол. – 2001, Т.44, № 3. – С. 143 – 144. 5. Промтов М.А., Зимин А.И., Монастырский М.В. Модель течения жидкости через прерыватель одноступенчатого роторно-импульсного аппарата // Пром. теплотехника. - 2001, Т.23, № 1-2. - С. 129 – 133. 6. Промтов М.А., Коновалов В.И., Гатапова Н.Ц. Анализ условий и разработка методики интенсификации химико-технологических процессов в гетерогенных жидкостях при энергетических воздействиях // Вестник ТГТУ. – 2001, Т.7, №3. – С. 407–421. 7. Промтов М.А. Кинетические закономерности растворения и эмульгирования в роторном импульсно-кавитационном аппарате (энергетический подход) // Вестник ТГТУ. – 2001, Т.7, №2. – С. 230 – 238. 8. Промтов М.А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества. – М.: «Издательство Машиностроение – 1», 2004. – 136 с. 9. Промтов М.А. Основы метода расчета роторного импульснокавитационного аппарата. // Вестник ТГТУ. – 2004, Т.10, №1А. – С. 149 – 154. 10. Промтов М.А. Синергетический подход к энергосберегающим процессам. // Успехи современного естествознания. – 2004, №4. – С. 163 – 164. Современное состояние исследований и разработок в области реализации проекта. Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными. В Европе технология производства биодизеля из растительного масла разработана компанией RMEnergy, которая получила в 2001 году патент с номером DE 101 35 297 A1. В сентябре 2004 года на основе имеющего договора между компаниями RMEnergy и IBG Monforts Oekotec GmbH & Co.KG производство RMEnergy установок было передано фирме IBG Monforts Oekotec GmbH & Co.KG. В Украине, России и Белоруссии торговым представителем фирмы IBG Monforts Oekotec GmbH & Co.KG является фирма "Anatolі Juschіn CDH" – сбыт и экспорт оборудования для производства биодизеля. Кроме представительств европейских компаний на Украине производством оборудования для получения биодизеля занимаются компании «Биодизель-Запорожье», «Биодизель-Днепр» и др. Основное оборудование для производства биодизеля покупается или производится по лицензии западноевропейских компаний. Промышленные технологии производства биодизеля по традиционной схеме на основе реакции этерификации разработаны в Белоруссии научнопризводственным предприятием «Унихимпром БГУ» при Белорусском государственном университете. Японскими учеными разработана технология получения биодизеля без катализатора (Dadan Kusdiana and Shiro Saka. 1st World Conference on Biomass for Energy and Industry, Vol.1, pp563-566, Sevilla, Spain, 5-9 June 2000). По предлагаемой технологии метанол переводят в так называемое «сверхкритическое состояние» при температуре до 400 град. С и давлении более 8 МПа. В этом случае скорость реакции этерификации увеличивается в несколько десятков раз и наблюдается более полный выход продукта. В США оборудование для производства биодизеля выпускают, в основном, крупные компании, входящие в Национальную ассоциацию производителей и потребителей биодизеля и оборудования для его производства (National Biodiesel Board). Ассоциация способствует продвижению биодизеля на рынок топлив, пропагандирует его производство и использование. Производство биодизеля осуществляется по традиционной технологии, так как существует жесткая регламентация технологического процесса и физико-механических свойств продукта. Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время в мире используют традиционные подходы получения биодизеля методом реакции этерификации из растительных масел. Использование биодизеля в качестве моторного топлива осуществляется путем добавления его в минеральное дизельное топливо или непосредственное использования биодизеля без смешения его с дизельным топливом, но в этом случае необходимо конструктивное изменение системы топливоподачи, вспрыска и сжигания топлива в двигателях. Предлагаемый проект предусматривает обработку растительного масла многофакторным импульсным энергетическим воздействием с целью изменения его физико-химических свойств и приближения его параметров к параметрам дизельного топлива. В этом случае возможно использование обработанного растительного масла в смеси с дизельным топливом или непосредственно в качестве дизельного топлива. Использование многофакторной импульсной энергетической обработки при проведении реакции этерификации позволит снизить время и температуру проведения реакции. В этом случае экономится энергия на проведение процесса и повышается производительность реакционного оборудования. В проекте запланирована разработка рекомендаций по хранению, транспортировке и использованию биодизеля, полученного по новой технологии для дизельных двигателей различного конструктивного исполнения. Комплексный подход в разработке новой технологии получения биологического дизельного топлива и практических рекомендаций по его применению в качестве дизельного топлива, учет существующей практики эксплуатации дизельных двигателей, разработка технических решений, позволяющих адаптировать существующую технику, работающую на дизельных двигателях, является существенным преимуществом по сравнению с другими проектами по разработке технологии и оборудования для производства дизельного топлива из растительных масел. Сущность предлагаемой разработки. Технология получения биологического топлива из растительных (преимущественно рапсового, соевого или пальмового) масел основана на эффекте изменения его физико-химических характеристик за счет импульсного многофакторного энергетического воздействия. Традиционная технология получения биологического топлива для дизельных двигателей основана на реакции этерификации растительного масла и метилового (этилового) спирта и получения метиловых эфиров. Наиболее пригодным для получения биотоплива является рапсовое масло. Теоретически можно использовать и подсолнечное масло, но у этого масла высокая температура застывания, что отрицательно сказывается зимой на эксплуатации транспортных средств. Масла, содержащиеся в семенах и плодах подсолнечника, рапса, сои и др. масличных культур, представляют собой окисленные углеводороды, в основном триглицериды, близкие по теплоте сгорания к дизельному топливу. Масло выделяется из масличных культур путем выжимки и экстрагирования (трихлорэтиленом или гексаном) и очищается методами нейтрализации, вымораживанием или фильтрования. В семенах рапса содержится 35—50 % жира, 19—31 % хорошо сбалансированного по аминокислотному составу белка, 5—7 % клетчатки. По содержанию жира и сумме жира и белка он превосходит сою, но уступает подсолнечнику и горчице. Растительные масла нестабильны и имеют повышенную вязкость и коксуемость. Эти недостатки могут быть частично устранены, если перевести их в метиловые или этиловые эфиры. Основная технология получения метиловых эфиров в развитых странах основана на этерификации триглециридов растительного масла метанолом с использованием основных или кислотных катализаторов. В случае кислотного катализатора продолжительность реакции составляет порядка 145 часов, в случае основного - 1-8 часов (в зависимости от температуры и давления), причем в начальный период реакция протекает медленно вследствие двухфазной природы системы метанол/масло и полярности участвующих соединений. Реакция этерификации рапсового масла этиловым спиртом протекает по следующему механизму Для предотвращения выпадения осадков при повышенных температурах в топлива на основе растительных масел рекомендуется добавлять модификаторы-диспергенты (продукты взаимодействия алкенилянтарного ангидрида со спиртами и аминоспиртами), а также антиокислительные присадки. Можно использовать в качестве топлива для дизелей смеси растительных масел и их эфиров со спиртами (этанол, бутанол и др.), поскольку эфиры растительных масел являются сорастворителями между газойлем и спиртом. Однако современные дизели могут работать на таких топливах непродолжительное время. Существует проблема удаления катализатора и продуктов омыления после реакции, что важно для чистоты получаемого продукта. Ее сущность заключается в разделении громоздкой молекулы триглецирида на четыре составляющие - глицерин и три жирные кислоты, с последующим соединением жирных кислот с молекулами спиртов (этанол, бутанол и т.п.). Масличный эфир имеет следующие преимущества по сравнению с растительным маслом: снижение молекулярной массы обусловило выравнивание вязкости эфира, а также ряд других показателей - в значительной степени предупреждает образование и формирование нагароотложений на деталях цилиндро-поршневой группы, возможность применения масличного эфира в дизеле без его конверсии. Однако, по сравнению с дизельным топливом нагаро- и смолоотложения остаются увеличенными, отмечается низкая стабильность эфира при хранении, отрицательное влияние на моторное масло. Кроме того, значительно возрастают издержки на производство масличного эфира. К физическим свойствам топлива, оказывающим влияние на динамику топливной струи и мелкость распыливания при прочих равных условиях, относятся вязкость, поверхностное натяжение и плотность. При повышении вязкости возрастает дальнобойность топливной струи, что уменьшает долю объемного смесеобразования и приводит к попаданию на стенки камеры сгорания большего количества топлива. С понижением вязкости топлива средний диаметр капель топлива уменьшается и становится более однородным распыл. Однако при этом угол рассеивания топливной струи увеличивается, а дальнобойность уменьшается. Чем выше поверхностное натяжение, тем более устойчива капля к воздействию внешних сил и тем больше ее размеры. Чем меньше поверхностное натяжение, тем тоньше и однороднее распыливание топлива, что способствует ускорению процессов смесеобразования и сгорания. Улучшение физико-химических параметров биологического дизельного топлива предлагается за счет его импульсной многофакторной энергетической обработки. В качестве энергетических воздействий используются механическое, акустическое, электромагнитное и тепловое воздействия. Комплекс этих воздействий реализуется в роторном импульсном аппарате (РИА), рис. 1. Роторные импульсные аппараты различных видов и модификаций генерируют широкий спектр факторов воздействия: - механическое воздействие на частицы гетерогенной среды, заключающееся в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями РИА; - гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости; - гидроакустическое воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов; - тепловое воздействие, осуществляется за счет диссипации энергии в зазоре между ротором и статором и при схлопывании кавитационных пузырьков; - электромагнитное воздействие может быть реализовано в обрабатываемой жидкости за счет электрогидравлического удара. Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В момент схлопывания кавитационного пузырька, давление и температура газа достигают значительных величин (по расчетным данным до 100 МПа и 10000 С). С повышением давления в звуковой волне увеличивается скорость движения стенки пузырька. Нелинейные эффекты начинают проявляться после того, как стенка пузырька начнет двигаться со скоростью большей, чем скорость распространения звука в среде внутри пузырька. При этом дальнейшее сжатие и разогрев смеси в пузырьке прекращается и начинается обратный процесс снижения давления и температуры за счет конденсации нагретого вещества на поверхности жидкости. В пристеночном слое жидкости при этом повышается плотность жидкости до величины порядка ядерной плотности за счет инерционных сил, так как стенка движется с возрастающим ускорением и дополнительного уплотнения от процесса конденсации. В этом случае возможны деструктивные эффекты на атомном и молекулярном уровнях. Рис.1. Роторный импульсный аппарат. Предварительные эксперименты по импульсной многофакторной обработке рапсового и подсолнечного масел в роторном импульсном аппарате РИА-150 показали, что обработанное масло имеет отличные от исходного масла физико-химические характеристики. Исходные (не обработанные) рапсовое и подсолнечное масла не перегоняются, т.е. не разделяются на фракции при их нагреве. Обработанное масло разделяется на фракции различной летучести, отличается от исходного пониженной вязкостью, повышенным цетановым числом и по своим параметрам близко к дизельному топливу. Технология улучшения физико-химических параметров растительных масел за счет многофакторной импульсной обработки позволит получать биологическое топливо по своим параметрам и характеристикам идентичное дизельному топливу без реакции этерификации с использованием вредных и опасных катализаторов. Использование биологического топлива вместо или в смеси с минеральным дизельным топливом позволит улучшить экологические параметры дизельных двигателей, получать энергоноситель на основе возобновляемых источников. Права на интеллектуальную собственность. Технические и технологические решения в предлагаемой технологии разработаны на уровне «ноу-хау» и имеют высокий уровень патентоспособности. В процессе выполнения НИОКР будут разработаны новые технические решения по технологии производства биодизеля, улучшения его характеристик и адаптации дизельных двигателей к работе на новом виде топлива. В основе предлагаемой технологии производства биодизеля лежит метод многофакторного импульсного энергетического воздействия на жидкость, который реализуется в высокоэффективных роторных импульсных аппаратах. Нами разработаны и запатентованы технические решения по повышению эффективности работы и степени воздействия на обрабатываемую жидкость. Перечень авторских свидетельств и патентов на изобретения приведен ниже. 1. А.с. на изобретение № 1674942 СССР. Червяков В.М., Промтов М.А., Воробьев Ю.В. и др. Роторный аппарат. Бюл. №33, 1991, 4 с. 2. А.с. на изобретение № 1719045 СССР. Червяков В.М., Промтов М.А., Шитиков Е.С. и др. Роторный аппарат. Бюл. №10, 1992, 4 с. 3. А.с. на изобретение № 1766869 СССР. Червяков В.М., Промтов М.А., Воробьев Ю.В. Роторный аппарат. Бюл. №38, 1992, 4 с. 4. А.с. на изобретение № 1773469 СССР. Промтов М.А., Червяков В.М., Воробьев Ю.В. и др. Роторный аппарат. Бюл. №41, 1992, 3 с. 5. Патент № 2149713 РФ. Промтов М.А. Акустический излучатель. Бюл. № 15, 2000, 3 с. 6. Патент № 2150318. РФ. Промтов М.А., Коптев А.А., Червяков В.М. Роторный аппарат. Бюл. № 16, 2000. 4 с. 7. Патент № 2165787 РФ. Промтов М.А., Монастырский М.В. Роторный аппарат. Бюл. № 12, 2001. 4 с. 8. Патент № 2165292 РФ. Червяков В.М., Промтов М.А., Коптев А.А. Роторный аппарат. Бюл. № 11, 2001. 3 с. 9. Патент № 2179895 РФ. Зимин А.И., Промтов М.А., Карепанов С.К. Роторно-импульсный аппарат. Бюл. № 6, 2002. 3 с. 10. Патент № 2179896 РФ. Зимин А.И., Промтов М.А., Монастырский М.В. Роторно-импульсный аппарат. Бюл № 6, 2002. 4 с. 11. Патент № 2189274 РФ. Зимин А.И., Промтов М.А., Карепанов С.К. Роторно-импульсный аппарат. № 26, 2002. 3 с. Конкурентные преимущества. По прогнозам специалистов, в ближайшие десятилетия ожидается дальнейшее уменьшение производства традиционных источников энергии, в том числе и добычи нефти. Приводимые в печати сроки исчерпания нефтяных ресурсов в среднем по мировой нефтедобывающей отрасли составляют около 80 лет с учетом месторождений континентального шельфа, характеризующихся высокой стоимостью нефтедобычи от 170 до 700 $ за тонну (для сравнения: добыча нефти на Ближнем Востоке стоит от 5 до 6 $ за тонну). В этой связи возникла необходимость в перестройке энергетического баланса, в развитии полиэнергетики, т. е. системы, базирующейся на использовании нескольких источников энергии, ни один из которых не играет определяющей роли. Необходимы диверсификация энергоснабжения, являющаяся «страховкой против риска», и глубокие технические изменения в разработке и освоении новых видов энергии, а также в ее рациональном использовании. Экономика полиэнергетики предусматривает поворот от использования традиционных энергоисточников к совершенно иным – альтернативным. Для достижения этой цели необходимо: разработать технологиий производства биотоплива (технологии производства возобновляемых источников энергии и их аппаратурного оформления), отвечающих современным экономическим и экологическим требованиям; адаптировать существующие двигателий внутреннего сгорания к работе на возобновляемом биотопливе. Возобновляемые виды биотоплива можно широко использовать не только в автотракторных двигателях, но и в дизелях, используемых на железной дороге или в водном транспорте. Например, актуальной задачей для железнодорожного транспорта на данный момент является улучшение экологических показателей тепловозов в соответствии требованиям международных норм и стандартов. Анализ методов оценки и путей снижения отрицательного экологического воздействия дизелей на окружающую среду показывает, что в настоящее время основным направлением является использование альтернативных топлив. Возможность децентрализованного производства рапсового масла позволяет использовать его при децентрализованном энергоснабжении, например, в дизельных двигателях блочных теплоэлектростанций. Принцип комбинированного производства электроэнергии и тепла, при использовании растительного масла, тот же самый, что и в блочных станциях на других видах топлива. Отличие состоит, в основном, в том, что охлаждающая двигатель жидкость не вода, а смазывающее мотор масло. Поэтому и теплообменник не водо-водяной, а масло-водяной. В настоящее время, например, в Федеральной земле Бавария на растительном масле уже работают 25 блочных теплоэлектростанций, мощность которых от 5 кВт до 220 кВт. Установки работают с хорошим кпд, в интервале 35%-100% установленной мощности, и потребляют, примерно, 1 л растительного масла (или мазута) на 4 кВт час. Преимущества использования растительного масла в качестве топлива в котельных: - экологически чистое централизованное отопление с потребностью минимальных инвестиций; - необходимость лишь незначительных изменений (замена форсунок и топливопроводов); - имеющиеся емкости для хранения могут быть использованы и далее; - имеющиеся котельные установки могут эксплуатироваться и дальше; - растительное масло можно хранить в помещениях, где расположены котельные установки (отпадает необходимость дополнительного помещения), нет необходимости принимать меры безопасности (рапсовое масло относится к классу опасности 1); - строительные конструкции не требуют изменений; - возможна комбинация с другими теплогенераторами. В Европе стоимость биодизеля составляет 0,55-0,6 евро за литр. В настоящее время эта цена немного больше цены минерального дизельного топлива. Для стимулирования потребления биодизеля используются административные и законодательные методы. Современные требования к дизельному топливу в странах Евросоюза обязывают потребителей использовать смесь минерального дизельного топлива и биодизеля. Процентное содержание биодизеля в товарном дизельном топливе должно быть не менее 5%. Сопоставимыми конкурентами по технологии и изготовлению оборудования для производства биодизеля являются белорусские и украинские компании. Российские компании только начинают осваивать эту продукцию, так как в России нет острой проблемы обеспечения дизельным топливом потребителей. По данным компании ЛУКойл, соотношение инвестиций и годовой производительности предприятия по выпуску биодизеля составляет 1 млн долларов США на 2,5 тыс. тонн биодизеля. На Украине стоимость оборудования для производства биодизеля составляет 74000 евро при производительности 24 т. в сутки или около 7 тыс.т. в год («Биодизель-Днепр»). Предлагаемый проект является перспективным и предполагает составить альтернативу существующим технологиям производства моторных топлив и биодизеля в частности. Его преимуществом является безреагентный метод получения биологического топлива, а также комплексность решения проблемы продвижения на рынок нового вида топлива. Производительность и затратность разрабатываемой технологии сопоставимы с традиционными технологиями. Для запуска технологии в промышленное производство необходимы сертификаты соответствия на продукт, а также разрешение Ростехнадзора и других инспектирующих органов. Рынок сбыта. Среди стран Европы наибольшее внимание биотопливу уделяется в Германии, Франции, Великобритании, Италии и Чехии. По прогнозам, производство биотоплива в Европе может превысить 5 млн. т, что составляет примерно 5 % от общего количества потребляемого дизельного топлива. На данный момент в Чехии насчитывается 14 заводов по переработке семян рапса на биотопливо общей мощностью 200 тыс. тонн в год. В стране действует государственная программа развития производства биотоплива. Согласно директивы 2003/30ЕС от 8 мая 2003 г. на заправках ЕС в продаваемом бензине или дизтопливе содержание биотоплива должно составлять не менее 2 %, а к 2010 г. – не менее 5,75 %). В Прибалтике заканчивается строительство двух (небольших по европейским меркам) заводов. Российская компания ЛУКойл инвестирует 4 млн. $. LUKoil Baltija завершает строительство возле литовского городка Мажейкяй завода по производству биодизеля из рапса. Завод закупает 30 тыс. т рапса и производит 10 тыс. т биотоплива в год. Второй завод смонтировали в Латвии чешские и словацкие специалисты на заказ фирмы Delta Riga. Размер инвестиций составляет более 1 млн. $. Ежегодно завод будет перерабатывать 7,5 тыс. т рапса и вырабатывать 2,5 тыс. т биотоплива. По решению правительства эта продукция будет освобождена от акциза. Таким образом, стоимость биодизеля будет такой же, как и дизельного топлива. В Словакии, возле Братиславы, фирмой Ekoil a.s. в этом году запущен завод по производству биодизеля мощностью 40 тыс. т. в год. Один из крупных заводов в Европе запущен в Германии фирмой Natural Energy West Gmb (NEW) вблизи г. Марль. Сырьем является рапс местного производства. Объем производства - 100 тыс. т биодизеля. В Республике Беларусь имеется местное сырье для производства дизельного биотоплива. Совместно с УП «Унихимпром БГУ» и СЗАО «Гроднобиопродукт» (г. Скидель, Гродненская обл.) проведены работы с целью организации производства экологически чистых видов топлива. Польско-германским инжиниринговым предприятием «Виедеманн Польска» («Wiedemann Polska») изготовлено оборудование и на базе ОАО «Новоельнянский межрайагроснаб» (г. Новоельня, Гродненской обл.) впервые в Республике Беларусь смонтирована технологическая линия по выпуску биотоплива из рапсового масла для дизельных двигателей. В 2003 году вышел Указ Президента Украины «О мероприятиях относительно развития производства топлива из биологического сырья». В нем говорится о необходимости разработать программу производства биологического дизельного топлива для «снижения зависимости национальной экономики от импорта нефтепродуктов, обеспечения развития агропромышленного комплекса и улучшения экологической ситуации». Указ предлагает разрабатывать программу с учетом действующих директив ЕС, касающихся использования биодизельного топлива ( Відомості Верховної Ради (ВВР), 2003, N 24, ст.155 ). С 2007 года на базе бывшего Каменец-Подольского сахарного завода в Хмельницкой области будут производить биодизельное топливо. Мощность производственного объекта составит 75 тыс. тонн в год. Заводы мощностью 20 тыс. тонн биодизеля в год каждый и ориентировочной стоимостью 30 млн. евро будут построены в Винницком, Тульчинском и Хмельникском районе. Производственные мощности выпуска биодизеля в странах Западной Европы выглядят следующим образом (тыс. тонн в год): Австрия – 30, Бельгия – 400, Дания – 32, Франция – 370, Италия – 441. В США в настоящий момент существует 5 производителей биодизеля, аккредитованных BQ9000 (национальная программа управления качеством биодизеля), и около 50 других компаний, производящих биотопливо. Среди них: West Central Cooperative; Peter Cremer N. America; AR Operations, Eastman Chemical и др. По прогнозам экспертов, рынок производителей биодизеля будет активно развиваться в связи с постоянным ростом стоимости нефтепродуктов и ограниченности запасов нефти. В настоящее время рост производства биодизеля в странах США, Канады и Западной Европы происходит практически по арифметической прогрессии. Крупные компании и исследовательские центры постоянно совершенствуют существующие и разрабатывают новые технологии производства топлива из биологических продуктов. Одним из перспективных направлений разработки новых методов получения биологического топлива признается применение различных физико-химических эффектов. Правительства европейских стран активно применяют законодательные и налоговые рычаги для стимулирования потребления биологического топлива. Так, например, в Германии введено обязательное использование в качестве топлива смеси биологического и минерального дизельного топлива, причем количество биодизеля в этой смеси должно быть не менее 5%. В дальнейшем планируется увеличить долю биодизеля в качестве моторного топлива. Таким образом, можно сделать вывод, что рынок сбыта биотоплива, технологий и оборудования для его производства активно развивается и имеет существенные преимущества по сравнению с традиционными ресурсами. В настоящий момент доля биодизеля на рынке товарных топлив составляет около 2%. Предполагается, что к 2010 году его доля увеличится до 10% общего объема дизельного топлива. Порядок коммерциализации результатов разработки. Выполнены исследования по влиянию многофакторного импульсного энергетического воздействия на физико-химические свойства растительных масел. Определено качественное влияние импульсных энергетических воздействий на реакцию этерификации. Предварительные эксперименты по импульсной многофакторной обработке рапсового и подсолнечного масел в роторном импульсном аппарате РИА-150 показали, что обработанные масла имеют отличные от исходного масла физико-химические характеристики. Исходное (не обработанное) рапсовое масло или подсолнечное масло не перегоняются, т.е. не разделяются на фракции при нагреве. Обработанные рапсовое и подсолнечные масла разделяются на фракции различной летучести, отличаются от исходного пониженной вязкостью, повышенным цетановым числом и по своим параметрам близки к дизельному топливу. Для выполнения работ по проекту разработана программа (см. ниже). Коммерческая привлекательность проекта и его экономические показатели будут уточняться на каждом этапе выполнения работ. По результатам бизнес-анализа будет приниматься решение о целесообразности дальнейшего продолжения работ. Проект может быть реализован в полной мере и предполагает создание собственного производства биодизеля. В неполном варианте возможно завершение проекта на этапе изготовления промышленной линии по производству биодизеля или создания промышленной технологии производства биодизеля. Возможно также собственное производство как самого биодизеля, так и оборудования для его производства. НИОКР планируется проводить совместно с ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» Российской академии сельскохозяйственных наук (ВИИТиН). Материально-техническая база (существующая приборная база и аппаратура для выполнения работы) представлены лабораторными и опытно-промышленными комплексами ТГТУ, ООО «Тамбовский ИТЦ машиностроения» и ООО «Инновационный центр высоких био- и химических технологий» (межотраслевой НИЛ «Компьютерное моделирование, оптимизация и проектирование автоматизированных процессов, аппаратов и производственных систем в химической, пищевой и биотехнологиях»; отраслевой НИЛ удаленного доступа «Проектирование и эксплуатация химико-технологических систем»; проблемной лаборатории «Инновационные технологии в машиностроении»; проблемной лаборатории «Энергосберегающие процессы и аппараты, импульсные технологии и оборудование»; межотраслевой НИЛ «Механика сдвиговых течений»). ГНУ ВИИТиН имеет специализированные научно-исследовательские лаборатории: «Использование альтернативных источников энергии», «Организация нефтехозяйств и экономного использования нефтепродуктов», химическая лаборатория нефтепродуктов, химическая лаборатория биотоплива. ГНУ ВИИТиН располагает собственной опытно-промышленной базой, включающей участок по отработке технологии производства топлива из возобновляемой растительной биомассы. Научно-исследовательская и опытно-промышленная база института располагает необходимым приборным, стендовым, испытательным и опытным технологическим оборудованием, а также вычислительной техникой для проведения исследований, испытаний разрабатываемых продуктов, изготовления опытных образцов и отработки опытной технологии их производства. Функциональное назначение и квалификация основных исполнителей, планируемых к привлечению работ по проекту, приведены ниже. ФИО исполнителя Ученая степень, ученое звание, должность Научные и инженерно-технические кадры Промтов Максим зав. кафедрой, декан ТамГТУ, Александрович д.т.н., профессор Ткачев Алексей зав. кафедрой, к.т.н., профессор Григорьевич ТамбГТУ, ген. директор ООО «ИТЦ машиностроения» Дворецкий Станислав проректор по научной работе Иванович ТамбГТУ, д.т.н., профессор, ген. директор ООО «ИЦ Функциональное назначение в проекте Руководитель проекта Организация работ по изготовления необходимого оборудования Координация партнерского взаимодействия, организация работ по Раппопорт Юрий Михайлович высоких био- и химтехнологий» к.х.н., доцент ТамбГТУ, Галыгин Владимир Егорович к.т.н., начальник НИСа ТамбГТУ, Борщев Вячеслав Яковлевич к.т.н., доцент ТамбГТУ, Иода Елена Васильевна Нагорнов Станислав Александрович к.э.н. руководитель Молодежного инновационного делового центра д.т.н., доцент, зав. лабораторией ГНУ ВИИТиН Зазуля Александр Николаевич д.т.н., зам. директора по научной работе ГНУ ВИИТиН Матвеев Дмитрий Олегович к.т.н., ученый секретарь ГНУ ВИИТиН Молодые ученые - кандидаты наук Романцова Светлана к.х.н., с.н.с. ГНУ ВИИТиН, Валерьевна Ермаков Александр к.х.н., ассистент ТамбГТУ Анатольевич Матвеев Сергей Витальевич к.т.н., с.н.с. ГНУ ВИИТиН Аспиранты и магистранты Акулин Виктор аспирант ТамбГТУ Викторович Денисов Евгений Владимирович магистрант ТамбГТУ Квалифицированный производственный персонал Бирюков Юрий ведущий инженер ТамбГТУ Алексеевич Попова Ольга старший лаборант ТамбГТУ Александровна Толстых Светлана к.т.н., программист, ТамбГТУ Германовна Воробьева Лилия лаборант, ТамбГТУ Абдукаримовна Административно- управленческий аппарат Мищенко Сергей ректор ТамбГТУ, д.т.н., Владимирович профессор Клейменов Олег Директор ГНУ ВИИТиН, д.т.н. Александрович разработке технологической части проекта Разработка технологического регламента Обеспечение бухгалтерского и финансового сопровождения проекта Проектирование и конструирование оборудования Разработка экономической части проекта Разработка технологии получения, хранения и использвания биодизеля Исследования по адаптации двигателей к работе на биодизеле Исследование физикохимических свойств биодизеля Разработка технологии получения биодизеля Разработка технологического регламента Исследование физикохимических характеристик биодизеля Экспериментальные исследования по технологии получения биодизеля Экспериментальные исследования по технологии получения биодизеля Пуско-наладочные и испытательные работы Лабораторный анализ Компьютерное проектирование и расчет Лабораторный анализ Консультации и решение управленческих задач Консультации и решение управленческих задач Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта. Инвестиции в проект проводились за счет собственных средств разработчика. В начальный этап НИОКР было вложено около 400 тыс. рублей (с учетом затрат на приобретенное оборудование). Для развития и выполнения работ по проекту необходим стратегический инвестор. Инвестор может войти как соучредитель предприятия и участвовать в уставном капитале. Предстоящие затраты по проекту. Плановый расчет затрат приведен в Программе работ по проекту. Программа работ по проекту «Разработка промышленной технологии получения дизельного топлива из растительных масел и адаптация двигателей к работе на биотопливе» Наименование этапа Сроки выполнения, год Сметная стоимость работ (без оборудования) , тыс. руб. 1. Разработка промышленной технологии производства биотоплива для дизельных двигателей на основе растительных масел за счет многофакторного импульсного энергетического воздействия. 1.1. Разработка технологии производства органических соединений с требуемыми свойствами, синтезируемых из продуктов обработки сложных эфиров глицерина и высших карбоновых кислот импульсными энергетическими воздействиями (механическими, акустическими, электромагнитными, тепловыми) и ее аппаратурное оформление. 1.1.1. Разработка технологии улучшения физико-химических свойств растительных масел за счет многофакторных импульсных воздействий. 1.1.2. Разработка технологии получения биодизеля за счет ускорения и снижения температуры реакции этерификации методом многофакторной импульсной энергетической обработки реакционной смеси. 1.2. Проведение квалификационной оценки эксплуатационных свойств синтезируемого биодизеля с применением физикохимических и моторных методов испытаний. 1.2.1. Определение физико-химических характеристик биодизеля и разработка соответствующих методик исследования. 1.2.2. Исследование влияния состава биодизеля на работу топливоподающей аппаратуры и разработка методики исследования. 2006 1980 1.2.3. Исследование влияния состава биодизеля на процесс топливоподачи и разработка методики исследования. 1.2.4. Исследование влияния состава биодизеля на показатели рабочего процесса дизеля, установление оптимальной структуры биотоплива и разработка соответствующих методик исследования. 1.2.5. Исследование характеристик впрыскивания биодизеля (геометрия факела распыливания струи топлива, дальнобойность и дисперсность капель биодита) и разработка соответствующих методик исследования. 1.2.6. Исследование характера закоксовывания сопловых отверстий распылителей форсунок при работе на биодизеле и разработка методики исследования. 1.2.7. Проведение стендовых испытаний биодизеля на двигателях Д-240 с определением мощностных, топливноэкономических и экологических показателей, исследование изменения мощности и удельного расхода топлива от варьирования угла опережения подачи и давления впрыска биодизеля с целью выявления их оптимумов, разработка соответствующих методик исследования. 1.2.8. Сертификация биодизеля как товарного топлива для дизельных двигателей. 2. Экспериментальные исследования по адаптации дизелей для работы на биодизеле. 2.1. Изучение особенности адаптации тракторных дизелей к работе на биодизеле в зависимости от конструктивных особенностей дизелей (предкамерные дизели, дизели с неразделенной камерой сгорания и др.) и разработка практических рекомендаций. 2.2. Изучение особенности адаптации автомобильных дизелей к работе на биодизеле в зависимости от их конструктивных особенностей и разработка практических рекомендаций. 2.3. Экспериментальные исследования эффективности работы полнометражных дизелей на биодизеле и разработка рекомендаций по конструктивным изменениям. 2.4. Разработка технологий хранения биодизеля, испытание прокладочных материалов для работы с биодизелем, возможные потери при хранении биодизеля, разработка присадок для повышения эффективности многолетнего хранения биодизеля. 3. Создание опытно-промышленной линии по производству биодизеля. 3.1. Разработка технического задания на изготовление опытнопромышленной линии для производства биодизеля. 3.2. Технико-экономическое обоснование оптимальной производительности опытно-промышленной линии для получения биодизеля. 3.3. Разработка рабочей документации на опытнопромышленную линию по производству биодизеля. 3.4. Изготовление опытно-промышленной линии по производству биодизеля. 4. Производство и продвижение на рынок биодизеля 4.1. Организация промышленного производства биодизеля по новой технологии. 2006 900 2007 2940 2008 2600 4.1.1. Формирование оборотных и эксплуатационных средств. Решение организационных вопросов. 4.1.2. Пуско-наладочные работы. 4.1.3. Производство опытных партий биодизеля. 4.2. Продвижение биодизеля на рынок. 4.3. Промышленное производство биодизеля. Всего по этапам работ 8420 Перечень необходимого оборудования для НИОКР приведен в Приложении 1. Оборудование и приборы, необходимые для работ по проекту «Разработка промышленной технологии получения дизельного топлива из растительных масел и адаптация двигателей к работе на биотопливе» 1. Установки: 1.1. Установка для определения цетанового числа дизельного топлива ИДТ-90. Изготовитель – Савеловское машиностроительное акционерное общество (ОАО «САВМА»). Стоимость установки составляет около 2000000 руб. 1.2. Установка для очистки дизельного топлива от воды и мехпримесей. Стоимость ~ 120000 руб. 1.3. Роторный импульсный кавитационный аппарат РИА-200. Стоимость ~ 120000 руб. 1.4. Газовый хроматограф. Стоимость ~ 150000 руб. 1.5. Аминокислотный анализатор. Стоимость ~ 870000 руб. 1.6. Установка калориметрическая для определения удельной теплоты сгорания. Стоимость ~ 850000 руб. 1.7. Аппарат для определения коксуемости нефтепродуктов. Стоимость ~ 50000 руб. 1.8. Прибор ДК-НАМИ для определения стабильности масел. Стоимость ~ 200000 руб. 1.9. Тормозная установка с балансирными машинами постоянного тока типа МПБ, укомплектованные агрегатом питания и рекуперации, и комплектом нагрузочных реостатов. Стоимость ~ 200000 руб. 1.10. Стенд для испытания форсунок. Стоимость ~ 120000 руб. Всего ~ 4680000 руб. 2. Оборудование для химанализов: 2.1. Стандартный аппарат для разгонки нефтепродуктов. Стоимость ~ 20000 руб. 2.2. Прибор для определения давления насыщенных паров. Стоимость ~ 560000 руб. 2.3. Аппарат для определения фазового соотношения пар-жидкость. Стоимость ~ 120000 руб. 2.4. Прибор для определения температуры воспламенения паров нефтепродуктов. Стоимость ~ 45000 руб. 2.5. Прибор для определения температуры помутнения и начала кристаллизации. Стоимость ~ 50000 руб. 2.6. Прибор для определения предельной температуры фильтруемости. Стоимость ~ 66000 руб. 2.7. Аппарат для определения коэффициента фильтруемости. Стоимость ~ 135000 руб. 2.8. Прибор для определения анилиновых точек. Стоимость ~ 240000 руб. 2.9. Аппарат для определения коксуемости по Конрадсону. Стоимость ~ 60000 руб. 2.10. Прибор для определения фактических смол. Стоимость ~ 39000 руб. 2.11. Прибор для определения серы ламповым методом. Стоимость ~ 2000 руб. 2.12. Прибор Пинкевича для определения коррозийности топлив. Стоимость ~ 240000 руб. 2.13. Центрифуга до 16000 об/мин. Стоимость ~ 38000 руб. 2.14. Магнитная мешалка. Стоимость ~ 3000 руб. 2.15. Морозильник (холодильная камера для получения льда). Стоимость ~ 50000 руб. 2.16. Термостат. Стоимость ~ 28000 руб. Всего ~ 1696000 руб. Итого ~ 6376000 руб.
