Об инвестиционном пилотном проекте «Энергетический комплекс переработки углеродосодержащего сырья (биомасса, древесные отходы,

Создание высокопроизводительного конкурентоспособного производственного энергетического комплекса, генерирующего электрическую и тепловую энергии, посредством технологии быстрого пиролиза древесных отходов.
Цели и задачи
Резюме Проекта
Электрическая энергия - кВт*ч (МВт*ч)
Тепловая энергия - ккал*ч (Гкал*ч или МВт*ч)
ООО «Торфяная Энергетическая Компания» (ООО «ТЭК»)
Проведен НИОКР;
Создан опытный образец УБП;
Получены патенты РФ на технологию и конструкции;
Одобрен Экспертным Советом ГК «Ростехнологии».
Продукция
Участники
Статус проекта

Резюме Проекта
Основные показатели проекта

Количество отходов деревообработки в РФ составляет более 70 млн. м3 /год ;
Актуальность проекта
Низкое выполнение расчетной лесосеки, захламленность и деградация лесов;
Большое количество низкокачественной древесины не имеющей спроса на рынке;
Постепенное истощение мировых запасов традиционных углеводородов и рост цен на них , вынуждает искать новые возобновляемые источники энергии.

Технология.
Пиролиз - термическая деструкция исходного вещества, при минимальном доступе кислорода.

Наряду с прямым сжиганием и газификацией пиролиз является эффективным методом термохимической переработки органических масс (ОМ), и одновременно одной из наименее развитых технологий энергетического использования природных и искусственных органических соединений.
Технология.
Пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода и происходит при относительно низких температурах (500-800 °С) по сравнению с процессами газификации (800-1300 °С) и горения (900-2000 °С).
Современные технологии пиролиза ОМ могут быть разделены по таким характерным признакам: скорость нагрева (быстрый - БП, медленный пиролиз - МП); среда, в которой происходит пиролиз (вакуумный, гидропиролиз, метанопиролиз).
В качестве сырья могут использоваться органика ТБО, древесные отходы, лигнин, целлюлоза, отходы сельского хозяйства, сырая нефть, тяжелые мазуты, битум, тяжелые продукты перегонки нефти, асфальт, отходы бумаги, осадки сточных вод, торф, бурые угли и т.д.

Технология.

1. Синтетическая нефть – углеводородная жидкая смесь (более 230 углеводородных химических соединений), предназначена либо для дальнейшей переработки на установках органического синтеза, с целью извлечения фракций моторных топлив и пищевых ароматических веществ или других ценных химических продуктов, либо для использования в системах ТЭЦ и котельных, взамен традиционных, полученных из сырой нефти.
Более высокая ценность отдельных химических продуктов, по сравнению с топливом, могла бы сделать выгодным извлечение этих продуктов, даже при их небольших концентрациях.
Технология.
Продукты быстрого пиролиза
2. Высокоуглеродистый материал (ВУМ) – твердое углистое вещество (с содержанием чистого углерода до 90%), предназначено для использования в металлургии (взамен кокса), химической, шинной и пищевой промышленностях, медицине (аналог активированным углям), в системах ЖКХ и энергетики (как высококалорийное топливо более 7 000 ккал/кг).

Технология.
Продукты быстрого пиролиза
3. Пиролизный газ - газовая смесь (CH4, CnHn, H2, CO, CO2, O2…) с теплотой сгорания до 24 МДж/м3 и предназначенная, для использования в энергетических системах и системах потребления газа, а также как исходное сырье для органического синтеза, с целью получения химических продуктов.
Возможность построения непрерывного производственного технологического процесса;
Двукратное снижение энергоемкости технологического процесса;
Более высокая управляемость температурными режимами пиролиза;
Более высокая энергетическая ценность продуктов пиролиза;
Более низкие эксплуатационные затраты;
Более низкая себестоимость выходных продуктов пиролиза;
Увеличенный срок службы оборудования;
Более высокое качество выходных продуктов пиролиза.
Преимущества БП над МП

Технология.
Сравнительная таблица существующих технологий БП
(по установкам БП, при производительности 10,0 т в сутки).

Технология.
Упрощенная структурная схема УБПТ

Потребители продукции.
ТЭЦ
Металлургические предприятия
Лакокрасочные предприятия
Шинные заводы
Химические комбинаты
Муниципальные котельные
Автотранспорт и моб. комплексы Предприятия АПК
Стекольные заводы

Субъекты, заинтересованные в участии и реализации проекта:
Администрации краев, областей, районов, муниципалитетов.
Потенциальные области применения:
Энергетика;
- ЖКХ;
- АПК;
- Утилизация промышленных и бытовых отходов;
Деревообрабатывающая промышленность.
Потенциальный круг потребителей.
Основными потребителями продуктов переработки углеродосодержащего сырья, способом быстрого пиролиза, являются:
1. "Синтетическая нефть":
предприятия нефте-химической промышленности;
предприятия органического синтеза;
авиа и автотранспортные предприятия;
ТЭЦ и котельные;
-предприятия использующие автономные комплексы и устройства, генерирующие электрическую и тепловую энергии.
2. "Высокоулеродистый материал":
металлургические комбинаты;
энергетические системы ЖКХ, АПК и т.п.;
предприятия выпускающие шинную продукцию;
предприятия фармацевтической промышленности;
предприятия пищевой промышленности и т.д.
3. «Синтез-газ»:
предприятия системы ЖКХ, АПК;
бытовые потребители;
промышленность;
энергосистемы и т.д.
4. "Тепловая энергия ":
предприятия промышленности и систем ЖКХ, АПК;
тепличные хозяйства;
предприятия рыбного хозяйства и туристического комплекса и т.д.
Потребители продукции.

Бурый уголь
Солома
Птичий помёт
Навоз КРС
Каменный уголь
Торф
Лигнин
Жом
Свиной навоз
Исходное сырьё БП.

Исходное сырьё БП.
Шламы
Санитарный лес
Отходы пластмасс
ТБО
Шелуха
Резинотехнические отходы
Биомасса
Иловые отложения
Бумажные отходы

Выход продуктов УБПТ.
Выход продуктов переработки исходного сланца, массой 1т.
Выход продуктов переработки исходных древесных отходов, массой 1т.

Выход продуктов переработки исходного бурого угля, массой 1т.
Выход продуктов переработки исходного каменного угля, массой 1т.
Выход продуктов УБПТ.

Выход продуктов переработки исходного угольного шлама, массой 1т.
Выход продуктов переработки исходного низинного торфа, массой 1т.
Выход продуктов УБПТ.

Органические компоненты синтетической нефти, из низинного торфа.
Состав продуктов УБПТ.

Сентез – газ.
Состав продуктов УБПТ.
Высокоуглеродистый материал (ВУМ).
Усредненная себестоимость продуктов БП торфа составила для:
- синтетической нефти – до 18,0 $ США за 1 т;
- синтез-газа – до 15,0 $ США за 1 000 куб. м;
- высокоуглеродистого материала (ВУМ) – до 20,0 $ США за 1 т;
- эквивалентной тепловой энергии – до 3,0 $ США за 1 Гкал.

Конструкция УБП.
Модель УБП (3D).
5
7
1
2
8
3
6
1 – Блок подготовки и подачи сырья.
2 – Блок вибрац. сушилки кипящего слоя.
3 – Центробежные циклоны.
4 – Винтовой питатель.
5 – Блок реактора быстрого пиролиза.
6 – Теплообменник.
7 – Блок ректификации.
8 – Сборник ВУМ
4
Сырье
Синтез-газ
Синтетическая нефть
Воздушная смесь

Конструкция УБП.
Конструкционные виды УБП.

Конструкция УБПТ.
Вид УБПТ – 001.
Вид реактора УБПТ – 001.

Конструкция УБПТ.
Вид сушилки УБПТ – 001.
Вид реактора УБПТ – 001.

Основные технические характеристики УБПДО – 020.
Конструкция УБП.

Сравнительная себестоимость 1,0 Гкал экв. тепловой энергии.
[руб./Гкал]
80
300
700
200

Преимущества УБПТ перед существующими аналогами.
Влияние относительной влажности на характеристики процесса.
На рис. 1 изображено зависимости степени конверсии углерода и водорода от относительной влажности древесины, без доступа кислорода.
На рис. 2 приведены зависимости выхода синтез-газа и энергозатрат, на его получение, с ростом влажности древесного сырья.

Действующая опытно-промышленная установка УБПТ-001 имеет существенные преимущества перед зарубежными аналогами:
1. Зарубежные аналоги используют передачу тепловой энергии посредством вносимого в реактор твердого тела - кварцевого песка, который предварительно необходимо нагреть до требуемой температуры, что требует дополнительных затрат тепловой энергии (примерно 30% от полученной в технологическом процессе). Кроме того, такой теплообмен требует необходимого количества тепловой энергии с целью поддержания температурного режима в самом реакторе, что в конечном итоге приводит к тому, что выделившаяся полезная тепловая энергия экзотермического процесса пиролиза нивелируется, а также встает задача разделения продуктов пиролиза и самого теплоносителя – кварцевого песка, для его очистки и вторичного использования, что в свою очередь, требует дополнительного дорогостоящего оборудования, а следовательно и финансовых затрат – как первоначальных капитальных, так и эксплуатационных (увеличение себестоимость конечной продукции).
УБПТ-001 использует в реакторе абляцию, посредством неподвижной пластины, и, соответственно, нет необходимости ни в дополнительном оборудовании, ни в подводе дополнительной тепловой энергии из вне;
2. Зарубежные аналоги, по технологическим причинам, используют в реакторах режимы кипящего или циркулирующего кипящего слоя, что требует носитель (инертный газ или воздух), причем подогретый до рабочей температуры реактора, а это приводит к смазыванию чистоты синтеза выходных углеводородов, а также требует не только дополнительной тепловой энергии, но и оборудования, что увеличивает начальные капитальные вложения и эксплуатационные расходы.
Преимущества УБПТ перед существующими аналогами.

УБПТ-001 использует в реакторе режим «своего газа» и соответственно не требует дополнительно ни тепловой энергии, ни инертного носителя, а следовательно, и дополнительного оборудования;
3. Зарубежные аналоги не используют предварительную сушку исходного материала, что приводит к потерям тепловой энергии (в реакторе) на выпаривание воды, а также приводит к значительному присутствию водяных растворов в продуктах быстрого пиролиза.
УБПТ-001, по своему технологическому процессу, использует предварительную сушку исходного материала, для чего задействует часть тепловой энергии выходного пиролизного газа, т.е. «бесплатно». Конечно, это требует дополнительного оборудования, но это дает значительный выигрыш в чистоте выходных продуктов БП, а также приводит к снижению энергозатрат внутри реактора БП, что, в конечном итоге, значительно снижает себестоимость продукции;
3. Зарубежные аналоги, внутри реактора, применяют подвижные устройства и механизмы, что, в условиях повышенных температур, существенно снижает надежность непрерывной работы и уменьшает наработку на отказ.
В УБПТ-001, внутри реактора БП, нет подвижных устройств и механизмов, следовательно существенно выше надежность работы всей установки БП;
4. Зарубежные аналоги, вследствие применения своей технологии быстрого пиролиза, совершенно не замечают такой фактор быстрого пиролиза – экзотермический характер взрывного фазового перехода, что приводит к потере такой товарной продукции, как дополнительная тепловая энергия.
Данный фактор учитывается в УБПТ-001, что позволяет проводить процесс БП без подвода внешней тепловой энергии и даже отводить ее излишек, посредством внешних водяных контуров управления, из реактора в виде перегретого пара;
5. Начальные капитальные вложения и эксплуатационные расходы зарубежных аналогов, более чем в 2 раза, превосходят УБПТ-001.
Так стоимость комплекса УБП, годовой перерабатываемой мощностью 20 тыс. т,
составляет:
BTG – 5 000,0 тыс. $ US;
-УБПТ – 1 000,0 тыс. $ US.
Таким образом, экономическая эффективность УБПТ-001 выше зарубежных аналогов.
Преимущества УБПТ перед существующими аналогами.

Генерация.
Предлагается когенерацию осуществлять на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепловой энергии. Источниками внешней тепловой энергии являются продукты быстрого пиролиза УБПДО-020 (синтетическая нефть, синтез-газ, ВУМ, перегретый пар и воздушно-газовая смесь от вибрационной сушилки кипящего слоя).
Автономная энергетическая установка на базе РЛДВПТ.

Генерация.
Преимущество генерации на РЛДВПТ.

Генерация.
Преимущество генерации на РЛДВПТ.

Перспективные направления развития проекта.
Ориентация проекта на выпуск продукции, популярность которой в мире постоянно растет, а полезные свойства, в сочетании с невысокой стоимостью, позволяют решать потребителям остро стоящие перед ними проблемы, в том числе по снижению себестоимости своей продукции, все это позволяет сделать вывод о перспективе расширения развития данного проекта. Предлагаемый проект перспективен с точки зрения количественного роста и качественного совершенствования.
Количественный рост предполагает:
- Наращивание годовой мощности переработки исходного сырья и когенерации;
- Масштабирование, тиражирование и реализацию проекта в различных регионах РФ и мира;
- Расширение географии сбыта выпускаемой в рамках проекта продукции;
Расширение базы исходного сырья (торф, сланцы, бурые и каменные угли, биомасса, промышленные и бытовые отходы, отходы КРС и птичий помет и т.д.);
- Продажа лицензий на технологии и конструкции УБП.
Качественное развитие проекта предполагает:
- Освоение технологий более углубленной переработки продуктов БП, с получением моторных топлив и ароматических веществ;
- Создание автономных мобильных комплексов по переработке различных исходных веществ методом БП и генерации энергий;
- Создание бытовых автономных комплексов, для использования в жилищном секторе.

ООО «ТЭК» - Генеральный разработчик и Ген. подрядчик проекта, патентодержатель на основе Договоров исключительного права.
www.tek.su,
[email protected]
, [phone], Москва, ул. Правды, 21.
Генеральный директор ООО «ТЭК» - Д.т.н. Владимир А. Котельников.
Исполнители проекта.
Основные исполнители.
Соисполнители исполнители:
- РНЦ «Курчатовский Институт» РАН (расчеты теплообменных процессов и аппаратов);
- Вычислительный центр РАН (математическое моделирование процессов);
- РХТУ им. Д.И. Менделеева (проведение физико-химических анализов веществ);
- Псковский государственный политехнический университет (генерация и когенерация энергий);
- инженерный центр МАИ (конструирование аппаратов, разработка АСУ и АСУТП);
- ОАО «Ивантеевский завод Мельмаш» (изготовление подающих и дозирующих устройств);
- ЗАО «Кислородмонтаж» (изготовление оригинального оборудования и монтаж установок) и др.