RU2378380C1 - Biofuel production method - Google Patents
Biofuel production method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378380C1 RU2378380C1 RU2008116917/13A RU2008116917A RU2378380C1 RU 2378380 C1 RU2378380 C1 RU 2378380C1 RU 2008116917/13 A RU2008116917/13 A RU 2008116917/13A RU 2008116917 A RU2008116917 A RU 2008116917A RU 2378380 C1 RU2378380 C1 RU 2378380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microorganisms
- reactor
- methane
- contents
- biofuel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам переработки органического сырья, в т.ч. отходов производства для получения биотоплива с помощью микроорганизмов, и решает задачу расширения номенклатуры сырья для получения биотоплива, повышения степени переработки сырья, выхода продукта и улучшения показателей его качества. Оно может найти применение в агропромышленном комплексе, на предприятиях коммунального хозяйства, при производстве альтернативного топлива.The invention relates to methods for processing organic raw materials, including waste products for biofuel production using microorganisms, and solves the problem of expanding the range of raw materials for biofuel production, increasing the degree of processing of raw materials, product yield and improving its quality indicators. It can find application in the agricultural sector, in utilities, in the production of alternative fuels.
В настоящее время в связи с постоянным подорожанием энергоресурсов повышается актуальность производства биотоплива, особенно для развития так называемой малой энергетики агропромышленного комплекса (АПК) России. Для сельхозпроизводителей при получении биотоплива из органического сырья наиболее доступны растительные ресурсы.Currently, due to the constant rise in price of energy resources, the relevance of biofuel production is increasing, especially for the development of the so-called small-scale energy of the agro-industrial complex (AIC) of Russia. For agricultural producers, when obtaining biofuels from organic raw materials, the most accessible plant resources.
Известны следующие растительные источники, используемые для получения биотоплива: древесина, отходы ее переработки (опилки, стружка), отходы растительной продукции, рапсовое масло, биомасса сорго (Технологии использования растительных ресурсов в качестве альтернативных источников энергии АПК России: Б.Н.Малиновский, ВНИИ растительности им. Н.И.Вавилова; Е.В.Кожура, ОАО «ATM»).The following plant sources are known that are used to produce biofuels: wood, waste from its processing (sawdust, shavings), waste from plant products, rapeseed oil, sorghum biomass (Technologies for using plant resources as alternative energy sources of the Russian agricultural sector: B.N. Malinovsky, VNII vegetation named after N.I. Vavilov; E.V. Kozhur, OJSC “ATM”).
Недостаток растительного сырья обуславливает расширение площадей посева новых сортов растений, например сорго. Так, созданный наиболее урожайный сорт сорго Север-5 позволяет получать биомассы от 37 до 110 т/га. При средней урожайности данного сорта 60 т/га можно получать 4 т/га этанола. Большое внимание уделяется производству для получения биотоплива рапса. Однако для выращивания указанных растений требуется использование значительных площадей с высококачественными почвами, в основном в южных областях России.The lack of plant materials causes the expansion of the area under sowing of new plant varieties, such as sorghum. Thus, the most productive variety of sorghum Sever-5, created, allows biomass production from 37 to 110 t / ha. With an average yield of this variety of 60 t / ha, 4 t / ha of ethanol can be obtained. Much attention is paid to the production of biofuel for rapeseed. However, the cultivation of these plants requires the use of large areas with high-quality soils, mainly in the southern regions of Russia.
Уникальная способность бактерий синтезировать углеводороды описана в работе Э.Г.Дедюхина, В.К.Ерошина «Биосинтез углеводородов микроорганизмами» (Успехи современной биологии АН СССР, 1973 г., т.76, вып.3/61, с.351…361).The unique ability of bacteria to synthesize hydrocarbons is described in the work of E.G.Dedyukhin, V.K. Eroshin, “Hydrocarbon biosynthesis by microorganisms” (Achievements of Modern Biology, USSR Academy of Sciences, 1973, v. 76, issue 3/61, p. 351 ... 361 )
Известен способ переработки угля с помощью микроорганизмов с получением биогаза, переработку угля ведут в открытой проточной системе, где культивируются микроорганизмы. Недостатком этого способа получения биотоплива является сложность и многостадийность конверсии угля, ограниченная доступность используемого сырья для большинства малых сельскохозяйственных предприятий (Патент RU 2248398 С1).A known method of processing coal using microorganisms to produce biogas, coal processing is carried out in an open flow system, where microorganisms are cultivated. The disadvantage of this method of producing biofuel is the complexity and multi-stage conversion of coal, the limited availability of the raw materials used for most small agricultural enterprises (Patent RU 2248398 C1).
Известен микробиологический способ получения углеводородных фракций из измельченного сырья с использованием бактерий Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus и др. (Патент RU 2180919 С1). В способе получают ценное нефтехимическое вещество: бензиновые и дизельные фракции, мазут и т.д. Исходным сырьем являются гумины, каменные и бурые угли, торф, а донорами водорода могут быть фенол, крезол. Максимальный выход продуктов 90% от массы сырья. Этот способ выбран прототипом предлагаемого.A known microbiological method for producing hydrocarbon fractions from crushed raw materials using bacteria Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus and others (Patent RU 2180919 C1). In the method, a valuable petrochemical substance is obtained: gasoline and diesel fractions, fuel oil, etc. The raw materials are humins, hard and brown coals, peat, and phenol, cresol can be hydrogen donors. The maximum yield of products is 90% of the mass of raw materials. This method is selected as the prototype of the proposed.
Недостатками способа-прототипа является продолжительность и сложность адаптации к угольно-торфяным средам культуры бактерий, ограниченность используемого сырья для предприятий АПК, относительно невысокий выход биотоплива из неугольного сырья, так, из 1 т торфа можно получать лишь 200 кг широкой фракции углеводородов (20%). Причем в жидкой фракции до 20% может составлять выход токсичного фенола.The disadvantages of the prototype method are the duration and complexity of adapting bacterial culture to coal-peat environments, the limited raw materials used for agricultural enterprises, the relatively low yield of biofuel from non-coal raw materials, so from 1 ton of peat you can get only 200 kg of a wide fraction of hydrocarbons (20%) . Moreover, the yield of toxic phenol in the liquid fraction can be up to 20%.
Сложность адаптации микроорганизмов обусловлена в основном наличием каменного угля. Снижение выхода метановой или бензиновой составляющих продуктов вызвана образованием с последующим выбросом углекислого газа, расхода углерода на образование фенола, крезона, твердых парафинов, не представляющих интересов в качестве биотоплива.The complexity of the adaptation of microorganisms is mainly due to the presence of coal. The decrease in the yield of methane or gasoline constituent products is caused by the formation with subsequent emission of carbon dioxide, carbon consumption for the formation of phenol, creson, paraffins, which are not of interest as biofuel.
В основу изобретения положена задача разработать способ получения биотоплива, который позволил бы существенно расширить номенклатуру использования широко доступного для предприятий АПК растительного сырья и повысить выход биотоплива и его качества за счет снижения серы, фенола и повышения содержания углеводородов, имеющих высокое октановое число.The basis of the invention is the task of developing a method for producing biofuel, which would significantly expand the range of use of plant materials widely available for agricultural enterprises and increase the yield of biofuel and its quality by reducing sulfur, phenol and increasing the content of hydrocarbons having a high octane number.
Технически решается задача тем, что предлагается способ получения биотоплива, включающий обработку измельченного исходного сырья микрорганизмами в присутствии соединений, являющихся донорами водорода, отличающийся тем, что в качестве сырья используют растение эйхорнию и ее смеси с торфом, лигнином и со сбраженной навозной жижей, содержимым желудка животных, активным илом метантенка, которые включают метаногенные микроорганизмы с культуральной средой на основе фосфатно-хлоридно-карбонатного буфера, а также катализаторы интенсификации процесса выделения биогаза в виде отходов переработки древесины, содержащих гуматы и целлюлозу и/или отходы сахарного производства, процесс ведут при температуре от 15 до 70°С в анаэробных или аэробных условиях, отбирают синтезированный метан, а образующийся диоксид углерода оставляют в реакторе, в который добавляют доноры водорода, гуминовые соединения, микроорганизмы вида Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus, содержимое перемешивают и процесс далее ведут при температуре от 3 до 60°С и рН=5…9, из полученной водно-углеродной смеси отделяют биотопливо путем отстаивания, сепарации, дистилляции или деэмульгирования.The problem is technically solved by the fact that a method for producing biofuel is proposed, which includes treating the crushed feedstock with microorganisms in the presence of compounds that are hydrogen donors, characterized in that the plant uses eichornia and its mixtures with peat, lignin and digested slurry containing stomach contents animals, activated sludge methane tank, which include methanogenic microorganisms with a culture medium based on phosphate-chloride-carbonate buffer, as well as intensification catalysts and the process of biogas extraction in the form of wood processing waste containing humates and cellulose and / or sugar production waste, the process is carried out at a temperature of 15 to 70 ° C under anaerobic or aerobic conditions, the synthesized methane is removed, and the resulting carbon dioxide is left in the reactor, in which is added by hydrogen donors, humic compounds, microorganisms of the species Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus, the contents are mixed and the process is then carried out at a temperature of 3 to 60 ° C and pH = 5 ... 9, the biofuel is separated from the resulting water-carbon mixture in by settling, separation, distillation or demulsification.
Растение эйхорния предлагается в качестве основного сырья для получения биотоплива по следующей причине. Это водное растение в условиях России размножается вегетативно. Активная вегетация происходит при температуре выше 16°С. На юге страны вегетация на открытых водных площадях продолжается до 9 месяцев. В водах средней полосы и северных районах - от 4 до 7 месяцев. Кратковременные похолодания до 6°С растение успешно переносит в частично защищенных от ветра водоемах. Эйхорния зарекомендовала себя как эффективный очиститель водоемов от различных загрязнителей: нефтепродуктов, фенола, фосфатов, сульфатов, аминов, поверхностно-активных веществ, жиров и др. В средних и северных районах ее культивируют рассадой, сохраняемой в зимнее время в теплом помещении. Это растение имеет чрезвычайно высокую способность к размножению. Одно растение за 30 суток способно образовать более 400 вегетативных отростков. Один гектар водной поверхности, размещающий эйхорнию, экономит до 8…10 га земли. Каждый гектар прудов-отстойников за летний сезон может дать от 25 до 500 тонн зеленой массы, которая примерно на 60% включает клетчатку, протеин, жиры, аминокислоты, калий, фосфор, кальций и др. (А.Дмитриев. Информационный обзор способов очистки вод с применением эйхорнии (водного гиацинта): М., Общественный фонд «Социнновация», 1998 г.). При урожайности эйхорнии 400 т/га один гектар водной поверхности может в среднем заменить 6,6 га пашни, на которой выращивают сорго, при средней урожайности сорго 60 т/га. Применение эйхорнии в качестве сырья для получения биотоплива расширит интерес к повышенному ее использованию в качестве дешевого и доступного очистителя водоемов.Eichornia plant is proposed as the main raw material for biofuel production for the following reason. This aquatic plant in Russia propagates vegetatively. Active vegetation occurs at temperatures above 16 ° C. In the south of the country, vegetation in open water areas lasts up to 9 months. In the waters of the middle zone and northern regions - from 4 to 7 months. The plant successfully tolerates short-term cooling to 6 ° C in partially protected from the wind ponds. Eichornia has established itself as an effective cleaner of water bodies from various pollutants: oil products, phenol, phosphates, sulfates, amines, surfactants, fats, etc. In the middle and northern regions it is cultivated with seedlings stored in a warm room in winter. This plant has an extremely high ability to reproduce. One plant in 30 days is able to form more than 400 vegetative processes. One hectare of water surface, accommodating eichhoria, saves up to 8 ... 10 ha of land. Each hectare of settling ponds during the summer season can produce from 25 to 500 tons of green mass, which includes about 60% fiber, protein, fats, amino acids, potassium, phosphorus, calcium, etc. (A. Dmitriev. Information review of water treatment methods with the use of eichhornia (water hyacinth): M., Social Fund "Socinization", 1998). With an eichhornia yield of 400 t / ha, one hectare of the water surface can on average replace 6.6 ha of arable land where sorghum is grown, with an average sorghum yield of 60 t / ha. The use of eichornia as a raw material for biofuel production will expand interest in its increased use as a cheap and affordable water purifier.
Применение торфа обусловлено его доступностью, дешевизной и хорошей способностью к микробиологической переработке в газообразное или жидкое топливо. Лигнин является крупнотоннажным отходом целлюлозно-бумажных комбинатов, накоплены большие его запасы и он легко поддается микробиологической переработке.The use of peat is due to its availability, cheapness and good ability for microbiological processing into gaseous or liquid fuels. Lignin is a large-tonnage waste from pulp and paper mills, its large reserves are accumulated and it is easily amenable to microbiological processing.
Выбранные типы микроорганизмов являются доступными и эффективными для получения биотоплива из органического сырья.Selected types of microorganisms are affordable and effective for obtaining biofuels from organic raw materials.
Процесс получения биотоплива включает два этапа, отличающихся в основном используемыми микроорганизмами. Микроорганизмы, содержащиеся в сбраженной навозной жиже или в иле метантенка, способствуют увеличению выхода метана и легкой фракции жидких углеводородов. Микроорганизмы второго этапа, а именно Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus, применяемые в любых соотношениях, являются эффективными по восстановлению СО2 в СН4 в присутствии веществ-доноров водорода и деструкции органических высокомолекулярных веществ. Возможно использование других микроорганизмов, не уступающих по эффективности указанным.The process of obtaining biofuels includes two stages, differing mainly in the microorganisms used. Microorganisms contained in fermented slurry or sludge digester, increase the yield of methane and light fraction of liquid hydrocarbons. The microorganisms of the second stage, namely Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus, used in any ratios, are effective in reducing CO 2 in CH 4 in the presence of hydrogen donor substances and destruction of organic macromolecular substances. It is possible to use other microorganisms that are not inferior in effectiveness to those indicated.
В качестве катализаторов получения метана рекомендованы отходы переработки древесины, в частности лигнин, и отходы выращивания и переработки сахарной свеклы. Их выбор обусловлен экспериментально установленной эффективностью. Могут использоваться другие вещества, содержащие целлюлозу, ее производные, глюкозу, фруктозу.As catalysts for the production of methane, waste from wood processing, in particular lignin, and waste from growing and processing sugar beets are recommended. Their choice is due to experimentally established efficiency. Other substances containing cellulose, its derivatives, glucose, fructose can be used.
В качестве микроорганизмов на первом этапе применяют метаногенные культуры, полученные сбраживанием навозной жижи, содержимого желудка животных, преимущественно крупного рогатого скота и активного ила метантенка. Расход сбраженного субстракта экспериментально обоснован равным от 10 до 30% от сухой массы сырья. В качестве культурального состава применяют фосфатно-хлоридно-карбонатный буфер, содержащий г/л: K2HPO4 - 0,02; (NH4)CO3 - 0,01; MgCl2 - 0,2; CaCl2 - 0,4; NH4OH - 0,04. С помощью NH4OH или HNO3 устанавливают рН≈7,3…7,7. Сбраженный субстракт состоит из 10…30% мас. навозной жижи и содержимого желудка и/или до 70% ила метантенка. Процесс получения метана рекомендуется вести при температуре 15…70°С, преимущественно 40…50°С, так как в этом интервале процесс по выходу метана и времени переработки сырья наиболее эффективен.At the first stage, microorganisms are used methanogenic cultures obtained by fermentation of slurry, contents of the stomach of animals, mainly cattle and activated sludge methane tank. The consumption of fermented substrate is experimentally justified equal to from 10 to 30% of the dry weight of the raw material. As the cultural composition used phosphate-chloride-carbonate buffer containing g / l: K 2 HPO 4 - 0.02; (NH 4 ) CO 3 0.01; MgCl 2 0.2; CaCl 2 - 0.4; NH 4 OH - 0.04. Using NH 4 OH or HNO 3 set pH ≈ 7.3 ... 7.7. Fermented extract consists of 10 ... 30% wt. slurry and stomach contents and / or up to 70% sludge digester. The process of methane production is recommended to be carried out at a temperature of 15 ... 70 ° C, mainly 40 ... 50 ° C, since in this interval the process for the release of methane and the processing time of the raw material is most effective.
Жидкий углеводород, например керосин, добавляют для впитывания получаемого жидкого биотоплива.A liquid hydrocarbon, such as kerosene, is added to absorb the resulting liquid biofuel.
Образующийся диоксид углерода отделяют от метана пропусканием полученной газовой среды через сорбенты, поглощающий СО2 раствор, содержащий культуральную жидкость, или с помощью мембраны, пропускающей метан, но задерживающей диоксид углерода. Возвращение диоксида углерода обратно в реактор, присутствие в реакторе веществ-доноров водорода и указанных выше микроорганизмов обеспечивают увеличение выхода метана за счет восстановления диоксида углерода.The resulting carbon dioxide is separated from methane by passing the resulting gaseous medium through sorbents, a CO 2 absorbing solution containing the culture fluid, or using a membrane that passes methane but retains carbon dioxide. The return of carbon dioxide back to the reactor, the presence of hydrogen donor substances and the above microorganisms in the reactor provide an increase in methane yield due to the reduction of carbon dioxide.
Получаемый метан собирают, измеряют его объем и вычисляют его массу. Примерно при 50…60% выхода метана по сухой сырьевой массе переходят ко второму этапу.The resulting methane is collected, its volume is measured and its mass is calculated. At about 50 ... 60% methane yield by dry raw material mass proceed to the second stage.
Переход ко второму этапу может сопровождаться прерыванием процесса охлаждения реактора до 5…10°С с последующим внесением в реактор веществ-доноров водорода: азотная, серная, уксусная, сульфаминовая кислоты, амины, гидриды, порошки активных металлов и др. Продолжают процесс при 3…60°С, преимуществено при 15…20°С и рН=5…9. Время протекания обоих этапов процесса от 7 до 20 суток. Из полученной в реакторе водно-углеродной смеси биотопливо отделяют путем отстаивания, дистилляции, сепарации или деэмульгирования, используя один или комбинацию нескольких методов.The transition to the second stage may be accompanied by an interruption of the reactor cooling process to 5 ... 10 ° С followed by the introduction of hydrogen donor substances into the reactor: nitric, sulfuric, acetic, sulfamic acids, amines, hydrides, powders of active metals, etc. The process is continued at 3 ... 60 ° C, mainly at 15 ... 20 ° C and pH = 5 ... 9. The duration of both stages of the process is from 7 to 20 days. From the water-carbon mixture obtained in the reactor, biofuel is separated by sedimentation, distillation, separation or demulsification using one or a combination of several methods.
Возможно проведение процесса без остановки в непрерывном режиме, периодически добавляя вначале ингредиенты первого этапа, затем - второго. Возможна организация второго этапа в другом реакторе. В этом случае содержимое первого реактора периодически после отбора основной массы получаемого метана перегружают во второй реактор.It is possible to carry out the process without stopping in a continuous mode, periodically adding first the ingredients of the first stage, then the second. The organization of the second stage in another reactor is possible. In this case, the contents of the first reactor periodically after the selection of the bulk of the obtained methane are loaded into the second reactor.
Основными выполняемыми операциями при осуществлении способа являются:The main operations performed during the implementation of the method are:
измельчение исходного сырья эйхорнии, торфа до размеров 0,4…0,5 см;grinding of the raw materials of Eichornia, peat to the size of 0.4 ... 0.5 cm;
загрузка в реактор исходного углеводорода, измельченного сырья, метаногенной жидкости с культуральной средой на основе фосфатно-хлоридно-карбонатного буфера. Метаногенную жидкость получают сбраживанием навозной жижи, содержимого желудка скота и/или ила метантенка;loading into the reactor the initial hydrocarbon, ground raw materials, methanogenic liquid with a culture medium based on phosphate-chloride-carbonate buffer. Methanogenic liquid is obtained by fermentation of slurry, livestock stomach and / or sludge digester;
введение катализаторов интенсификации процесса выделения биогаза, представляющих собой отходы переработки древесины, содержащие целлюлозу, гуматы, лигнин и т.д. и/или отходы сахарного производства, например остатки свеклы, некондиционной патоки и т.д.;the introduction of catalysts for the intensification of the biogas separation process, which is wood processing waste containing cellulose, humates, lignin, etc. and / or sugar production waste, for example, beet residues, substandard molasses, etc .;
продувка реактора азотом или воздухом и пятиминутное перемешивание реакционной массы;purging the reactor with nitrogen or air and five minute stirring of the reaction mass;
поддержание в реакторе анаэробных или аэробных условий при температуре 15…70°С, периодически через 2…3 часа перемешивая содержимое реактора;maintaining in the reactor anaerobic or aerobic conditions at a temperature of 15 ... 70 ° C, periodically after 2 ... 3 hours mixing the contents of the reactor;
отбор синтезированного метана, выделение диоксида углерода и оставление или возвращение его в реактор;the selection of synthesized methane, the allocation of carbon dioxide and leaving or returning it to the reactor;
добавление в реактор веществ-доноров водорода (гуминовые соединения, кислоты, амины, гидриды, порошки металлов и др.) в смеси или в отдельности;adding hydrogen donor substances (humic compounds, acids, amines, hydrides, metal powders, etc.) to the reactor in a mixture or separately;
введение в реактор микроорганизмов: Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus с культуральной средой на основе фосфатно-хлоридно-карбонатного буфера, перемешивание содержимого реактора;introducing into the reactor microorganisms: Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus with a culture medium based on phosphate-chloride-carbonate buffer, mixing the contents of the reactor;
поддержание условий процесса: температуры 2…60°С, рН=5…9;maintaining process conditions: temperature 2 ... 60 ° C, pH = 5 ... 9;
отделение жидкой фракции углеводородов путем отстаивания, сепарации, дистилляции или деэмульгирования.separation of the liquid hydrocarbon fraction by sedimentation, separation, distillation or demulsification.
Пример 1. В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 1 дм3 помещают 0,2 кг измельченной травы огородной (мокрица, лебеда, осот и др.), 0,05 кг торфа верхового, 0,05 кг бурого угля, добавляют 5% водный раствор азотной (или уксусной) кислоты, 0,1 дм3 керосина. Содержимое колбы продувают азотом, удаляя из колбы кислород. Затем вносят смесь бактерий вида Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus, предварительно адаптированных к углеводородным средам, с фосфатно-хлоридно-карбонатным буфером, обеспечивая их концентрацию не ниже 104 бактерий на 1 см3 среды. Содержимое колбы тщательно перемешивают в начале процесса и в его ходе 4…5 мин через каждые 2…3 ч, обеспечивают рН содержимого колбы равным 6…9. В колбу устанавливают термометр и присоединяют к ней приемник метана, снабженный прибором, измеряющим объем выделившегося биогаза. Колбу помещают в водяную баню и поддерживают температуру процесса 20°С. Превращение сырья в углеводородное горючее начинается через 5…6 час, формирование жидкой углеводородной массы заканчивается через 10 суток.Example 1. In a three-necked round-bottom flask with a capacity of 1 dm 3, 0.2 kg of chopped garden grass (wood lice, quinoa, sow thistle, etc.), 0.05 kg of peat, 0.05 kg of brown coal are added, 5% aqueous nitrogen solution is added (or acetic) acid, 0.1 dm 3 kerosene. The contents of the flask are purged with nitrogen, removing oxygen from the flask. Then a mixture of bacteria of the species Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus, preliminarily adapted to hydrocarbon media, with phosphate-chloride-carbonate buffer is introduced, providing a concentration of not less than 10 4 bacteria per 1 cm 3 of medium. The contents of the flask are thoroughly mixed at the beginning of the process and during its 4 ... 5 min every 2 ... 3 hours, provide a pH of the contents of the flask equal to 6 ... 9. A thermometer is installed in the flask and a methane receiver is attached to it, equipped with a device that measures the volume of biogas released. The flask was placed in a water bath and the process temperature was maintained at 20 ° C. The conversion of raw materials into hydrocarbon fuel begins in 5 ... 6 hours, the formation of liquid hydrocarbon mass ends in 10 days.
Выход составляет от сухой массы исходного сырья в % мас.: по метану 28, ароматическим углеводородам 32, нафтеновым 27, твердым парафинам 5. Общий выход газообразного и жидкою топлив равняется 87% мас.The yield is from the dry weight of the feedstock in wt%: methane 28, aromatic hydrocarbons 32, naphthenic 27, paraffin wax 5. The total yield of gaseous and liquid fuels is 87% wt.
Содержание фенола в жидкой углеводородной фракции составляет 15% мас. В бензиновой фракции содержание изопарафиновых углеводородов и низшей ароматики равно 37%.The phenol content in the liquid hydrocarbon fraction is 15% wt. In the gasoline fraction, the content of isoparaffin hydrocarbons and lower aromatics is 37%.
Плотность жидкой фракции при 20°С равна 0,94 г/см3.The density of the liquid fraction at 20 ° C is 0.94 g / cm 3 .
Вязкость условная 13,6 сСт (80°С).Conventional viscosity 13.6 cSt (80 ° C).
Содержание серы 3,0% мас.The sulfur content of 3.0% wt.
Теплота сгорания жидкой фракции 9800 ккал/кг.The calorific value of the liquid fraction is 9800 kcal / kg.
Пример 2. В колбу по примеру 1 помещают 0,20 кг измельченного растения эйхорнии (водного гиацинта), торфа верхового 0,1 кг (влажность сырья 27% мас.), 0,1 дм3 керосина. Содержимое колбы продувают азотом, удаляя из колбы кислород. Затем вносят в колбу 0,1 кг массы, содержащей метаногенные микрорганизмы, полученные сбраживанием навозной жижи и активного ила метантэнка, а также содержимого коровьего желудка. Содержимое колбы перемешивают по примеру 1, устанавливают рН=7,3…7,7, добавляют культуральную жидкость на основе фосфатно-хлоридно-карбонатного буфера (50 см3 водного раствора концентрацией 0,2%). Соотношение навозной жижи вместе с содержимым желудка животного и сбраженного ила метантенка 20:80. Колбу помещают в водяную баню и поддерживают температуру процесса 50±2°С.Example 2. In a flask according to example 1, 0.20 kg of a crushed plant of eichhornia (water hyacinth), peat 0.1 kg (moisture content of raw materials 27% by weight), 0.1 dm 3 kerosene are placed. The contents of the flask are purged with nitrogen, removing oxygen from the flask. Then, 0.1 kg of the mass containing methanogenic microorganisms obtained by fermentation of slurry and activated sludge of methane tank, as well as the contents of the cow’s stomach, is introduced into the flask. The contents of the flask are mixed according to Example 1, the pH is adjusted to 7.3 ... 7.7, the culture fluid based on phosphate-chloride-carbonate buffer (50 cm 3 of an aqueous solution of 0.2% concentration) is added. The ratio of slurry along with the contents of the stomach of the animal and digested sludge digester 20:80. The flask is placed in a water bath and the process temperature is maintained at 50 ± 2 ° C.
Превращение сырья в биогаз начинается через 6…7 час, его собирают в приемнике. Полученный биогаз пропускают через поглотитель диоксида углерода (сорбционный фильтр). При количестве биогаза, равном 50…55% от сухой массы исходного сырья, колбу охлаждают до 5…10°С, добавляют разбавленный в 50 раз раствор культуральной жидкости на основе фосфатно-хлоридно-карбонатного буфера через фильтр, содержащий диоксид углерода, и возвращают его в колбу в виде карбонат-иона, вносят 0,05 кг лигнина (продукт гидролиза древесины), 0,05 кг свекловичной ботвы, вносят микроорганизмы Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus. Перемешивают содержимое колбы и процесс ведут при 20±2°С в течение 10 суток.The conversion of raw materials into biogas begins after 6 ... 7 hours, it is collected in a receiver. The resulting biogas is passed through a carbon dioxide absorber (sorption filter). When the amount of biogas equal to 50 ... 55% of the dry weight of the feedstock, the flask is cooled to 5 ... 10 ° C, 50 ml diluted solution of the culture fluid based on phosphate-chloride-carbonate buffer through a filter containing carbon dioxide is added and returned 0.05 kg of lignin (a product of wood hydrolysis), 0.05 kg of beet tops, and microorganisms Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus are introduced into the flask in the form of a carbonate ion. The contents of the flask are stirred and the process is carried out at 20 ± 2 ° C for 10 days.
Выход от сухой массы используемого сырья составляет, % мас.: по метану 75, ароматическим углеводородам - 15, нафтеновым - 8, твердым парафинам - 15.The yield from the dry weight of the raw materials used is,% wt .: on methane 75, aromatic hydrocarbons - 15, naphthenic - 8, solid paraffins - 15.
Общий выход по газовому и жидкому биотопливу 95% мас. Содержание фенола в жидкой углеводородной фракции 5% мас.The total yield of gas and liquid biofuels 95% wt. The phenol content in the liquid hydrocarbon fraction of 5% wt.
В бензоновой фракции содержание изопарафиновых углеводородов и низшей ароматики составляет 52% масс.In the benzene fraction, the content of isoparaffin hydrocarbons and lower aromatics is 52% of the mass.
Плотность жидкой фракции при 20°С 0,88 г/см3.The density of the liquid fraction at 20 ° C is 0.88 g / cm 3 .
Вязкость условная 5,1 сСт (50°С).Conventional viscosity 5.1 cSt (50 ° C).
Содержание серы 0,3% мас.The sulfur content of 0.3% wt.
Теплота сгорания жидкой фракции 10100 ккал/кг.The calorific value of the liquid fraction is 10100 kcal / kg.
Пример 3. Выполняют по примеру 2 со следующими изменениями. Процесс ведут без продувки колбы азотом при температуре 15±2°С. В течение 20 суток в непрерывном режиме, без остановки на загрузку веществ-доноров водорода и микроорганизмов, а диоксид углерода возвращают в реакционную колбу с помощью мембраны, через которую пропускают аммонийный раствор. Этот раствор вносят в колбу вместе с лигнином и культуральной жидкостью на основе фосфатно-хлоридно-карбонатного буфера с микроорганизмами Thiobacillus aquaesulis и Thiobacillus thioparus.Example 3. Perform according to example 2 with the following changes. The process is conducted without purging the flask with nitrogen at a temperature of 15 ± 2 ° C. For 20 days in a continuous mode, without stopping to load hydrogen donor substances and microorganisms, and carbon dioxide is returned to the reaction flask using a membrane through which an ammonia solution is passed. This solution is introduced into the flask together with lignin and a culture fluid based on phosphate-chloride-carbonate buffer with the microorganisms Thiobacillus aquaesulis and Thiobacillus thioparus.
Выход в сухой массе сырья составляет, % мас.: по метану 74, ароматическим углеводородам 14, нафтенам 7, твердым парафинам 2.The yield in dry weight of the feedstock is,% wt .: on methane 74, aromatic hydrocarbons 14, naphthenes 7, solid paraffins 2.
Общий выход по газовому и жидкому топливу 96% мас. Содержание фенола в жидкой углеводородной фракции 3% мас.The total yield of gas and liquid fuel 96% wt. The phenol content in the liquid hydrocarbon fraction of 3% wt.
В бензиновой фракции содержание изопарафиновых углеводородов и низшей ароматики составляет 52% мас.In the gasoline fraction, the content of isoparaffin hydrocarbons and lower aromatics is 52% wt.
Плотность жидкой фракции при 20°С 0,90 г/см3.The density of the liquid fraction at 20 ° C is 0.90 g / cm 3 .
Вязкость условная 6,2 сСт (50°С).Conventional viscosity 6.2 cSt (50 ° C).
Содержание серы 0,3% мас.The sulfur content of 0.3% wt.
Теплота сгорания жидкой фракции 10100 ккал/кг.The calorific value of the liquid fraction is 10100 kcal / kg.
Исследованиями установлено, что с увеличением продолжительности процесса метаногенной обработки возрастает выход метана, но его величина ограничена, примерно, 73…75%. Более ранний переход на другой тип микроорганизмов способствует увеличению жидкой фракции. Оптимизировать процесс получения топлива можно в зависимости от потребности газовой или жидкой составляющей биотоплива. В результате возвращения в процесс части диоксида углерода и доноров водорода обеспечивается повышение выхода метана.Studies have established that with an increase in the duration of the methanogenic treatment process, methane yield increases, but its value is limited to approximately 73 ... 75%. An earlier transition to another type of microorganism contributes to an increase in the liquid fraction. The process of obtaining fuel can be optimized depending on the needs of the gas or liquid component of biofuel. As a result of the return to the process of a part of carbon dioxide and hydrogen donors, an increase in methane yield is provided.
Приведенные примеры показывают, что по предложенному способу расширяется сырьевая база за счет использования высокоурожайного растения эйхорнии, при этом повышается выход биотоплива с 87 до 96%, в том числе по метану с 30 до 75%. В жидкой фракции углеводородов увеличивается содержание ароматической составляющей почти вдвое, что позволяет получать бензин с повышенным октановым числом.The above examples show that according to the proposed method, the raw material base expands due to the use of a high-yielding eichornia plant, while the biofuel yield is increased from 87 to 96%, including methane from 30 to 75%. The aromatic content in the liquid fraction of hydrocarbons is almost doubled, which makes it possible to obtain gasoline with an increased octane rating.
Содержание серы в жидкой фракции уменьшается примерно на порядок, а фенола в 5 раз, что снижает соответственно коррозионную активность и токсичность биотоплива.The sulfur content in the liquid fraction decreases by about an order of magnitude, and that of phenol by 5 times, which reduces the corrosiveness and toxicity of biofuels, respectively.
Таким образом, решена техническая задача расширения номенклатуры сырья (сырьевой базы) для получения биотоплива, повышения его выхода, улучшения показателей качества биотоплива.Thus, the technical problem of expanding the range of raw materials (raw materials) for obtaining biofuels, increasing its yield, improving the quality of biofuels has been solved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116917/13A RU2378380C1 (en) | 2008-04-30 | 2008-04-30 | Biofuel production method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116917/13A RU2378380C1 (en) | 2008-04-30 | 2008-04-30 | Biofuel production method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008116917A RU2008116917A (en) | 2009-11-10 |
| RU2378380C1 true RU2378380C1 (en) | 2010-01-10 |
Family
ID=41354241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008116917/13A RU2378380C1 (en) | 2008-04-30 | 2008-04-30 | Biofuel production method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2378380C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9371545B2 (en) | 2014-07-11 | 2016-06-21 | Uniwersytet Warszawski | Consortium and preparation of microorganisms for catalyzing cellulose hydrolysis, preparation for methane fermentation supplementation, combination preparation, use thereof and method using the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463761C1 (en) * | 2011-04-06 | 2012-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Прогресс" | Method of production of biogas from agricultural waste and biogas plant for its implementation |
-
2008
- 2008-04-30 RU RU2008116917/13A patent/RU2378380C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9371545B2 (en) | 2014-07-11 | 2016-06-21 | Uniwersytet Warszawski | Consortium and preparation of microorganisms for catalyzing cellulose hydrolysis, preparation for methane fermentation supplementation, combination preparation, use thereof and method using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008116917A (en) | 2009-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE48308E1 (en) | Processes for producing fuels and biofertilizers from biomass and products produced | |
| Tabatabaei et al. | A comprehensive review on recent biological innovations to improve biogas production, Part 2: Mainstream and downstream strategies | |
| Unpaprom et al. | Sustainability assessment of water hyacinth with swine dung for biogas production, methane enhancement, and biofertilizer | |
| Samson et al. | Improved performance of anaerobic digestion of Spirulina maxima algal biomass by addition of carbon-rich wastes | |
| CN103890146B (en) | Method for manufacturing negative carbon fuel | |
| EP3523403A1 (en) | Method and system for improving the greenhouse gas emission reduction performance of biogenic fuels, heating mediums and combustion materials and/or for enriching agricultural areas with carbon-containing humus | |
| EP2999682B1 (en) | Producing fuels and biofertilizers from biomass | |
| EP3401296A1 (en) | Production of biofertilizer in a photobioreactor using carbon dioxide | |
| Chuanchai et al. | Sustainability assessment of biogas production from buffalo grass and dung: biogas purification and bio-fertilizer | |
| Wannapokin et al. | Potential improvement of biogas production from fallen teak leaves with co-digestion of microalgae | |
| Gascó et al. | Valorization of biochars from pinewood gasification and municipal solid waste torrefaction as peat substitutes | |
| Ertem | Improving biogas production by anaerobic digestion of different substrates: calculation of potential energy outcomes | |
| RU2378380C1 (en) | Biofuel production method | |
| Ubwa et al. | Preparation of biogas from plants and animal waste | |
| Arshad et al. | Biogas: a promising clean energy technology | |
| Upadhyay et al. | Effective utilization of agricultural waste–Review paper | |
| Kapkaev et al. | Production of motor biofuels in the context of environmental management of the oil industry | |
| Ezekoye et al. | Comparative study of calorific values and proximate analysis of biogas from different feedstocks | |
| Salado et al. | Biochar and its role to improve digestibility conditions in biogas production | |
| WO2024076524A2 (en) | Integrated process for converting camelina and carinata to fuels and lubricant base stocks | |
| Charlier et al. | Coastal environment: EC‐cost 48 bioconversion projects and economic aspects | |
| Alexopoulos | Biomass: Basics, Bio-conversion, crop and sewage treatment | |
| Fennewald et al. | Energy From Biochemical Sources | |
| Khalimov et al. | POSSIBILITIES OF USING THE BIOMASS BIOMASS OF HALOPHYTES AND WASTE WILDLIFE AS A RAW MATERIAL FOR THE PRODUCTION OF BIOGAS | |
| BUDHA et al. | Energy Recovery And Solid Organic Waste Management Using Dry Anaerobic Digestion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100501 |