1.3.2 Различные отходы производства этилового спирта и способы их утилизация
В процессе выделения очистки спирта получают побочные продукты: барду, лютерную воду, головную фракцию (ГФ) или эфироальдегидный концентрат (ЭАК), сивушное масло и сивушный спирт. С бардой и лютерной водой выводится нелетучая часть бражки; летучие примеси, сопутствующие спирту, выводятся с ГФ или ЭАК, с сивушным маслом или сивушным спиртом. Головную фракцию подвергают разгонке на специальных ректификационных установках с целью выделения из нее этилового спирта. Концентрат ГФ служит углеродным питанием в производстве кормовых дрожжей. При фракционировании из него могут быть выделены ценные органические продукты: уксусный альдегид, этилацетатный растворитель и др.
Сивушное масло используют в основном как сырье для получения чистых высших спиртов (амилового, бутилового и пропилового), которые применяют в органическом синтезе, при изготовлении медицинских препаратов и душистых веществ, как растворители в лакокрасочной промышленности, как экстрагенты, флотареагенты и поверхностно-активные вещества.
Сивушный спирт как товарный продукт в настоящее время не используют из-за многокомпонентности и наличия значительного количества воды. Однако отбор его целесообразен, так как это положительно сказывается на качестве спирта. Он может быть применен для технических целей, при изготовлении денатурированного спирта или подвергаться разгонке для выделения пищевого спирта и других отдельных компонентов. Нелетучая часть выводится из ректификационной установки в виде барды и лютерной воды.
С лютерной водой отводятся труднолетучие примеси спирта. Лютерная вода имеет кислую реакцию, агрессивна по отношению к обычной стали. Выход ее полутора - двукратный по количеству спирта при закрытом обогреве эпюрационной и спиртовой колонн и примерно четырехкратный при открытом обогреве. Лютерную воду используют для промывки сивушного масла, гидроселекции в колонне для разгонки ГФ и эпюрационной, для приготовления зерновых замесов и мелассного сусла. Остатки лютерной воды сбрасывают в канализацию, но ее нужно очищать.
2. Цели и задачи
Целью данной работы является изучение влияния добавления отходов производства этилового спирта на эксплуатационные характеристики котельного топлива, и возможность их утилизации таким образом. Выявление потенциала использования такого композиционного топлива, как более дешёвого. И исследование возможности улучшения характеристик котельного топлива.
Для достижения заданной цели были поставлены следующие задачи:
1) Изучение готового композиционного котельного топлива
2) Создание композиции сивушного масла и топлива
3) Определение смешиваемости компонентов топлива
4) Определение эксплуатационных характеристик полученного продукта
5) Выявление недостатков композиционного топлива и возможные методы их устранения.
3. Экспериментальная часть
3.1. Характеристика сырья и материалов
В качестве исходных компонентов композиционного топлива были отобраны и исследованы основные физико-химические свойства следующих продуктов: Флотский мазут Ф5, топочный мазут марки 100 и сивушное масло по ГОСТ 17071 – 91. Качество исходных компонентов представлено в таблице 2.
Таблица 2 - Качество исходных компонентов композиционного топлива
| Марка топлива Наименование показателя | флотский Ф5 | топочный 100 |
| Вязкость, не более, условная, 0ВУ при 500С при 800С соответствующая кинематическая, сСт при 500С при 800С | 5,0 - 37,05- | - 16 - 118,56 |
| Зольность, %, не более | 0,1 | 0,15 |
| Содержание механических примесей, %, не более | 0,1 | 2,5 |
| Содержание воды, %, не более | 1,0 | 2,0 |
| Содержание водорастворимых кислот и щёлочей | Отсутствие |
| Содержание сероводорода | Отсутствие | Не нормируется |
| Содержание смолистых веществ, %, не более | 50 | - |
| Температура застывания, 0С, не выше | -5 | +25 |
| Содержание серы, % | 1,6 | 2,0 |
| Коксуемость, % | 5,9 | 6,8 |
| Температура вспышки в закрытом тигле, 0С | 55 | 151 |
| Теплота сгорания низшая в пересчёте на сухое топливо, кДж/кг, не менее | 41454 | 40530 |
| Наименование показателя | Характеристика и норма |
| Внешний вид | Прозрачная жидкость, не содержащая механических примесей |
| Цвет | От светло-жёлтого до красно-бурого |
| Температурный предел перегонки при давлении 101,325 (760 мм рт. ст.) 0С, не менее | 120 |
| Объемная доля сивушного масла, %, не менее | 50 |
| Плотность при 200С г/см3, не более | 0,837 |
| Показатель преломления, nд20, не менее | 1,395 |
Так же, для исследования композиционного топлива применялись отдельные компоненты сивушного масла. Характеристика данных веществ приведена в таблицах 4,5,6.
Таблица 4 – Техническая характеристика изоамилового спирта по ГОСТ 5830-79
| Наименование показателя | Норма |
| Массовая доля спирта изоамилового (С5Н12О), %, не менее | 98 |
| Плотность, r420, г/см3 | 0,810-,0812 |
| Показатель преломления, hD20 | Не нормируется |
| Массовая доля после выпаривания, %, не более | 0,001 |
| Массовая доля пиридина, %, не более | 0,00001 |
| Массовая доля фурфурола, %, не более | 0,00005 |
| Массовая доля эфиров и кислот, в пересчёте на амилацетат, %, не более | 0,06 |
| Массовая доля альдегидов, %, не более | 0,03 |
| Массовая доля воды, %, не более | Не нормируется |
Таблица 5 - Техническая характеристика изобутилового спирта по ГОСТ 9536-79
| Наименование показателя | Норма |
| 1. Цветность по платиново-кобальтовой шкале, не более | |
| 2. Плотность, r420, г/см3 | 0,801-0,803 |
| 3. Массовая доля изобутилового спирта, % не менее | 98,5 |
| 4. Массовая доля кислот, в пересчёта на уксусную кислоту, %, не более | 0,005 |
| 5. Бромное число, г брома на 100г спирта, не более | 0,10 |
| 6. Массовая доля карбонильных соединений, в пересчёте на масляный альдегид, %, не более | 0,10 |
| 7. Массовая доля не летучего остатка, %, не более | 0,003 |
| 8. Массовая доля воды, %, не более | 0,2 |
Таблица 6 – Техническая характеристика н-пропилового спирта по ТУ 2630-106-44493179-07
| Наименование показателя | Норма |
| 1. Внешний вид | Бесцветная прозрачная жидкость |
| 2. Массовая доля н-пропанола, %, не менее | 98 |
| 3. Показатель преломления, hD20 | 1,3850-1,3860 |
| 4. Массовая доля не летучего остатка, %, не более | 0,001 |
| 5. Массовая доля воды, %, не более | 0,5 |
| 6. Плотность, r420, г/см3 | 1,01-1,02 |
| 7. Массовая доля кислот, в пересчёта на уксусную кислоту, %, не более | 0,01 |
3.2 Технический анализ модифицированных топлив
Для исследования свойств композиционного котельного топлива от введения сивушного масла, первоначально нами были взяты пробы уже модифицированного котельного топлива с производства.
И для этих образцов был выполнен полный технический анализ, чтобы сравнить и выявить ограничения по эксплуатации. Данные полученные в процессе исследования занесены в таблицы 7, 8.
Таблица 7 – Сравнительная характеристика эксплуатационных данных
| Наименование показателя | Значение |
| ДМ | ДМ + сивушное масло |
| Плотность, r420, г/см3 | 0,970 | 0,910 |
| Фракционный состав: до 2500С перегоняется в %, не более | 10 | 55 |
| Вязкость при 500С: а) кинематическая в сСт, не более б) соответствующая ей условная, 0ВУ, не более | 29,6 4,0 | 8,9 1,2 |
| Коксуемость в %, не более | 10 | 1,2 |
| Зольность в %, не более | 0,15 | - |
| Содержание серы в %, не более | 3,0 | 1,5 |
| Содержание сероводорода | Отсутствие | - |
| Содержание водорастворимых кислот и щёлочей | Отсутствие | - |
| Содержание механических примесей в %, не более | 0,2 | - |
| Наименование показателя | Значение |
| ДМ | ДМ + сивушное масло |
| Содержание воды в %, не более | 1,5 | Не обнаружено |
| Температура вспышки (определяемая в закрытом тигле) в 0С, не ниже | 85 | 56 |
| Температура застывания, 0С, не выше | 10 | - |
| | | |
Таблица 8 – сравнительная характеристика эксплуатационных данных
| Наименование показателя | Значение для марки |
| Ф5 | Ф5 с сивушным маслом, 1-я партия | Ф5 с сивушным маслом, 2-я партия |
| Вязкость при 500С: а) кинематическая в сСт, не более б) соответствующая ей условная, 0ВУ, не более | 36,2 5,0 | 10,4 1,4 | 8,9 1,2 |
| Зольность в %, не более | 0,05 | - | - |
| Содержание механических примесей в %, не более | 0,10 | - | - |
| Содержание воды в %, не более | 0,3 | - | - |
| Наименование показателя | Значение для марки |
| Ф5 | Ф5 с сивушным маслом, 1-я партия | Ф5 с сивушным маслом, 1-я партия |
| Содержание водорастворимых кислот и щёлочей | Отсутствие | - | - |
| Содержание серы, %, масс | 1,6 | 0,045 | 0,045 |
| Коксуемость, %, масс | 6,1 | 1,6 | 1,4 |
| Содержание смолистых веществ, %, не более | 50 | - | - |
| Содержание сероводорода | Отсутствие | - | - |
| Температура вспышки (определяемая в закрытом тигле) в 0С, не ниже | 80 | 77 | 56 |
| Температура застывания, 0С, не выше | -5 | - | - |
| Теплота сгорания низшая в пересчёте на сухое топливо, кДж/кг | 41760 | - | - |
| Плотность, r420, г/см3 | 0,898 | 0,815 | 0,804 |
| | | | | |
Из приведённых характеристик, для модифицированных топлив видно, что технически параметры, такие как: содержание серы, вязкость, плотность и коксуемость снизились, экологически улучшив тем самым продукты сгорания данных топлив, а так же это дало нам повод исследовать данную область, чтобы модифицировать некондиционные топлива и улучшать их до соответствующих ГОСТов. Но стоит отметить, что улучшая, таким образом, одни параметры, ухудшается важный эксплуатационный показатель - температура вспышки (в закрытом тигле). Поэтому при создании таких композиций нужно контролировать соотношение сивушного масла и котельного топлива.
Вдобавок, одним из важнейших эксплуатационных свойств для котельного топлива, является теплота сгорания. Жидкие котельные топлива товарных марок имеют теплоту сгорания не менее 41000 кДж/кг. Такая высокая величина топлива способствует его широкому использованию в котельных и нагревательных установках с высокими тепловыми напряжениями. А средняя теплотворная способность сивушного масла 32 ± 2 МДж/кг.
Поэтому, необходимо подобрать оптимальное соотношение между этими двумя компонентами, таким образом, чтобы минимизировать потери по теплоте сгорания, уменьшить воздействие на температуру вспышки и при этом оставить приемлемое процентное содержание сивушного масла.
Посчитать оптимальное соотношение компонентов можно таким образом:
Рассчитаем потери при соотношении 10:90 (сивушное масло: котельное топливо)
Qн.р.(котельное топливо)*0,9 + Qн.р.(сивушное масло)*0,1=
Qн.р.(композиционное топливо);
42000*0,9 + 32000*0,1 = 41000 кДж/кг
В процентах: 42000 – 100%
41000 – Х% Х = (41000*100)/42000 = 97,8%
Т.е. при разбавлении теряется 2,2% теплотворной способности.
Рассчитаем потери при соотношении 20:80 (сивушное масло: котельное топливо)
42000*0,8 + 32000*0,2 = 40000 кДж/кг
В процентах: 42000 – 100%
40000 – Х% Х = (40000*100)/42000 = 95,2%
При разбавлении теряется 4,8% теплотворной способности.
Рассчитаем потери при соотношении 30:70 (сивушное масло: котельное топливо)
42000*0,7 + 32000*0,3 = 39000 кДж/кг
В процентах: 42000 – 100%
39000 – Х% Х = (39000*100)/42000 =92,8%
При разбавлении теряется 7,2% теплотворной способности.
Учитывая полученные значения, результаты работ Кубанского аграрного университета на предмет расслаивания подобных смесей [16], а так же экономические соображения было решено выбрать оптимальным соотношением компонентов 20:80 (сивушное масло: котельное топливо соответственно). Т.к. дальнейшее увеличение содержания сивушного масла приведёт к расслаиванию полученной композиции, уменьшению температуры вспышки и теплотворной способности топлива.
0 комментариев