Ограниченность запасов добываемых топливных ресурсов подталкивает человечество к поиску, выявлению и освоению альтернативных способов получения энергии. Наиболее перспективным направлением подобных изысканий становится получение замены газу и нефти из возобновляемых источников растительного происхождения. После биологической или термохимической обработки растительной массы получают биотопливо.
Одним из вариантов жидкого биотоплива является спирт из опилок. Такой способ применения отходов деревообработки – опилки – заменяет картофель и зерно при производстве спиртов. Для использования в получении спирта, 1 кг опилок равносилен 1 кг картофеля или 0,3 кг зерна. Очевидно, что такая замена сырья помогает сберечь в государственных масштабах огромные объемы пищевого сырья и освободить дополнительные площади для сельскохозяйственного производства.
Содержание
Как сделать спирт из опилок
«Строительным» материалом растительных клеток дерева является твердая волокнистая клетчатка (целлюлоза). Ее содержание в растениях доходит до 70%. В клетчатке много полисахаридов, которые при определенном химическом воздействии переходят в глюкозу. Из последней после сбраживания и перегонки получают спирт. Значит, биомасса мелких опилок и древесной стружки из отходов превращается в ценное сырье для производства спирта – этанола или бутанола.
Получение этилового спирта можно реализовать следующими способами:- Гидролиз измельченной древесной биомассы и последующее сбраживание полученного продукта с дрожжами. Это наиболее распространенный метод переработки опилок.
- Газификация древесины методом пиролиза и дальнейшее сбраживание образованного газа в спирт.
- Синтез газа при пиролизном разложении клетчатки опилок. Затем из газа получают метанол, который в результате реакции гомологенизации преобразуется в этанол.
Промышленное получение спирта
Производство спирта из древесных опилок на промышленной основе осуществляется двумя способами гидролиза. При любом из них опилки не требуют дополнительной подготовки, кроме максимально возможного измельчения.
В первом случае опилки в вертикальном бункере заливаются концентрированным (40%) раствором серной кислоты. Массовые объемы опилок и раствора равны. Смесь герметично закрытого бункера доводят до температуры 220-250°С и регулярно перемешивая выдерживают от 1 ч до 1 ч 20 мин. Затем полученные при гидролизе растворы глюкозы и серной кислоты сцеживают. К слитой в другую емкость жидкости добавляют раствор мела для нейтрализации кислоты. Последующей фильтрацией отделяют раствор глюкозы от отходов.
Метод не стал распространенным из-за высокой стоимости и повышенных требований к материалу применяемого оборудования, который должен выдерживать агрессивное воздействие концентрированной серной кислоты.
При втором, менее затратном, способе применяется слабый (0,5-1,0%) раствор кислоты. Процесс протекает 1,2-1,5 ч при температурах 160-190°С и давлении в бункере до 15 атм.
Общие моменты для рассмотренных методов гидролиза:
- Рабочие емкости изнутри выкладывают кислотоупорным материалом для исключения контакта кислоты с металлом.
- Загруженные в бункеры вещества нагревают с помощью подачи внутрь горячего пара. Выпускным клапаном для пара регулируют внутреннее давление рабочей емкости.
- Гидролиз с успехом применяют для переработки опилок любых пород древесины.
- Полученная после химической реакции глюкоза используется для дальнейшего изготовления спирта, метанола, сахара.
- Рабочий процесс сопровождается выделением опасных газов. Для безопасности работников производственные помещения обязаны проветриваться, а сам персонал работает в специальных защитных респираторах и очках.
При производстве биотоплива из древесных опилок, получают побочные вещества, способные принести дополнительную прибыль:
- Лигнин – связующее вещество для получения пеллет и евродров из опилок и других измельченных материалов, активный наполнитель для пластмасс и синтетических каучуков.
- Фурфурол – жидкость, используемая как антисептик для древесины и компонент противогрибковых медикаментов. Также применяется для очистки масел и нефти, производства пластмасс, получения гербицидов, синтетических волокон и красителей. Другие свойства и перспективные варианты применения фурфурола изучаются.
- Скипидар.
- Алебастр.
Очистка раствора глюкозы
Процесс очистки проходит поэтапно:
- Сепараторная механическая очистка. На данном этапе из раствора выделяют лигнин.
- Нейтрализация серной кислоты при помощи обработки известковым молоком.
- Разделение раствора глюкозы и карбонатов (нужны при получении алебастра) отстаиванием.
Домашний способ получения спирта
Получить спирт из опилок можно в домашних условиях, и также двумя способами.
Первый способ не требует наличия сложного оборудования, но является очень долгим (иногда неудачным) процессом, занимающим до 2-х лет. Собранные в кучу опилки поливают водой и оставляют преть под пленкой. Внутри кучи начинает повышаться температура и создаются условия для активизации процесса гидролиза с последующим получением глюкозы из клетчатки опилок. Технология дальнейшего использования глюкозы для брожения и получения спирта общеизвестна.
Второй способ копирует заводскую технологию. Сначала самостоятельно или на заказ делают уменьшенные аналоги промышленных установок. В качестве материала для них используют только нержавеющую сталь. Она стойкая к агрессивному воздействию слабого кислотного раствора.
Содержимое установки нагревают с помощью змеевика с циркулирующим разогретым паром (может применяться воздух) или на открытом огне. Регулируя внутреннее давление рабочей камеры, запускают процесс гидролиза. Рекомендуемые значения для эффективности протекания химической реакции – 7-10 атм.
Далее, как и при заводском производстве, из раствора механическим методом удаляется лигнин, затем нейтрализуется кислота и раствор отстаивается для оседания карбонатов. После очистки раствор глюкозы готов для последующего сбраживания.
Брожение и перегонка
При последующем брожении глюкоза разлагается на спирт и углекислый газ. Для активизации процесса в домашних и промышленных условиях к раствору глюкозы добавляются дрожжи. Температура окружающей среды и порода древесины определяет время брожения – 5-14 суток. Окончание брожения определяется по значительному снижению интенсивности выделения газа. Визуально это характеризуется малым количеством поверхностной пены из пузырьков с углекислотой.
Последний технологический процесс – перегонка. Полученный жидкий материал нагревают до 70-80°С и выходящий пар охлаждают до выпадения спиртового конденсата. Для охлаждения пара, его пропускают через змеевик, который имеет водяное или воздушное наружное охлаждение.
Остатки перегонки – скипидар и дрожжевая масса, пригодная для повторного сбраживания следующей партии рабочего раствора и приготовления кормовых дрожжей для животноводческих фермерских хозяйств.
Применение биотоплива
Биотопливо из опилок – биоэтанол – применяют для двигателей разнообразной техники. При такой замене бензину работа агрегата улучшается, увеличивается его мощность, снижается температура нагрева при нагрузках, увеличивается эксплуатационный ресурс поршней и клапанов, так как при сгорании спирта нет сажи и дыма.
Этанол сделал возможным использование каминов в квартирах многоэтажек без привычного дымохода. Теплопотери при обогреве отсутствуют, дым и сажа не образуются, количество выделяемого углекислого газа незначительное.
Загрузка...
