Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Биохимические методы

Читайте также:
  1. C) Методы стимулирования поведения деятельности
  2. I.1.Основные методы возведения зданий.
  3. II Биохимические методы
  4. II. Методы и источники изучения истории; понятие и классификация исторического источника.
  5. II. Методы исследования
  6. II. Методы исследования
  7. II. Методы, которые основываются на количестве единиц продукции, полученной от использования объекта основных средств.
  8. II. МЕТОДЫ, ПОДХОДЫ И ПРОЦЕДУРЫ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ
  9. II. МЕТОДЫ, ПОДХОДЫ И ПРОЦЕДУРЫ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ
  10. II. Формы и методы деятельности по утверждению трезвости

Среди различных биохимических методов конверсии биомассы наиболь­шее распространение имеют два процесса: спиртовое сбраживание, в резуль­тате которого образуется этанол, и анаэробная (без доступа кислорода) пере­работка, позволяющая получить конечные продукты в виде биогаза и ценных органических удобрений.

Спиртовое сбраживание. Этиловый спирт С2Н5ОН (этанол) в естественных условиях образуется из сахаров под воздействием дрожжевых микроорга­низмов в кислой среде с рН = 4-5. Вещество известно уже давно. Применяется в пищевой промышленности, парфюмерии, медицине и т.д. Только с недавних пор его стали использовать в качестве моторного топлива или добавок к нему. Характеризуется высокой теплотой сгорания — 30 МДж/кг.

Сложность получения этанола зависит от трудности переработки исходной биомассы. Сахарный тростник, например, сначала измельчают, давят иполучают сладкий сок. Из него получают сахарозу. Остающуюся патоку с со­держанием 55% сахаров используют для получения спирта. Отжатый тростник (жом) сжигают, чтобы обеспечить энергией производство этанола. Такое при­менение жома удешевляет конечный продукт — этанол.

Сахарная свекла легко поддается переработке на сахар для сбраживания. Но в этом случае мало отходов, которые можно использовать в качестве топли­ва. Требуется дополнительный энергоноситель, и этанол становится дороже.

По российской технологии клетчатку свекловичного жома предваритель­но обрабатывают острым паром. В результате скорость ферментации увеличи­вается в 3-4 раза и существенно повышается выход этанола.

Зерновые культуры, в том числе кукуруза, корнеплоды (картофель, мани­ок), содержат крахмал, который подвергается гидролизу на сахар. Углеродные связи в крахмале разрушаются ферментами солода или подходящих плесеней (грибков). Получающийся при сбраживании вторичный продукт (отходы) идет на корм скоту.

На долю древесной целлюлозы приходится до 40% всей сухой биомассы. Полисахарид ее разрушается с трудом в кислой среде. Этот процесс дорогой, поэтому в промышленном производстве проводят измельчение исходного продукта.

Выработка этанола упрощается, если сырьем служит макулатура, для ко­торой не требуется предварительная обработка, как это необходимо для лигниноцеллюлозы. Сахарификация макулатуры протекает за короткий период под воздействием фермента целлюлазы при температуре 45°С. Из 1 тонны бумаги получают 350-400 л этанола.

Анаэробное сбраживание. Анаэробная ферментация — это процесс пере­работки биомассы с помощью бактерий без доступа кислорода. При этом орга­нические вещества разлагаются до метана и диоксида углерода. На до­лю метана приходится до 90% энергии, содержащейся в исходном сырье.

Смесь метана и диоксида углерода при наличии небольшого количества других газов называют биогазом. Его состав: 55—80% NH4, 15-40% СО2, 0-1% H2S, 0-1% N2, 0-1% Н2. Теплота сгорания в зависимости от состава меняется в пределах 21-27 МДж/м3.

Кроме получения газообразного топлива, анаэробное сбраживание при­водит к полной минерализации азота, фосфора, калия и других микроэлемен­тов, делая их более доступными для усвоения растениями. Удобрения полу­чаются экологически чистыми, без семян сорняков, патогенной микрофлоры,

Процесс анаэробной ферментации особенно эффективен при наличиибольшого количества навоза, т.е. в условиях содержания животных — крупного рогатого скота, свиней, птицы на крупных механизированных и автоматизированных комплексах с централизованным сбором экскрементов. Наряду сотходами жизнедеятельности животных для биогазовой технологии можноиспользовать силос, солому, зерно, подстилку для скота, пищевые и другиеотходы ферм, твердые бытовые отходы, отходы предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию.

Температурные условия ферментации обеспечивают существование 2 ос­новных видов микроорганизмов: термофилов, активных при 45-70°С, и мезофилов, активных при 20-40°С. Жизнедеятельность микроорганизмов Methanosarcina протекает в диапазоне температур 20-70°С.

Сточные воды городов также могут быть источником получения биогаза. Такой источник существует давно, и в первую очередь к нему применялась технология получения биогаза. О масштабах переработки сточных вод можно судить по следующим данным. В Великобритании к концу XX века насчитывалось 150 небольших электростанций суммарной мощностью 174 МВт, рабо­тавших на биогазе из сточных вод. Там же проектируют строительство других электростанций общей мощностью 380 МВт.

Получение жидкого моторного топлива. Производство одного из заменителей бензина — метанола бы­ло рассмотрено ранее при описании процесса пиролиза. Метанол отличается от бензина высокой детонационной стойкостью. Его октановое число достига­ет 87-94 единицы, что позволяет увеличить степень сжатия в двигателе до 12-14. Однако теплота сгорания значительно ниже, поэтому увеличивается рас­ход такого топлива. С учетом других эксплуатационных характеристик при­менение метанола способствует повышению эффективности двигателя по сравнению с бензиновым топливом на 10-11%.

Газификация. Продукты термической газификации биомассы могут быть подвергнуты дальнейшей переработке с целью синтеза жидких углеводородов, которые являются основными компонентами при получении моторного топ­лива.

Растительные масла. Важным возобновляемым резервом для замены неф­тепродуктов, применяемых в качестве моторного топлива, могут служить масла, получаемые из семян растений. О масштабах современного производства расти­тельных масел свидетельствуют данные, приведенные в таблице 1.

К другим ценным масличным культурам можно отнести кунжут и лен.

Современные технологии извлечения масла основаны на механическом (прессование с подогревом) и химическом (экстракция растворами) процессах. После двукратного прессования в отжимках остается до 5% масла, экстракция позволяет удалить до 99%. Энергетический баланс при выработке раститель­ного масла положительный. Только 26% от энергии, которая содержится в масле, расходуется на выращивание растений и переработку. Основным не­достатком растительных масел по сравнению с дизельным топливом является их высокая вязкость, затрудняющая распыление при вводе в цилиндр двигате­ля. Возможно также засорение топливных линий.

Таблица 2. Объемы производства растительных масел.

Масличная культура Мировое производство, 10бт Высшая теплота сгорания, МДж/кг Общая цена, долл./т
Кокосовый орех 2,6 38,8  
Семена хлопка 2,9 39,3  
Земляной орех 3,3 39,7  
Пальма 3,8 39,2  
Семена рапса 3,7 39,7  
Соевые бобы 13,2 39,4  
Подсолнечник 4,6 39,6  

 

Использование биомассы с экологической точки зрения связано с изъятием ежегодно-возобновляющейся массы растений и животных и выделением углекислого газа при сжигании.




Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 41 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав