сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
сотрудник
Россия
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
В статье рассматривается исследование процесса термохимической переработки лузги подсолнечника в жидкие, твердые и газообразные продукты. Согласно предоставленным статистическим данным Росстата, подсолнечник является традиционной крупнейшей сельскохозяйственной масляной культурой в России. На сегодняшний день валовый сбор семян около 12 млн т/г. В процессе промышленного производства подсолнечного масла в течение всего производственного цикла образуется большое количество растительных отходов, включая лузгу семян. В настоящее время существует множество направлений по использованию лузги подсолнечника, основными из которых является производство кормовых добавок для крупного рогатого скота. Однако представленные направления промышленного применения не позволяют полностью переработать этот ценный ресурс в экономически выгодные продукты, что приводит к его накоплению. Анализ физических свойств лузги подсолнечника показал высокую теплотворную способность этой биомассы из-за высокого содержания лигнина. Лузга подсолнечника имеет низкую зольность. Данные факты говорят о возможности эффективно использоваться лузги в качестве сырья для производства угольных брикетов, жидкого биотоплива и газообразных продуктов термохимическим методом. Используя стандартные методики, были определены свойства и химический состав выбранных проб лузги подсолнечника. С целью выявления оптимальных параметров для максимального выхода жидкого и твердого продуктов пиролиза лузги подсолнечника, экспериментальным путями были определены зависимости выхода продуктов от температуры термического разложения. Исследование термического разложения лузги подсолнечника проводилось в изотермических условиях при температурах 450, 500, 550 и 600 °С. Эксперименты проводились в периодическом реакторе пиролиза растительной биомассы. Результаты исследований выхода продуктов процесса от температуры термического разложения лузги подсолнечника показали, что максимальный выход жидкого продукта до 43% происходит при температуре 550 °С, а твердого продукта до 35% – при температуре 450°С. Дальнейший рост температуры процесса пиролиза приводит к увеличению выхода газообразного продукта.
пиролиз, растительное сырье, биотопливо.
В современном мире 14% энергии вырабатывается из растительной биомассы. Этот энергетический ресурс обладает двумя исключительными свойствами:
– биомасса является доступным возобновляемым органическим материалом;
– использованием биомассы достигается баланс диоксида углерода в атмосфере, т.е. при ее переработке выделяется столько же углекислого газа, сколько его поглощается при росте биомассы в процессе фотосинтеза.
Основными видами биомассы для энергетических целей являются: дерево и отходы деревообрабатывающего производства, сельскохозяйственные культуры и отходы их переработки, отходы производства продуктов питания, городские жидкие и твердые органические отходы. Среди них отходы сельского хозяйства являются хорошим сырьем для получения биотоплива в твердой, жидкой и газообразной формах [1-3].
Плодовая оболочка (лузга) подсолнечника вследствие низкого содержания масла является отходом производства масла. Выход лузги зависит от технологической схемы переработки масла и от сорта подсолнечника, например, при маслоэкстракционном способе обрушивается 14…25 кг лузги с каждых 100 кг семян.
На сегодняшний день подсолнечник занимает четвертое место в мире среди источников растительного масла. Исторически промышленное (экстракционное) извлечение масло из зерен растения подсолнечника началось в Российской империи около 1830 г., позднее советские ученые селективными методами увеличили размеры семян, урожайность, повысили содержание масла с 29 до 46 %, а также сократили время созревания семян и повысили сопротивляемость подсолнечника болезням. И до сих пор основное производство подсолнечного масла располагается на территории бывшего Советского Союза. Более того, поэтому урожай подсолнечника в России значительно влияет на мировой рынок масла и жиров.
В условиях увеличения мирового спроса на продукты переработки данного вида масличных валовый сбор семян подсолнечника преимущественно растет (рисунок 1), а посевные площади увеличиваются ежегодно. Для сравнения, за последние 9 лет (данные за 2018 год ожидаемые, согласно посевной площади) валовый сбор увеличился в 2,4 раза, тогда как посевная площадь возросла с 6 200 тыс. га до 7 600 тыс. га. Небольшое падение прироста в 2012, 2014 и 2017 г. связано с неблагоприятными климатическими условиями.
Таким образом, во многих регионах России существует проблема, связанная с утилизацией большого количества лузги. Традиционно отходы подсолнечного производства используют как корм для животных, так как лузга содержит полезные вещества, например, пентозаны. В чистом виде лузга, содержащая более 50% клетчатки, не усваивается желудком животных. Таким образом, растущий объем производства не позволяет утилизировать всю лузгу в качестве кормовой добавки, поэтому кроме этого способа предприятия масложировой отрасли развивают другие методы утилизации.
Так, сравнительно небольшие объемы подсолнечной лузги можно использовать как субстрат для выращивания грибов, кормовых дрожжей, использовать ее непосредственно как удобрение и для улучшения почвенной структуры, а также изготавливать строительные материалы, которые применяются для тепло- и звукоизоляции.
Одним из преимуществ подсолнечной лузги является ее хорошая теплотворная способность (табл. 1), которая приближается к углю, а по зольности в десятки раз ниже его, кроме того, выбросы серосодержащих веществ при сжигании подсолнечной лузги минимальны, что делает ее экологически чистым топливом.
На рынке экологически чистого топлива активно распространяется такой продукт вторичной переработки растительных отходов, как пеллеты. Пеллеты представляют собой спрессованные цилиндрические гранулы длиной от 10 до 30 мм и диаметром от 6 до 10 мм (в зависимости от требований заказчика) – это биологическое топливо, полученное путем измельчения и прессования растительных отходов [5], в том числе лузги подсолнечника. Пеллеты из лузги подсолнечника характеризуются низким содержанием влаги и высокой способностью к горению. Сырье может храниться максимально длительное время без потери свойств и качества продукта. Это обусловлено особой технологией изготовления пеллет, которая заключается в предварительной сушке измельченной лузги и применении склеивающих веществ, однако отдельные гранулы не склеиваются между собой, не разлагаются.
1. Quispeab, I. Energy potential from rice husk through direct combustion and fast pyrolysis: A review / I. Quispeab, R. Naviabcd, R. Kahhata // Waste Management. - 2017. - Vol. 59. - P. 2000-2010.
2. Encinar, J. M. Pyrolysis of Maize, Sunflower, Grape and Tobacco Residues / J. M. Encinar, F. J. Beltran, J. F. Gonzalez and M. J. Moreno // J. Chem. Tech. Biotechnol. - 1997. - Vol. 70. - P. 400-410.
3. Марданова, И. Р. Переработка отходов зерноперерабатывающих предприятий в гидродинамических мельницах / И. Р. Марданова, Н. З. Дубкова, О. В. Иванова, М. Г. Кузнецов // Вестник Технологического университета. - 2017. - Т. 20. - № 12. - С. 132-134.
4. Виллу, В. Справочник потребителя биотоплива / В. Виллу, К. Юло, М. Пеэтер, П. Тыну, С. Сулев - Таллин: Изд-во Таллиннского технич. ун-та, 2005. - 184 с.
5. Кузнецов, М. Г. Измельчение растительного сырья в гидродинамических мельницах / М. Г. Кузнецов, В. В. Харьков, Е. Г. Хакимова // Вестник технологического университета. - 2016. - Т. 19. - № 16. - С. 59-61.
6. Харьков, В. В. Особенности кинетики реакций термического разложения материала при концентрировании во взвешенном слое / В. В. Харьков, А. Н. Николаев // Научно-Технический вестник Поволжья. - 2017. - № 5. - С. 33-37.
7. Kharkov, V. V. Mathematical modelling of thermolabile solutions concentration in vortex chamber / V. V. Kharkov // Journal of Physics: Conf. Ser. 2018. - Vol. 980. - P. 012006. doi:https://doi.org/10.1088/1742-6596/980/1/012006.
8. Грачев, А. Н. Исследование свойств жидкого продукта быстрого пиролиза отходов деревообработки / А. Н. Грачев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2009. - № 11-12. - С. 80-83.
9. Tuntsev, D. V. The mathematical model of fast pyrolysis of wood waste / D. V. Tuntsev, R. G. Safin, R. G. Hismatov, R. A. Halitov, V. I. Petrov // International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). - 2015. - P. 1-4.
10. Хусид, С. Б. Подсолнечная лузга как источник получения функциональных кормовых добавок / С. Б. Хусид, А. Н. Гнеуш, Е. Е. Нестеренко // Научный журнал КубГАУ. - 2015. - № 107. - С. 142-155.
11. Тунцев, Д. В. Совершенствование технологии и оборудования процесса термического разложения древесины в кипящем слое: Дис. … канд. тех. наук: 05.21.05, 05.21.03 / Тунцев Денис Владимирович. - Казан. госуд. технол. ун-т. Казань, 2011. - 193 с.
