Курсовая: Химия в поисках альтернативных источников энергии - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Химия в поисках альтернативных источников энергии

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 44 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

30 Федеральное агентство по образованию и науке РФ Омский Государственный Педагогогический Университет Кафедра ОХ и МХП Курсовая ра бота Тема: « Химия в поис ках альтернативных источников энергии » Выполни л: студент химико-биологического факультет а гр. 31 хим. Ольхович И. П. Проверила: к.п.н., доцент кафед ры ОХ и МПХ Терлеева И. Б. ОМСК 2007 Содержание Введение 3 Природный газ 5 Газовый конденсат 6 Диметилэфир 6 Шахтный метан 7 Этанол и метанол 7 Синтетический бензин 8 Топливные элементы 8 Биодизельное топливо 9 Биогаз 10 Отработанное масло 10 §2. Использование биомассы в качестве биотоплива 12 §3. Биодизель 16 §4. Биогаз 19 §5. Биоэтанол, как топливо и добавка к нему 24 Заключение 29 Библиография 31 Введение Неважно , когда на Земле закончится нефть, - через пятьдесят, сто или двести лет. Ясн о, что источник энергии исчерпаем в принципе и, след овательно, ему рано или поздно придётся искать альтернативу. В 60-х годах из-за дост упности дешёвого жидкого и газообразного топлива доля альтер нативных видов топлива в топливном балансе страны постоя нно снижалась и составляла менее 2%, соответственно, резко сократился объ ём исследовательских и проектных работ. Только к концу 80-х годов интерес к альтернативным источникам энергии (АИЭ) в России снова возрос . Изменившиеся в пос ледние годы экономические условия и связанный с ними рост цен на традици онные виды топлива потребовали изменений в структуре баланса, прежде вс его для удалённых территорий России. Требуется максимальное замещение привозного топлива местными топливно-сырьевыми ресурсами. В настоящее время решение проблемы энерг етического использования местных топливных ресурсов стало одной и из н еотложных задач социально-экономического развития и жизнеобеспечения многих регионов России [3]. В настоящее время можно выделить множество причин к переходу на АИЭ; это увеличение загрязнения окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы, которое приводит к глобальному изменению климата, это и дефиц ит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остро той показывают неизбежность поиска новых источни ков энергии. О сновные причины, указывающие на важно сть скорейшего перехода на АИЭ это: 1. Глобально-экологический: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влия ния на окружающую среду традиционных энергодобывающих технологий, их и спользование неизбежно ведет к катастрофическому изменению климата уж е в первых десятилетиях XXI веке. 2. Экономический: переход на АИЭ позволит сохранить тепло вые ресурсы для переработки в химической и других о траслях промышленности. 3. Социальный: численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найти районы для строительства АЭС, ГРЭС и ТЭЦ, хорошо известен и в ред, наносимый гигантскими равнинными ГЭС,- всё это увеличивает социальн ую напряжённость [2] . В данной курсовой работе я попытаюсь представить о сновные виды альтернативного топлива, а так же источники сырья для его получения . § 1. Классификация и представители АИЭ Альтернатив ное топливо (от лат. alter-другой, один из двух), получают в основном из сырья не нефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, ра ботающих на нефтяном топливе. Альтернативные виды топлива можно классифицирова ть следующим образом: · по составу: углеводород но-кислотные (спирты), эфиры, эстеры, водородные топлива с добавками; · по агрегатному состоян ию: жидкие, газообразные, твердые; · по объемам использован ия: целиком, в качестве добавок; · по источникам сырья: из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа, электроэнергии и др угие [ 10 ]. Рассмотрим кратко каждый из наиболее рас пространенных видов альтернативного топлива. Природный газ Природный га з в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтер нативного моторного топлива. Природный газ в качестве моторного топлив а может применяться как в виде компримированного, сжатого до давления 200 а тмосфер, газа, так и в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящ ее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (п ропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензино вый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжиживается пр и давлении 6-8 бар. Газовый конден сат Использование газовых конденсатов в качестве мот орного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное в оздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразова ние в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повыш ение удельного расхода топлива [20 ] . Диметилэфир Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетич еского преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки п о переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом суще ственно улучшаются экологические характеристики двигателя. На сегодняшний день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тысяч тонн в год. В последние годы разрабатываются технологические процессы получения д иметилэфира из синтетического горючего газа, производимого из угля. В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентос пособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тон ну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природног о газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более вы сокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сыр ьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной сп особностью. В будущем диметилэфир можно рассматривать только в качестве продукта, и меющего ограниченные возможности, так как производство сжиженного при родного газа характеризуется более значительной экономией за счет мас штабов производства, более низким уровнем капитальных затрат и более вы сокой эффективностью процесса производства . Шахтный метан В последнее время к числу альтернативных видов авт омобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольны х пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Герма нии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Содержание м етана в шахтном газе колеблется от 1 % до 98%. В США за период с 1988 по 2000 гг. добыча угольного метана из специ альны х скважин возросла от 1 млрд. м 3 до 40 млрд. м 3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассе йнах мира уже в ближайш ее время составит 96-135 млрд. м 3 . Общие ресурсы метана в угол ьных пластах России составляют, по различным источникам, 48-65 трлн . м 3 . Этанол и метанол Этанол (этиловый спирт), облада ющий высоким октановым числом и энергетической ценностью, добывается и з отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высо кий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 г. активно использует этанол - в стране более 7 млн . автомобилей заправляются этанолом и ещ е 9 млн . - его смесью с бензином (г азохолом). США является вторым мировым лидером по масштабному изготовле нию этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется как “чистое” т опливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн . двигателей. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себесто имости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторно го топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами. Метанол как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пож ароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его широкое применен ие на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служи ть основой для эфирной добавки - метилтретбутилового эфира, который в на стоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, ч ем все другие альтернативные топлива вместе взятые. Синтетический бензин Сырьем для его производства могут быть уголь, приро дный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается синтезиро вание бен зина из природного газа. Из 1 м 3 си нтез-газа получают 120-180 г синтетическ ого бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так , в Новой Зеландии на установке фирмы “Мобил” из предварительно полученн ого метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т онн моторных топлив. Однако в настоящее время синтетическ ие топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии полу чения) дороже нефтяных. В то же время разработки по получению синтетичес кого бензина из угля достаточно активно ведутся в настоящее время в Англ ии [12] . Топливные элементы Топливные элементы - это устройства, генерирующие э лектроэнергию непосредственно на борту транспортного средства, - в проц ессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический ток. В качестве водородосодержащего топлива, как правило, используется либо с жатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно мног о зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить ст оимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет р еальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импор тирующих нефть. В настоящее время стоимость зарубежного экспериментал ьного легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 1 млн . долларов США. Кроме того, к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенну ю взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных усл овий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода . Биодизельное топливо В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос ко ммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из рапса (возможно также производство из отработанног о растительного масла). В Австрии такое топливо уже сейчас составляет 3% об щего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/год; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/год; в Италии - 60 тыс. т/год. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизел ьным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях. Применение биодизельного топлива связано, в первую очеред ь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газ ах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного и спользования дизелей (города, реки, леса, открытые разработки угля (руды), помещения парников и т.п.) - cодержание серы в биодизельном топливе составл яет 0,02%. В Европе биодизельное топливо применяется по двум принципиальным схем ам: “немецкой” и “французской”. В настоящее время в Германии действует около 12 централизован ных и 80 децентрализованных заводов по производству рапсового масла, а то пливо “Biodiesel” выпускает восемь немецких фирм. “Французская” схема предусм атривает централизованное производство diestera на мощных установках (5-10 тыс. т онн в год) [6,5 ] . Биогаз Представляет собой смесь метана и углекислого газ а и я вляется продуктом метанового бр ожения органических веществ растительного и животного прои схождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хо тя потенциальных источников для его производства достаточно много, на п рактике круг их сужается вследствие географических, климатических, эко номических и других факторов. Отработанное масло В настоящее время на ряде предприятий различных стран мира весьма эффективно работ ают установки, преобразующие отработанное масло (моторное, трансмиссио нное, гидравлическое, индустриальное, трансформаторное, синтетическое и т. д.) в состояние, которое позволяет полностью использовать его в качест ве дизельного или печного топлива. Установка подмешивает высокоочищен ные (в установке) масла в соответствующее топливо, в точно заданной пропо рции, с образованием навсегда стабильной, неразделяемой топливной смес и. Полученная смесь имеет более высокие параметры по чистоте, обезвожива нию и теплотворной способности, чем дизельное топливо до его модификаци и в установке [15]. Битуминозные пески Это полезное ископаемое, органическая часть которого представляет собой природный битум. По содержанию битума делятся на богатые или интенсивные (более 10% п о массе битума), средние (5-10%) и тощие (до5%). Битумы подразделяют на несколько т ипов: мальты (вязкие жидкости, плотностью 0,8 6-1,03 г/см 3 , динамичные вязкость 10 Па*с); асфальты (твердые легкоплавкие вещ ества, плотность равна 1,03-1,10 г/см 3 , температура пл. <100°С); асфал ьтиты (твердые вещества, плотностью 1,05-1,20 г/см 3 , температура пл. 100-300°С); кериты (твердые неплавкие вещества, плотнос тью 1,7-2,0 г/см 3 ).Содержание смолисто-асфальтеновых веществ в битумах этих ти пов составляет соответственно 35-60%, 60-75%, 75-90% и более 90%. В битумах битумных песко в обнаружено свыше 25 химических элемента. Битум из песков, добытых карьерным или шахтным мето дом, извлекают горячей флотацией водными раство рами гидроксидов, карбонатов или силикатов щелочны х ме талло в, а также экстракцией органическими раство рит елями (низкокипящие ароматические , парафиновые, нафте новые углеводороды, бензин, керосин, спирты, альдегиды и др.). Битум из песк о в Атабаски (Канада) имеет следующие свойства: плотность 0,97г/см3, кинематиче ская вязкость 3*10-3 м 2 /с (40°С); содержание S- 3,80%, N- 0,6%, Fe - 0,0 44%, V- 0,02%, Ni- 0,006%; зо льность - 0,7%; содержание фракций, выкипающих в предела х 195-345°С, - 13%, выше 345°С - 87%. В результате комплексной переработки битума, первой стадией которой яв ляется коксование, получают кокс, Н 2 , углеводороды C 1 -C 4 , синтетическое жидкое топлив о, смазочные масла [ 20 ] . § 2. Использование биомассы в качестве биотоплива Понятие би омасса включает два вида: растительную биомассу, образующуюся на основе фотосинтеза и включающую различные растения, и биомассу животного прои схождения , представляющую отходы жизнедеятельнос ти и переработки животных. Методы энергетического использования биома ссы весьма разнообразны. Биомассы животного происхождения, в основном, перерабатываемая биохим ическими методами (сбраживание, ферментация), позволяющими получить мет ан, так называемый биогаз. Растительная биомасса перерабатывается путём непосредственного сжиг ания и путём термохимической газификации, позволяющей получить горючий газ, основные горючие компоненты которого – водород, и окись углерода. Биохимическая переработка растительной би омассы позволяет получить топливный спирт и горючий газ, известны также методы химической переработки растительной биомассы с получением жидк их топлив и др. Растительная биомасса – один из наиболее распрос транённых и доступных возобновляемых источников энергии на Земле, возр астающий интерес к которому связан с экологическими факторами, вызываю щими у человечества всё большее внимание. Ископаемые топлива наносят зн ачительный вред окружающей среде в местах добычи и при транспортировке. При сжигании органических топлив в атмосферу выбра сываются значительные количества окислов азота, серы и двуокиси углеро да, а при с ж игани и углей ещё и твёрдых частиц. Существует м нение, что выбрасываемая в атмосферу двуокись углерода обусловливает п арниковый эффект, который ведет к потеплению клима та. Поэтому мировое сообщество было вынуждено принять конвенцию, устана вливающую для всех стран квоты на выбросы в атмосферу вредных веществ. Е стественно, что такие ограничения в ближайшие годы будут фактором, сдерж ивающим развитие традиционной энергетики [2] . Достоин ства растительной биомассы как источника энергии хорошо известны. Кром е возобновляемости данного вида топлива можно отметить такие качества, как экологическая чистота в сравнении с ископаемыми топливами, а также о тсутствие воздействия на баланс свободного углерода в атмосфере. После днее связано с тем, что при сгорании растительной биомассы выделяется и выбрасывается в атмосферу меньше углекислого газа, чем поглощается рас тениями из атмосферы в процессе фотосинтеза. Таким образом, количество с вободного углерода в атмосфере при сжигании биомассы не увеличивается. При сжигании растительной биомассы образуется в 20-30 раз меньше окислов серы и три-пять раз меньше золы по сравнению с углём. С читается, что за счет растительного топлива может быть реализовано до 20-30% глобальной потребности в энергии [15] . Россия обладает как определенными традициями и оп ытом в области энергетического использования растительной биомассы, т ак и значительными её ресурсами. Кроме того, в город ах образуются значительные количества твёрдых бытовых отходов (более 400 кг. на человека в год), их органиче ская часть превышает 50%. В целом доступные для энергетического использов ания ресурсы растительной биомассы в России эквивалентны примерно 400 мл н. т у.т., а по некоторым оценкам даже 1 млрд. т у.т. Получение из биомассы газооб разного топлива позволяет использовать простую п о конструкции энергетическую установку. Генераторный газ может исполь зоваться непосредственно в двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах, в последнем случае требования по очистке газа более жёсткие. Р астительная биомасса отличается высоким выходом летучих, поэтому предпочтительна её газификация. Существует множество схем и режимов газификации, отличающееся направлением движения рабочи х сред, способом подачи и видом окислителя. Самый простой и проверенный в отечественных условиях способ – это слое вая газификация при атмосферном воздушном или паро-воздушном дутье. Мно гочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями установлено, что на окончательный состав генераторног о газа решающее влияние оказывает высота активной зоны камеры сгорания газогенератора, которая определяет скорость движения газообразных про дуктов в камере сгорания газогенератора и скорость идущих в камере сгор ания химических реакций: Основные факторы: · отбор газа в единиц у времени; · размер газо генератора; · температура и влажность первичн ого воздуха и влажность газифицируемого топлива; · реакционная способность топлив а; · фракционный состав топлива; Низкая т емпература сгорания генераторного газа, получаемо го при воздушном дутье, определяется наличием в нём значительного колич ества (около 50%) б алластного газа (азота), поступающего из воздуха. Для повышения кало рийности газа до 15-20 МДж/нм 3 про цесс следует вести на кислородном дутье, что в условиях промышленной экс плуатации энергетических газогенераторов малой мощности – мало вероя тно инженерной точки зрения. Суще с твует и раз рабатывается ряд технологических процессов получ ения из растительной биомассы жидкого топлива как непосредственно, так из газа, как промежуточного продукта. При этом используется скоростной н агрев мелкодисперсного топлива (флеш-пиролиз), а также ожижение под дейс твием различных катализаторов. Однако, по мнению авторов, в ближайшие го ды данные технологии могут найти применение только для получения мотор ного топлива. Целесообразность их реализации в «большой» энергетике внутри существующих теплов ых систем проблематична, так как указанные технологии практически могу т реализовываться только на крупных заводах [7] . § 3 . Биодизель Альтернат ивой дизельным топливам на основе сырой нефти служит биодизельное топл иво . Биодизелем, называют топливо, полученное химич еской реакцией между растительными маслами либо животными жирами и спи ртами (метиловым, этиловым или изопропиловым спиртами) в присутствии кат ализатора (щёлочь или кислота). С химической точки з рения биодизель – это моноалкиловый эфир. С помощью процесса, называюще гося этерификацией, масла и жиры вступают в реакцию с метиловым спиртом и гидроксидом натрия, который служит катализатором, в результате чего об разуются жирные кислоты, а также побочные продукты: глицерин, глицеринов ые основания, растворимый поташ и мыло [ П риложение 1] . Хотя энерг етическая ценность биодизеля приблизительно равна энергетической цен ности обычного дизельного горючего (118000 БТЕ (Британские тепловые единицы) против 130500 БТЕ по эквиваленту крутящей силы и количеству лошадиных сил), од нако биодизель является гораздо более чистым топливом и более безопасн ым при хранении и использовании по сравнению с обычным дизельным горючи м. В результате опытов, проведенных Исследовательским институтом Колор адо по горючим и двигателям, было установлено, что при использовании сме си горючего, содержащей 20% биодизеля, наблюдается снижение выхлопных газ ов на 14%, углеводородов – на 13% и окиси углерода – на более чем 7% [4] . Биодизель (включая смесь В20) в настоящее время признан Агентством по охра не окружающей среды и Министерством Энергетики (США) в качестве альтерна тивного горючего, соответствующего требованиям по защите атмосферного воздуха и окружающей среды. К тому же, биодизель обладает рядом существе нных преимуществ. · не токсичен (его токс ичность составляет лишь 10% от токсичности поваренной соли); · разлагается в естественных усл овиях (приблизительно за то же время, что и сахар); · при попада нии в воду не причиняет вреда растениям и животным; · практичес ки не содержит серы и канцерогенного бензола; · его источником являются возобн овляемые ресурсы, не способствующие накоплению газов, вызывающих парни ковый эффект, что характерно для горючего, полученного на основе нефти. Прямые пре имущества, получаемые при использовании биодизеля в виде 20% смеси с обычн ым дизельным топливом, включают в себя: · увеличение сетаново го числа и смазывающей способности, что продлевает жизнь двигателя; · значительное снижение в редных выбросов (включая СО, СО 2 , SO 2 , мелкие ча стицы и летучие органические соединения); · способствование очистке инжект оров, топливных насосов и каналов подачи горючего. Эти преиму щества легко доступны и не требуют затрат на модификацию двигателей или изменения в инфраструктурах. К тому же, добавление катализатора может сн изить выбросы оксидов азота, что придает В20 гибкость в отношении соблюде ния требований к чистоте атмосферного воздуха. Наконец, биодизель дает возможность владельцам и управляющим автопарк ов, использующим дизельное топливо (включая подвижной состав и автомоби ли, исключенные из него, а также морские суда, оснащенные дизельными двиг ателями), соблюдать без особых усилий требования к чистоте воздуха, не за трачивая значительные средства, как в случае с другими альтернативными видами топлива [6] . В настоящее время в странах ЕС используют Aquazole , представляющее собой сме сь биодизельного топлива и воды, под маркой Elf предлагается потребителям с 2005 года. Из воды и биодизельного топлива с помощью присадки получается одно родная смесь, которая выделяет на 80% меньше сажи и на 30% оксидов азота. На сегодняшний день с амые конкурентоспособные ре зультаты среди различных альтернативных видов топлива показал б иодизель [5 ] . § 4 . Биогаз Метановое брожение или биометаногенез - процесс превращения органического вещес тва в анаэробных условиях под действием бактериальной флоры. Биогаз, пол учается входе в биометаногенеза, представляет собой смесь газов; кислор ода, азота, водорода, углекислого газа , из которых 50-80% составляет метан. Согласно современным представлениям, анаэробное превращение практиче ски любой биомассы в метан проходит через четыре последовательных этап а: фаза гидролиза (расщепления), сложных биополимерных молекул (белков, ли пидов, полисахаридов) на более простые, например, мономеры, аминокислоты, углеводы и другие; фаза ферментации образовавшихс я мономеров до ещё более простых веществ- низших кислот и спиртов, аммиак а и сероводорода; ацетогенная фаза (образование Н 2 , СО 2 , формиата и ацетата) и непосредственно метаногенная фа за, которая приводит к конечному продукту расщепления- метану [17] . Исследователи, кроме четырёх этапов конверсии биомассы в метан, отдельн о выделяют две стадии. У разных авторов они имеют разные названия: “немет аногенная” и “метаногенная”, “кислотная” и “слабощелочная” и т.д. Первая стадия (кислотная) связана с образованием летучих жирных кислот как осн овных промежуточных продуктов разложения органич еских веществ до метана, вторая стадия (слабощелочная или метаногенная)- с физико-химической характери стикой среды и образованием метана. Технологически метановое брожение делят на этап созревания метанового биоценоза и этап ферментации (непрерывный и период ический). В течении первого этапа развиваются группы микроорганизмов, участвующ ие в разложении исходных сложных субстратов и продуктов их распада. В ре зультате физиологической деятельности этих микро организмов создаются оптимальные условия для активного метангенериро вания (четвёртая фаза). По достижении этих условий ферментация переводится на непрерывный или периодической режим. Метановое брожение может протекать при температуре 10-60 °С. Термофильное метановое брожение (45-65°С) в 2-3 раза интенсивнее мезофильного брожения (25-35°С), причём изменение тем пературы влияет лишь на скорость процесса, а не на качественный состав о бразующихся продуктов. [Приложение 2]. Метанобразующие бактерии или метаногены являются анаэробами, чувствит ельными к кислороду. Группа метанобразующих организмов насчитывает на сегодняшний день около 50 видов, по температурному режиму подразделяющих ся на психрофилов (существуют при температуре 4-25° С ) , мезофилов (30-35°С) и термофилов (50-70 °С). Для обеспечения нормальной жизнедеятельности метаногенов необход имо: 1) постоянство темпера туры и давления; 2) строгий анаэробиоз; 3) отсутствие света; 4) нейтральная или слабощелочная ср еда. Выделение в окружающую среду горючих и токсичных веществ, вхо дящих в состав биогаза, оказывает отри цательное во здействие на природу, является причиной взрывов и пожаров. На рекультивированных землях газ вытесняет из корневой сист емы воздух, что отрицательно сказывается на их росте. Мировой опыт свидетельствует, что извлечение биогаза из толщи твёрдых б ытовых отходов (ТБО) и его использование экологически необходимо (в том ч исле, с точки зрения безопасности). В силу достаточно низкого содержания в ТБО органических веществ и при их малой влажности – главный показатель, влияющий на образование газа, по лучение из них биогаза неэффективно без использов ания дополнительных компонентов. В качестве такой добавки можно исполь зовать осадок сточных вод (ОСВ). В соответствии с тре бованиями СНиП 2.04.03.-85 соотношение компонентов смеси ТБО и ОСВ должно быть с табильным и составлять 2:1 по массе. Иловые осадки, имеющие повышенную влаж ность - 98%, как бытовой мусор, имеющий низкую влажность – 45% , компенсируются и утилизируются сепаратно кратно неэффективно. Оп тимальная влажность органического субстрата, которая обеспечивает инт енсивные анаэробные процессы, составляет 60-70%. В тих условиях происходит э ффективное биотермическое обезвоживание ОСВ и ТБО, а так же активное раз ложение органического субстрата с выделением биогаза за счёт взаимоде йствия компонентов, способствующих интенсификаци и процесса; в частности, достигается оптимальное соотношение углерода и азота, повышается пористость иловых осадков, уменьшается относительно е содержание в смеси инертных включений. Совместная переработка ТБО и ОС В позволяет сократить требуемые площади примерно на 20% и количество обсл уживаемого персонала. При этом сокращаются и энергетические затраты, по скольку обеззараживание осадка достигается в процессе компостировани я без применения каких-либо дополнительных устрой ств. Компостирование смеси ОСВ и ТБО позволяет вести биотермические про цессы при температуре 50-70°С, что обеспечивает эффективное обезвреживани е всей массы. Процесс биотермического разложения органических веществ, по данным исследований, приводит к гибели яиц гельминтов, личинок мух и р езкому сокращению патогенных микроорганизмов. В виду непрерывного процесса образования свалочны х отложений и постоянной эмиссии биогаза, этот источник можно отнести к возобновляющимся. В зависимости от специфических промышленных требований биогаз можно и спользовать различными способами: в теплоустановках, в газогенератора х для одновременного получения тепловой и электрической энергии; подавать в газовые сети для коммунальных и бытовых нуж д; сжимать для последующего хранения в газгольдерах. При подаче биогаза в коммунальные газовые сети необходимо проведение осушки и очистки газ а, что увеличивает капитальные затраты по биогазовой технологии. ТБО можно рассматривать как значительный потенци альный источник получения биогаза. Процесс начинается в верхних слоях с кладируемы отходов в аэробных условиях за счёт кислорода, содержащегос я в пустотах и проникающего из атмосферы. Биогаз при этом не образуется. П ри дальнейшем наращивании слоёв ТБО, их механическом и естественном упл отнении развиваются анаэробные процессы и начинается выделение биогаз а. При не плотной укладки отходов выход биогаза уменьшается. Существуют следующие способы механической предварительной обработки ТБО – увеличение плотности складируемых отходов: прессован ие, укладка брикета, предварительное дробление мусора, трамбовка специа льными катками, увеличение глубины свалки. Другие факторы, в лияющие на образование биогаза: 1) влажность мусора; 2) показатель кислотности рН; 3) температура; 4) морфологический состав мусора; 5) условия складирования – площадь , объём, глубина свалки. Питательн ой средой для метановых бактерий являются водород, азот, фосфор, калий, ма гний, кальций, сера и их соединения, содержащиеся в ТБО. Оптимальное соотношение водорода и азота – 1:16. Выход биогаза максимален при влажности ТБО 60-70%, значении рН в пределах 6,5-8,0 и при большей концентрации органических веществ. Органические вещества, содержащиеся в отходах, мо жно разделить на три класса, каждому из которых соответствует определен ный выход метана; · углеводы – 0,42- 0,47 м 3 метана / кг; · белки – 0,45-0,55 м 3 / кг; · жиры – до 1 м 3 / кг. Теплотвор ная способность биогаза из ТБО составляет 20-28% МДж/м 3 [14] . Он мо жет с высокой эффективностью использоваться или непосредственно как т опливо, или посредством газогенераторов трансформироваться в электрич ескую и тепловую энергию. Биогаз также может использоваться как моторно е топливо. На полигонах компостирования ТБО, где не производится сбор биогаза, газ, диффундирующий через толщу отходов, неор ганизованно поступает в атмосферу, при этом могут образовываться взрыв оопасные концентрации. После рекультивации земель продолжается генера ция газа и выхода его в атмосферу. По некоторым оценкам, в результате беск онтрольного выброса со свалок земного шара ежегодно выбрасывается в ат мосферу 30-70 млн. тонн биогаза [15] . § 5 . Биоэтанол , как топливо и добав ка к нему Сама идея и спользовать спирт в качестве топлива не нова. В 1860 году немецкий изобрета тель Николаус Отто использовал спирт в своём четырехкратном автомобил ьном моторе, поскольку нефти в те времена было предостаточно, то его ноу-х ау осталось без внимания. Отчасти потому, что спирт- ректификат содержит примерно 6 % масс, воды, которая в бензине не растворяе тся, а ведет к расслоению этих жидкостей, при низких температурах замерз ает, образуя ледяные "пробки" в трубопроводах и каналах карбюратора. Полу чение же безводного ("абсолютированного") спирта в те времена было очень д орогим. А первая советская баллистическая ракета Р - 1, испытанная в 1948 году, работала на смеси кислорода и 75% водном растворе эти лового спирта. Поэтому обращение к этанолу, как мощн ому источнику энергии, вполне естественно. Прошло то время, когда этанол был известен лишь в качестве разбавителя топлива узкого применения. Теп ерь он считается важной составляющей бензина и высоко ценится благодар я содержанию кислорода и высокому октановому чи сл у (как у бензина марки Аи-108 ) . Кроме того, производство этанола может быть налажено в сельской местности, обеспечивая столь нео бходимые там рабочие места и налоговые поступления, этанол вносит ценны й вклад в энергетическую и экономическую безопасность страны и являетс я наилучшим из имеющихся средств борьбы с газами, вызывающими парниковы й эффект [12] . Что же такое биоэтанол и из чего он производится? Обычный топливный этанол представляет собой высокооктановый спирт, по лучаемый путем ферментации сахара, который, в свою очередь, получают из к рахмала зерновых, например, кукурузы или пшеницы, но процесс получения с пирта не ограничен только этими культурами . Биоэтанол получают ферментацией сахаров, добываемых из р астительного волокна из возобновляемых источников сырья – таких, как д ревесина или солома. Независимо от назначения этан ола его производство включает следующие технологические этапы: · Исходное сырьё разма лывается и подвергается гидролизу; · Получившаяся смесь сахаров сбра живается дрожжами; · Получившийся раствор поступает в перегонную колонну, где отгоняется спирт-сырец; · Спирт-сырец затем используется для получения чистого этанола путём ратификации [Приложение 3]. При сгоран ии этанола из растительного волокна выделяется в 10 раз меньше углекисло го газа, чем при сгорании бензина (а углекислый газ – одна из причин парни кового эффекта и глобального потепления). В США, Швеции и Бразилии этанол уже добавляют к бензину, чтобы уменьшить выделение углекислого газа. Почему биоэтанол? Топливные см еси, содержащие этанол, сегодня успешно используются во всех типах автом обильных двигателей, работающих на бензине. Промышленное производство биоэтанола и использование его в качестве топлива значительно снижает зависимость от множества факторов: · Во-первых, октановое чи сло биоэтанола выше октанового числа бензина, что позволяет увеличить к омпрессию, и как следствие, предоставляет новые возможности увеличения мощности двигателя; · Во-вторых, добавление биоэтанол а существенно уменьшает выделение вредных примесей, сопутствующих 100% бе нзиновому топливу. · В третьих: производство биоэтан ола во многих странах мира позволяет им уменьшать свою энергетическую з ависимость от поставщиков нефтяных и газовых ресурсов [9] . Как правил о, обычно этанол используется в смеси с бензином. Все автомобили и легкие грузовики, эксплуатируемые сегодня в США, используют топливные смеси с с одержанием от 10% до 85% этанола, в соответствии с гарантиями своих производи телей. Содержание спирта в общеизвестных топливных смесях следующее: то пливо E10 - содержит 10% этанола и 90% бензина. E10 одобрено к использованию в любом автомобиле, произведенном или постав ляемом в США. Большое число американских производителей настоятельно р екомендуют к использованию в своих автомобилях именно этот вид топлива. Топливо E85 - содержит 85% этанола и 15% бензина. E85 является еще одним альтернативным вариантам топлива, пригодным к испо льзованию в двигателях с измененной специально для этого конструкцией. Изменение конструкции двигателя в варианте с топливом Е85 является ключе вым фактором, т.к. практически все автомобили могут использовать E10 без из менения конструкции двигателя. Смесь Е85 быстро становится наиболее популярным видом топлива на совреме нном топливном рынке. При этом, некоторые производители поставляют на ав томобильный рынок двигатели специальной конструкции (FFVs), работающие на л юбом соотношении бензина и этанола, включая E85. Масштабы использования биоэтанола в качестве автомоб ильного топлива постоянно возрастают. В Российско й Федерации для производства топливного биоэтанола имеются д остаточно серьёзные: сырьевая, технологическая и промышл енная базы [18] . Пе рвый завод по производству биоэтанола б удет построен в Омске. 22 ноябр я 2006 г. в Омске Группой компаний «Тит ан» при поддержке Правительства Омской области и Министерства сельско го хозяйства Российской Федерации была проведена торжественная церемо ния начала строительства первого в России биокомплекса с годовым объем ом производства биоэтанола до 150000 тонн , клейковины – 59000 тонн, углекислого газа – 115000 тонн, сухой кормовой барды (DDGS и отруби) – 240000 тонн. На первом этапе в рамках этого проекта будет осуществлено строи тельство завода по производству топливного биоэтанола. Инновационная технология заключается в том, что зерно пшеницы подвергается глубокой п ереработке. На выходе получается обезвоженный денатурированный этилов ый спирт (биоэтанол) и сопутствующие продукты: сухая барда, сухая клейков ина, углекислый газ. Комплекс сможет перерабатывать около 600 тысяч тонн зе рна в год. Омская область имеет хорошие перспективы для реализации проекта, поско льку обладает большими запасами воспроизводимого натурального биолог ического сырья (биомассы), от продуктов переработки сельскохозяйственн ого сырья до лесных ресурсов. Применяемая компанией технология произво дства биоэтанола, нативной клейковины, углекислого газа и кормовых дрож жей обеспечивает соблюдение всех необходимых экологических норм. Данн ый вид деятельности безопасен для окружающей среды. Не используются вещ ества, создающие радиоактивные или высокотоксичные отходы, а также отхо ды, способные вызвать инфекционное заражение. Вредные стоки отсутствую т. На первоначальном этапе планируется поставлять топливо на внешний ры нок. Продукт – ЭТБЭ высоко востребован в государствах Евросоюза и некот орых стран Южно-Азиатского региона [ 13 ] . Главное достоинство этанолсодержащих топлив — у меньшение количества монооксида углерода, оксидов азота и сажи в отрабо тавших газах двигателей. Кроме того, этанол обладает высокими антидетон ационными свойствами: он является наиболее эффективной антидетонацион ной добавкой среди алифатических спиртов. Очень важно и то, что его можно получать из возобновляемого (растительного) сырья. К сожалению, этанол имеет недостатки, из-за которых он до настоящего врем ени широкого распространения в России не получил: · Первый из таких недо статков — почти на 30 % меньшая, чем у бензина, теплотворная способность, а с ледовательно, и меньшая мощность, развиваемая двигателем. Однако, как по казал опыт США, данный недостаток в значительной степени компенсируетс я большей полнотой сгорания "спиртованного" бензина: увеличения расхода топлива при переходе от бензина к газохолу Е10 практически не обнаружено. · Второй недостаток спиртосодерж ащих топлив — фазовая их нестабильность при обводнении, т. е. расслоение смесей. Но решение проблемы уже найдено: это — введение в этанолсодержа щее топливо определенных добавок, а также обеспечение условий, препятст вующих попаданию воды в топливо. · Третий недостаток — наличие в с пиртах полярной гидроксильной группы, которая делает их химически боле е активными, чем эфиры и традиционные виды топлив. Скажем, тот же этанол да же при малом содержании воды приобретает высокую электропроводность, п оэтому способствует коррозии металлов. Приче м он особенно агрессивен по отношению к цинку, латуни, свинцу, алюминию, а также стали, покрытой сплавом свинца и олова (припои на свинцовой основе). Поэтому, например, на бразильских автомобилях, использующих бензиноэта нольное топливо, некоторые медные и цинковые детали пришлось заменить н а никелевые [20] . Заключение В заключен ие мне хотелось бы отметить, что производство и применение тех или иных в идов альтернативного топлива в отдельно взятой стране связано с рядом о граничений. Например, в России практически отсутствует сырьевая база дл я получения этанола и биодизельного топлива (необходимо отметить, что на иболее эффективными продуцентами для их топлив являются представители тропической и субтропической флоры). С другой стороны, использование LPG, у читывая огромные запасы газа в нашей стране, крайне актуально. Из всех ви дов моторных топлив, получаемых из местного сырья, только биогаз, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспорт ных средств, представляет серьезный практический интерес для России. Кр оме того, шахтный метан уже в настоящее время может рассматриваться как перспективный источник альтернативного моторного топлива для угольны х регионов нашей страны, например Кузбасс. Однако без должного развития инфраструктуры и поддержания экономически обоснованного спроса ни оди н из видов альтернативного топлива не может рассматриваться как полноц енная замена бензина и дизельного топлива. Эффект от использования уста новок по производству биодизельного топлива, синтетического бензина, п о преобразованию отработанного масла и т.п. вне рамок реализации масштаб ной государственной программы может носить лишь исключительно локальн ый характер. В связи с этим остается только надеяться, что часть тех огром ных финансовых ресурсов, которые столь внушительными темпами аккумули руются в настоящее время государством и нефтяными компаниями при реали зации нефти и нефтепродуктов пойдет на своевременную разработку и внед рение высокоэффективных энергосберегающих технологий, а также альтерн ативных энергоресурсов. Факты свидетельствуют о том, что нефтяная эйфор ия в России продлится еще недолго, рано или поздно нашей стране придется перейти на альтернативные источники энергии. Библиограф ия 1. Альтернати вные виды топлива // URL : http // www . rokf . ru // oddities /3950. html 2 . Анискин В. Н. , Голубкович А. В. Перспективы использования растительных отходов в качестве биотоплив // Теплоэнергетика. 2004., №5. С 60-65. 3 . Балалаева И. Новые дизельные топлива // Автомобильный транспорт. 2004. №8. С 41-42. 4 . Биодизель- все новости о топл иве // URL : http // www . biodiesel . com . ua 5 . Биодизель (оборудование для б иодизеля) // URL : http // www . neftebaza . info / forum _ ontzy . php ? id =4839 6 . Биодизель. Биодизел ьное топливо. Производство. // URL : http // www . biodiesel . dp . ua 7 . Боровков В.М., Зысин Л.В., Сергее в В.В. Итоги и научно-технические проблемы использования растительной би омассы и органосодержащих отходов в энергетике // Известия РАН. Энергети ка. 2002. №6. С 13-19. 8 . Диденко А.Н. Методика получения жидкого топлива из углей // Известия РАН. Эн ергетика. 2002., №5. С 115-117. 9. Кириллов Н.Г. Моторное топливо XXI века // Энергия. 2007. №8. С 2-5. 10 . Кричко А.А., Лебедев В.В., Фарберов И.Л. Нетопливн ое использование углей // URL : http // www . xumuk . ru / encyklopedian /174. html 11 . Напольский Б., Доманов В. Альт ернативные виды топлива // URL : http // www . oilworld . ru / news . php ? view =3020 12 . Орлов П. Без бензина // Огонёк. 2006. №4. С 22-23. 13 . Сайт ГлобалОмск.ру - Омские но вости // URL : http // www.globalomsk.ru/news 14. Утилизация и переработка ТБ О с целью получения биогаза // URL : http // www . solidwaste . ru / dictionary /2. html & view = A 1 5 . Фёдоров М . П. Вторичные ресурсы // Известия РАН . Энергет ика. 2002. №6. С 7-11 . 16 . Фёдоров М.П., Донченко В.К. Экологическая безопасность энергетики как направлен ие интеграции науки и высшего образования //Доклад III всероссийской научно-практич еской конференции «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» . СПб.: Изд-во РАЕН, 1999. Т.1. 17 . Фёдоров М.П., Елистратов В.В. Ис пользование ресурсов малой и нетрадиционной энергетики в Ленинградско й области // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 1998. №4(14). 18 . Шамонина А.В, Макаров В.В. Спир ты как добавки к бензинам // Автомобильная промышленность. 2005. №8. С 11-12. 1 9 . Шувалов А.М., Самодуров А. В. Энергетичес кое использование лузги гречихи // Техника в сельском хозяйстве. 2005. №4. С 19-20. 20 . Энциклопедия «Википедия» // URL : http // ru . wikipedia . org / wiki /топливо .
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Шубы дарят не той, которая мерзнет, а той - с которой жарко.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по химии "Химия в поисках альтернативных источников энергии", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru