employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
OKSO 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
The article discusses the study of the process of thermochemical processing of sunflower husk into liquid, solid and gaseous products. According to the statistics provided by Rosstat, sunflower is the traditional largest agricultural oil crop in Russia. To date, the gross seed collection of about 12 million tons per year. In the process of industrial production of sunflower oil during the entire production cycle, a large amount of plant waste, including husk seeds. Currently, there are many areas for the use of sunflower husk, the main of which is the production of feed additives for cattle. However, the presented areas of industrial application do not allow to fully process this valuable resource into cost-effective products, which leads to its accumulation. Analysis of the physical properties of sunflower husk showed a high calorific value of this biomass due to the high lignin content. Sunflower husk has a low ash content. These facts indicate the possibility of effectively using the husks as raw materials for the production of coal briquettes, liquid biofuels and gaseous products by the thermochemical method. Using standard techniques, the properties and chemical composition of selected samples of sunflower husk were determined. In order to identify the optimal parameters for the maximum yield of liquid and solid products of pyrolysis of sunflower husk, the experimental ways were determined dependences of the yield of products on the temperature of thermal decomposition. The study of the thermal decomposition of sunflower husk was carried out in isothermal conditions at temperatures of 450, 500, 550 and 600 ° C. The experiments were carried out in a periodic pyrolysis reactor of plant biomass. The results of studies on the yield of process products from the temperature of thermal decomposition of sunflower husk showed that the maximum yield of liquid product up to 43% occurs at a temperature of 550 ° C, and that of a solid product up to 35% at a temperature of 450 ° C. A further increase in the temperature of the pyrolysis process leads to an increase in the yield of the gaseous product.
pyrolysis, vegetable raw materials, biofuel.
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. Mardanova I.R. Recycling of wastes of grain processing enterprises in hydrodynamic mills. [Pererabotka otkhodov zernopererabatyvayuschikh predpriyatiy v gidrodinamicheskikh melnitsakh]. / I.R. Mardanova, N.Z. Dubkova, O.V. Ivanova, M.G. Kuznetsov // Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta. - Technological University Herald. - 2017. - Vol. 20. - №12. - P. 132-134.
4. Villu V. Spravochnik potrebitelya biotopliva. [Biofuel consumer handbook]. / V. Villu, K. Yulo, M. Peeter, P. Tynu, S. Sulev - Tallin: Izd-vo Tallinnskogo tekhnich. un-ta, 2005. - P. 184.
5. Kuznetsov M.G. Grinding of plant materials in hydrodynamic mills. [Izmelchenie rastitelnogo syrya v gidrodinamicheskikh melnitsakh]. / M.G. Kuznetsov, V.V. Kharkov, E.G. Khakimova // Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. - The Herald of the Technological University. - 2016. - Vol. 19. - № 16. - P. 59-61.
6. Kharkov V.V. Features of the kinetics of reactions of thermal decomposition of the material during concentration in a suspended layer. [Osobennosti kinetiki reaktsiy termicheskogo razlozheniya materiala pri kontsentrirovanii vo vzveshennom sloe]. / V.V. Kharkov, A.N. Nikolaev // Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzhya. - Scientific and Technical Herald of the Volga region. - 2017. - №5. - P. 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. Grachev A. N. Study of the properties of a liquid product of rapid pyrolysis of wood waste. [Issledovanie svoystv zhidkogo produkta bystrogo piroliza otkhodov derevoobrabotki]. / A.N. Grachev and others // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. - Proceedings of higher educational institutions. Problems of Energy. 2009. - №11-12. - P. 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. Khusid S.B. Sunflower husk as a source of obtaining functional feed additives. [Podsolnechnaya luzga kak istochnik polucheniya funktsionalnykh kormovykh dobavok]. / S.B. Khusid, A.N. Gneush, E.E. Nesterenko // Nauchnyy zhurnal KubGAU. - Scientific journal of KubGAU. - 2015. - № 107. - P. 142-155.
11. Tuntsev D.V. Sovershenstvovanie tekhnologii i oborudovaniya protsessa termicheskogo razlozheniya drevesiny v kipyaschem sloye: Dis. … kand. tekh. nauk: 05.21.05, 05.21.03 / Tuntsev Denis Vladimirovich. (Improving the technology and equipment of the process of wood thermal decomposition in a fluidized bed: Dissertation for a degree of Ph.D. of Technics: 05.21.05, 05.21.03 / Tuntcev Denis Vladimirovich). Kazan. gosud. tekhnol. un-t. Kazan, 2011. - P. 193.
