Перспективи використання та напрями виробництва біоетанолу в Україні

 

2.1 Гідратація етилену

2.2 Спиртове зброджування

2.3Гідроліз целюлозовмісної сировини

2.4Обґрунтування можливості застосування первапорації

 

 

На тлі активного обговорення наслідків техногенних катастроф на атомних електростанціях, що мали місце в Україні та Японії, та в умовах неухильного зростання цін на нафту і нафтопродукти, у світі дедалі більший інтерес проявляється до відновлювальних джерел енергії, зокрема біопального.

Пошук шляхів отримання недорогих видів біопалива та безпечного їх використання зумовлений низкою причин:

Різке зниження викопних вуглеводнів, що разом із щораз більшими темпами споживання пального може призвести до їх вичерпання в найближчому часі.

Необхідність радикального вирішення проблеми зниження токсичності двигунів внутрішнього згорання автотранспортних засобів і, як наслідок, очищення атмосферного повітря, особливо у великих містах та мегаполісах.

Так як застосування нових надпотужних джерел енергії (водень, пряме перетворення сонячної енергії в електричну, термоядерний синтез) поки досить проблематичне і водночас економічно не привабливе, особливо за широкомасштабного використання, то найближчим часом альтернативи рідкому паливу для автотранспорту немає. З цих причин актуальним є використання альтернативних видів палива, зокрема, біоетанолу.

 

 

Біоетанол – це рідке спиртове паливо, яке виробляється з сільськогосподарської продукції, що містить крохмаль та цукор, наприклад, із кукурудзи, зернових або цукрової тростини. На відміну від спирту, з якого виготовляються алкогольні напої, паливний етанол не містить води та виготовляється шляхом скороченої дистиляції (дві ректифікаційні колони, замість пяти) тому містить ще метанол та сивушні масла, а також бензин, що робить його не придатним для пиття.

Відповідно до Директиви Ради 2003/30 ЄС Європейського парламенту та Ради від 8 травня 2003 року про використання біопалива або іншого відновлювального палива для транспорту: Біоетанол – це спирт етиловий зневоднений, виготовлений з біомаси або спирту етилового-сирцю для використання як біопалива. Він призначений для виготовлення палива моторного сумішевого або добавок на основі біоетанолу – біокомпонентів моторного палива, отриманих шляхом синтезу із застосуванням біоетанолу або змішуванням біоетанолу з органічними сполуками та паливом, одержаним з вуглеводної сировини, в яких вміст біоетанолу відповідає вимогам нормативних документів та які належать до біопалива.

 

 

У більшості країн біоетанол виробляється із зернових культур (кукурудза, пшениця, ячмінь), але процес видобутку спирту не обмежується лише цими культурами. Сучасні технології виробництва біоетанолу дозволяють використовувати практично будь-яку вихідну сировину з високим вмістом цукроносного крохмалю (картопля, цукровий буряк).

Наприклад, Бразилія і Колумбія, як найбільші в світі виробники біоетанолу, використовують для видобутку етанолу цукрову тростину. Виробництво біоетанолу з вищезгаданої сировини вимагає достатніх кількостей родючих ґрунтів і води на їх зрошення. На жаль, це не вихід для щільно заселених і промислово розвинених областей, подібних до Західної Європи. Технологія виробництва біоетанолу з целюлози дозволяє виробляти біоетанол із стебел або соломи, зерна, целюлозних відходів і інших целюлозних джерел без додаткових земель.

На відміну від бензину, який виробляється із вичерпних ресурсів (нафти), спирт – поновлювальне паливо, яке виробляється з крохмалю, що утворюється в процесі колообігу вуглеводів певних рослин.

Виробництво спирту – це поновлювальний колообіг вуглеводу, де вуглекислий газ в атмосфері перетворюється у вуглець в процесі фотосинтезу рослин. Деякі рослини зберігають вуглеводи у вигляді крохмалю. В кінці колообігу крохмаломістку частину рослин збирають і використовують як сировину для виробництва спирту.

Існує два основних способи отримання біоетанолу – спиртове зброджування або мікробіологічний метод та гідратація етилену або синтетичний метод. Існують також проекти різного ступеню опрацювання, що направлені на отримання біоетанолу з целюлози та різноманітних типів органічних відходів, шляхом гідролізу. Але поки що ці технології знаходяться на ранніх етапах розробки та комерціалізації.

 

 

Цей спосіб базується на здатності етилену, при певних умовах, до реакції гідратації, тобто приєднання води з утворенням етилового спирту.

У заводських умовах пряму гідратацію етилену проводять при температурі 290-300 °С, загальному тискові етилену і водяної пари 70-80 ат (7, 1-8, 1 МПа), молярному співвідношенні води й етилену 0, 6-0, 75 і в присутності каталізатора – фосфатної кислоти, осадженої на носії.

Схема реакційного вузла установки для синтезу етанолу прямою гідратацією етилену: 1 – циркуляційний компресор; 2 -насос високого тиску; 3 – трубчаста піч; 4, 5 – теплообмінники; 6 -контактний апарат; 7 -конденсатор; 8 -скрубер; 9 -сепаратор високого тиску; 10 – редукційний вентиль; 11 – сепаратор низького тиску.

Суміш етилену та водяної пари при 280-300°С під тиском біля 8, 0 КПа подають в гідрататор, в якому підтримують такі ж параметри. При взаємодії етилену з водяною парою, окрім основної реакції етилену з водяною парою, протікають побічні реакції, в результаті яких отримується діетиловий ефір, оцтовий альдегід та продукти полімеризації етилену. Продукти синтезу виносять з гідратора невелику кількість фосфорної кислоти, яка може в подальшому виконувати корозійну дію на апаратуру та трубопроводи. Щоб уникнути цього, кислоту, що міститься в продуктах синтезу, нейтралізують