vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2024-3-30-36vguit-3517Research ArticleПроцессы и аппараты пищевых производствProcesses and equipment for food industryМетодика расчёта двухступенчатой системы сепарации установки для производства биотопливаMethod of calculation of a two-stage separation system of a biofuel production installationhttps://orcid.org/0000-0002-6202-5487СотниковВ. Г.SotnikovV. G.

ассистент, кафедра переработки древесных материалов, Карла Маркса 68, г. Казань, 420015, Россия

Cand. Sci. (Engin.), associate professor, processing of wood materials department, Karl Marx 68, Kazan, 420015, Russia

noreplay@elpub.ruСафинР. Г.SafinR. G.

д.т.н., профессор, кафедра переработки древесных материалов, Карла Маркса 68, г. Казань, 420015, Россия

safin@kstu.ruТимербаевН. Ф.ZagirovA. N.ГурьяновД. А.TimerbaevN. F.ХабибуллинаА. Р.GuryanovD. A.Казанский национальный исследовательский технологический университетKazan National Research Technological University2024300920248633036Copyright © Сотников В.Г., Сафин Р.Г., Тимербаев Н.Ф., Гурьянов Д.А., Хабибуллина А.Р., 20242024Сотников В.Г., Сафин Р.Г., Тимербаев Н.Ф., Гурьянов Д.А., Хабибуллина А.Р.Sotnikov V.G., Safin R.G., Zagirov A.N., Timerbaev N.F., Guryanov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3517

В настоящее время переработка растительных отходов является перспективным направлением развития в современной энергетике. Существует множество методов переработки отходов, но не все из них являются экономически обоснованными и безвредными для экологии. Одним из самых распространенных методов переработки является быстрый абляционный пиролиз, предназначенный для термической переработки отходов без доступа кислорода. В результате такой переработки образуется: углеродистый остаток и пиролизный газ. Количество получаемых пиролизных газов составляет 60 % и более от массы перерабатываемого сырья. Чтобы пиролизные газы стали высококачественным топливом их необходимо подвергнуть процессу сепарации, который протекает в устройствах, называемых – конденсатор паров. При сепарации пиролизных газов лучше не использовать обычные нефтегазовые конденсаторы так как конденсируемые пиролизные газы обладают высокой смольностью из-за чего происходит более быстрый износ устройства. Для установки по производству пиролизного топлива предлагается двухступенчатая система сепарации, предназначенная для разделения пиролизных газов на фракционные составляющие: пиролизного дистиллята, неконденсирующегося горючего газа и воды. В статье представлена конструкция двухступенчатой системы сепарации. Описан принцип работы двухступенчатой системы сепарации, дана схема её устройства. Представлена методика расчета двухступенчатой системы сепарации, позволяющая определить геометрические параметры конденсаторов скруберного и эжекторного типов.

Currently, the processing of plant waste is a promising area of development in modern energy. There are many methods for recycling waste, but not all of them are economically feasible and environmentally friendly. One of the most common processing methods is fast ablative pyrolysis, designed for thermal processing of waste without access to oxygen. As a result of such processing, carbon residue and pyrolysis gas are formed. The amount of pyrolysis gases produced is 60 % or more of the mass of processed raw materials. In order for pyrolysis gases to become high-quality fuel, they must be subjected to a separation process that takes place in devices called a vapor condenser. When separating pyrolysis gases, it is better not to use conventional oil and gas condensers since the condensed pyrolysis gases have a high tar content, which causes faster wear of the device. For the installation for the production of pyrolysis fuel, a two-stage separation system is proposed, designed to separate pyrolysis gases into fractional components: pyrolysis distillate, non-condensable combustible gas and water. The article presents the design of a two-stage separation system. The principle of operation of a two-stage separation system is described, and a diagram of its structure is given. A method for calculating a two-stage separation system is presented, which makes it possible to determine the geometric parameters of scrubber and ejector type capacitors.

сепарацияпиролизный газпиролизная жидкостьбиотопливотермическое разложениересурсосбережениеseparationpyrolysis gaspyrolysis liquidbiofuelthermal decompositionresource savingИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-26-00036ReferencesСафин Р.Г., Сотников В.Г., Загиров А.Н., Мифтахов Р.А. Переработка органических отходов в пиролизное топливо // Системы. Методы. Технологии. 2022. № 4(56). С. 116–125. doi: 10.18324/2077–5415–2022–4–116–125.Safin R.G., Sotnikov V.G., Zagirov A.N., Miftakhov R.A. Processing of organic waste into pyrolysis fuel. Systems. Methods. Technologies. 2022. no. 4(56). pp. 116–125. doi: 10.18324/2077–5415–2022–4–116–125. (in Russian).Сотников В.Г., Загиров А.Н., Гурьянов Д.А. и др. Обзор существующих установок для производства пиролизного топлива // Системы. Методы. Технологии. 2023. № 3(59). С. 117–122. doi: 10.18324/2077–5415–2023–3–117–122Sotnikov V.G., Zagirov A.N., Guryanov D.A. et al. Review of existing installations for the production of pyrolysis fuel. Systems. Methods. Technologies. 2023. no. 3(59). pp. 117–122. doi: 10.18324/2077–5415–2023–3–117–122 (in Russian).Сафин Р.Г., Сотников В.Г., Загиров А.Н. Исследование сепарирования пиролизных газов при различном влагосодержании растительного сырья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 3(101). С. 155–160. doi: 10.37670/2073–0853–2023–101–3–155–160.Safin R.G., Sotnikov V.G., Zagirov A.N. Study of separation of pyrolysis gases at different moisture content of plant raw materials. Bulletin of the Orenburg State Agrarian University. 2023. no. 3(101). pp. 155–160. doi: 10.37670/2073–0853–2023–101–3–155–160. (in Russian).Пат. № 2694347, RU, С10В 53/00. Способ получения активированного угля / Сафин Р.Г., Зиатдинов Р.Р., Сафин Р.Р. и др. № 2019100413; Заявл. 09.01.2019; Опубл. 11.07.2019.Safin R.G., Ziatdinov R.R., Safin R.R. et al. Method for producing activated carbon. Patent RF, no. 2694347, 2019.Пат. № 2655757, RU, С11В 1/10, С08В 37/00. Установка для комплексной переработки древесины лиственницы / Сафина А.В., Тимербаев Н.Ф., Зиатдинова Д.Ф. и др. № 2017123820; Заявл. 05.07.2017; Опубл. 29.05.2018.Safina A.V., Timerbaev N.F., Ziatdinova D.F. et al. Installation for complex processing of larch wood. Patent RF, no. 2655757, 2018.Чу Конг Ньги, Спицын А.А., Пономарев Д.А., Чухчин Д.Г. и др. Получение и активирование биоуглерода из бамбука // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. №. 225. С. 226–236. doi: 10.21266/2079–4304.2018.225.226–236Chu Kong N'gi, Spitsyn A.A., Ponomarev D.A., Chukhchin D.G. et al. Obtaining and Activating Biocarbon from Bamboo. Bulletin of the St. Petersburg Forest Engineering Academy. 2018. no. 225. pp. 226–236. doi: 10.21266/2079–4304.2018.225.226–236 (in Russian).Сафин Р.Г., Сотников В.Г., Зиатдинова Д.Ф. Пирогенетическая переработка органических отходов текстильной промышленности в адсорбенты // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 5(395). С. 229–235. doi: 10.47367/0021–3497_2021_5_229Safin R.G., Sotnikov V.G., Ziatdinova D.F. Pyrogenetic processing of organic waste from the textile industry into adsorbents. News of higher educational institutions. Technology of the textile industry. 2021. no. 5(395). pp. 229–235. doi: 10.47367/0021–3497_2021_5_229 (in Russian).Сафин Р.Г., Сотников В.Г., Рябушкин Д.Г., Ланкин К.А. и др. Конденсатор смешения для разделения пиролизных газов // Деревообрабатывающая промышленность. 2021. № 4. С. 45–55.Safin R.G., Sotnikov V.G., Ryabushkin D.G., Lankin K.A. et al. Mixing condenser for the separation of pyrolysis gases. Woodworking industry. 2021. no. 4. pp. 45–55. (in Russian).Сафин Р.Г., Сафина А.В., Валеев К.В., Фахрутдинов Р.Р. Способ получения композиционного материала на основе отходов текстильной промышленности и арабиногалактана // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 6(396). С. 297–302. doi: 10.47367/0021–3497_2021_6_297Safin R.G., Safina A.V., Valeev K.V., Fakhrutdinov R.R. Method for producing a composite material based on textile industry waste and arabinogalactan. News of higher educational institutions. Textile industry technology. 2021. no. 6(396). pp. 297–302. doi: 10.47367/0021–3497_2021_6_297 (in Russian).Зиннурова О.В., Фаттахов Д.А. Получение биодизеля из кофейной гущи сортов арабика и робуста // Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral». 2022. №5. С. 11.Zinnurova O.V., Fattakhov D.A. Obtaining biodiesel from Arabica and Robusta coffee grounds. International Journal of Applied Sciences and Technologies "Integral". 2022. no. 5. pp. 11. (in Russian).Garland N.T., Kaveti R., Bandodkar A.J. Biofluid activated biofuel cells, batteries, and supercapacitors: a comprehensive review // Advanced Materials. 2023. V. 35. №. 52. P. 2303197.Garland N.T., Kaveti R., Bandodkar A.J. Biofluid activated biofuel cells, batteries, and supercapacitors: a comprehensive review. Advanced Materials. 2023. vol. 35. no. 52. pp. 2303197.Yang Y. et al. An overview of biofuel power generation on policies and finance environment, applied biofuels, device and performance // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2021. V. 8. №. 4. P. 534-553.Yang Y. et al. An overview of biofuel power generation on policies and finance environment, applied biofuels, device and performance. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2021. vol. 8. no. 4. pp. 534-553.Malode S.J. et al. Recent advances and viability in biofuel production // Energy Conversion and Management: X. 2021. V. 10. P. 100070.Malode S.J. et al. Recent advances and viability in biofuel production. Energy Conversion and Management: X. 2021. vol. 10. pp. 100070.Srivastava R.K. et al. Biomass utilization and production of biofuels from carbon neutral materials // Environmental Pollution. 2021. V. 276. P. 116731.Srivastava R.K. et al. Biomass utilization and production of biofuels from carbon neutral materials. Environmental Pollution. 2021. vol. 276. pp. 116731.Stamenković O.S. et al. Production of biofuels from sorghum // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. V. 124. P. 109769.Stamenković O.S. et al. Production of biofuels from sorghum. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. vol. 124. pp. 109769.Kumar M. et al. Algae as potential feedstock for the production of biofuels and value-added products: Opportunities and challenges // Science of the Total Environment. 2020. V. 716. P. 137116.Kumar M. et al. Algae as potential feedstock for the production of biofuels and value-added products: Opportunities and challenges. Science of the Total Environment. 2020. vol. 716. pp. 137116.Safin R.G., Sotnikov V.G., Ziatdinova D.F. Installation for the Processing of Plant Waste into Activated Carbon // Lecture Notes in Mechanical Engineeringthis link is disabled. 2023. P. 809–818.Safin R.G., Sotnikov V.G., Ziatdinova D.F. Installation for the Processing of Plant Waste into Activated Carbon. Lecture Notes in Mechanical Engineeringthis link is disabled. 2023. pp. 809–818.Сафин Р.Г., Сотников В.Г. Энергосберегающая установка переработки органических отходов в топливо и адсорбенты // Российский химический журнал. 2023. Т. 67. № 3. С. 17-24. doi: 10.6060/rcj.2023673.3Safin R.G., Sotnikov V.G. Energy-saving installation for processing organic waste into fuel and adsorbents. Russian Chemical Journal. 2023. vol. 67. no. 3. pp. 17-24.doi: 10.6060/rcj.2023673.3 (in Russian).Huang X., Cheng D., Chen F., Zhan X. Reaction pathways of hemicellulose and mechanism of biomass pyrolysis in hydrogen plasma: A density functional theory study // Renew Energy. 2016. V. 96. P. 490–497.Huang X., Cheng D., Chen F., Zhan X. Reaction pathways of hemicellulose and mechanism of biomass pyrolysis in hydrogen plasma: A density functional theory study. Renew Energy. 2016. vol. 96. pp. 490–497.Yaashikaa P.R., Kumar P.S., Karishma S. Bio-derived catalysts for production of biodiesel: A review on feedstock, oil extraction methodologies, reactors and lifecycle assessment of biodiesel // Fuel. 2022. V. 316. P. 123379.Yaashikaa P.R., Kumar P.S., Karishma S. Bio-derived catalysts for production of biodiesel: A review on feedstock, oil extraction methodologies, reactors and lifecycle assessment of biodiesel. Fuel. 2022. vol. 316. pp. 123379.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.