Переработка лингина
Лигнин
Лигнин — рентгенаморфное вещество, полимер, содержащийся в естественной форме внутри растения, который обеспечивает механическую прочность игерметичность клеточных стенок. В лиственных породах содержится до 25%, в хвойных — до 38% лигнина.
Проблема переработки и хранения содержащих лигнин отходов деревообрабатывающих производств особо актуальна для сибирских регионов РФ.
Технологический процесс переработки лигнина достаточно сложен и энергоемок, экономически нецелесообразен.
Процесс разложения лигнина на простые соединения типа бензола или фенола в несколько раз дороже получения этих продуктов из нефти и газа.
Согласно статистике, лишь 2% «технических» лигнинов идут в переработку, а остальные — сжигаются в специализированных установках или складируются.
СВОЙСТВА ЛИГНИНА ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ
По выходу летучих 70-78% лигнина относится к высокореакционным топливам, что способствует его раннему воспламенению и свидетельствует о повышенной склонности к самовозгоранию и взрывоопасности (по взрывоопасности лигнин близок к торфу). Предельно допустимая концентрация кислорода в аэросмеси сухой лигнинной пыли, при которой взрыв невозможен, составляет менее 11%. Наличие водяных паров в аэросмеси повышает значение безопасного содержания кислорода. Минимальная влажность пыли, исключающая взрывоопасность, составляет 30%. Нижний по концентрации предел взрывоопасности пыли dч< 0,08 мм при влажности до 4% составляет 32...52 г/м. Аэросмесь лигнина с dч > 0,2 мм невзрывоопасна. Лигнин отгружают навалом и транспортируют в открытых железнодорожных вагонах, полувагонах или в открытых автомашинах. При перевозке в открытых транспортных средствах должны быть предусмотрены средства предохранения от потерь. Лигнин хранят на открытых площадках насыпью. Срок хранения не ограничен. Колебания элементарного состава лигнинов зависят от метода и режима выделения и от природы сырья. Влажность лигнина зависит в основном от технологических особенностей варки и колеблется от 50 до 75%. Лигнин из-за высокой влажности находится вне зоны автогенного горения. Лигнин относится к высоковлажным, низкокалорийным, высокореакционным, взрывоопасным и трудно используемым горючим отходам с резко переменными свойствами и не пригоден для прямого сжигания.
ХЕМОСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АДСОРБЕНТА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ЛИГНИНА
Лабораторией каталитических нанотехнологий ИНХС РАН по запросу СОРБИС ГРУПП был разработан метод формирования пористогоадсорбента из железосодержащего остатка углекислотного риформинга лигнина в плазменно-каталитическом режиме,
стимулированным микроволновым излучением. Удельная поверхность адсорбентов достигает 580–620 м2/г .
Состав пор адсорбентов характеризуется узким распределением их объема по эффективным
размерам с максимумом в области 3.8 нм, что свидетельствует о формировании в адсорбенте микро- и мезо пор.
ОСОБЕННОСТИ ХЕМОСОРБЦИИ м-КРЕЗОЛА НА ПОРИСТОМ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕМ СОРБЕНТЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ОСТАТКА ПЕРЕРАБОТКИ ЛИГНИНА
После адсорбции крезола все железо присутствует в окисленном трехвалентном состоянии. При этом большая часть относится к парамагнитным высокодисперсным частицам оксида железа и небольшая часть (12%) – к достаточно крупным магнитноупорядоченным частицам оксида α-Fe2O3.Переход атомов Fe(0) в Fe(3+) после адсорбции крезола можно объяснить протеканием реакции с образованием поверхностных алкоголятов железа, например по уравнению:
6R–OH + 2Fe → 2(R–O)3–Fe + 3H2.
Атомы Fe, содержащиеся в высокодисперсных кластерах, наряду с карбонильными группами поверхности адсорбента, являются центрами хемосорбции м-крезола.
Это приводит к повышению общей сорбционной способности адсорбента и делает его перспективными для разработки
новых технологий по удалению вредных ароматических техногенных выбросов, аналогом которых является крезол.
Схема взаимодействия крезола с концевыми атомами кислорода в графитоподобных структурах сорбента
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ (ЛИГНИНА)
При индуцированной облучением температуре 600-650СКонверсия лигнина в по каждому направлению - 63- 65%
Селективность по синтез-газу – 90%
Степень выделения водорода в присутствии Fe-Ni каталитической системы – 90 %
Время превращения 20- 25 мин
Как показали предварительные исследования, переработка органической массы лигнина может протекать по двум направлениям:
с получением органических ароматических спиртов, являющихся структурными компонентами лигнина, и с получением синтез-газа.
Развитие этого метода позволяет создать резервную базу органических компонентов топлив и мономеров, или обеспечить получение основного энергоносителя в нефтехимии: водородсодержащего газа.
В работах ИНХС РАН, показано, что предлагаемый подход также перспективен для глубокого превращения остаточных фракций нефти: мазутаи гудрона.
В этой связи, является перспективным разработка основ технологии совместной переработки лигнина и остаточных фракций нефти, которые в настоящее время не имеют эффективных способов переработки.
Текущий статус проекта:
✤ Разработана скоростная переработка лигнина древесного происхождения в синтез-газ состава Н2/CO в плазменно-каталитическом режиме, стимулированным микроволновым излучением.✤ Разработана технология получения однородно-пористого адсорбента из углеродных остатков переработки лигнина, проявляющего хемосорбционные свойства по отношению к ароматическим техногенным загрязнениям.
Решение проблем
Таким образом, предлагаемый подход позволяет провести высокоскоростную практически исчерпывающую утилизацию лигнина в важные продукты нефтехимии.|
Необходимый бюджет для реализации проекта |
|
|---|---|
|
1 Этап Поисковая научно-исследовательская работа в области фундаментальных основ технологического процесса (период действия первого этапа - 3 года) |
Бюджет 10млн.руб./год |
|
2 Этап Оценка энергетической приемлемости технологической работы по лабораторной модели/установки (период действия второго этапа - 1 год) |
Бюджет 15млн.руб./год |
|
3 Этап Создание мультиреакторной системы переработки лигнина (период действия третьего этапа - 5 лет) |
Бюджет Будет рассчитан по итогам 2-го этапа |
Список опубликованных работ в области превращения возбужденных устойчивых молекул в плазменно-каталитическом режиме, стимулированным МВИ
M.V.Tsodikov, G.I.Konstantinov, A.V.Chistyakov, O.V. Arapova, M.A.Perederii, Utilization of petroleum residues under microwave irradiation, Chemical Engineering Journal 292 (2016) 315–320О. В. Арапова, М. В. Цодиков, А. В. Чистяков, C. C. Курдюмов, А. Е. Гехман, Переработка лигнина в водородсодержащий газ под воздействием микроволнового излучения, ДАН,
2017, Т.475, №4, С.405-409
Mark.V.Tsodikov, Olga V. Arapova , Andrey V. Chistyakova, Gregory I. Konstantinov, Dry Reforming of Kraft Lignin under MWI Action, CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, VOL.
57, P 223-228, 2017
Mark Tsodikov, Olga G.Ellert, Olga V. Arapova, Sergey A. Nikolaev, Andrey V.Chistyakov, Yu.V.Maksimov, Benefit of Fe-containing Catalytic Systems for Dry Reforming of Lignin to Syngas
under Microwave Radiation, CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, VOL. 65, 2018, 367-372
M.V. Tsodikov, O.G. Ellert , S.A. Nikolaev, O.V. Arapova , G.I. Konstantinov, O.V. Bukhtenko,
A.YU. VASILKOV, The role of nanosized nickel particles in microwave-assisted dry reforming of lignin, Chemical Engineering Journal 309, 2017, 628–637
M.V. Tsodikov, O.G. Ellert, S.A. Nikolaev, O.V. Arapova, O.V. Bukhtenko, Yu.V. Maksimov, D.I. Kirdyankin, and A.Yu. Vasil’kov, Fe-containing nanoparticles used as effective catalysts of lignin
reforming to syngas and hydrogen assisted by microwave irradiation, Journal of Nanoparticle Research, 2018, 20, №3, 86-101
P. Zharova, O. V. Arapova, G. I. Konstantinov, A. V. Chistyakov, and M. V. Tsodikov
Kraft Lignin Conversion into Energy Carriers under the Action of Electromagnetic Radiation, Journal of Chemistry
Volume 2019, Article ID 6480354, 9 pages
Mark V Tsodikov, Dr.; Sergey Alexandrovich Nikolaev, Ph.D.; Andrey V Chistyakov, Ph.D.; Olga V Bukhtenko, Ph.D.; Anatolii AFomkin, Dr. Microwave-stimulated formation of porous
adsorbents from carboncontaining processing residues of wood-based lignin, Microporous and Mesoporous Materials 298 (2020) 110089
Г. Н. Бондаренко, А. С. Колбешин, Е. Ю. Либерман, А. В. Чистяков, В. И. Пасевин, М. В. Цодиков,
ОСОБЕННОСТИ ХЕМОСОРБЦИИ м-КРЕЗОЛА НА ПОРИСТОМ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕМ СОРБЕНТЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ОСТАТКА ПЕРЕРАБОТКИ
ЛИГНИНА: I. ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ СОРБЕНТА, НЕФТЕХИМИЯ, 2021, том 61, № 1, с. 92–98
С. А. Николаев, Ю. В. Максимов, О. В. Бухтенко , В. И. Пасевин, М. В. Цодиков, ОСОБЕННОСТИ ХЕМОСОРБЦИИ КРЕЗОЛА НА ПОРИСТОМ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕМ
АДСОРБЕНТЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ОСТАТКА ПЕРЕРАБОТКИ ЛИГНИНА: II.1 ВЛИЯНИЕ ХЕМОСОРБЦИИ м-КРЕЗОЛА НА СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КОМПОНЕНТОВ, НЕФТЕХИМИЯ, 2021, том 61, № 1, с. 99-102
А.В. Чистяков, Е.Ю. Либерман, В.И. Пасевин, Г.Н. Бондаренко, О.В. Арапова, М.В. Цодиков, Регенерация пористого углеродного адсорбента в плазменно-каталитическом режиме,
стимулированным микроволновым облучением, Нефтехимия, 2021, (в печати)
Патент РФ №2535211 (б.и.№34) от 10.12.2014, Способ скоростной деструкции остаточных нефтяных продуктов (Цодиков М. В., Чистяков А.В., Курдюмов С.С., Константинов Г. И.,
Передерий М. А., Хаджиев С. Н., Кадиев Х. М.)
Патент РФ № 2724252(13) от 22.06. 2020, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО АДСОРБЕНТА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
(Цодиков Марк Вениаминович (RU), Чистяков Андрей Валерьевич (RU), Николаев Сергей Александрович (RU), Бухтенко Ольга Владимировна (RU) )
Консультация специалиста
