Экологическое обоснование проекта по утилизации растительных жиров

Введение…………………………………………………………… 5
Глава 1. Ресурсный потенциал отработанных растительных жиров…… 8
1.1 Геоэкологическая опасность отходов растительных масел…………. 8
1.2 Снижение углеродного следа при использовании сырья биоэкологического происхождения………………………………………. 17
1.3 Растительные масла, как сырье для замены нефтепродуктов………. 31
1.4 Выводы по 1 главе……………………………………………………… 43
Глава 2. Технико-экономическая целесообразность переработки отходов растительных масел………………………………………………. 44
2.1 Выводы по 2 главе……………………………………………………… 47
Глава 3. Проект по переработке растительного масла с резиной отработанных автомобильных шин………………………………………. 49
3.1 Пиролиз растительного масла с резиновой крошкой………………… 49
3.2 Характеристика и перспективы применения продукта пиролиза, отработанных масел с резиновой крошкой………………………………. 57
3.3 Выводы по 3 главе……………………………………………………… 61
Заключение…………………………………………………………………. 63
Список использованных источников …………………………………… 65

Весь текст будет доступен после покупки

Отработанные растительные масла не имеют централизованной системы сбора и утилизации, поэтому либо сбрасывается потребителями в канализационную систему, либо вывозится на полигоны. В первом случае накопление масел в маслоуловителях вызывает засорение и аварийные остановки очистных систем, во втором приводит к загрязнению поверхностных вод. Во всех этих случаях нарушаются естественные условия биоремедиации природных и искусственных сред, метаболические потенциалы которых требуют длительного восстановления. Поэтому в существующих условиях отсутствия приемлемых технологий утилизации, отработанные растительные масла представляют геоэкологическую угрозу для окружающей среды.
Между тем, отработанные масла обладают высоким ресурсным потенциалом, как органические соединения, которые можно переработать в востребованные на рынке продукты с высокой прибавочной стоимостью, тем самым компенсировав затраты на утилизацию. Поэтому отходы растительных масел можно рассматривать, как возобновляемый ресурс, а их переработка может приводить к получению различных углеводородных продуктов, аналогичных по строению нефтехимическим продуктам, синтезируемым в настоящее время из невозобновляемого ископаемого сырья.
Актуальность утилизации отработанных растительных масел определяется их геоэкологической опасностью для окружающей среды и отсутствием в настоящее время единой технологии утилизации, приемлемой, как экологически, так и экономически.
Вопросами утилизации растительных масел, как возобновляемого ресурса, занимались зарубежные и отечественные ученые (А. Mannu, X.I. Loizidou, А.И. Дмитренков). Однако вопросы негативного воздействия отработанных растительных масел на объекты окружающей среды, а также применение этих масел, как возобновляемого энергетического ресурса, с возможностью в полной мере использования их ресурсного потенциала, ими не рассматривались.
Объектами исследования являются отработанные растительные масла, утратившие потребительские свойства вследствие двух основных причин: неправильного хранения и отработанные в процессе жарки на предприятиях пищевой промышленности. Несмотря на различное происхождение, подлежащие утилизации масла растительного происхождения, имеют незначительные отличия в составе и сходное химическое строение, представляют собой преимущественно триглицериды жирных кислот.
Предмет исследования – особенности отработанных растительных масел, как возобновляемого ресурса, и технические решения их утилизации с получением востребованных продуктов.
Цель работы заключается в разработке ресурсосберегающих технических решений при утилизации отходов растительных масел, как возобновляемого сырья, для замены невозобновляемого нефтяного сырья для получения востребованных продуктов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.
1. Выявить ресурсный потенциал отходов растительных масел и выявить проблемы, препятствующие экологически безопасной утилизации отработанных растительных масел.
2. Рассмотреть существующие технические решения по замене ископаемых нефтепродуктов продуктами переработки отходов растительных масел для получения из них жидкого топлива и выявить возможные технические решения для осуществления данного процесса.
3. Выявить механизм и закономерности пиролиза отходов растительных масел совместно с отходами резины автомобильных покрышек, с получением аналогов ископаемых нефтепродуктов на примере синтеза модификатора битума.
Практическая значимость заключается в разработке и обосновании технических решений, позволяющих предотвратить отрицательное воздействие отработанных растительных масел на объекты окружающей среды; в выявлении технических решений и закономерностей переработки этих масел в востребованные продукты, синтезируемые в настоящее время из невозобновляемого ископаемого сырья; в обосновании способов и технических решений по совместной переработке отработанных растительных масел с резиной отработанных покрышек.
Предложенные технические решения позволяют в полной мере использовать ресурсный потенциал отходов растительных масел, снизить или полностью исключить образование газообразных вредных продуктов и твердых отходов в процессе утилизации, что ведет к снижению негативного воздействия на окружающую среду и здоровье населения.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы. Материалы изложены на 74 стр., включают 3 рисунка, 3 таблицы и 135 библиографических ссылок.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Ресурсный потенциал отработанных растительных жиров
1.1 Геоэкологическая опасность отходов растительных масел

Отработанные растительные масла считаются малоопасными отходами четвертого класса опасности. Согласно действующему законодательству России, отработанное растительное масло не должно выбрасываться вместе с твердыми бытовыми отходами на открытые полигоны. Сброс масел в канализацию также запрещен. Процесс биодеградации отработанных растительных масел в естественных условиях превышает несколько лет и сопровождается вторичным загрязнением поверхностных вод и воздушного бассейна. Поэтому единственным выходом является утилизация отработанных растительных масел с их переработкой в востребованные продукты.
В настоящее время наиболее широко распространенным методом утилизации растительных масел является их сжигание, при котором в полной мере может быть использован их энергетический потенциал. При таком подходе масла либо добавляются к существующему топливу, либо их предварительно превращают в биодизель реакцией переэтерификации с метиловым спиртом. Оба известных технических решения являются неэффективными в условиях России, потому что присутствие в топливе растительного масла или его производных в виде метиловых эфиров резко повышает вязкость топлива и его температуру застывания, что, в свою очередь, осложняет его применение в российских климатических условиях.
В условиях постоянного возрастания техногенной нагрузки на территории урбанизированных территорий, утилизация отходов растительных масел непосредственно на полигонах ТКО в качестве вторичного сырья для производства востребованных продуктов приобретает особую значимость. Принимая во внимание экологическую опасность для объектов окружающей среды хранения и размещения на полигонах отработанных растительных масел, как отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства, остро стоит задача создания экологически чистой технологии их переработки, с сохранением ресурсного потенциала.
Во многих странах растительные масла, причем не только отработанные, но и первичные, служат сырьем для изготовления биотоплива. Этот факт свидетельствует о том, что потенциально растительные масла можно рассматривать, как аналог минеральной нефти с точки зрения сырьевого ресурса для углеводородных продуктов. Поэтому утилизация отработанных растительных масел с получением углеводородных продуктов, производимых обычно из нефти, может обсуждаться, как путь замены невозобновляемых ресурсов на возобновляемые.
Первые попытки в этом направлении производились, начиная с первой половины прошлого века, однако связаны они были преимущественно с этиловым спиртом и его биохимическим производством. Показано, что растительные масла, как возобновляемое сырье растительного происхождения, к настоящему времени заняли преимущественное положение на рынке возобновляемого сырья для производства жидких топлив.
Для нефтегазового комплекса задача перехода на возобновляемое сырье может быть решена заменой минеральных источников углеводородов на сырье растительного происхождения, которое не только является возобновляемым ресурсом, но и снижает воздействие на объекты окружающей среды, производимое разработкой нефтегазовых месторождений. В качестве источников растительных масел можно рассматривать первичное производство масел сельскохозяйственными предприятиями и предприятия пищевой промышленности, которые должны утилизировать отработанные масла по экологически безопасным технологиям.
Растительные масла по своему химическому строению являются триглицеридами жирных кислот, поэтому, как любые сложные эфиры, имеют в своем составе гетероатомы связанного кислорода. Это обстоятельство неизбежно снижает теплоту сгорания растительных масел в сравнении с бескислородными соединениями. Дополнительно осложняет использование растительных масел вместо нефтепродуктов, поученных из минеральной нефти, такие характеристики, как высокие вязкость и температура замерзания, высокая коррозионная активность, склонность к осмолению и невысокий срок хранения. Поэтому для частичного улучшения свойств растительных масел применяется переэтерификация, то есть замена в ложном эфире трехатомного спирта глицерина на одноатомный спирт, преимущественно метанол. Однако такое преобразование незначительно улучшает потребительские свойства продукта и не позволяет ему эффективно замещать нефтепродукты минерального происхождения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Cvengros J., Cvengrosova Z. Used Frying Oils and Fats and their Utilization in the Production of Methyl Esters of Higher Fatty Acids // Biomass Bioenergy. – 2004. – 27. - 173-181. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2003.11.006
2. Mittelbach M., Enzelsberger H. Transesterification of Heated Rapeseed Oil for Extending Diesel Fuel // J. Am. Oil Chem. Soc. – 1999. - 76(5). - 545-550. https://doi.org/10.1007/s11746-999-0002-x
3. Nawar W. W. Chemical Changes in Lipids Produced by Thermal Processing // J. Chem. Ed. – 1984. - 61(4). - 299-302. https://doi.org/10.1021/ed061p299
4. Cuesta C., Sanchez-Muniz F. J., Garrido-Polonio C., Lopez-Varela S., Arroyo R. Thermoxidative and Hydrolytic Changes in Sunflower Oil Used in Frying with a Fast Turnover of Fresh Oil // J. Am. Oil Chem. Soc. – 1993. - 70(11). - 1069-1073. https://doi.org/10.1007/BF02632144
5. Головников А.В., Филиппова О.П., Яманина Н.С., Копылов А.Б. Исследование структуры, свойств и физико-химических характеристик отработанных масел // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2012. - Вып. 1. - 120-126Meng X., Chen G., Wang Y. Biodiesel production from waste cooking oil via alkali catalyst and its engine test // Fuel Processing Technology. - 2008. – V.89. – I. 9. – 851-857. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.02.006
6. Supple B., Howard-Hildige R., Esther Gonzalez-Gomez, Leahy J. J. The effect of steam treating waste cooking oil on the yield of methyl ester // Journal of the American Oil Chemists' Society. - 2002. - 79(2). -175-178. https://doi.org/10.1007/s11746-002-0454-1
7. Wiltsee G. Waste Grease Resource in 30 US Metropolitan Areas // The Proceedings of Bioenergy ‘98 Conference, Madison, WI. – 1998. - 956-963.
8. Zhang Y., Dube M. A., McLean D.D., Kates M. Biodiesel Production from Waste Cooking Oil: 1. Process Design and Technological Assessment // Bioresour. Technol. – 2003. – 89. - 1-16. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(03)00040-3
9. Foo W.H., Koay S.S.N., Chia S.R., Chia W.Y., Tang D.Y.Y., Nomanbhay S., Chew K.W. Recent advances in the conversion of waste cooking oil into value-added products: A review // Fuel. - 324. - A. - 2022. - 124539. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124539

Весь текст будет доступен после покупки