ЗЕЛЕНОЕ ТОПЛИВО ИЗ ЗЕЛЕНОГО СЫРЬЯ

Нефтехимические технологии позволяют в промышленных масштабах получать из природного газа и нефти топливо, смазочные масла, растворители, полимеры, красители и многие другие продукты. В свое время они быстро вытеснили с рынка аналогичные природные продукты, которые на протяжении веков получали из возобновляемых источников растительного происхождения. Однако ограниченность ископаемого углеводородного ресурса, нестабильность цен на них, ужесточение экологических требований и другие проблемы, в частности санкционного характера, вынуждают снова обращаться к возобновляемым источникам сырья.

Ученые Белорусского государственного технологического университета изучили перспективы использования продукции гидролизного производства в качестве сырья для органического синтеза. О потенциале этого производства рассказывает доктор технических наук, профессор ректор БГТУ Игорь ВОЙТОВ.

СПРАВКА

Биомасса растений — это постоянно возобновляемый источник сырья для химической промышленности при производстве базовых органических соединений. Современные био- и химические технологии переработки целлюлозосодержащего сырья позволяют заменить до 50% углеводородов для устойчивого развития химической промышленности.

Сорбент для сбора разливов нефти и нефтепродуктов — лигносорб

— Технологические процессы химической переработки целлюлозосодержащего сырья дают возможность выпускать востребованные другими отраслями промежуточные продукты, идущие в дальнейшие переделы. Ряд таких процессов давно используется в промышленных масштабах в гидролизном производстве. Для химических преобразований целлюлозосодержащего сырья подходят древесина, отходы лесопиления, сельскохозяйственных культур, остатки декоративных насаждений, а также генетически модифицированные растения. Из них получают фурфурол, этиловый спирт (биоэтанол), уксусную кислоту, кормовые дрожжи. В свою очередь при переработке отхода гидролизного производства — лигнина получают преобразователь ржавчины, активированные угли, сорбенты для очистки городских и промышленных стоков, включая сбор разлитых нефтепродуктов, медицинские и ветеринарные сорбенты. Гидролизный лигнин является сырьем для производства нитролигнина, который снижает вязкость глинистых растворов, используемых в процессе бурения скважин, лигнин применяется в органо-минеральных удобрениях, топливных брикетах и пеллетах, структуро-образователях для естественных и искусственных почв, в качестве добавки в асфальтобетоны (изготовление лигнино-битумных растворов).

У Беларуси большой потенциал вовлечения целлюлозосодержащего сырья в производственную сферу. Однако прекращение деятельности гидролизных заводов привело к резкому падению выпуска не только технических спиртов и растворителей, но и микробиологического кормового дрожжевого белка. Остановилось производство фурфурола-сырца — сырья для нефтехимической и медицинской отраслей, а также других продуктов переработки спиртовой барды, гидролизного лигнина и целлолигнина.

СПРАВКА

Фурфурол (от лат. furfur — отруби и oleum — масло) — органическое соединение гетероциклического ряда, жидкость, которая получается в процессе гидролиза непищевых растительных материалов.

— Одним из наиболее ценных и высоколиквидных продуктов, получаемых гидролизным способом, считается фурфурол. Насколько сложна схема его производства?

— На гидролизных заводах реализуются две схемы получения фурфурола. Первая основана на отгонке фурфуролсодержащего пара (ФСП) с последующим получением фурфуролсодержащего конденсата (ФСК) на решоферно-испарительном узле — это так называемый прямой метод, или парофазный гидролиз. Вторая схема предполагает сбор ФСК из паров самоиспарения гексозных гидролизатов в процессе их подготовки к сбраживанию. ФСК далее укрепляется на ректификационных колоннах с получением товарного продукта в виде фурфурола-сырца или фурфурола технического первого и высшего сортов.

Существенные объемы фурфурола поступают для синтеза фурфурилового спирта, на основе которого получают смолы для литейного производства, пластмассы, полимербетоны, стойкие к агрессивным средам, и многое другое. Фурфурол успешно применяется для получения концентратов алкилнафталинов и очистки жидких парафинов.

Использование фурфурола в качестве экстрагента ароматических углеводородов из керосино-газойлевых фракций объясняется его высокой селективностью. Основная масса фурфурола требуется при синтезе его многочисленных производных, необходимых в металлургии, производстве смол и пластмасс, медицине, сельском хозяйстве и прочих областях.

Наиболее важные в практическом отношении производные получают путем гидрирования и декарбонилирования фурфурола. К продуктам, выпускаемым в промышленном масштабе, относятся сильван, фуран, тетрагидрофуран, фурфуриловый и тетрагидрофурфуриловый спирты.

В качестве сырья для получения фурфурола, биоэтанола, кормовых дрожжей, уксусной кислоты и других продуктов методом гидролиза в Республике Беларусь ранее использовались щепа, стружка и опилки на Бобруйском гидролизном заводе и одубина на Речицком опытно-дрожжевом заводе.

На Бобруйском предприятии в процессе гидролиза смеси щепы и опилок производились варки с получением гидрализатов, перерабатываемых в спирт и кормовые дрожжи. Из паров самоиспарения гидролизатов выделяли ФСП, доводили его до товарного продукта в виде фурфурола-сырца, или фурфурола технического, который далее перерабатывался методом ректификации в фурфурол первого или высшего сорта.

В других странах, где налажено производство фурфурола, основным сырьем гидролизных производств являются отходы сельскохозяйственных культур (хлопковая шелуха, подсолнечная, рисовая и просяная лузга, солома хлебных злаков, кукурузная кочерыжка), треста льна, дикорастущие растения и древесина лиственных пород.

В настоящее время в Латвии планируется выпускать 5 тысяч тонн фурфурола в год из соломы злаковых культур. На территории ЕС — в Австрии, Словении и Испании — изготавливают только 2% фурфурола от объема, необходимого промышленности. Это говорит о высоком экспортном потенциале данного продукта.

Поскольку гидролиз целлюлозосодержащего сырья проводится в две стадии, после отгонки ФСП оставшийся в аппарате твердый остаток, представленный трудногидролизуемыми полисахаридами (содержание до 34%) и лигнином, подвергается перколяционному гидролизу. Это приводит к образованию моносахаров, которые в виде водного раствора (гидролизата) идут на дальнейшую переработку.

Гидролизаты за счет ряда технологических операций переводят в сусло, которое можно направить на производство этилового спирта или кормовых дрожжей. Выход спирта этилового ректификованного технического (биоэтанола) со 100 килограммов редуцирующих веществ сусла составляет до 61 литра.

— На ваш взгляд, какова перспектива применения биоэтанола?

— Это альтернатива нефти, он используется для производства моторных топлив. В ряде стран уже сегодня реализуется концепция глобального производства этанола для полной или частичной замены горючего. В европейских странах на автозаправочных станциях присутствует смесевой бензин с добавлением 5—10% этилового спирта. За последние десять лет в США создана целая индустрия производства биоэтанола, о масштабах которой говорят следующие цифры: в России на всех нефтеперерабатывающих заводах производится примерно 38,5 миллиона тонн автомобильных бензинов в год, а в США ежегодно используется около 40 миллионов тонн биоэтанола в качестве компонента моторного топлива.

Биоэтанол служит сырьем для получения многих химических веществ, например ацетальдегида, диэтилового эфира, тетраэтилсвинца, уксусной кислоты, хлороформа, этилацетата, этилена и т.д.

Широко применяется биоэтанол как растворитель (в лакокрасочной промышленности, производстве товаров бытовой химии и многих других областях), является компонентом антифризов и стеклоомывателей.

В бытовой химии этанол используется в чистящих и моющих средствах, особенно для ухода за стеклом и сантехникой, а также в качестве растворителя для репеллентов.

Возникают и проблемы при расширении гидролизного производства: отсутствие энергетического обеспечения гидролизных производств и большие накопления отходов — лигнина, создающего проблемы экологического и санитарно-гигиенического плана.

Однако в последнее время в Беларуси строятся блоки для получения теплофикационной воды и пара с использованием электроэнергии (Минская ТЭЦ-4, ТЭЦ в Бресте), чтобы задействовать мощности Белорусской АЭС. Освобождающиеся мощности по производству пара можно применять для нужд гидролизного профиля.

Проблема свалок лигнина долгое время была острой и нерешенной.

В последние годы внедрены в производственных масштабах современные технологии, позволяющие перерабатывать лигнин в товарную продукцию, обладающую высоким спросом. Объемы накопленного ранее гидролизного лигнина снижаются высокими темпами.

Производство фурфурола и биоэтанола методом гидролиза из возобновляемого целлюлозосодержащего сырья для нашей страны сегодня — это актуальная и перспективная тема.

Новые подходы к проведению гидролиза целлюлозосодержащего сырья позволяют увеличить выход фурфурола и биоэтанола. К таким технологиям можно отнести получение фурфурола на солевых катализаторах, биоэтанола из гексозных гидрализатов с использованием ферментов с усиленной β-глюкозидазной активностью, различных кормовых продуктов методом ферментативного гидролиза. Актуальны производство отгонки фурфурола с последующей ферментацией целлолигнина ферментными препаратами до глюкозы, выпуск фурфурола непрерывным методом в прямоточных и противоточных аппаратах и комбикормов с применением гидролизных кормовых дрожжей, а также получение различных продуктов, где исходным сырьем является гидролизный лигнин или целлолигнин. Разумеется, изготовление широкого спектра продукции из возобновляемого целлюлозосодержащего сырья требует восстановления гидролизных заводов.

— Назовите, пожалуйста, варианты применения продукции гидролизного производства в качестве сырья для органического синтеза.

— В нашей стране при внедрении технологий глубокой и комплексной переработки отходов древесины и сельскохозяйственного производства методом гидролиза можно сделать следующее:

 максимально использовать потенциал возобновляемого целлюлозосодержащего сырья и продуктов его переработки методом гидролиза для производства высоколиквидных продуктов;

выпускать широкий ассортимент ликвидной продукции;

продукты гидролизного производства применять в различных отраслях промышленности в качестве исходного сырья или наполнителей, заменителей, используемых на действующих заводах;

увеличить долю переработки возобновляемого целлюлозосодержащего сырья и ассортимент выпускаемой продукции промышленного комплекса в целом;

сократить расходы на закупку импортного углеводородного сырья (нефть и газ), кормовых дрожжей и комбикормов.

Несомненно, рост цен на нефть и газ — это дополнительный стимул для возобновления производства бутадиена и синтетических каучуков на его основе из биоэтанола, полученного из растительного сырья.

ФОТО БГТУ, архив журнала