Спосіб отримання паливної рідини

Реферат: Спосіб отримання паливної рідини включає поєднання водного середовища з симбіотичним комплексом, що містить аеробний бактеріальний планктон, фітопланктон та мікопланктон, узятий з природного ареалу. При цьому при забезпеченні температури в межах мезофільних значень, для ініціювання процесу подальшого розмноження та переводу вказаного аеробного планктону в анаеробний, в цитоплазмі якого знаходяться вуглеводні паливного класу, одноразово додають рідку суміш парафінів і світлих вуглеводнів у кількості, достатній для заміни утвореного рідинного середовища на рідину у вигляді парафіно-світловуглеводної суміші. Після цього здійснюють зброджування отриманої суміші в анаеробних умовах протягом часу, достатнього для спонтанного лізису, результатом якого є виділення з цитоплазми планктону рідких вуглеводнів, що утворюють паливну рідину. При цьому, з метою прискорення лізису, планктонну пульпу, що утворюється в процесі зброджування, екстрагують шляхом контактної взаємодії з екстрагентом у вигляді суміші довголанцюгових парафінів та світлих вуглеводнів. UA 96144 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ ПАЛИВНОЇ РІДИНИ UA 96144 U UA 96144 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі паливної енергетики та дозволяє отримати висококалорійну паливну рідину із значним вмістом фракцій бензину, гасу і дизелю та значним вмістом легкокиплячих ефірних газів. Відомо, що загальна біомаса земного шару утворюється за рахунок кількох природних механізмів, таких як фотосинтез та бактеріальний синтез. Для отримання рослинної та тваринної біомаси необхідна наявність вуглекислоти у складі повітря, води та дія світла відповідної довжини хвилі у складі спектра сонячного випромінювання. Такий механізм забезпечує, за допомогою зерен хлорофілу і хлоропласта у зеленому листі, утворення зеленої маси, тобто забезпечує розмноження рослинності на земній поверхні. Цей процес належить до розряду гетеротрофного, оскільки для його здійснення вимагається також наявність ґрунту та формування основної біомаси за допомогою рослинності. Досягається це не тільки впливом сонячних променів на апарат хлоропластів і хлорофілів, а й також вилученням з поверхневого ґрунту корисних елементів, таких як: азот, що утворюється за рахунок дії ґрунтової мікрофлори, зольних елементів (кальцій, залізо, магній та інші біогенні елементи, які розташовані у ґрунтовому шарі), а також мікроелементів. Саме зазначені фактори сприяють росту рослин. Таким чином утворюється первинні глюкозо-крохмальні з'єднання, після полімеризації яких виникають складні полісахариди у вигляді геміцелюлози, целюлози, лігніну та більш довголанцюгових з'єднань. На Землі, за рахунок бактеріальних механізмів, відбувається виникнення сукупної біомаси, яка представлена бактеріальним, грибним, фіто- і зоопланктоном. Сукупна кількість цієї біомаси суттєво перебільшує ту біомасу, яка утворюється фотосинтетичним шляхом. Приблизні розрахунки показують, що 99 % поновлюваної біомаси на Землі належить саме до планктонної біомаси і лише 1 % до гетерогенної біомаси. При цьому чітку диференціацію між двома вказаними класами біомаси за характером виникнення здійснити неможливо тому, що, як було зазначено вище, для отримання гетеротрофної рослинної біомаси необхідна наявність ґрунтової мікрофлори і саме ступінь заселеності або концентрації ґрунтової мікрофлори визначає врожайність. Дійсно, на бідних мікробіотою ґрунтах врожай як правило низький, а вирощена продукція малоцінна. Тобто взаємопроникнення у всі гео- і біосфери бактерій є очевидним. Таким чином, виникає наявність можливості застосування механізму утворення енергії і речовини за допомогою планктону, який в усьому своєму різноманітті, перш за все, є бактеріальним, грибним і фітопланктоном, що зосереджений у тому числі й в морях. Такий планктон визначає насиченість біоплазмою повітряних мас, які у свою чергу визначають поведінку фотосинтезу на суходільних ділянках земної поверхні. Основним механізмом руху енергії речовини на Землі є метаболізм саме бактеріальної частини сукупної біомаси. Оскільки основою для підтримання великої чисельності бактеріальної біоплазми як у повітрі, так і у інших сферах, є взаємодія з повітряними елементами атмосфери, то джерелом витягуваної з планктону енергії є саме ці елементи. Тобто бактеріальний планктон є посередником у переводі газових елементів атмосфери, зрештою, у рідинні та твердотілі форми існування біомаси. Після цього відбувається біологічне розкладання твердотілої біомаси, яка в результаті різноманітних механізмів бактеріального бродіння переходить у газові елементи. Тому постійність газової атмосфери Землі обумовлена великою кількістю мікрофлори, що заселяє біосферу. Такі механізми дозволяють розглядати біологічну оболонку Землі як самоузгоджувальну динамічно рівноважну систему з дуже стійкими зв'язками та з гігантським переносом енергії на поверхні Землі. Таким чином, кожна з бактерій, яка, як відомо, являє собою деяку кількість акумульованої енергії, дозволяє розглядати вищевказаний планктон як носій енергії. Враховуючи вищевикладене, виникає потреба пристосувати вищеописані природні процеси фіксації газових елементів атмосфери, що склалися за мільйони років еволюції у багаточисельних бактеріальних штамів, для швидкого отримання рідких паливних елементів в промислових масштабах. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створення способу отримання паливної рідини без застосування високих температур, сировинної бази та інших енергоємних процесів, які призводять до суттєвої вартості отриманої паливної рідини. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб отримання паливної рідини включає поєднання водного середовища з симбіотичним комплексом, що містить аеробний бактеріальний планктон, фітопланктон та мікопланктон, узятий з природного ареалу. При цьому при забезпеченні температури в межах мезофільних значень, для ініціювання процесу подальшого розмноження та переводу вказаного аеробного планктону в анаеробний, в цитоплазмі якого знаходяться вуглеводні паливного класу, одноразово додають рідку суміш парафінів і світлих вуглеводнів у кількості, достатній для заміни утвореного рідинного 1 UA 96144 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 середовища на рідину у вигляді парафіно-світловуглеводної суміші. Після цього здійснюють зброджування отриманої суміші в анаеробних умовах протягом часу, достатнього для спонтанного лізису, результатом якого є виділення з цитоплазми планктону рідких вуглеводнів, що утворюють паливну рідину. При цьому, з метою прискорення лізису, планктонну пульпу, що утворюється в процесі зброджування, екстрагують шляхом контактної взаємодії з екстрагентом, як такий використовують суміш довголанцюгових парафінів та світлих вуглеводнів. В окремих випадках виконання заявленого рішення як вищевказаний симбіотичний комплекс, що містить аеробний бактеріальний планктон, фітопланктон та мікопланктон, та для прискорення розмноження вищевказаного планктону, можуть додавати каналізаційний мул та/або гідрозливний тваринницький гній, та/або відходи рослинництва та лісового господарства. Також, для прискорення розмноження вищевказаного планктону, процес можуть здійснювати в середовищі реакційних газів, отриманих при спалюванні вуглеводів та вуглеводнів, зокрема, пічних, топкових, вихлопних газів. Відомо, що у біомасі різного походження перебувають вуглеводні в рідкому та газоподібному стані. Це парафіни та їх похідні, тобто метан, етан, пропан, ефіри та спирти, летючі аліфатичні кислоти жирного ряду і їх ефіри, такі як ацетат, пропіонат, бутират та інші ароматики, зокрема, похідні бензинової групи, довголанцюгові парафіни, такі як рослинний віск, смоли, камеді й інші сполуки, одержувані шляхом сухої перегонки деревини або за допомогою різних видів бактеріального бродіння. Інтенсивний метаболізм вуглецю й водню відзначається у найбільш масового виду біомаси - бактеріально-грибкового й мікроводоростевого планктонів. Вміст аліфатичних кислот жирного ряду, що є основою для одержання рідких горючих вуглеводнів, у бактеріально-грибкових планктонах знаходиться в межах від 58 % до 75 % і більше. Враховуючи малий час життєвого циклу більшості представників мікробіот, який складає від 20 хвилин до 1,5 години, витягання цитоплазматичної рідини з бактеріальних тіл у результаті їх спонтанного або примусового лізису відбувається з великою інтенсивністю. З такою ж швидкістю здійснюється конверсія газових елементів атмосферного повітря, таких як вуглекислота, азот, кисень, водень, у внутрішньоклітинну рідину - цитоплазму. При 10 10 бактеріальній концентрації близько 210 -510 клітин на молекулу здійснюється повна фіксація всіх біологічних елементів навколишнього повітря. У такий спосіб бактеріально-грибна й водоростева мікрофлора, будучи автотрофною біомасою, здійснює ефективне перетворення газових елементів повітря у внутрішньоклітинну рідину, що містить у собі сполуки парафінового, ароматичного, нафтенового й іншого ряду, що дозволяють синтезувати при мезофільних температурах від +35 °C до +42 °C рідкі горючі вуглеводні. З метою збільшення швидкості росту мікрофлори, в ємності з планктоном періодично або постійно вводять природну воду, тобто річкову, середньо-ґрунтову, малосолону. Для інтенсифікації процесу фіксації атмосферного повітря, реакції між навколишнім повітрям і ємністю з планктонною масою прискорюють за допомогою припливної вентиляції, а також попереднього підігріву повітря, що надходить. Розмножений планктон вносять до середовища суміші рідких вуглеводнів і потім зброджують, після чого із бродильної маси вилучаються рідкі вуглеводні за допомогою періодичного екстрагування внесеного планктону, з одного боку, і контакту планктонної маси з екстрагентом з іншої. Як екстрагуюча рідина використовується суміш довголанцюгових жирних парафінів і світлих вуглеводнів. Процедуру екстрагування можна здійснювати кожні 10-15 хвилин, періодично вносячи в ємність планктономістку рідину з водністю від 88 % до 92 % і рідину-екстрагент. При цьому збільшення рідких горючих вуглеводнів становить від 8 % до 10 % від маси внесеного планктону і використаного екстрагента. Маса вуглеводнів збільшується за рахунок сполук, що вивільняються в результаті бактеріального лізису, як газових, так і легколетючих рідин, які потім конденсуються й сорбуються у застосованому екстрагенті, збільшуючи його масу. Інтенсивність збільшення, тобто синтез рідких вуглеводнів, суттєво залежить від температури навколишнього середовища, її оптимальна величина перебуває в діапазоні від +35 °C до +45 °C, при рівні відносної вологості від 80 % до 95 %, що дозволяє підтримувати високі темпи росту мезофільної мікрофлори та відповідний синтез рідких горючих вуглеводнів з повітря й води при використанні біомаси, тобто бактеріально-грибкового та водоростевого планктону. Один із прикладів практичного застосування заявленого способу отримання паливної рідини виглядає нижченаведеним чином. 2 UA 96144 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для реалізації способу використовують ємність для розмноження планктону, ємність для зброджування бактеріального планктону в умовах вуглеводної суміші важких парафінів і світлих вуглеводнів, тобто ферментер. 3 У ємність об'ємом 1 м подають гідрозливний тваринницький гній у кількості 200 літрів, 100 кг солом'яної січки або пелет, рідку фракцію гідрозливного гною у кількості 250 літрів, а потім доливають до маси, що утворилася, воду до кількості 900 літрів. Суміш розмножують при температурі від +25 °C до +30 °C. Через 15-20 годин у ємності інтенсивно розмножується бактеріальний планктон, який у вигляді клітинної суспензії під дією бактеріальних газів заповнює собою рідку частину суміші. Розмножений планктон в кількості 500 літрів поміщають у ємність для зброджування - ферментер і вливають у нього 250 літрів суміші важких парафінів і світлих вуглеводнів. Через 8-10 діб, в результаті зброджування, суміш вуглеводнів насичується ефірами жирних кислот бактеріального походження. В результаті утворюється паливна рідина, що насичена ефірами, у кількості 100 літрів і 30 кг бактеріальної пульпи. Інший приклад практичного застосування заявленого способу виглядає наступним чином. Для реалізації використовують ємність для розмноження бактеріального планктону. Речовиною для планктону служить каналізаційний мул, який вносять в ємність об'ємом 1 м у кількості 150 кг. Також вноситься фекальна (стічна) вода в кількості 200 літрів. Далі застосовують солом'яну січку або пелети у кількості 100 кг. Каналізаційний мул та фекальна вода беруться з полів аерації очисних споруд. Потім ємність для розмноження планктону заповнюють водою у кількості 900 літрів. Через 10-14 годин при температурі, що приблизно дорівнює +28 °C і вище, бактеріальний планктон інтенсивно розмножується і стає джерелом поповнення бактеріальної біомаси. Для зброджування бактеріального планктону використовують ферментер, у який вносяться бактеріальний планктон з вищевказаної ємності у кількості 350 літрів. Після цього у ферментер подають суміш важких (довголанцюгових) парафінів і світлих вуглеводнів у кількості 250 літрів. Зброджування відбувається при температурі від +35 °C до +42 °C протягом 10-12 діб й супроводжується інтенсивною газифікацією, тобто виділенням бактеріальних газів, у тому числі аліфатичних летючих ефірів, що містять жирні кислоти, які збільшують об'єм рідкої фази паливної рідини у ферментері на 100-120 літрів. Отримана паливна рідина може бути виділена за допомогою фільтрів. Отримана вищеописаним способом паливна рідина має консистенцію та в'язкість, що подібні газойлю, але, на відміну від нафтового газойлю, як показали дослідження, має високий вміст (до 90 % і більше) світлих фракцій - бензину, гасу, дизеля. Такий високий вміст вказаних компонентів визначає підвищену, у порівнянні з газойлем, а тим більше з средньотяжкою нафтою, калорійність на рівні 44-45 мДж/кг (теплота згорання), що підтверджується лабораторними дослідженнями. Вищеописана паливна рідина може бути піддана будь-якому відомому процесу перегонки до отримання бензину. Проведені дослідження показали, що самі фракції відрізняються аномально високим вмістом легкокиплячих ефірних газів. Так, згідно з даними хроматограм, по групі ароматиков і парафінів, перевищення окремих ефірних газів у бензині, отриманому з паливної рідини, сягає 40-50 разів, у порівнянні з бензином марки А-95. Крім того, відзначається аномально висока щільність бензину, отриманого з цієї паливної рідини в діапазоні до 100 °C, що викликано наявністю у ньому таких нітроз'єднань як: нітрометан, нітробензол, нітротолуол та 3 ін. Щільність такого бензину дорівнює 0,855 г/см , що істотно відрізняється від щільності 3 перегінних бензинів, що отримані з нафти, яка дорівнює 0,75-0,77 г/см . А звичайний вміст азоту і його з'єднань в природній нафті не перевищує 1-2 %, а частіше складає долі відсотка. Крім того, основною цінністю такої паливної рідини як біосистеми є її бактерійна заселеність і здатність до саморозмноження за оптимальних температурних умов, дотриманні обводнюваності і кислотності середовища існування мікробіоти. До того ж, до переваг цієї паливної рідини належить її повна поновлюваність, що дозволяє розглядати її як енергоджерело, що не призводить до утворення надмірних парникових газів (головним чином, вуглекислоти) та зміни балансу цих газів в атмосфері в процесі спалювання палива як в локальному, так і в глобальному масштабі. Зміна рідинного зовнішнього середовища на суміш парафінів і світлих вуглеводнів є основним мутуючим чинником, що дозволяє у відносно короткі терміни, упродовж зміни декількох поколінь бактерійного планктону, змінити геном основних штамів-продуцентів так, щоб характер метаболізму, тобто обмін речовин між цитоплазмою і зовнішнім середовищем, дозволив істотно збільшити в цитоплазмовій (внутрішньоклітинній) рідині зміст основних класів з'єднань, що належать до рідких вуглеводнів: парафінів, ароматиків, нафтенів. Після лізису клітин ці з'єднання формують бактерійну паливну рідину, а змінені мутагени забезпечують 3 UA 96144 U 5 10 15 20 подальше розмноження стійкої популяції планктону з високим вмістом з'єднань паливного класу. За умови підтримки оптимальних мезофільних температур і обводнюваності ферментативної системи розмноження бактерійно-паливної пульпи відбувається в режимі ланцюгової реакції і дозволяє формувати промислово значуще розширене відтворення паливної пульпи і рідкого вуглеводневого палива впродовж необмежено тривалого часу, використовуючи для цього тільки воду і повітря. Враховуючи те, що за основу взятий природний механізм фіксації газових елементів, фактично можна вважати вихідними матеріалами для отримання вищеописаної паливної рідини лише атмосферне повітря і воду. При цьому може бути досягнутий корисний синергетичний ефект отримання енергії, пов'язаний із застосуванням стокових вод різноманітного органічного походження. У такому випадку, поряд з отриманням енергії, за допомогою бактеріального синтезу здійснюється очищення. Як можна побачити, описане технічне рішення являє собою спосіб отримання паливної рідини без застосування високих температур, сировинної бази та інших енергоємних процесів, які призводять до суттєвої вартості отриманої паливної рідини, який дозволяє швидко та в промислових масштабах отримати рідкі паливні елементи. В результаті реалізації заявленого способу може бути отримана висококалорійна паливна рідина із значним вмістом фракцій бензину, гасу і дизелю та значним вмістом легкокиплячих ефірних газів. Вказана паливна рідина може бути застосована як пічне паливо, моторне паливо, застосовуватися у різних котлах та теплових машинах і агрегатах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 1. Спосіб отримання паливної рідини, за яким здійснюють поєднання водного середовища з симбіотичним комплексом, що містить аеробний бактеріальний планктон, фітопланктон та мікопланктон, узятий з природного ареалу, та, при забезпеченні температури в межах мезофільних значень, дляініціювання процесу подальшого розмноження та переводу вказаного аеробного планктону в анаеробний, в цитоплазмі якого знаходяться вуглеводні паливного класу, одноразово додають рідку суміш парафінів і світлих вуглеводнів у кількості, достатній для заміни утвореного рідинного середовища на рідину у вигляді парафіно-світловуглеводної суміші, після чого здійснюють зброджування отриманої суміші в анаеробних умовах протягом часу, достатнього для спонтанного лізису, результатом якого є виділення з цитоплазми планктону рідких вуглеводнів, що утворюють паливну рідину, при цьому, з метою прискорення лізису, планктонну пульпу, що утворюється в процесі зброджування, екстрагують шляхом контактної взаємодії з екстрагентом, як такий використовують суміш довголанцюгових парафінів та світлих вуглеводнів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як вищевказаний симбіотичний комплекс, що містить аеробний бактеріальний планктон, фітопланктон та мікопланктон, та для прискорення розмноження вищевказаного планктону додають каналізаційний мул та/або гідрозливний тваринницький гній, та/або відходи рослинництва та лісового господарства. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що для прискорення розмноження вищевказаного планктону процес здійснюють в середовищі реакційних газів, отриманих при спалюванні вуглеводів та вуглеводнів, зокрема, пічних, топкових, вихлопних газів. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4