Аналіз сучасних технологій виробництва біокеросину з рослинних олій і мікроводоростей

Abstract

Дудич Н.M., Русин І.Б. (керівник). Аналіз сучасних технологій виробництва біокеросину з рослинних олій і мікроводоростей. Бакалаврська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025 рік. Кількість сторінок – 138. РОЗШИРЕНА АНОТАЦІЯ Для забезпечення надійності та ефективності роботи авіаційної техніки потрібні палива високої якості. Наразі основними авіаційними паливами є гас і бензин, які отримують з нафти, що відноситься до невідновлювальних вичерпних природних ресурсів. Людство не може вічно розраховувати на вуглеводневе паливо і має шукати йому альтернативні замінники. Крім того, при згорянні нафтових палив утворюються шкідливі речовини, зокрема СО2, NOx, SOx тощо, зменшення викидів яких є актуальною задачею. Сучасні палива мають відповідати певним вимогам, що пов’язані з економічністю, надійністю та довговічністю роботи авіаційної техніки, а також вони мають бути екологічно безпечними. Альтернативою нафтовим паливам є застосування біосинтетичних палив, використання яких дозволяє скоротити кількість шкідливих викидів у навколишнє середовище, а джерело їх сировини є відновлювальним. Альтернативні види авіаційного палива: 1) кріогенне паливо – рідкий водень і скраплений природний газ, а також зріджений вуглеводневий газ – суміш метану, пропану, бутану і, можливо, пентану; 2) синтетичний гас, який отримують з кам’яного вугілля, природного газу або біомаси; 3) біокеросин, отриманий з біомаси, який змішують з традиційним нафтовим паливом для реактивних двигунів; 4) електрична енергія. Більшість фахівців сходиться на думці, що найбільш перспективним з точки зору зниження викидів парникових газів є біокеросин, оскільки він має унікальну властивість – карбононейтральність. Ця властивість полягає в тому, що при згорянні біопалива в атмосферу виділяється та сама кількість CO2, яка була поглинена раніше рослинною сировиною при фотосинтезі. Крім того, біопаливо має інші вагомі переваги – його можна змішувати з традиційним нафтовим гасом з метою корегування експлуатаційних характеристик, воно практично не містить сірки, яка обумовлює корозійність нафтового палива, та ароматичних вуглеводнів, які найбільш схильні до сажо- і нагароутворення. Додавання біокомпонентів до складу авіаційного палива зміцнює граничну плівку на поверхні металів і поліпшує протизносні властивості паливних сумішей. Біопалива є менш займистими та менш токсичними, що робить їх більш безпечними у використанні. Мета дослідження: аналіз та обґрунтування ефективних технологічних підходів до виробництва біокеросину на основі мікрохвильового піролізу макроводоростей у поєднанні з вугіллям та гідрокрекінгу рослинних олій з урахуванням впливу параметрів процесу, сировини та каталізаторів. Об’єкт дослідження: технологічні процеси термохімічного перетворення макроводоростей і рослинних олій у біокеросин, зокрема мікрохвильовий піроліз і гідрокрекінг. Предмет дослідження: вплив співвідношення сировини, часу реакції, потужності мікрохвильового піролізу та температури і каталізаторів гідрокрекінгу сировини біологічного походження для отримання біоолії та біокеросину. Зроблено комплексне дослідження з виробництва авіаційного біопалива із використанням як рослинних олій, так і макроводоростей у поєднанні з низькоякісним вугіллям. Обґрунтовано технологічні схеми мікрохвильового піролізу та гідрокрекінгу з урахуванням типу сировини, умов процесу та типу каталізаторів. Наведено розрахунок оптимальних параметрів піролізу (час, потужність, співвідношення компонентів) і гідрокрекінгу (температура, тип каталізатора, склад олії) для досягнення найвищого виходу біоолії та біокеросину. Для даної роботи проведено також економічні розрахунки та окремо проведено розрахунок техніки безпеки виробництва.Dudyсh N.M, Rusyn I.B. (supervisor). «Analysis of Modern Technologies for Biokerosene Production from Vegetable Oils and Microalgae» Bachelor’s Qualification Thesis – Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2025. Total pages – 138. EXTENDED ABSTRACT

High-quality fuels are essential to ensure the reliability and efficiency of aircraft operation. Currently, the primary aviation fuels are kerosene and gasoline derived from petroleum – a non-renewable and finite natural resource. Therefore, humanity cannot rely indefinitely on hydrocarbon-based fuels and must seek sustainable alternatives. Additionally, the combustion of petroleum fuels results in harmful emissions such as CO?, NO?, SO?, the reduction of which is a pressing challenge. Modern aviation fuels must meet several requirements related to cost-efficiency, operational reliability, durability, and environmental safety. These factors have led to increased interest in alternative fuels. One promising alternative is the use of biosynthetic fuels, which can significantly reduce harmful emissions and are derived from renewable sources. Alternative aviation fuels include: • Cryogenic fuels – liquid hydrogen and liquefied natural gas, as well as liquefied petroleum gas (LPG) – a mixture of methane, propane, butane, and possibly pentane; • Synthetic kerosene derived from coal, natural gas, or biomass; • Biofuels, bio-kerosene produced from biomass and blended with conventional jet fuel; • Electricity. Most experts agree that, in terms of reducing greenhouse gas emissions, biofuels, particularly bio-kerosene, are the most promising option due to their unique feature of carbon neutrality. This means that the amount of CO? released during biofuel combustion equals the amount absorbed by the plant feedstock during photosynthesis. Moreover, biofuels offer other advantages: they can be blended with conventional kerosene to adjust performance characteristics, contain almost no sulfur (thus reducing corrosiveness), and lack aromatic hydrocarbons prone to soot formation. The addition of biocomponents enhances the lubricating film on metal surfaces and improves the wear resistance of fuel mixtures. Biofuels are also less flammable and toxic, making them safer to use. Research Objective: To analyze and justify effective technological approaches to the production of bio-kerosene based on microwave pyrolysis of macroalgae in combination with coal and hydrocracking of vegetable oils, considering the influence of process parameters, feedstock type, and catalysts. Object of the Study: Technological processes of thermochemical conversion of macroalgae and vegetable oils into bio-kerosene, in particular microwave pyrolysis and hydrocracking. Subject of the Study: The influence of feedstock ratio, reaction time, microwave pyrolysis power, and hydrocracking temperature and catalysts on the conversion of biological raw materials into bio-oil and bio-kerosene. A comprehensive study was conducted on the production of aviation biofuel using both vegetable oils and macroalgae in combination with low-grade coal. Technological schemes for microwave pyrolysis and hydrocracking were substantiated, taking into account the type of feedstock, process conditions, and catalyst types. Optimal parameters for pyrolysis (time, power, component ratio) and hydrocracking (temperature, catalyst type, oil composition) were calculated to achieve the highest yield of bio-oil and bio-kerosene. Economic calculations were performed for the proposed processes. In addition, a separate assessment of occupational safety and hazard mitigation measures was conducted.