Кинетические характеристики пиролиза биомассы

Autor:	Tabakaev, Roman Borisovich, Altynbaeva, Dariga Bakhitzhanovna, Ibraeva, Kanipa Talgatovna, Zavorin, Aleksandr Sergeevich
Jazyk:	ruština
Rok vydání:	2020
Předmět:	differential thermal analysis пиролиз Friedman's method biomass биомасса kinetics thermal processing кинетические характеристики возобновляемые источники энергии переработка отходов термическая переработка термический анализ кинетика
Zdroj:	Известия Томского политехнического университета Bulletin of the Tomsk Polytechnic University
Popis:	Актуальность исследования обусловлена тенденцией увеличения доли использования возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом балансе для снижения вредного воздействия на окружающую среду. Цель: определение кинетических параметров пиролиза биомассы методом Г. Фридмана на основе результатов дифференциального термического анализа. Объекты: солома, отходы зернопереработки (пшеничные отруби), скорлупа кедровых орехов, сосновые опилки, низинный торф Суховского месторождения, а также отходы жизнедеятельности крупнорогатого скота. Методы. Теплотехнические характеристики образцов биомассы определены согласно аттестованным методикам (ГОСТ 11305-2013, ГОСТ 11306-2013, ГОСТ Р 54186-2010, ГОСТ Р 56881-2016, ГОСТ 32990-2014); значения теплоты сгорания установлены при помощи калориметра АБК-1 (РЭТ, Россия) в соответствии с ГОСТ 147-2013 (ISO 1928-2009); элементный анализ её органической части проведен на приборе VarioMicroCube (Elementar, Германия); кинетические характеристики низкотемпературного пиролиза биомассы определены методом Г. Фридмана на основе дифференциального термического анализа, проведенного при температуре 313-1273 К при скорости нагрева 5, 15 и 30 K/мин. Результаты. Термическое разложение биомассы в интервале 313-1273 К происходит в две стадии: первая стадия протекает в интервале температур от 463-488 до 623-653 К и характеризуется резким снижением массы образцов от 24 (торф) до 63 % (опилки); вторая стадия наблюдается от 623-653 до 873 К со значительно меньшим изменением массы образцов (от 9 до 14 %). При дальнейшем увеличении температуры органическая часть образцов практически не претерпела преобразования, изменения произошли только в минеральной части торфа при температуре 923-1123 К и обусловлены разложением карбоната кальция. Определены зависимости энергии активации (Ea) от степени конверсии биомассы (w/w0), по которым рассчитаны её средние значения: для соломы (Eacp со) - 21,4 кДж моль-1; для опилок (Eacp оп) - 20,7 кДж моль-1; для скорлупы (Eacp ск) - 24,2 кДж моль-1; для отходов жизнедеятельности крупнорогатого скота (Eacp н ) - 23,1 кДж моль-1; для отрубей (Eacp от) - 33,1 кДж моль-1; для торфа (Eacp т ) - 24,0 кДж моль-1. Значения предэкспоненциального множителя (A) для исследуемых видов биомассы находятся в диапазоне 82,42-2377,01 час-1. The relevance of the study is caused by the tendency to increase the share of renewable energy in the fuel and energy balance to reduce the harmful effects on the environment. The main aim is to determine the kinetic parameters of biomass pyrolysis by G. Friedman's method based on the results of differential thermal analysis. Objects: straw, grain processing waste (wheat bran), cedar nutshell, pine sawdust, lowland peat of the Sukhovskoe field, as well as livestock waste from cattle. Methods. Thermotechnical characteristics of biomass samples are determined according to certified methods (GOST 11305-2013, GOST 11306-2013, GOST R 54186-2010, GOST R 56881-2016, GOST 32990-2014); values of the calorific value were determined using the ABK-1 calorimeter (RET, Russia) in accordance with GOST 147-2013 (ISO 1928-2009); elemental analysis of its organic part was carried out on a Vario Micro Cube (Elementar, Germany) device; the kinetic characteristics of low-temperature pyrolysis of biomass were determined by G. Friedman's method based on differential thermal analysis carried out at temperature of 313-1273 K at a heating rate of 5, 15 and 30 K/min. Results. Thermal decomposition of biomass in the range of 313-1273 K occurs in two stages: the first stage proceeds in the temperature range from 463-488 to 623-653 K and is characterized by a sharp decrease in the mass of samples from 24 (peat) to 63 % (sawdust); the second stage is observed from 623-653 to 873 K with a significantly smaller change in the mass of the samples (from 9 to 14 %). With a further increase in temperature, the organic part of the samples practically did not undergo transformation, changes occurred only in the mineral part of peat at a temperature of 923-1123 K and were associated with the decomposition of calcium carbonate. The dependences of activation energy (Ea) on the degree of biomass conversion (w/w0) were determined, according to which its average values were calculated: for straw(Eaср st) - 21,4 kJ mol-1; for sawdust(Eaср sv) - 20,7 kJ mol-1; for shell(Eaср sh) - 24,2 kJ mol-1; for livestock waste from cattle(Eaср LW) - 23,1 kJ mol-1; for bran(Eaср br) - 33,1 kJ mol-1; for peat (Eaср pe) - 24,0 kJ mol-1. The values of the pre-exponential factor (A) for the studied biomass species are in the range of 82,42-2377,01 h-1.
Databáze:	OpenAIRE
Externí odkaz:	https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=od______3626::2615eb9b62b42549afd749ef70e1df82 http://earchive.tpu.ru/handle/11683/64196 Zobrazit plný text záznamu