Термическая деструкция полимеров: анализ физико-химических показателей процесса

Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Vol. 4 No. 10(112) (2021): Ecology; 31-37
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 4 № 10(112) (2021): Экология; 31-37
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 4 № 10(112) (2021): Екологія; 31-37
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: This experimental study has confirmed that during thermal decomposition of polymeric waste samples at a temperature of 850 °C, without oxygen access, there is a 90 % drop in the mass of this waste with the release of a large volume of gaseous products. This feature should be taken into consideration in the engineering calculations of reaction chambers, reactors, and connecting gas pipelines. The analytical study was carried out by a method of thermodynamic analysis using the universal estimation system Astra (TERRA). It has been shown that with an increase in reaction temperature there is a change in the composition of the products of thermal destruction of polymeric waste by reducing the mole fraction of СН4 and increasing the proportion of Н2. The calorific value was calculated according to Mendeleev’s empirical formula. The experimental study (a pyrolysis-gas chromatography method) has confirmed the calculation results regarding an increase in the proportion of hydrogen in the gaseous products of destruction with an increase in process temperature. As a result, due to the lower volumetric heat of hydrogen combustion, the total caloric content of the synthesis gas obtained is significantly reduced. For the experiments, a laboratory installation of low-temperature pyrolysis of polymers with external supply of thermal energy was built, and synthesis gas was used as an energy carrier. At the experimental-industrial installation, by a low-temperature pyrolysis method, the synthesis gas of a stable composition with a lower heat of combustion of 24.8 kJ/m3 was obtained. The reliability of the results of the proposed estimation method to the results of instrumental measurements has been shown. Promising areas of further studies have been determined, including the optimization of processes of thermal destruction of chlorine-containing polymer waste; the effective use of hydrogen from the composition of the synthesis gas obtained.
Экспериментальными исследованиями подтверждено, что при термическом разложении образцов полимерных отходов при уровне температур 850 ° С, без доступа кислорода, происходит падение массы этих отходов на 90% с выделением большого объема газообразных продуктов. Данную особенность следует непременно учитывать при инженерных расчетах реакционных камер, реакторов и соединительных газоходов. Аналитические исследования проведены методом термодинамического анализа с использованием универсального расчетного комплекса Астра (TERRA). Показано, что при увеличении температуры реакции происходит изменение состава продуктов термической деструкции полимерных отходов путем уменьшения мольной доли СН4 и увеличение доли Н2. Расчет теплотворной способности выполнялся по эмпирической формуле Менделеева. Экспериментальными исследованиями (методом пиролиз-газовой хроматографии) подтверждены результаты расчетов по увеличению доли водорода в газообразных продуктах деструкции при увеличении температуры процесса. В результате, за счет меньшей объемной теплоты сгорания водорода, общая калорийность полученного синтез-газа существенно уменьшается. Для осуществления экспериментов построено лабораторную установку низкотемпературного пиролиза полимеров с внешним подводом тепловой энергии, причем в качестве энергоносителя использовано синтез-газ. На опытно-промышленной установке методом низкотемпературного пиролиза получен синтез-газ стабильного состава с более низкой теплотой сгорания 24,8 кДж / м3. Показано достоверность результатов предложенного расчетного метода результатам инструментальных замеров. Определены перспективные направления дальнейших исследований, в том числе: оптимизации процессов термической деструкции хлорсодержащих полимерных отходов; эффективного использования водорода из состава полученного синтез-газа
Експериментальними дослідженнями підтверджено, що при термічному розкладанні зразків полімерних відходів при рівні температур, інсинераторів 850 °С, без доступу кисню, відбувається падіння маси цих відходів із виділенням великого об’єму газоподібних продуктів. Дану особливість слід неодмінно враховувати при інженерних розрахунках реакційних камер, реакторів та з’єднувальних газоходів. Аналітичні дослідження проведено методом термодинамічного аналізу з використанням універсального розрахункового комплексу Астра (TERRA). Показано, що при збільшенні температури реакції відбувається зміна складу продуктів термічної деструкції полімерних відходів шляхом зменшення мольної частки СН4 та збільшення частки Н2. Розрахунок теплотворної здатності виконувався за емпіричною формулою Менделеєва. Експериментальними дослідженнями (методом піроліз-газової хроматографії) підтверджено результати розрахунків щодо збільшення частки водню в газоподібних продуктах деструкції при збільшенні температури процесу. В результаті, за рахунок меншої об’ємної теплоти згорання водню, загальна калорійність отриманого синтез-газу суттєво зменшується. Для здійснення експериментів побудовано лабораторну установку низькотемпературного піролізу полімерів з зовнішнім підведенням теплової енергії, причому в якості енергоносія використано синтез-газ. На дослідно-промисловій установці методом низькотемпературного піролізу отримано синтез-газ стабільного складу з нижчою теплотою згоряння 24,8 кДж/м3. Показано достовірність результатів запропонованого розрахункового методу результатам інструментальних замірів. Визначені перспективні напрямки подальших досліджень, в тому числі: оптимізації процесів термічної деструкції хлорвмісних полімерних відходів; ефективного використання водню зі складу отриманого синтез-газу
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: