Неизотермический анализ компонентов композиционных топлив на основе торфа и биомассы
DOI: http://dx.doi.org/10.31548/energiya2018.01.056
Анотація
Для повышения эффективности производства и энергетических показателей биотоплив, в том числе и композиционных, необходимо исследовать процессы, происходящие при термическом разложении их компонентов. Эти обстоятельства обусловили существенно возросший в последние годы интерес в области биоэнергетики к термическим характеристикам биомассы различного происхождения, включая кинетические закономерности ее термодеструкции.
Целью данной работы является определении кинетических параметров десорбции физически связанной влаги и активационных процессов неизотермического разложения гемицеллюлоз древесной и растительной биомассы, торфа и композиционной смеси с использованием метода неизотермической кинетики.
В работе проведен анализ термодеструкции образцов биотоплив отобранных на территории Украины по кинетической модели Бройдо. Метод позволяет определить эффективные параметры кинетики отдельных стадий разложения образцов, исходя из анализа термогравиметрических зависимостей разложения биомассы, и рассчитать кинетические характеристики термодеструкции, протекающей по механизму реакции порядка n ≤ 1.
В работе представлены результаты расчета кинетических параметров для стадий десорбции физически-связанной влаги и термического разложения гемицеллюлоз. Значение энергии активации десорбции влаги для биомассы находится в диапазоне 51,5-59,4 кДж/моль, среднее значение 56,5 кДж/моль, максимальное отклонение значения энергии активации для различных видов биомассы не превышает 4, 7 %; для торфа значение энергии активации составляет 43,50 кДж/кг, что на 23 % ниже среднего значения для биомассы. Рассчитанные значения кинетических констант термического разложения гемицеллюлоз значительно различаются, так для торфа среднее значение энергии активации соответствует 37,0 кДж/моль. Для биомассы данные значения находятся в диапазоне от 75–104 кДж/моль, среднее значение 90,8 кДж/моль, максимальное отклонение значения энергии активации для различных видов биомассы не превышает 12 %.
Установлено, что использование композиционных смесей на основе торфа и биомассы позволяет при высокотемпературной сушке или термической обработке разделить температурные диапазоны разложения гемицеллюлозы и целлюлозы, тем самым обеспечить термическое разложение преимущественно низкокалорийных составляющих гемицеллюлозы без существенной потери калорийной составляющей топлива. Результаты выполненных исследований можно использовать при расчетах процессов и установок, связанных с термической подготовкой изученных видов топлив.
Ключевые слова: биотопливо, биомасса, торф, композиционное топливо, энергия активации, метод неизотермической кинетики, модель Бройдо
Повний текст:
PDFПосилання
Snezhkin, Y. F., Korinchuk, D. M., Bezhin, M. M. (2017). Doslidzhennya rezhymiv termoobrobky biomasy ta torfu u vyrobnytstvi kompozytsiynoho biopalyva [Investigation of regimes of heat treatment of biomass and peat in production and composite biofuels].. Promyslova teplotekhnika, 39(1), 53-57.
Snezhkin, YU. F., Korinchuk, D. N. (2017). Modelirovaniye vysokotemperaturnoy sushki torfa i biomassy v tekhnologiyakh proizvodstva biotopliv [Modeling of high-temperature drying of peat and biomass in biofuel production technologies]. Naukoví pratsí ONAHT, 81(1), 125-130.
Korinchuk, D. M. (2010). Rozrobka kompozytsiynoho palyva na osnovi torfu i roslynnoyi biomasy dlya vykorystannya v teploenerhetychnykh ustanovkakh. Avtoreferat dysertatsiyi na zdobuttya naukovoho stupenya kandydata tekhnichnykh nauk [Development of composite fuel based on peat and vegetable ibium salts for use in heat and power plants]. Kyiv.: Instytut tekhnichnoyi teplofizyky NAN Ukrayiny, 20.
Mar'yandyshev, P. A., Chernov, A. A., Konstantinovich, L. V. (2015). Opredeleniye kineticheskikh kharakteristik protsesa termicheskogo razlozheniya topliv s tsel'yu analiza topochnykh protsesov . Arctic Evironmental Research, (2), 118–128.
Acquah, G. E., Via, B. K., Fasina, O. O., Adhikari, S., Billor, N., Eckhardt, L. G. (2017). Chemometric modeling of thermogravimetric data for the compositional analysis of forest biomass. PloS one, 12(3), e0172999, 1/15-15/15.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172999
Parveen, M., Islam, M. R., Haniu, H. (2011). Thermal decomposition behavior study of two agricultural solid wastes for production of bio-fuels by pyrolysis technology. Journal of Thermal Science and Technology, 6(1), 132-139.
https://doi.org/10.1299/jtst.6.132
Ghaly, A. E., Ergüdenler, A. (1994). Reaction kinetics of rye straw for thermnochemical conversion. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 72(4), 651-656.
https://doi.org/10.1002/cjce.5450720415
Fil'kov A. I. (2014). Fiziko-matematicheskoye modelirovaniye vozniknoveniya prirodnykh pozharov i issledovaniye osobennostey sushki, piroliza i zazhiganiya goryuchikh materialov [Physico-mathematical modeling of the occurrence of natural fires and the study of drying, pyrolysis and ignition of combustible materials]. Tomsk :Izdatel' skiy Dom TGU, 276.
Broido, A. (1969). A simple, sensitive graphical method of treating thermogravimetric analysis data. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 7(10), 1761-1773. https://doi.org/10.1002/pol.1969.160071012
Petrunina, Ye. A., Loskutov, S. R., Shishikin, A. S. (2017). Termicheskiy analiz zatoplennoy drevesiny [Thermal analysis of flooded wood]. Lesnoy vestnik., 21(1), 54-63.
Terent'yeva, E. P., Udovenko, N. K., Pavlova, Ye. A. (2014). Khimiya drevesiny, tsellyulozy i sinteticheskikh polimerov [Chemistry of wood, cellulose and synthetic polymers]. S-Pb:SPbGTURP,, 83.
Fengel, D., Grosser, D. (1975). Chemische zusammensetzung von nadel-und laubhölzern. HOL Zals Roh-und Werkstoff, 33(1), 32-34.
https://doi.org/10.1007/BF02612913
Метрики статей
Metrics powered by PLOS ALM
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.