КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ

Abstract

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  – 21,4 кДж моль–1; для опилок  – 20,7 кДж моль–1; для скорлупы  – 24,2 кДж моль–1; для отходов жизнедеятельности крупнорогатого скота  – 23,1 кДж моль–1; для отрубей  – 33,1 кДж моль–1; для торфа  – 24,0 кДж моль–1. Значения предэкспоненциального множителя (A) для исследуемых видов биомассы находятся в диапазоне 82,42–2377,01 час–1.