ИССЛЕДОВАНИЕ ПШЕНИЧНЫХ ОТРУБЕЙ И ПРОДУКТОВ ИХ ПИРОЛИЗА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ

УДК 662.7

  • Александр Владимирович Астафьев Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Мария Андреевна Гайдабрус Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Канипа Талгатовна Ибраева Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Роман Борисович Табакаев Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Николай Алексеевич Языков Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
  • Александр Сергеевич Заворин Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Ключевые слова: возобновляемая энергетика, биомасса, сельскохозяйственные отходы, пшеничные отруби, пиролиз, зольный остаток, материальный баланс, углеродистый остаток

Аннотация

Цель работы – изучение теплотехнических характеристик отрубей и продуктов их пиролитической переработки для оценки возможности использования в качестве топлива.

В качестве методов исследования в работе использованы эксперименты для определения выхода продуктов пиролиза и их характеристик, а также дифференциально-термический анализ. Теплотехнические характеристики исходного сырья и продуктов его переработки определены с помощью методик ГОСТ Р 56881-2016, ГОСТ Р 52911-2008, ГОСТ Р 55660-2013 и бомбового калориметра АБК-1 (РЭТ, Россия). Элементный состав исходного сырья определен на анализаторе Vario Micro Cube (Elementar, Германия).

В результате работы установлено, что пшеничные отруби обладают высокой для биомассы теплотой сгорания (16.6 МДж/кг) и высоким выходом летучих веществ (81%). Зольность исходного сырья составила 6.9%, при температуре 725 °C и выше зольный остаток имеет спекшийся характер, что говорит о шлакующей способности. С помощью дифференциально-термического анализа установлено, что активная стадия разложения отрубей протекает в температурном интервале 225–500 °C. Результаты определения материального баланса показали, что преимущественным выходом из исходного сырья обладает углеродистый остаток (43%), доля пирогенетической воды составляет 29%, что связано с протеканием в сырье во время нагрева экзотермических реакций, смолы – 12%, газа – 16%. В составе пиролизного газа до температуры нагрева 350 °C преобладают CO2 и CO, что связано с разложением основных компонентов в составе отрубей – целлюлозы и гемицеллюлозы. Концентрация метана начинает увеличиваться после 350 °C и достигает максимума при 450 °C, при этих температурах происходит разложение термически более стойкого лигнина. Максимальная теплота сгорания газа соответствовала пику концентрации метана и составила 9.3 МДж/м3.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Александр Владимирович Астафьев, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

аспирант

Мария Андреевна Гайдабрус, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

студент

Канипа Талгатовна Ибраева, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

аспирант

Роман Борисович Табакаев, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

кандидат технических наук, научный сотрудник

Николай Алексеевич Языков, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

кандидат технических наук, научный сотрудник

Александр Сергеевич Заворин, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

доктор технических наук, профессор

Литература

Rasporyazheniye Pravitel'stva RF ot 13.11.2009 g. №1715-r. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2030 goda. [The order of the Government of the Russian Federation of November 13, 2009 No. 1715-r. The energy strategy of Russia for the period until 2030]. (in Russ.).

Osnovy gosudarstvennoy politiki v oblasti ekologicheskogo razvitiya Rossiyskoy Federatsii na period do 2030 goda. Utverzhdeno Prezidentom RF 30.04.2012 g. [The basics of state policy in the field of environmental development of the Russian Federation for the period until 2030. Approved by the President of the Russian Federation on April 30, 2012]. (in Russ.).

Bezrukikh P.P. Vozobnovlyayemaya energetika: segodnya – real'nost', zavtra – neobkhodimost'. [Renewable energy: today is reality, tomorrow is a necessity.]. Moscow, 2007, 120 p. (in Russ.).

Valovyy potentsial otkhodov zernovykh i zernobobovykh kul'tur Rossii // Proyekt «Geoinformatsionnaya siste-ma. Vozobnovlyayemyye istochniki energii Rossii» [The gross potential of wastes of grain and leguminous crops of Russia // Project “Geoinformation system. Renewable energy sources of Russia”] [Electronic resource]. URL: http://gisre.ru/maps/bio-rastr/cereals. (in Russ.).

Piir A.M. Naseleniye Sibiri i Severa: Materialy k uchebniku. [The population of Siberia and the North: Materials for the textbook]. St. Petersburg, 2016, 76 p. (in Russ.).

Popel' O.S., Yermolenko B.V., Yermolenko G.V. et al. Atlas resursov vozobnovlyayemoy energii na territorii Rossii. Nauchnoye izdaniye. [Atlas of renewable energy resources in Russia. Scientific publication]. Mosocow, 2015, 160 p.

(in Russ.).

Os'mak A.A., Serogin A.A. Vostochno-yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy, 2014, vol. 2, no. 8(68), pp. 57–61. (in Russ.).

Vassilev S.V., Vassileva C.G., Vassilev V.S. Fuel, 2015, vol. 158, pp. 330-350. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.05.050.

Basu P. Biomass Gasification and Pyrolysis. Practical Design and Theory. Elsevier Inc., 2010, 365 p.

Alekhnovich A.N., Bogomolov V.V., Artem'yeva N.V. Teploenergetika, 2001, no. 2, pp. 26–33. (in Russ.).

Vititnev Yu.I., Uchitel' A.D., Kormer M.V., Lyalyuk V.P., Lyakhova I.A., Shmel'tser Ye.O. Koks i khimiya, 2013, no. 5, pp. 13–19. (in Russ.).

Kaliyan N., Morey R.V. Bioresource technology, 2010, vol. 101, no. 3, pp. 1082–1090. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.08.064.

Sudakova I.G., Rudenko N.B. Journal of Siberian Federal University. Chemistry, 2015, no. 4, pp. 499–513. DOI: 10.17516/1998-2836-2015-8-4-499-513. (in Russ.).

Gil M.V., Oulego P., Casal M.D., Pevida C., Pis J.J., Rubiera F. Bioresource technology, 2010, vol. 101, no. 22, pp. 8859–8867. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.06.062.

Varfolomeyev S.D., Moiseyev I.I., Myasoyedov B.F. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk, 2009, vol. 79, no. 7, pp. 595–604. (in Russ.).

Popel' O.S. Energiya: ekonomika, tekhnika, ekologiya, 2016, no. 11, pp. 2–11. (in Russ.).

Weiland P. Applied microbiology and biotechnology, 2010, vol. 85, no. 84, pp. 849–860. DOI: 10.1007/s00253-009-2246-7.

Tsyganova S.I., Mazurova Ye.V., Bondarenko G.N., Fetisova O.Yu. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2016, no. 4, pp. 143–150. (in Russ.).

Mohan D., Pittman C.U., Steele P.H. Energy & Fuels, 2006, vol. 20, no. 3, pp. 848–889. DOI: 10.1021/ef0502397.

Babkin V.A., Ostroukhova L.A., Kopylova L.I. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2016, no. 1, pp. 121–126. DOI: 10.14258/jcprm.2016011193. (in Russ.).

Kuz'mina R.I., Shtykov S.N., Pankin K.Ye., Ivanova Yu.V., Panina T.G. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2010, no. 3, pp. 61–65. (in Russ.).

GOST 3168-93. Toplivo tverdoye mineral'noye. Metody opredeleniya vykhoda produktov polukoksovaniya. [GOST 3168-93. Solid mineral fuel. Methods for determining the yield of semi-coking products.]. Moscow, 1995, 20 p. (in Russ.).

Wu C., Budarin V.L., Gronnow M.J., De Bruyn M., Onwudili J.A., Clark J.H., Williams P.T. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2014, vol. 107, pp. 276–283. DOI:10.1016/j.jaap.2014.03.012.

Yefremov A.A., Offan K.B., Kiselev V.P. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2002, no. 3, pp. 43–47. (in Russ.).

Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. Kratkiy khimicheskiy spravochnik. [Brief chemical reference]. Yekaterinburg, 2015, 432 p. (in Russ.).

Geletukha G.G., Zheleznaya T.A. Analiticheskaya zapiska Bioenergeticheskoy assotsiatsii Ukrainy, 2014, no. 7, pp. 1–35. (in Russ.).

Parshukov V.I., Yefimov N.N., Ikonnikov V.K., Rusakevich I.V. Tekhnologii i tekhnicheskiye sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rasteniyevodstva i zhivotnovodstva, 2018, no. 95, pp. 66-77. DOI: 10.24411/0131-5226-2018-10033. (in Russ.).

Gafurov N.M., Khismatullin R.F. Innovatsionnaya nauka, 2016, no. 5, pp. 65–66. (in Russ.).

Czernik S., Bridgwater A.V. Energy & Fuels, 2004, vol. 18, pp. 590–598. DOI: 10.1021/ef034067u.

Yang H., Yan R., Chen H., Lee D.H., Zheng C. Fuel, 2007, vol. 86, pp. 1781–1788. DOI: 10.1016/j.fuel.2006.12.013.

El-Hendawy A-N.A. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2006, vol. 75, no. 2, pp. 159–166. DOI: 10.1016/j.jaap.2005.05.004.

Yang H., Yan R., Chen H., Zheng C., Lee D.H., Liang D.T. Energy & Fuels, 2006, vol. 20, pp. 388–393. DOI: 10.1021/ef0580117.

Milosavljevic I., Oja V., Suuberg E.M. Industrial and Engineering Chemistry Research, 1996, vol. 35, no. 3, pp. 653–662. DOI: 10.1021/ie950438l.

William S.L.M., Michael J.A.Jr., Piroska S., Gabor V., Borbala Z. Ind. Eng. Chem. Res., 1992, vol. 31(4), pp. 1162–1166. DOI: 10.1021/ie00004a027.

Tabakaev R.B., Astafev A.V., Dubinin Yu.V., Yazykov N.A., Zavorin A.S., Yakovlev V.A. Journal of Thermal Anal-ysis and Calorimetry, 2018, vol. 134, no. 2, pp. 1045–1057. DOI: 10.1007/s10973-018-7562-7.

Опубликован
2020-06-10
Как цитировать
1. Астафьев А. В., Гайдабрус М. А., Ибраева К. Т., Табакаев Р. Б., Языков Н. А., Заворин А. С. ИССЛЕДОВАНИЕ ПШЕНИЧНЫХ ОТРУБЕЙ И ПРОДУКТОВ ИХ ПИРОЛИЗА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ // Химия растительного сырья, 2020. № 2. С. 323-332. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/5874.
Выпуск
Раздел
Технологии

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)