ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ-ПИРОЛИЗА ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска технологий, позволяющих повысить экологичность использования органических топлив в процессе энергообеспечения. Цель: исследование СВЧ-пиролиза твердых органических топлив, имеющих различную степень метаморфического преобразования. Объект: твердые органические топлива, имеющие разную степень метаморфического преобразования, а именно древесные отходы (сосновые опилки), низинный торф (месторождение Суховское, Томская область), бурый уголь (месторождение Таловское, Томская область), каменный уголь (марка Д, Кузнецкий бассейн, Кузбасс). Методы. Характеристики исходного топлива определены согласно общепринятым методикам: влажность – ГОСТ Р 52917-2008, выход летучих веществ – по ГОСТ Р 55660-2013. Зольность опилок определяли согласно ГОСТ Р 56881-2016, торфа – ГОСТ 11306-2013, углей – ГОСТ Р 55661-2013. Принципиальная разница использованных стандартов в части определения зольности заключается в предписанных параметрах процедуры анализа (температура, скорость, время). Определение теплоты сгорания осуществляли при помощи калориметра АБК-1В (РЭТ, Россия) согласно ГОСТ 147-2013. Элементный состав исходного сырья и твердого углеродистого остатка после его переработки (C, H, N, S) устанавливали при помощи анализатора Vario Micro Cube (Elementar, Германия), используя в качестве поверки стандартный образец (Sulfanilamide). Исследование переработки рассматриваемых топлив методом традиционного медленного пиролиза в слое осуществлено методом синхронного термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии при помощи прибора STA 449 F3 Jupiter (Netzsch, Germany). СВЧ-пиролиз реализован на специально разработанном экспериментальном стенде (мощность магнетрона 750 Вт, несущая частота 2,45 ГГц). Состав пиролизного газа (содержание таких компонентов, как H2, CH4, CO, СО2) в режиме реального времени регистрировался при помощи газоанализатора Тест-1 (Бонэр, Россия). Результаты. Методом дифференциального-термического анализа установлено, что температура окончания термического преобразования для биомассы (опилки и торф) составляет 600–650 °С, для бурого угля – 850 °С, каменного угля – 900 °С. При сравнении результатов медленного слоевого и СВЧ видов пиролиза отмечено, что при СВЧ-пиролизе топлива образуется на 9,5–11,7 % меньше твердого углеродистого остатка, увеличивается выход летучих (жидких и газообразных продуктов). При этом генерируемый в процессе СВЧ-пиролиза пиролизный газ практически не содержит в своем составе балластного СО2, что в совокупности с низким выходом углеродистого остатка свидетельствует о более высоком КПД термической переработки топлива по сравнению с медленным слоевым пиролизом. Отмечено, что с увеличением степени метаморфизма топлива в процессе СВЧ-пиролиза снижается доля генерируемого синтез-газа (Н2+СО) по отношению к получаемому количеству метана, что связано с составом исходного перерабатываемого сырья: изменение (СО+Н2)/СН4 в пиролизном газе коррелирует с изменением (Н+О)/С в исходных топливах.