Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Экспериментальное исследование СВЧ-пиролиза торфа

https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-750-758

Полный текст:

Аннотация

Работа посвящена исследованию деструкции верхового сфагнового торфа под воздействием микроволнового излучения. Для анализа физико-химических процессов создана лабораторная установка на основе коаксиального резонатора-реактора, геометрия которого обеспечивает однородное распределение СВЧ-поля в объеме реактора. В качестве источника СВЧ-излучения использовался промышленный магнетрон с частотой 2,45 ГГц мощностью до 1 кВт. При лабораторных исследованиях с относительно небольшим объемом торфа (~100 г) достоинством созданной установки является возможность быстрого достижения температуры, необходимой для осуществления реакции пиролиза при относительно малом уровне СВЧ-мощности, который в данных экспериментах составлял около 100 Вт. Анализ полученных в ходе реакции продуктов производился на хромато-масс-спектрометре. Проводимые исследования направлены на создание высокоэффективных экологически чистых технологий переработки биотоплива с высоким выходом горючих газов, пригодных для дальнейшего использования в промышленных энергетических установках, а также получения смолистой фракции для создания легких углеводородов и углеродистого остатка для современных высокоэффективных сорбентов. На основе созданной экспериментальной установки проведены исследования мягкого СВЧ-пиролиза торфа при температуре 250 °С в условиях постоянного отвода газообразных продуктов реакции. Получены и проанализированы образцы твердой, жидкой и газовой фаз, представляющие собой ценный углеродистый остаток, маслянистую фракцию и пиролизный газ. В статье анализируется возможность промышленного применения продуктов реакции. Проведено сравнение химического состава продуктов реакции при СВЧ-пиролизе и «традиционном» пиролизе с термическим нагревом. Показано, что в составе выделившихся в процессе СВЧ-пиролиза газов отсутствуют тяжелые ядовитые газы, которые во множестве сопровождают процесс «традиционного» термического пиролиза. Снижение количества ядовитых газов улучшает экологическую составляющую производства. Указанное обстоятельство свидетельствует о перспективности СВЧ-пиролиза для промышленной переработки органических материалов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Т. О. Крапивницкая
Институт прикладной физики РАН; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Россия

Крапивницкая Татьяна Олеговна, аспирант

603022, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23

ведущий инженер

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46



А. А. Богдашов
Институт прикладной физики РАН
Россия

Богдашов Александр Александрович, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46



А. Н. Денисенко
Институт прикладной физики РАН
Россия

Денисенко Андрей Николаевич, ведущий конструктор

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова,46



М. Ю. Глявин
Институт прикладной физики РАН
Россия

Глявин Михаил Юрьевич, д.ф.-м.н., заведующий лабораторией микроволновой обработки материалов

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46



Н. Ю. Песков
Институт прикладной физики РАН
Россия

Песков Николай Юрьевич, д.ф.-м.н., профессор РАН, ведущий научный сотрудник

603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46



Л. Л. Семенычева
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Россия

Семенычева Людмила Леонидовна, д.х.н., заведующая лабораторией нефтехимии

603022, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23



Д. Л. Ворожцов
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Россия

Ворожцов Дмитрий Леонидович, к.х.н., ведущий инженер

603022, Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23



Список литературы

1. Гунич С.В., Янчуковская Е.В. Анализ процессов пиролиза отходов производства и потребления // Известия Вузов. Прикладная химия и биотехнология 2016. Т. 6. N 1 (16). С. 86–93.

2. Куряева Т.А. Исследование состава углеметановых геоматериалов с помощью СВЧ пиролиза каменного угля // Интерэкспо ГеоСибирь. 2015. Т. 2. N 3. С. 93–96.

3. Яцун А.В., Коновалов П.Н., Коновалов Н.П. СВЧ-пиролиз изношенных автомобильных шин в присутствии гидроксида калия // Современные наукоемкие технологии. 2017. N 2 (13). С. 83–87.

4. Гунич С.В., Янчуковская Е.В., Днепровская Н.И. Анализ современных методов переработки твердых бытовых отходов // Известия Вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. N 2 (13). С. 110–115.

5. Полищук Т.С., Череватюк Г.В., Патрушева О.В. Использование микроволнового излучения в нефтехимии // Молодой ученый. 2017. N 2-1 (136). С. 23–27.

6. Yang J., Chen H., Zhao W., Zhou J. TG– FTIR-MS study of pyrolysis products evolving from peat // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2016. Vol. 117. P. 296–309. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2015.11.002

7. Chen X., Che Q., Li S., Liu Z., Yang H., Chen Y., et al. Recent developments in lignocellulosic biomass catalytic fast pyrolysis: Strategies for the optimization of bio-oil quality and yield // Fuel Processing Technology. 2019. Vol. 196. 106180.

8. Makkawi Y.T., Sayed Y.El., Salih M., Nancarrow P., Banks S.W., Bridgwater T. Fast pyrolysis of date palm (Phoenix dactylifera) waste in a bubbling fluidized bed reactor // Renewable Energy. 2019. Vol. 43. P. 719–730. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.028

9. LamS.S., Wan Mahari W.A., Ok Y.S., Peng W., Chong C.T., Ma N.L., et al. Microwave vacuum pyrolysis of waste plastic and used cooking oil for simultaneous waste reduction and sustainable energy conversion: Recovery of cleaner liquid fuel and techno-economic analysis // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 115. P. 109359. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109359

10. Khiari B., Jeguirim M. Tunisian agro-food wastes recovery by pyrolysis: Thermogravimetric analysis and kinetic study // 10th International Renewable Energy Congress (IREC). 26–28 March 2019, Sousse, Tunisia. https://doi.org/10.1109/IREC.2019.8754614

11. Zhang Y., Cheng Q., Wang D., Xia D., Zheng X., Li Z., et al. Preparation of Pyrolytic Carbon from Waste Tires for Methylene Blue Adsorption // JOM. Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2019. Vol. 71. Issue 10. P. 3658–3666. https://doi.org/10.1007/s11837-019- 03658-7

12. Lambert A., Anawati J., Walawalkar M., Tam J., Azimi G. Innovative Application of Microwave Treatment for Recovering of Rare Earth Elements from Phosphogypsum // ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2018. Vol 6. Issue 12. P. 16471–16481. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b03588

13. Wahi R., Abdul Aziz S.M., Hamdan S., Ngaini Z. Biochar production from agricultural wastes via low-temperature microwave carbonization // IEEE International RF and Microwave Conference. 2015. Vol. 4. P. 250–253. https://doi.org/10.1109/RFM.2015.7587754

14. Klinger J., Bar-Ziv E., Shonnard D.R., Westover T., Emerson R. Predicting Properties of Gas and Solid Streams by Intrinsic Kinetics of Fast Pyrolysis of Wood // Energy and Fuels. 2016. Vol. 30. Issue 1. P. 318–325. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5b01877

15. Markin V.I., Cheprasova M.Yu., Bazarnova N.G. General areas of the use of a microwave radiation for processing of plant raw materials (review) // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2015. Vol. 41. Issue 7. P. 686–699. https://doi.org/10.1134/S1068162015070110

16. BorgesF.C., Du Z-Y., Xie Q., Trierweiler J.O., Cheng Y., Wan Y., et al. Fast microwave assisted pyrolysis of biomass using microwave absorbent // Bioresource Technology. 2014. Vol. 56. P. 267–274. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.01.038

17. Ren S., Lei H., Wang L., Bu Q., Chen S., Wu J., et al. Microwave pyrolysis of Douglas fir sawdust pellet // American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting. 2011. Vol. 2. P. 1334–1348. https://doi.org/10. 13031/2013.37300

18. Богдашов А.А., Крапивницкая Т.О., Песков Н.Ю. Моделирование тепловых и электродинамических процессов при СВЧ-пиролизе торфа // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо’2018): материалы 28-й Междунар. Крымской конф. (Севастополь, 9–15 сентября 2018 г.). Севастополь, 2018. Т. 6. С. 1381–1387.

19. KrapivnitskaiaT.O., Bogdashov A.A., Denisenko A.N., Glyavin M.Yu., Kalynov Yu.K., Kuzikov S.V., et al. High-temperature microwave pyrolysis of peat as a method to obtaining liquid and gaseous fuels // EPJ Web of Conferences. 10th International Workshop 2017 “Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications”. 2017. Vol. 149. 02023. 2 p. https://doi.org/10.1051/epjconf/201714902023

20. Богдашов А.А., Крапивницкая Т.О., Денисенко А.Н., Песков Н.Ю., Глявин М.Ю., Семенычева Л.Л. [и др.]. СВЧ-пиролиз торфа: результаты и перспективы // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо’2018): материалы 28-й Междунар. Крымской конф. (Севастополь, 9–15 сентября 2018 г.). Севастополь, 2018. Т. 6. С. 1394–1399.


Для цитирования:


Крапивницкая Т.О., Богдашов А.А., Денисенко А.Н., Глявин М.Ю., Песков Н.Ю., Семенычева Л.Л., Ворожцов Д.Л. Экспериментальное исследование СВЧ-пиролиза торфа. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019;9(4):750-758. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-750-758

For citation:


Krapivnitskaia T.O., Bogdashov A.A., Denisenko A.N., Glyavin M.Y., Peskov N.Y., Semenycheva L.L., Vorozhtcov D.L. Microwave pyrolysis experimental study of peat. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2019;9(4):750-758. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-750-758

Просмотров: 35


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)