vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-3-341-348vestift-618Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERВлияние давления газовой среды на образование древесного угля в процессе пиролиза растительной биомассыInfluence of gases pressure on the formation of charcoal in the process of pyrolysis of plant biomassВасилевичС. В.VasilevichS. V.

Василевич Сергей Владимирович – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой

ул. Уборевича, 77, 220096, Минск

Siarhei V. Vasilevich – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department

77, Uborevich Str., 220096, Minsk

svasilevich@yandex.ruМалькоМ. В.MalkoM. V.

Малько Михаил Владимирович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Mikhail V. Malko – Ph. D. (Physic and Mathematic), Leading Researcher

15, building 2, Academicheskaya Str., 220072, Minsk

mikhailvm@bas-net.byДегтеровД. В.DegterovD. V.

Дегтеров Дмитрий Валентинович – старший научный сотрудник

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Dmitry V. Degterov – Senior Researcher

15, building 2, Academicheskaya Str., 220072

ddegterov@mail.ruАсадчийА. Н.AsadchyiA. N.

Асадчий Андрей Николаевич – старший научный сотрудник

ул. Академическая, 15, корп. 2, 220072, Минск

Andrei N. Asadchyi – Senior Researcher

15, building 2, Academicheskaya Str., 220072, Minsk

asadchyi@tut.byБелорусская государственная академия авиацииBelarusian State Academy of AviationИнститут энергетики Национальной академии наук БеларусиInstitute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus202020102020653341348Copyright © Василевич С.В., Малько М.В., Дегтеров Д.В., Асадчий А.Н., 20202020Василевич С.В., Малько М.В., Дегтеров Д.В., Асадчий А.Н.Vasilevich S.V., Malko M.V., Degterov D.V., Asadchyi A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/618

Приводятся результаты экспериментального исследования влияния давления на образование древесного угля в процессе пиролиза древесины, осуществленного на лабораторном стенде при давлениях 1, 3, 5, 7 атм и температуре 400 °С. В качестве исходного сырья использована березовая древесина в виде щепы размером частиц 17ç8ç6 мм. Влажность сырья составляла 14,2 мас.%, плотность – 506,4 кг/м3 , зольность – 0,23 мас.%. Установлено, что повышение давления от 1 до 7 атм приводит к увеличению выхода древесного угля от ~ 25 мас.% до ~ 32 мас.%. Содержание углерода при этом возрастает от 89,1 до 96,4 мас.%. Также экспериментально исследовано влияние искусственного ухудшения условий выхода летучих компонентов парогазовой смеси из реакционной зоны на образование древесного угля и содержание углерода. Полученные данные позволяют предположить, что ухудшение условия выхода из реакционной зоны летучих компонентов приводит к их разложению с образованием углерода, отлагающегося в порах пиролизуемого материала и на его внешней поверхности. Представлены экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что компоненты пиролизной смолы разлагаются в присутствии древесного угля с отложением образующегося углерода на его поверхности. На протекание этого процесса указывает различие в массах одинаковых образцов древесного угля, выдерживаемых при температуре 600 °С при отсутствии и наличии пиролизной смолы: конечная масса образца, выдерживаемого в присутствии пиролизной смолы, превышает массу образца, выдерживаемого при ее отсутствии. Эти результаты дают косвенное доказательство правильности предположения о разложении компонентов пиролизной смолы в порах и на поверхности пиролизуемого материала при задержке выхода продуктов пиролиза из реакционной зоны. Результаты настоящего исследования представляют интерес для специалистов, разрабатывающих пиролизное оборудование.

The article discusses the results of an experimental study of the effect of pressure on the formation of charcoal during the pyrolysis of wood, carried out on a laboratory bench at pressures of 1, 3, 5, 7 atm and a temperature of 400 °C. Birch wood in the form of wood chips with a particle size of 17ç8ç6 mm was used as feedstock. Its moisture content was 14.2 % by weight, its density was 506.4 kg/m3 , and its ash content was 0.23 % by weight. It was found that an increase in pressure from 1 atm to 7 atm leads to an increase in the yield of charcoal from about 25 % weight. up to about 32 % weight. The carbon content in this case increases from 89.1 % by weight to 96.4 % by weight. The work also experimentally investigated the effect of artificial deterioration of the conditions for the exit of volatile pyrolysis components from the reaction zone on the formation of charcoal and carbon content. The data obtained suggest that the deterioration of the exit conditions of volatile components from the reaction zone leads to their decomposition with the formation of carbon deposited in the pores of the pyrolyzable material and on its outer surface. Experimental data are also presented showing that components of the pyrolysis tar decompose in the presence of charcoal with the deposition of the formed carbon on its surface. The presence of such process is indicated by the difference in masses of identical charcoal samples studied at a temperature of 600 °C in the absence and presence of pyrolysis tar. The final mass of the sample, investigated in the presence of pyrolysis resin, as established in the work, exceeds the mass of the sample, studied in its absence. These results provide indirect evidence of the correctness of the assumption about the decomposition of the pyrolysis components in the pores and on the surface of the pyrolyzable material by a delay in the release of the pyrolysis components from the reaction zone. The results of this study are of interest to specialists developing pyrolysis equipment.

пиролиздавлениедревесный угольсодержание углеродавторичные процессыpyrolysispressurecharcoalcarbon contentsecondary processesReferencesKlason, P. Untersuchungen zur Holzverkohlung. I. Die trockene Distillation der Cellulose / P. Klason, G. Heidenstam, E. Norlin // Z. Angew. Chem. – 1909. – Bd. 25. – S. 1205–1214. https://doi.org/10.1002/ange.19090222503Klason P., Heidenstam G., Norlin E. Untersuchungen zur Holzverkohlung. I. Die trockene Distillation der Cellulose. Zeitschrift für Angewandte Chemie, 1909, Bd. 25, S. 1205–1214 (in German). https://doi.org/10.1002/ange.19090222503Klason, P. Untersuchungen zur Holzverkohlung. II. Die trockene Distillation des Holzes von Kiefer, Fichte, Birke und Buche / P. Klason, G. Heidenstam, E. Norlin // Z. Angew. Chem. – 1910. – Bd. 26. – S. 1252–1254.https://doi.org/10.1002/ange.19100232702Klason P., Heidenstam G., Norlin E. Untersuchungen zur Holzverkohlung. II. Die trockene Distillation des Holzes von Kiefer, Fichte, Birke und Buche. Zeitschrift für Angewandte Chemie, 1910, Bd. 26, S. 1252–1254 (in German). https://doi.org/10.1002/ange.19100232702Mok, W.S.-L. Effecs of pressure on biomass pyrolysis. I. Cellulose pyrolysis products / W.S.-L. Mok, M.J. Antal, Jr. // Thermochimica Acta. – 1983. – Vol. 68, №2–3. – P. 155–164. https://doi.org/10.1016/0040-6031(83)80221-4Mok W. S.-L., Antal M. J., Jr. Effecs of pressure on biomass pyrolysis. I. Cellulose pyrolysis products. Thermochimica Acta, 1983, vol. 68, no. 2–3, pp. 155–164. https://doi.org/10.1016/0040-6031(83)80221-4Is Elevated Pressure Required to Achieve a High Fixed-Carbon Yield of Charcoal from Biomass? Part 1: Round-Robin Results for Three Different Corncob Materials / L.Wang [et al.] // Energy Fuels. – 2011. – Vol. 25, №7. – P. 3251–3265. https://doi.org/10.1021/ef200450hWang L., Trninic M., Skreiberg Ø., Gronli M., Considine R., Antal M. J., Jr. Is Elevated Pressure Required To Achieve a High Fixed-Carbon Yield of Charcoal from Biomass? Part 1: Round-Robin Results for Three Different Corncob Materials. Energy and Fuels, 2011, vol. 25, no. 7, pp. 3251–3265. https://doi.org/10.1021/ef200450hBasile, L. The Role of Pressure in the heat of Pyrolysis of a Lignocellulosic Biomass / L. Basile, A. Tugnoli, V. Cozzani // Chem. Eng. Trans. – 2015. –Vol. 43. – P. 451–456. https://doi.org/10.3303/CET1543076Basile L., Tugnoli A., Cozzani V. The Role of Pressure in the heat of Pyrolysis of a Lignocellulosic Biomass. Chemical Engineering Transactions, 2015, vol. 43, pp. 451–456. https://doi.org/10.3303/CET1543076Исследование процесса получения древесного угля путем пиролиза под давлением / С.В. Василевич [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2017. – №3. – С. 64–71.Vasilevich S. V., Malko M. V., Bohach V. N., Degterov D. V., Asdchyi A.N. Study of theprocess of charcoal producing by pyrolysis under pressure. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2017, no. 2, pp. 64–71 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.