Влияние давления газовой среды на образование древесного угля в процессе пиролиза растительной биомассы

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.

пиролиз, давление, древесный уголь, содержание углерода, вторичные процессы

1. Klason, 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.19090222503

2. Klason, 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.19100232702

3. Mok, 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)80221-4

4. 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 / L.Wang [et al.] // Energy Fuels. – 2011. – Vol. 25, №7. – P. 3251–3265. https://doi.org/10.1021/ef200450h

5. Basile, 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/CET1543076

6. Исследование 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.