Применимость соединений на основе никеля в качестве катализаторов термоконверсии первичных продуктов пиролиза биомассы

Обсуждаются результаты экспериментального исследования термического разложения пиролитической смолы, выполненного в изотермических условиях при температурах 300, 350 и 400 °С с использованием никельсодержащих катализаторов системы Ni–Fe–Mo. Показано, что кинетику этого процесса можно описать с помощью уравнения Аврами–Ерофеева с переменным показателем n, при этом область изменения этого показателя составляет от 0,415 до 1,238. Среднее значение показателя n, рассчитанное по всем вариантам исследования, равно 0,694 (95 % ДИ от 0,605 до 0,783), а медианное значение – 0,639. Как известно, уравнение Аврами–Ерофеева описывает кинетику термического разложения вещества в конденсированном состоянии, которая определяется процессом зародышеобразования. Высказано предположение, что в случае термического разложения пиролитической смолы в интервале температур 300–400 °С данный процесс является лимитирующей стадией суммарного процесса. Обнаружено, что скорость разложения пиролитической смолы возрастает в случае внесения в реакционную зону частиц никельсодержащего катализатора, разработанного специалистами Физико-технического института Национальной академии наук Беларуси. На основании установленных данных сделан вывод о перспективности использования никельсодержащего катализатора в процессах термического разложения тяжелых углеводородов, образующихся в процессах термохимической конверсии биомассы.

1. Fortov, V. E. The current status of the development of renewable energy sources worldwide and in Russia / V. E. For- tov, O. S. Popel’ // Therm. Eng. – 2014. – Vol. 61, № 6. – P. 389–398. https://doi.org/10.1134/S0040601514060020

2. Coal and Biomass Gasification. Recent Advances and Future Challenges / eds.: S. De [et al.]. – Springer Nature, Singapore Pte Ltd., 2018. – 521 p. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7335-9

3. Афанасьева, О. В. Оценка эффективности мини-ТЭС, работающих на твердом топливе / О. В. Афанасьева, Г. Р. Мингалеева // Химия твердого топлива. – 2009. – № 1. – С. 64–69.

4. Добрего, К. В. Макрокинетические модели термического разложения доломита для расчета сорбционных систем газогенераторов / К. В. Добрего // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергет. об-ний СНГ. – 2015. – № 5. – С. 51–59.

5. Guoqing, Guan. Heterogeneous Catalysts from Natural Sources for Tar Removal: A Mini Review / Guoqing Guan, Xiaogang Hao, Abuliti Abudula // J. Adv. Catal. Sci. Technol. – 2014. – Vol. 1, № 1. – P. 20–28. http://doi.org/10.15379/2408-9834.2014.01.01.4

6. Sutton, D. Review of literature on catalysts for biomass gasification / D. Sutton, B. Kelleher, J. R. H. Ross // Fuel Process. Technol. – 2001. – Vol. 73, № 3. – P. 155–173. https://doi.org/10.1016/S0378-3820(01)00208-9

7. Characterization and treatment of tars and biomass gasifiers / E. G. Baker [et al.] // AIChE 1988: Summer National Meeting, Denver, Colorado. August 21–24, 1988. – Denver, 1988. – P. 1–11.

8. Sutton, D. Review of Literature on Catalysts for Biomass Gasification / D. Sutton, B. Kelleher, J. R. H. Ross // Fuel Process. Technol. – 2001. – Vol. 73, № 3. – P. 155–173. http://doi.org/10.1016/S0378-3820(01)00208-9

9. Dayton, D. A Review of the Literature on Catalytic Biomass Tar Destruction. Milestone Completion Report [Electronic resource]: NREL/TP-510-32815 / D. Dayton. – National Renewable Energy Laboratory, 2002. – Mode of access: https://www.nrel.gov/docs/fy03osti/32815.pdf. – Date of access: 20.07.2022.

10. El-Rub, Z. A. Review of Catalysts for Tar Elimination in Biomass Gasification / Z. A. El-Rub, E. A. Bramer, G. Brem // Ind. Eng. Chem. Res. – 2004. – Vol. 43, № 22. – P. 6911–6919. https://doi.org/10.1021/ie0498403

11. Институт катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук: хроника, 1958–2000 гг. / отв. ред. Р. А. Буянов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. – 353 c.

12. Commercial Steam Reforming Catalysts To Improve Biomass Gasification with Steam−Oxygen Mixtures. 2. Catalytic Tar Removal / M. P. Azner [et al.] // Ind. Eng. Chem. Res. – 1998. – Vol. 37, № 7. – P. 2668–2680. https://doi.org/10.1021/ie9706727

13. Milne, T. A. Biomass Gasifier “Tars”: Their Nature, Formation and Conversion [Electronic resource]: NREL/TP-570-25357 / T. A. Milne, N. Abatzoglou, R. J. Evans. – National Renewable Energy Laboratory, 1998. – Mode of access: https:// www.nrel.gov/docs/fy99osti/25357.pdf. – Date of access: 20.07.2022.

14. Catalytic Cracking of Tars Derived from Rice Hull Gasification over Goethite and Palygorskite / Haibo Liu [et al.] // Appl. Clay Sci. – 2012. – Vol. 70. – P. 51–57. https://doi.org/10.1016/j.clay.2012.09.006

15. Kissinger, H. E. Reaction Kinetics in Differential Thermal Analysis / H. E. Kissinger // Anal. Chem. – 1957. – Vol. 29, № 11. – P. 1702–1706. https://doi.org/10.1021/ac60131a045

16. Akahira, T. Transactions of Joint Convention of Four Electrical Institutes: Paper No. 246, 1969 Research Report, Chiba Institute of Technology / T. Akahira, T. Sunose // Sci. Technol. – 1971. – Vol. 16. – P. 22–31.

17. Friedman, H. Kinetics of Thermal Degradation of Char-Forming Plastics From Thermogravimetry. Application to Phenolic Plastic / H. Friedman // J. Polym. Sci. Part C: Polymer Symposia. – 1964. – Vol. 6, № 1. – P. 183–195. http://doi.org/10.1002/polc.5070060121

18. Flynn, J. H. A Quick, Direct Method for the Determination of Activation Energy from Thermogravimetric Data / J. H. Flynn, L. A. Wall // Polym. Lett. – 1966. – Vol. 4. – P. 323–328. http://doi.org/10.1002/pol.1966.110040504

19. Ozava, T. A new method of analyzing thermogravimetric data / T. Ozava // Bull. Chem. Soc. Jpn. – 1965. – Vol. 38, № 11. – P. 186–189. http://doi.org/10.1246/bcsj.38.1881

20. Coats, A. W. Kinetics Parameters from Thermogravimetric Data / A. W. Coats, J. P. Redfern // Nature. – 1964. – Vol. 201. – P. 68–69. https://doi.org/10.1038/201068a0

21. Criado, J. V. Kinetic ansalysis of DTA data from master curves / J. V. Criado // Thermochim. Acta. – 1978. – Vol. 24, № 1. – P. 186–189. https://doi.org/10.1016/0040-6031(78)85151-x

22. Vyazovkin, S. Model-free and model-fitting approaches to kinetic analysis of isothermal and nonisothermal data / S. Vyazovkin, C. A. Wight // Thermochim. Acta. – 1999. – Vol. 340–341. – P. 53–68. https://doi.org/10.1016/S0040-6031%2899%2900253-1

23. Han, Yunging. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics [Electronic resource]: Thesis and Dissertations – Mechanical Engineering. – Lexington, University of Kentucky, 2014. – Mode of access: https://uknowledge.uky.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1036&context=me_etds. – Date of access: 20.07.2022.