Получение древесного угля путем пиролиза древесины в присутствии сверхвысокочастотного электромагнитного поля

Разработано экспериментальное оборудование для получения древесного угля из остатков лесопиления методом термохимической конверсии биомассы в бескислородной среде. Особенностью данного оборудования является проведение процесса термоконверсии древесного сырья в камере пиролиза, оснащенной источниками сверхвысокочастотного электромагнитного поля (СВЧ). Пиролизное оборудование включает в себя блок получения генераторного газа из органических отходов, блок пиролиза древесины, систему продувки камеры пиролиза инертным газом, камеру дожига газовой смеси генераторного газа и пирогаза, блок регулирования температуры продуктов горения, теплообменник, дымосос, систему управления и контроля за работой пиролизной установки и дымовую трубу. В качестве источников СВЧ использовали магнетроны. Приведено описание методики проведенных испытаний оборудования по получению древесного угля в присутствии и в отсутствие СВЧ. В ходе испытаний использовалась древесина твердолиственных пород (колотые дрова клена). Результаты исследования указывают на то, что использование СВЧ позволяет повысить скорость процесса термохимической деструкции древесины, увеличить производительность оборудования для выработки древесного угля, а также получить больший выход древесного угля на единицу массы исходной древесины, сырье или продукт с большей теплотворной способностью и меньшей зольностью. Так, производительность экспериментальной пиролизной установки при отсутствии СВЧ составила 1,42 кг/ч, а в присутствии СВЧ – 1,73 кг/ч, увеличение составило 22 %. Разработанная технология получения древесного угля термическим пиролизом в присутствии СВЧ является экономически и энергетически перспективной. 

1. Корсак, Е. П. Формирование системы угроз энергетической безопасности Республики Беларусь / Е. П. Корсак // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2019. – Т. 62, № 4. – C. 388–398. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-4-388-398

2. Фортов, В. Е. Состояние развития возобновляемых источников энергии в мире и в России / В. Е. Фортов, О. С. Попель // Теплоэнергетика. – 2014. – № 6. – С. 4–13.

3. Лосюк, Ю. А. Некоторые аспекты термохимической конверсии торфа / Ю. А. Лосюк, С. В. Жибрик, С. В. Корчи­ ненко // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2008. – № 5. – C. 60–66.

4. Bridgwater, A. V. Biomass Fast Pyrolysis / A. V. Bridgwater // Thermal Science. – 2004. – Vol. 8, № 2. – P. 21–49. https://doi.org/10.2298/TSCI0402021B

5. Mohan, D. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-Oil: A Critical Review / D. Mohan, Ch. U. Pittman, P. H. Steele Jr. // Energy & Fuels. – 2006. – Vol. 20. – P. 848–889. https://doi.org/10.1021/ef0502397

6. Chan, W. R. Modeling and experimental verification of physical and chemical processes during pyrolysis of large biomass particle / W. R. Chan, M. Kelbon, B. B Krieger // Fuel. – 1985. – Vol. 64. – P. 1505–1513. https://doi.org/10.1016/0016-2361(85)90364-3

7. Catalytic supercritical water gasification of biomass waste using iron-doped alkaline earth catalysts / R. Bakari, T. Kivevele, X. Huang, Y. A. C. Jande // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2024. – Vol. 14, iss. 6. – P. 7487–7506. https:// doi.org/10.1007/s13399-022-02800-x

8. Макрокинетика и тепломассоперенос в процессах термохимической конверсии биомассы / Г. И. Пальченок, Н. Г. Хутская, И. В. Янцевич, Т. М. Мощина // Возобновляемые источники энергии: потенциал, достижения, перспективы: материалы Междунар. семинара экспертов (Минск, 22–24 февр. 2011 г.) / под ред. А. А. Михалевича. – Мн.: Бел. навука, 2011. – С. 206–220.

9. Пиролиз горючих сланцев Туровского месторождения / П. Л. Фалюшин, К. В. Добрего, В. М. Крайко, Е. В. Ануфриева // Инженерно-физический журнал. – 2011. – Т. 84, № 3. – С. 583–589.

10. Преобразование энергии биомассы. Опыт России / Е. С. Панцхава, В. А. Пожарнов, Л. В. Зысин [и др.] // Теплоэнергетика. – 1996. – № 5. – С. 33–38.

11. Косивцов, Ю. Ю. Технология пиролиза органических материалов: монография / Ю. Ю. Косивцов, Э. М. Сульман. – Тверь: ТГТУ, 2010. – 124 с.

12. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ: в 2 ч. / C. А. Апостолов, С. Е. Бабаш, А. Д. Беренц [и др.]. – СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2005. – Ч. 2. – 1144 с.

13. Обзор рынка активированного (активного) угля в СНГ / Объединение независимых экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленности. – М., 2019. – 193 с.

14. Activated Carbon, Biochar and Charcoal: Linkages and Synergies across Pyrogenic Carbon’s ABCs / N. Hagemann, K. Spokas, H.-P. Schmidt [et al.] // Water. – 2018. – Vol. 10, iss. 2. – P. 182. https://doi.org/10.3390/w10020182

15. Dayton, D. A. Review of the Literature on Catalytic Biomass Tar Destruction. Milestone Completion Report. NREL/ TP-510-32815 / D. Dayton. – National Renewable Energy Laboratory, 2002. – URL: https://www.nrel.gov/docs/fy03osti/32815.pdf (date of access: 10.11.2020).

16. Devi, L. A review of the primary measures for tar elimination in biomass gasification processes / L. Devi, K. J. Ptasinski, F. J. J. G. Janssen // Biomass and Bioenergy. – 2003. – Vol. 24, iss. 2. – P. 125–140. https://doi.org/10.1016/S0961-9534(02)00102-2

17. Anis, S. Tar reduction in biomass producer gas via mechanical, catalytic and thermal methods: A review / S. Anis, Z. A. Zainal // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2011. – Vol. 15, iss. 5. – P. 2355–2377. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.02.018

18. Performance of tar removal by absorption and adsorption for biomass gasification / A. Paethanom, S. Nakahara, M. Kobayashi [et al.] // Fuel Process Technology. – 2012. – Vol. 104. – P. 144–154. https://doi.org/10.1016/j.fuproc. 2012.05.006