Научная статья на тему 'ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА ПРИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ'

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА ПРИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
60
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС / ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ / ПРОГРЕВ / СУШКА / ПИРОЛИЗ / АКТИВАЦИЯ / УДЕЛЬНАЯ МАССА / ПИРОЛИЗНЫЕ ГАЗЫ / ОРГАНИЧЕСКИЕ ОТХОДЫ / АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ / ТЕПЛОВАЯ ТРУБА / MATHEMATICAL MODEL / HEAT AND MASS TRANSFER / THERMAL DECOMPOSITION / HEATING / DRYING / PYROLYSIS / ACTIVATION / SPECIFIC GRAVITY / PYROLYSIS GASES / ORGANIC WASTE / ACTIVATED CARBON / HEAT PIPE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Тимербаев Наиль Фарилович, Сафин Рушан Гареевич, Зиатдинова Диляра Фариловна, Хабибуллина Альмира Режеповна

На основе представленной физической картины процесса и априорной информации проведены теоретические и экспериментальные исследования, разработан метод расчета тепло- и массообмена при термохимической переработке органических отходов в активированный уголь, на основе обобщенной математической модели процессов, включающей математические описания процессов, прогрева с помощью тепловой трубы, конвективной сушки, пиролиза, активации, охлаждения. Для проверки адекватности разработанного математического описания и проведения физического моделирования процессов, проходящих при переработке органических отходов в активированный уголь, разработан экспериментальный стенд, фиксирующий температуру и массу материала на разных этапах переработки органических частиц, а также состав пиролизных газов и сепарированного конденсата - жижки. Представлены кинетические кривые изменения массы и температуры в процессе переработки древесных отходов в активированный уголь. Установлено, что в процессе пиролиза и активации масса исходного сырья уменьшается на 60 - 65%, за счет конверсии биомассы в горючие газы. Установлена закономерность влияния температуры процесса пиролиза на компонентный состав пиролизного газа. Выявлено, что увеличение температуры ведет к повышению концентрации образующегося метана (СН4), за счет увеличения скорости химической реакции. Сравнительный анализ показал повышение адсорбционной способности полученного активированного угля на 10-20 %, по сравнению со стандартным углем, за счет увеличения его удельной поверхности. Тепло - и массообмен при термохимической переработке органических отходов в активированный уголь в предлагаемой установки способствует решению проблемы утилизации органических отходов и созданию востребованных промышленных адсорбентов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Тимербаев Наиль Фарилович, Сафин Рушан Гареевич, Зиатдинова Диляра Фариловна, Хабибуллина Альмира Режеповна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES OF HEAT AND MASS EXCHANGE DURING THERMOCHEMICAL PROCESSING OF ORGANIC WASTE IN ACTIVATED COAL

On the basis of the presented physical picture of process and prior information theoretical and pilot researches are conducted, the calculation method warmly - and a mass exchange is developed at thermochemical processing of organic waste in activated carbon, on the basis of the generalized mathematical model of processes including mathematical descriptions of processes, warming up by means of a thermal pipe, convective drying, pyrolysis, activation, cooling. The experimental stand fixing temperature and mass of material at different stages of processing of organic particles and also composition of pyrolysis gases and the separated condensate - pyroligneous distillate is developed for check of adequacy of the developed mathematical description and carrying out physical modeling of the processes which are taking place when processing organic waste in activated carbon. Kinetic curve changes of weight and temperature in the course of processing of wood waste are presented to activated carbon. It is established that in the course of pyrolysis and activation the mass of initial raw materials decreases by 60 - 65%, due to conversion of biomass in combustible gases. The consistent pattern of influence of temperature of process of pyrolysis on component composition of pyrolysis gas is determined. It is revealed that increase in temperature leads to increase in concentration of the formed methane (CH4), due to increase in speed of chemical reaction. Comparative analysis showed increase in adsorptive ability of the received activated carbon for 10-20%, in comparison with standard coal, due to increase in its specific surface. Warmly - and the mass exchange at thermochemical processing of organic waste in activated carbon in offered installations promotes a solution of the problem of utilization of organic waste and creation of demanded industrial adsorbents.

Текст научной работы на тему «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА ПРИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ»

© Н. Ф. Тимербаев,Р.Г. Сафин, Д.Ф. Зиатдинова, А.Р. Хабибуллина УДК 66.092.- 977

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА ПРИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ

Н.Ф. Тимербаев1, Р.Г. Сафин2, Д.Ф. Зиатдинова2, А.Р. Хабибуллина2,

казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия 2Казанский национальный исследовательский технологический университет, г.

Казань, Россия

cpekgeu@gmail. com

Резюме: На основе представленной физической картины процесса и априорной информации проведены теоретические и экспериментальные исследования, разработан метод расчета тепло- и массообмена при термохимической переработке органических отходов в активированный уголь, на основе обобщенной математической модели процессов, включающей математические описания процессов, прогрева с помощью тепловой трубы, конвективной сушки, пиролиза, активации, охлаждения. Для проверки адекватности разработанного математического описания и проведения физического моделирования процессов, проходящих при переработке органических отходов в активированный уголь, разработан экспериментальный стенд, фиксирующий температуру и массу материала на разных этапах переработки органических частиц, а также состав пиролизных газов и сепарированного конденсата жжижжки. Представлены кинетические кривые изменения массы и температуры в процессе переработки древесных отходов в активированный уголь. Установлено, что в процессе пиролиза и активации масса исходного сырья уменьшается на 60 - 65%, за счет конверсии биомассы в горючие газы. Установлена закономерность влияния температуры процесса пиролиза на компонентный состав пиролизного газа. Выявлено, что увеличение температуры ведет к повышению концентрации образующегося метана (СН4), за счет увеличения скорости химической реакции. Сравнительный анализ показал повышение адсорбционной способности полученного активированного угля на 10-20 %, по сравнению со стандартным углем, за счет увеличения его удельной поверхности. Тепло - и массообмен при термохимической переработке органических отходов в активированный уголь в предлагаемой установки способствует решению проблемы утилизации органических отходов и созданию востребованных промышленных адсорбентов.

Ключевые слова: математическая модель; тепломассоперенос; термическое разложение; прогрев; сушка; пиролиз; активация; удельная масса; пиролизные газы; органические отходы; активированный уголь; тепловая труба.

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES OF HEAT AND MASS EXCHANGE DURING THERMOCHEMICAL PROCESSING OF ORGANIC WASTE IN ACTIVATED

COAL

1NF Timerbaev, 2RG Safin, 2DF Ziatdinova, 2AR Khabibullina

1Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia 2Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia

Abstract: On the basis of the presented physical picture of process and prior information theoretical and pilot researches are conducted, the calculation method warmly - and a mass exchange is developed at thermochemical processing of organic waste in activated carbon, on the basis of the generalized mathematical model of processes including mathematical descriptions of processes, warming up by means of a thermal pipe, convective drying, pyrolysis, activation, cooling. The experimental stand fixing temperature and mass of material at different stages of processing of organic particles and also composition of pyrolysis gases and the separated condensate - pyroligneous distillate is developed for check of adequacy of the developed

mathematical description and carrying out physical modeling of the processes which are taking place when processing organic waste in activated carbon. Kinetic curve changes of weight and temperature in the course of processing of wood waste are presented to activated carbon. It is established that in the course of pyrolysis and activation the mass of initial raw materials decreases by 60 - 65%, due to conversion of biomass in combustible gases. The consistent pattern of influence of temperature of process of pyrolysis on component composition of pyrolysis gas is determined. It is revealed that increase in temperature leads to increase in concentration of the formed methane (CH4), due to increase in speed of chemical reaction. Comparative analysis showed increase in adsorptive ability of the received activated carbon for 10-20%, in comparison with standard coal, due to increase in its specific surface. Warmly - and the mass exchange at thermochemical processing of organic waste in activated carbon in offered installations promotes a solution of the problem of utilization of organic waste and creation of demanded industrial adsorbents.

Keywords: mathematical model; heat and mass transfer; thermal decomposition; heating; drying; pyrolysis; activation; specific gravity; pyrolysis gases; organic waste; activated carbon; heat pipe.

Введение

Термохимическая переработка органических отходов включает процессы сжигания, газификации и пиролиза. Они позволяют решать не только вопросы комплексного использования материальных ресурсов, но и экологической безопасности перерабатывающих предприятий, в которых образуется большое количество органических отходов, например, на лесоперерабатывающих предприятиях отходы достигают до 50% от всего объема перерабатываемой биомассы. Органические отходы являются прекрасным сырьем для производства активированного и древесного угля, а метод пирогенетической переработки - наиболее перспективным методом переработки органических отходов. На сегодняшний день применение активированного угля в качестве адсорбирующего материала нашло очень широкое применение. По результатам исследований его потребность возрастает ежегодно на 10-12%.

Несмотря на большое количество научных работ, посвященных пирогенетической переработке повышенная сложность процессов в области термического разложения органических отходов привела к отсутствию единых методов расчета технологических процессов и аппаратов непрерывной пирогенетической переработки органических отходов в активированный уголь [1, 2, 3, 4].

Материалы и методы исследования

Основными стадиями, сопровождающими процесс производства активированного угля являются: прогрев, сушка, пиролиз, активация, охлаждение [5,6].

Основную физическую картину процесса термохимической переработки органических отходовв активированный уголь, можно описать в виде блок - схемы (рис.1), в соответствии с которой сырье подвергается прогреву, сушке, пиролизу и активации. Полученный продукт перед выгрузкой охлаждается. [7].

На начальном этапе технологическое сырье непрерывно подается в зону прогрева, где сырье нагревается до 100 С за счет тепла, поступающего от тепловой трубы.

На следующем этапе, в зоне сушки, происходит обезвоживание перерабатываемых частиц конвективным потоком теплоносителя - топочными газами, которые в свою очередь прогревают частицы до 180 С. Далее органические отходы подаются в зону пиролиза, где соприкасаются со стенками нагретыми до 900 ^ 1000 С. В результате органические отходы термически разлагаются с выделением пиролизных газов. Пиролизные газы подают в сепаратор, для сепарации на горючий газ и жижку. Горючие газы направляется в топку, а жижка собирается в емкости. Отработанные топочные газы отводят через рекуперативные теплообменники в дымовую трубу.

Рис. 1. Блок схема физической картины процесса получения активированного угля имеет: зоны прогрева - 1, сушки - 2, пиролиза - 3, активации - 4, охлаждения - 5, накопления - 6; сепаратор - 7; топку - 8; дымовую трубу - 9; емкость для сбора жижки - 10; нижнюю часть тепловой трубы -11; нагревательный элемент - 12; тепловую трубу - 13; верхнюю часть тепловой трубы вентиль

подачи природного газа - 15

Твердый продукт процесса пиролиза - углистый остаток поступает в зону активирования, где нагревается острым паром до температуры 800 С.

В зоне охлаждения, активированный уголь охлаждается от тепловой трубы до 150 С, которая передает тепло в зону прогрева сырья.

В зоне выгрузки, активированный уголь конвективно охлаждается до 50 С путем передачи тепла окислителю, поступающему в топку. Из зоны накопления уголь непрерывно выгружается через дозирующий выгружатель. Зоны нагрева сырья и охлаждения активированного угля сообщены между собой тепловой трубой, заполненной в нижней части этиленгликолем, имеющим высокую температуру кипения 197°С. Тепловая труба состоит из двух частей. Нижняя часть находится в зоне охлаждения для отвода энергии активированного угля. Верхняя часть тепловой трубы находится в зоне прогрева. В этой зоне технологическое сырье прогревается до 100 С. Запуск процесса осуществляется с помощью подачи природного газа вентилем.

Математическое моделирование процесса

Обобщенное математическое описание процесса получения активированного угля можно представить совокупностью математических описаний процессов, включающих:

- описание процесса кондуктивного теплопереноса с помощью тепловой трубы;

- описание процесса конвективного теплопереноса;

- описание процесса конвективной сушки;

- описание термохимических процессов;

- описание процесса активации.

Нестационарный прогрев органических отходов тепловой трубой описывается уравнением Фурье, записанным для бесконечного цилиндра в виде:

СТ

м

Эх

Тм

2

С Т

СТ

м

м

Сг

Сг

Испаряющийся в тепловой трубе этиленгликоль охлаждает активированный угль [7,8]. Данный процесс описан аналогичной математической формулой:

СТ

Сг

а Ту

2

С Т

у

дг 2

СТ

г Сг

(2)

где: Тм, Ту - температуры, соответственно, органических отходов и древесного угля. Удельный тепловой поток, передаваемый тепловой трубой органическим частицам от активированного угля можно записать уравнением:

Чм = К (Т.

у

г=Я

- Т м

г = Я )

(3)

где:К - коэффициент теплопереноса тепловой трубы.

Перенос потенциала лежит в основе физико-химических проце ссов переработки древесных отходов в активированный уголь. На основе уравнения Умова [9], описывающего перенос потенциала, можно получить математическое описание тепломассопереноса в зонах сушки, пиролиза и активации:

Сф Ст

- +

йю (фю) = - Луч + у,

(4)

В представленном уравнении в левой части первое слагаемое отражает скорость изменения потенциала переноса ф; второе - описывает движение потенциала [10]. Правая часть уравнения представляет собой контактный перенос потенциала и источник (сток) потенциала - у .

После подстановки определенных значений потенциала переноса ф получаем законы переноса (Фика, Фурье, Ньютона), характеризующие тепломассоперенос в химически -реагирующих средах, описанных в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений:

С

— (р • с • Т ) = -Лу (ХУТ) + ч Ср = -Лу (ПУр) + ] ,

(5)

6)

Систему уравнений (5^6), можно записать в следующем виде [10]:

с • р

Ст

С Сп

,2^ Л

X-

С 2Т Сп2

с • р • ЖГ

СТ,- Ф • X СТ,

Сп

Сп

7)

8)

Ср1 Ст

= а

С 2р/

т-

1 Сп

2 + ат•

Ф Срг-п Сп

+н •

п

где Ту- температура i среды (материала, газа, слоя), [К]; р, - концентрация компонента (в материале, газе, паровой среде), [моль/м3]; аТ , ат - соответственно, коэффициент температуропроводности, коэффициент массопроводности i среды,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

[м2/с]; qi- сток (приток)

тепла в 1 среде, [Дж/м2с]; д1 - термоградиентный коэффициент, [1/К]; 7 - сток (приток) 1

компонента, [кг/м2с]; Ф - фактор формы; п - текущая координата, [м]: п = г; п = £ -толщина слоя материала в бесконечных, соответственно, цилиндре, пластине; п = к - высота слоя материала.

Внутренние источники тепла определяются стоком тепла на испарение ! компонента из перерабатываемого продукта, эндотермическими и экзотермическими реакциями при пиролизе органических материалов либо активации угля:

а - а + а (Ш)

= аИСП/ + аХР/

В частности происходящий в зоне сушки сток тепла на испарение воды из

пиролизируемого продукта, определяется следующей зависимостью[10]:

диМ

аиСп =Г • Рм •—— (11)

дт

где: Г - скрытая теплота парообразования, [Дж/кг]; ^ влагосодержание материала,

[кгвл/кгсух.в.].

Сток тепла, происходящий при химических реакциях, описывается уравнением:

аХР. {-к/Р/ ) (12)

1 11

где:qi - удельнаятеплота превращения ! компонента, [кДж/кг]; ki - константа скорости химической реакции, [с-1]

Константы скоростей химических реакции, определяются из уравнения Аррениуса:

к; = к^ • ехр

/

Ет

Кт ;

(13)

кт - константа вещества; Еai - энергия активации для i компонента.

Внутренние источники компонентов можно рассчитать через скорости химических реакций и интенсивности парообразований:

7 = 7 + 7 (14)

л =7 хр/ + 7исп /

где: у -_ъп (15)

)ХР/ = к/р,

, = Р ■диМ1 (16)

7 ИСП1 Рм дт

Для каждого изкомпонентов определяем изменение массы в единице объема по следующим уравнениям:

- для дРм = - км • Рм (17)

исходного материала ^ ^

Сру

- для угля

- для

Ст

Ср!г

V •к м р'м (18)

= (1- ¥)• км • р! (19)

парогазовой смеси Ст

где:

у - доля угля в древесной частице;

км - константа скорости химической реакции разложения древесины; тм

рм =--удельная масса исходного материала в пиролизной зоне;

V)

т ^

_ "у - удельная масса угля в пиролизной зоне;

ру = V)

, _ тпг - удельная масса образовавшихся пирогазов. рпг V У0

В пиролизной зоне происходит изменение массы парогазовой фазы [11,12], которая вычисляется как сумма массовых потоков за счет конвекции и реакций термического разложения исходного продукта:

С(8 • рпг)_ СКг • р^г) , л ^ /, ^ (20)

. —- ч- I I —

Ст СИ

где:е - пористость частицы, определяется из выражения :

+ (1 -ф)• км • рм,

е = 1 _ тм (1 - вм)

т,

(21)

40

Коэффициент теплопроводностипиролизуемого продукта находится как сумма действительных теплопроводностей исходного материала, образовавшегося угля и летучих компонентов. Также важно учесть излучение тепла через поры при высоких температурах [11]:

, ч 13,5 • с • Т3 • d X =(1 -ФфХм + Ф-X + 8• Хг +——0-

у Уг

(22)

где:

с0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела; - степень черноты газового потока;

^ор - размер пор.

Для зоны активации уравнение массопереноса для парогазовой фазы можно записать соотношением:

3(8Рпг ) _ д(^ПГРПГ')

+ куа • р'у.

(23)

Ст йИ уа ку"

При активации угля идет сток тепла, значительно влияющий на температуру слоя. С целью упрощения расчетов допускаем, что компоненты газовой и твердой фазы находятся в термодинамическом равновесии:

Сур

СТЛ, СТ,

уу

Ст

С£

с СТ ^

Ху X ^

\ С у

-рг • Сг-ИТ

СТу

С£

Ях.р

(24)

где:

- коэффициент теплопроводности угля. Коэффициент теплопроводности для угля при расчете процессаактивации определяется как сумма истинных теплопроводностей угля и летучих веществ с учетомизлучения тепла через поры:

X = X + 8Х + эф у Г

13.5 • С Та

0 пар

(25)

V

Г

В зоне конвективного охлаждения угля дифференциальное уравнение переноса энергии в цилиндрических координатах при нахождении слоя активированного угля между перфорированным концентрическими поверхностями будет иметь вид [8, 9, 13]:

дТ 0ЛдТ

+

дт Рк8дЯап

/ а

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

С

(Туг "Т).

(26)

Уравнение теплового баланса охлаждающегося угля имеет вид:

дТ

уг

д СугРуг (1 " 8)

(Т Туг ).

(27)

Представленная математическая модель, позволяет при соответствующих граничных условиях в зонах установки, рассчитать общее время переработки органических отходов в активированный уголь [1, 14, 15, 16].

Экспериментальная часть и методика исследований

Для проведения физического моделирования процессов, проходящих при переработке органических отходов в активированный уголь, разработан экспериментальный стенд, фиксирующий температуру и массу материала на разных этапах переработки органических частиц при различных остаточных давлениях в рабочей зоне (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для активации угля

Экспериментальные исследования проводятся следующим образом: измельченные органические отходы взвешиваются на аналитических весах до и после процесса сушки и закладываются в узел пиролизации. Пиролиз проводится при температурах 200-450оС, в результате на выходе получаем древесный уголь. Полученный уголь взвешивается и отправляется в узел активации. Уголь активируется перегретым водяным паром, подаваемым по трубопроводу из парогенератора - 4. Температура подаваемого перегретого водяного пара контролируется термопарой ТХА и варьируется в пределах 900-1100оС. Полученный активированный уголь, взвешивают. Далее через активированный уголь пропускают азот, что позволяет организовать в его порах капиллярную конденсацию азота,

82

Рсм8

затем повторно взвешивают. Разница весов, позволяет рассчитать удельную поверхность активированного угля. По окончании процесса полученный активированный уголь вместе с эталонным активированным углем закладывается в эксикатор, для сравнения адсорбционных способностей. В сепараторе 13 происходит разделение на фракции: газ и жижка. Состав газа определяется в газоанализаторе КР-1938 - 14. Состав жижки определяется с помощью хроматографамарки УХ-2 -19.

На рис. 3 представлен внешний вид узла активации.

а) б) в)

Рис. 3. Внешний вид узла активации: а) в разобранном виде, б) узел активации, в) узел активации в муфельной печи

Установка состоит из: муфельной печи 1 и 3, узла пиролизации 2, парогенератора 4, вентиля для подачи пара 5, баллона с азотом 6, термопары 7, узла активации 8 и 9, регулятора температуры 10, вентиля для отбора парогазовой смеси 11 и 12, сепаратора 13, газоанализатора 14, вентиля для подачи воды 15, сборника газа 16, гидрозатвора 17, сборника жижки 18, хроматографа 19.

Результаты иобсуждение

На рис. 4 представлены кинетические кривые изменения массы и температуры в процессе переработки древесных отходов в активированный уголь.

Рис. 4. Кинетические кривые изменения удельной массы и температуры древесных отходов: I - зона сушки; II - зона пиролиза; III - зона активации

Изменение массы древесных отходов влажностью 18% в зоне сушки происходит в среднем на 15%, в зоне пиролиза на 40-45%, в зоне активации масса снижается до 20%.

Статистическая обработка экспериментальных и расчетных данных позволяет судить об адекватности разработанной математической модели.

Проведя анализа проб пиролизного газа, установили закономерность влияния температуры процесса пиролиза на компонентный состав пиролизного газа (рис.5). Выявлено, что увеличение температуры ведет к повышению концентрации образующегося метана (СН4), за счет увеличением скорости химической реакции образования метана [17].

Рис.5. Экспериментальная зависимость состава пиролизного газа от температуры:

- Н2; ■ - СН4; - СО; + - СО,

Увеличение температуры ведет к незначительному приросту содержания водорода (Н2), и наблюдается снижение концентрации окиси и двуокиси углерода (СО и СО2), что объяснимо сравнительно низкой температурой процесса термического разложения древесных отходов, т.е. при повышенных температурах процесса пиролиза увеличивается энергетическая ценность неконденсирующихся горючих газов. Это важно в связи с использованием выделяющихся горючих газов процесса пиролиза для поддержания эндотермических процессов: сушки, прогрева древесных частиц до начала экзотермических процессов и активации [17, 18].

Заключение

На основе формализации физической картины переработки органических отходов в активированный уголь, разработана математическая модель процессов протекающих при производстве активированного угля. Математическая модель является системой дифференциальных и алгебраических уравнений, решение которых даст возможность провести теоретические исследования и рассчитать все стадии процесса производства активированного угля с получением оптимальных режимов организации технологических процессов.

Проведя экспериментальные исследования на разработанном стенде, были построены кинетические кривые убыли удельной массы древесного продукта и состава пиролизного газа.

Сравнительный анализ показал повышение адсорбционной способности активированного угля на 10-20 %, по сравнению со стандартным углем, за счет увеличения его удельной поверхности.

Литература

1.Хабибуллина А.Р., Пирогенетическая переработка древесных отходов в активированный уголь. Дис. ... канд. техн. наук, Казань: ФТБОУ ВО «КНИТУ», 2018.

2.Тимербаев Н.Ф. Современное состояние производства древесного угля / Н.Ф. Тимербаев, А.В. Сафина, А.Р. Хабибуллина, И.Ю. Мазаров // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. № 7-8. С.13-20.

3.Костылева Е.Е. Термическая сушка, как способ повышения эффективности процесса сжигания илового осадка / Е.Е. Костылева, А. Н. Замалиев, И.Р. Тазеев // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т.10. №2. С. 73-80.

4.Гатина, Р.З. Перспективы развития малой энергетики с использованием топливных элементов / Р.З. Гатина Н.М. Тафуров Р, . Зайнуллин Р. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т.10. №1. С. 88-96.

5.Сафин Р.Т., Тимербаев Н.Ф., Сафин Р.Р., Зиатдинова Д.Ф., Хабибуллина А.Р., Ахметова Д.А., Сафина А.В., Саттарова З.Т., Степанова Т.О. Установка для производства древесного угля. Пат.

84

2582696 РФ, МПК С 10 В 1/04.2014.

6.Antal M.J. Biomass pyrolysis: a review of the literature. Pt I.Carbohydratel pyrolysis // Adv. Insolat Energy. 1983. P.61-111.

7.Манигомба Ж.А.,. Чичирова Н.Д, Груздев В.Б. Перспективы использования продуктов пиролиза в дизель-генераторах промышленной группы «Regideso» в Республике Бурунди // Известия вузов. Проблемы энергетики.2018. Т.20. № 1-2. С. 33-40.

8.Tuntsev D.V.A mathematical model of thermal decomposition of wood in conditions of fluidized bed / Tuntsev, D.V., Safin, R.G.,BarcikStefan, Safin, R.R..,Hismatov, R.G. // Acta facultatis xylologiae zvolen, 2016, 58(2), 141-148.

9.Timerbaev N.F., Safin, R.R., Safin, R.G., Ziatdinova, D.F.Modeling of the process of energy-technological treatment of wood waste by method of direct-flow gasification // Journal of Engineering and Applied Sciences 9(5). 2014.С. 141-146.

10.Сафин Р.Г., Зиатдинов Р.Р. , Ахметова Д.А., Сафина А.В. , Хабибуллина А.Р. Математическая модель тепломассообменных процессов, протекающих при переработке древесных отходов // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т18. №3. С.161-163.

11.Сафин Р.Г., Зиатдинов А.В. Сафина Хабибуллина А.Р. Пиролизная переработка отходов лесопромышленного комплекса в древесный уголь // Вестник Казанского технологического университета. 2014. №20. Т.17. С.131-134.

12.Сафин Р.Г., З.Г. Саттарова, А.В. Сафина, Т.Д. Исхаков, Хабибуллина А.Р. Переработка отходов лесопромышленного комплекса в древесный уголь // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т.18. №4. С. 151-153.

13.Wang S. Comparison of the pyrolysis behavior of lignin from different tree species / S. Wang, K.Wang, Q.Liu, Y.Gu, Z.Luo, K.Cen, T. Fransson // J. Bio-technol. Advances. 2009. V.27. P.562-567.

14.DI BLASI, C. 1996. Heat, momentum and mass transport through a shrinking biomass particle exposed to thermal radiation. Chemical Engineering Science 51(7): 1121-1132.

15.Timerbaev N.F., Safin R.G., Ziatdinova D.F., Fomin A.A., Mohovikov A.A. The development of experimental setups and experimental studies of the process of energy-technological processing of wood // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 142(1), 012096.

16.Tuntsev D.V., Safin,R.G., Hismatov R.A., Halitov, Petrov V.I. The mathematical model of fast pyrolysis of wood waste // In 2015 Int. Conf. on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS) pp 1-4.

17.Тимербаев Н.Ф., Сафин Р.Г. ,. Садртдинов А.Р, Хисамеева А.Р. Моделирование процесса прямоточной газификации древесных отходов // Вестник Казанского технологического университета. 2011. №7. С. 75-79.

18.Manigomba J.A, Chichirova ND, Gruzdev VB, Ndikumana E. Prospects for biomass energy use in the republic of Burundi // International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). January 2019. V.10, I. 01. pp.1371-1382.

Авторы публикации

Тимербаев Наиль Фарилович - д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой возобновляемых источников энергии, Казанский государственный энергетический университет.

Сафин Рушан Гареевич - д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой переработки древесных материалов, Казанский национальный исследовательский технологический университет.

Зиатдинова Диляра Фариловна - д-р.техн. наук, профессор кафедры переработки древесных материалов, Казанский национальный исследовательский технологический университет.

Хабибуллина Альмира Режеповна - канд. техн .наук, ассистент кафедры переработки древесных материалов, Казанский национальный исследовательский технологический университет.

References

1.Khabibullina AR. Pyrogenetic processing of wood waste into activated carbon. Dis. ... Cand. tech. Sciences, Kazan: FSBEI of HE "KNITU", 2018.

2.Timerbaev NF, Safina AV, Khabibullina AR,. et al. The current state of charcoal production. News of higher educational institutions. Energy problems. 2017;7-8:13-20.

3.Kostyleva EE, Zamaliev AN , Tazeev I.R .Thermal drying, as a way to increase the efficiency of sludge sludge combustion. Bulletin of Kazan State Energy University. 2018;10(2):73-80.

4.Gatina RZ, Gafurov R,. Zainullin R. Prospects for the development of small energy using fuel cells. Bulletin of Kazan State Energy University. 2018;10(1):88-96.

5.Safin RG, Timerbaev NF, Safin RR, Ziatdinova DF,et al. Installation for the production of charcoal. Pat. 2582696 of the Russian Federation, IPC C 10 B 1/04.2014.

6.Antal M.J. Biomass pyrolysis: a review of the literature. Pt I.Carbohydratel pyrolysis. Adv. In solat Energy. 1983. P.61-111.

7.Manigomba Z.A., Chichirova N.D., Gruzdev V.B. The prospects of use of products of pyrolysis in diesel generators of Regideso industrial group in the Republic of Burundi. News of higher education institutions. Power problems. 2018;20(1-2):33-40.

8.Tuntsev DV, Safin RG, Barcik Stefan,. et al..A mathematical model of thermal decomposition of wood in conditions of fluidized bed. Acta facultatis xylologiae zvolen, 2016;58(2):41-148.

9.Timerbaev NF, Safin RR., Safin RG., Ziatdinova DF. Modeling of the process of energy-technological treatment of wood waste by method of direct-flow gasification. Journal of Engineering and AppliedSciences. 2014;9(5):141-146.

10.Safin RG, Ziatdinov RR, Akhmetova D.A., et al. Mathematical model of heat and mass transfer processes occurring during the processing of wood waste. Bulletin of Kazan Technological University. 2015;18(3): 161-163.

11.Safin RG, Ziatdinov RR Safina A.V A.R. Khabibullina. Pyrolysis processing of timber industry waste into charcoal. Bulletin of Kazan Technological University. 2014;17(20):131-134.

12.Safin RG, Sattarova ZG, Safina AV, et al. Recycling of timber industry complex into charcoal. Bulletin of Kazan Technological University. 2015;18(4): 151-153.

13.Wang S, Wang K ,.Liu.QComparison of the pyrolysis behavior of lignin from different tree specie. Journal Bio-technol. Advances. 2009;27:562-567.

14.DI BLASI, C. 1996. Heat, momentum and mass transport through a shrinking biomass particle exposed to thermal radiation. Chemical Engineering Science. 51(7): 1121-1132.

15.Timerbaev NF, Safin RG, Ziatdinova DF.et al.The development of experimental setups and experimental studies of the process of energy-technological processing of wood. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 142(1), 012096. doi:10.1088/1757-899X/142/1/012096.

16.Tuntsev DV. Safin R.G., Hismatov RG., et al. The mathematical model of fast pyrolysis of wood waste. In 2015 Int. Conf. on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS).2015. pp 14. doi: 10.1109/MEACS. 7414929.

17.Timerbaev NF, Safin RG, Sadrtdinov AR. , Khisameeva AR. Simulation of the process of direct-flow gasification of wood waste. Bulletin of Kazan Technological University. 2011;7:75-79.

18.Manigomba JA, Chichirova ND, Gruzdev VB, Ndikumana E. Prospects for biomass energy use in the republic of Burundi. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). January 2019;10(01): 1371-1382.

Authors of the publication Timerbaev Nail Farilovich - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia. Safin Rushan Gareevich - Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia Ziatdinova Dilyara Farilovna - Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia. Khabibullina Almira Rezhepovna - Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia. Поступила в редакцию 04 июня 2019г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.