CC BY
22
УДК 621.365:534.22 ББК 31.35
ВН. ОРЛОВ, ВВ. АФАНАСЬЕВ, В.Г. КОВАЛЕВ, В.А. ТАРАСОВ
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ТЕРМОРАСПАДА ТВЁРДЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЛИНЕЙНОМ НАГРЕВЕ*
Ключевые слова: твердые углеродные материалы, вторичные энергоресурсы, газификация, термораспад, термический анализ.
При современном уровне производства и потребления электрической энергии около 80% ее вырабатывается на ТЭС. Современное развитие топливно-энергетического комплекса требует приведения потребления органического топлива в соответствие с его имеющимися запасами. Доля потребляемого угля на порядок меньше, чем нефти и газа, несмотря на то, что энергетический потенциал разведанных запасов угля превосходит примерно в 20-30 раз соответствующий показатель запасов нефти и газа. Применение каменного угля в энергетике ограничивается трудоемкостью традиционного шахтного способа его разработки и неизбежными накладными транспортными расходами. Способом снижения транспортных расходов на доставку каменного угля, особенно низкого качества и из отдаленных районов РФ, может являться газификация твердого топлива в местах его добычи с отделением лишь горючей газовой части и менее затратной передачей по газопроводу. Наряду с этим ставится вопрос о рациональном использовании вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в виде бытовых отходов, побочных и промежуточных продуктов производств. Решением данных проблем может являться термохимическая переработка твёрдого топлива и вторичных энергетических ресурсов путем пиролиза и газификации. Целью работы являлось изучение процессов, протекающих при пиролизе и газификации твердых видов топлива. Методами дифференциально-термического анализа получены экспериментальные данные по термораспаду твердых видов топлива в окислительной среде. Показано, что неизотермические методы могут успешно использоваться для изучения механизма и кинетики термоокислительной деструкции твёрдых углеродных материалов. Установлено, что данный метод исследования высокотемпературного реагирования твердых видов топлива может быть применен для установления характера и интенсивности каталитического влияния ряда соединений и дисперсности частиц топлива на этот процесс в окислительной среде. Результаты исследований термораспада твердых видов топлива необходимы для определения особенностей газификации твердых видов топлива и выбора оптимальных технологических режимов пиролиза и газификации.
По оценкам специалистов, мировые запасы энергетических ресурсов каменного угля превышают ориентировочно по массе в 30-60 раз совокупные запасы нефти и газа. Соответственно разведанные запасы каменного угля на порядок выше, чем запасы нефти или природного газа.
Анализ мирового потребления энергоресурсов, проведенный МЭА в 2013 г. за предшествующее двадцатилетие, указывает на увеличение энергопотребления, существенно превышающее ранее прогнозировавшийся его рост [9]. Мировое энергопотребление выросло на 22,81% за период 1996-2006 гг. с 8,9 до 10,9 млрд т нефтяного эквивалента. Топливно-энергетический комплекс будет в состоянии удовлетворять рост энергопотребления за счет снижения энергоемкости производства и совершенствования технологии использования
* Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Кабинета министров Чувашской Республики в рамках научного проекта № 18-48-210006.
энергоресурсов. Следует также учитывать, что запасы химического топлива ограничены, а рост потребления органического топлива наряду с сопутствующим увеличением отходов производства создает экологические проблемы.
В настоящее время вклад органического топлива в производство тепловой и электрической энергии в РФ достигает примерно 90% (природный газ -49%, нефть - 31% и уголь - 13%). Доля потребляемого угля примерно в 6 раз меньше, чем доля нефти и газа, несмотря на то, что энергетический потенциал разведанных запасов угля превосходит в 20 раз соответствующий показатель запасов нефти и газа.
На территории нашей страны энергоресурсы распределены неравномерно: большая часть энергоресурсов (90%) находятся в восточной части, в то время как районы наибольшего энергопотребления - в западной части. Это обстоятельство способствует возникновению больших потоков топлив из мест их добычи и первичной обработки в регионы потребления, что приводит к существенным затратам на транспортировку топлив.
Применение каменного угля в энергетике ограничивается трудоемкостью традиционного шахтного способа его разработки и неизбежными накладными транспортными расходами. В мировой практике потребления каменного угля его транспортировка производится в основном железнодорожным транспортом в полувагонах. По данным РЖД, стоимость перевозки угля на 1000 км достигает 30% и выше стоимости добычи каменного угля. При этом следует учитывать и транспортировку негорючей части топлива, достигающей по массе 50%, включающей в себя влагу и неорганические соединения, образующиеся после сгорания шлак.
В России ежегодно образуется около 130 млн м3 вторичных органических ресурсов. Из этого количества промышленной переработке или применению в качестве энергоресурсов подвергается около 2%. Как правило, эти отходы вывозятся на полигоны для их захоронения в пригородных зонах. Этот фактор создает угрозу загрязнения окружающей среды, не говоря уже о несанкционированных свалках, число которых не уменьшается.
В последнее время ставится вопрос о рациональном использовании вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), к числу которых относят бытовые отходы, побочные и промежуточные продукты промышленного и энергетического производства. Потенциальные запасы ВЭР в отраслях отечественного промышленного производства оцениваются приблизительно в 1018 Дж в год. Поэтому актуальной становится задача эффективного использования ВЭР и местных энергетических ресурсов (торф, горючие сланцы, промышленные и бытовые отходы, отходы лесного хозяйства).
Решением данных проблем может являться термохимическая переработка твёрдого топлива и вторичных энергетических ресурсов путем пиролиза и газификации. Перевод горючей части твердых топлив в газообразное состояние делает возможным экономически выгодный способ передачи горючей части твёрдого топлива по магистральному газопроводу. Полученный синтез-газ можно использовать в стандартных котельных установках, первоначально предназначавшихся для сгорания природного газа.
Газификация - высокотемпературный процесс взаимодействия органической массы твердых видов топлива с газами, чаще всего применяют воздух,
водяной пар и т.п., также их смеси в различном сочетании, которые при взаимодействии с компонентами топлива обеспечивают выход синтез-газа.
Для видов топлива с высоким содержанием летучих веществ целесообразна такая термическая переработка, как пиролиз, при котором получаются жидкие и газообразные горючие продукты и полукокс (углеродистый остаток). Наряду с этим находит применение и газификация. Сырьём для газификации обычно являются каменный и бурый угли, отходы лесного хозяйства, горючие сланцы, торф.
Диапазон температуры пиролиза составляет в среднем 300-850 °С, газификации - 850-2000 °С. Скорость этих процессов лимитируется одним из следующих факторов: скоростью химических реакций в газовой фазе, на поверхности твердых материалов или скоростью диффузии. Так как термохимическая переработка твердых видов топлива происходит при повышенных температурах, при проведении лабораторных исследований необходимо уделить внимание особенностям протекания химических реакций при температурах и давлениях, близких к процессам промышленной газификации. Наряду с этим научный и практический интерес представляет подбор эффективных катализаторов процессов пиролиза и газификации для уменьшения себестоимости генераторного газа.
Процесс газификации твердого топлива можно ускорить: путем увеличения температуры, повышения давления, а также объема дутья. Одним из недостатков газификации является невысокая производительность. Поэтому актуальным является нахождение возможностей повышения эффективности газификации путем сочетания физических факторов и использования катализаторов. Роль катализаторов в топливе могут играть также имеющиеся в нем минералы.
Процесс газификации с применением катализаторов проводится при сравнительно высоких температурах, поэтому необходима определенная стабильность каталитических веществ. Проблемой использования катализаторов является их дезактивация, вызванная спеканием, отравлением или изменением поверхности частиц. Отравление может быть обратимым и необратимым. Например, дезактивированный никель можно восстановить до первоначальных характеристик в атмосфере водорода при высоких температурах.
Одним из подходов к проблеме дезактивации катализаторов является использование вместо дорогих катализаторов дешевых каталитически активных веществ, регенерация которых не проводится. В качестве таких дешевых веществ могут использоваться природные материалы (например, СаС03) и шлаки металлургические, имеющие в своем составе Бе, N1, Мп.
Для построения математической модели процесса газификации необходимы кинетические параметры распада твердых топлив. Поскольку газификация представляет собой сложную совокупность процессов тепломассопереноса, протекающих в химически реагирующей среде, для математического моделирования требуются знания механизма и параметров химических реакций в условиях, адекватных тем, которые присущи процессу газификации в реальных условиях. Экспериментальное исследование таких процессов затруднено в силу инерционности традиционных методов регистрации параметров, которые описывают процесс в экстремальных условиях. По этой причине зачастую применяемые кинетические данные для описания реальных процессов, проте-
кающих при высоких температурах, представляют собой порой необоснованное применение результатов низкотемпературных измерений.
При измерении скорости реагирования топливной массы в условиях высоких температур необходимо применять малоинерционные методы регистрации для адекватного описания параметров протекания процесса термораспада или термоокислительной деструкции. Не менее существенным ограничением возможностей применения изотермических методов при изучении кинетики термораспада топлив, является тепловая инерционность нагревателя вместе с образцом, вследствие чего основная масса образца успевает прореагировать ещё до выхода на заданный температурный уровень [5].
Неизотермические методы исследования не имеют таких ограничений, поскольку динамика реагирования, привязанная к регистрируемой температуре, позволяет непрерывно фиксировать параметры реагирования во всем ее динамическом интервале, а следовательно, и количественно учтена. Несомненным достоинством неизотермических методов является также возможность разрешения во времени стадийных процессов, которые в высокотемпературных условиях изотермического эксперимента неразличимы.
Широкое распространение неизотермических методов исследования обусловлено быстротой получения физико-химической информации, возможностью изучения различных по своей природе объектов, а также наличием стандартного оборудования. Неизотермические методы широко применяются для исследования химических, фазовых или других физико-химических процессов, происходящих в веществе при его нагреве. Регистрируются параметры, связанные с изменением массы и тепловыделением реагирующих систем. Термические процессы, сопровождающиеся изменением массы и энтальпии системы, регистрируются методами дифференциально-термического анализа, а соответствующее изменение массы образца - термогравиметрическим методом [8].
В настоящей работе исследовались процессы термораспада разных по своей природе и происхождению местных твердых углеродистых материалов: торфа, различных видов древесины, которые характеризуются высоким выходом летучих веществ. Аналогичные исследования процессов термораспада образцов каменного угля и других углеродных материалов описаны в работах [1-3, 6, 7]. Ставилась задача установления влияния на термораспад таких факторов, как природа материала, его дисперсность и каталитическое воздействие неорганических соединений. Поскольку указанные исследования проводились для выбора оптимальных условий для газификации этих материалов, большое значение придавалось высокотемпературным измерениям вплоть до 800-1000 °С.
Неизотермические измерения термоокислительной деструкции навесок твердого топлива проводились на дериватографе Q-1500D. Применявшиеся образцы топлива предварительно измельчались и разделялись на фракции с помощью калиброванных ситовых полотен. Аналоговые сигналы датчиков де-риватографа согласовывались с персональным компьютером (ОС Windows 7) посредством аналого-цифрового преобразователя ОВЕН МВА8 и интерфейса RS-485. Для последующей компьютерной обработки результатов исследования использовался программный комплекс Termo 3.3, разработанный фирмой «Кардиопротект» [4].
При проведении дериватографических исследований важную роль играет скорость нагрева образца. Повышение скорости нагрева приводит к увеличению разности температуры тиглей и температуры окружающей среды. В то же время повышение скорости нагрева снижает временное разрешение двух соседних пиков последовательно протекающих реакций вплоть до их слияния. Невысокие скорости нагрева могут привести к такому уменьшению максимума скорости реагирования, которая будет ниже абсолютной чувствительности применяемых средств регистрации.
Измельченные пробы изучавшегося твердого топлива (180^220) мг, калиброванного на фракции по среднему размеру частиц, помещались в корундовые тигли, являвшиеся принадлежностью прибора, и закрывались платиновой крышкой. Навеска эталонного вещества помещалась в держатели, идентичные по размерам, форме и теплофизическим свойствам тиглю с исследуемым веществом. Измерение температуры держателей с исследуемым веществом и эталоном проводилось платино-платинородиевой термопарой, не имевшей непосредственного контакта с веществом, помещавшимся в оба держателя. В качестве эталона использовался прокаленный оксид алюминия А1203.
В работе проведены исследования для установления характера и механизма каталитического влияния смеси оксидов железа Рех0у в составе исследуемого образца (в принципе подобные изыскания могут быть проведены для соединений, каталитическая активность которых может быть прогнозируема).
Определение массы проводилось непрерывно с погрешностью, не превышавшей 1 мг в указанном диапазоне измерения убыли массы. Погрешность температурных измерений не превышала 0,3%. Калибровка измерения температуры проводилась с использованием стандартных веществ (цинк, оксалат кальция и пентагидрат сульфата меди). Средняя скорость нагрева при проведении серии измерений в печи дериватографа составляла ~5°С/мин. Опыты проводились при температурах до 900°С.
Экспериментальные результаты в первичной форме представляли собой зависимость параметров: температуры Т (температурная кривая), массы (термогравиметрическая кривая ТГ), скорости убыли массы (дифференциально-термогравиметрическая кривая ДТГ), разности температур образца и эталона от времени (дифференциально-термическая кривая ДТА). Результаты измерений представлялись в графической и табличной форме.
Далее упомянутые первичные кривые сглаживались сплайнами. О внешнем виде полученных термограмм дают представление дериватограммы процессов термоокислительной деструкции торфа дисперсности (0,1^0,2) и (0,3^0,4) мм, приведенные на (рис. 1 и 2).
Сравнение кривых ДТА и ДТГ, соответствующих разным опытам, указывает на схожесть процессов в углеродных материалах при их нагреве в воздушной среде. Кривые скорости изменения массы в сравниваемых температурных интервалах в физически идентичных условиях указывают на стадийность процесса термораспада, первая эндотермическая стадия связана с удалением воды из топливной массы, вторая экзотермическая - с выходом и реагированием летучих веществ. Третий пик кривых ДТА и ДТГ (экзоэф-фект) обусловлен термодеструкцией оставшейся высокоуглеродной части
твердого топлива. Вторые минимумы у всех исследованных образцов находятся в соответствии со степенью углефикации [3].
36,70 -73.40 . 110,00 . 147,00 . 0,04 0,07 . 0,11 ■ 0,15 . 33,60 . 15,70 . 12,90 . 0.00
ТО, тг
ЭТО. пЛ'
27 129 231 333 +35 537 639 7+1 Г, йе^. С
Рис. 1. Дериватограмма термоокислительной деструкции торфа дисперсностью 100-200 мкм
37,50 .
75,00 .
113,00 .
150,00 .
0,04 .
0,07
0,11
0Д+
37,40
24,90
12,50
О.ОО
Щпщ
БЩ «V
БГА. ш\7
29 133 237 3+1 446 550 654 753 Т.^С Рис. 2. Дериватограмма термоокислительной деструкции торфа дисперсностью 300-400 мкм
Зольный остаток торфа, определявшийся взвешиванием на аналитических весах после разложения навески торфа, составлял 19%. Влияние дисперсности подвергавшегося термораспаду исследуемого вещества сводится к смещению в область более низких температур соответствующих кривых при уменьшении среднего размера частиц. Наибольшая интенсивность выделения летучих происходит в температурном интервале 440-550 °С.
Уменьшение размеров частиц торфа в большей мере влияет на процесс сушки, чем на характер протекания других стадий. Каталитической активности оксида железа (рис. 3) на параметры протекания этой стадии термораспа-
да не обнаружено (табл. 1). В то же время добавки РехОу приводят к ускорению второй стадии, снижая температурные интервалы ее протекания в область более низких температур.
Рис. 3. Дериватограмма термораспада торфа дисперсностью 0,3-0,4 мм с добавкой 15% оксидов железа
Температуры экстремумов кривых термораспада образцов торфа
Таблица 1
Дисперсность, мм 0,1-0,2 0,3-0,4 (0,3-н0,4) + РеО
Тщп ото, 0С 75 83 81
Т2ш1п ото, 0С 287 309 289
Тзш1п ото, 0С 496 492 493
Т1Шах ОТА, 0С 300 328 309
Т2шах ОТА, 0С 506 534 537
Размер частиц влияет на скорость реакции, степень разложения и соответственно на форме соответствующих кривых, зарегистрированных на дери-ватограмме. Очевидно, что это связано с изменением газопроницаемости слоя. Установлено влияние дисперсности частиц торфа на протекание второй (экзотермической) стадии - для частиц меньших размеров наблюдается смещение максимума кривой ДТА в область более низких температур.
Влияния факторов дисперсности и наличия (отсутствия) добавок оксида железа на процесс термоокислительной деструкции при протекании третьей экзотермической стадии (реагирование углеродистого остатка) в пределах приборной погрешности при проведении измерений не обнаружено.
Для сравнения изучался процесс термоокислительной деструкции воздушно-сухой древесины (сосна, клен, береза) (рис. 4). Процесс термического разложения древесины в окислительной среде аналогичен процессу разложения торфа: имеет подобную же стадийность при идентичных внешних условиях, однако температурные интервалы их протекания не совпадают. Сравнение полученных дериватограмм позволяет отметить различие температурных интервалов протекания аналогичных стадий, соответствующих разным видам древесины и торфу.
25 122 215 309 403 496 590 633 Т, Ле^. С
Рис. 4. Дериватограмма термоокислительной деструкции древесины (сосна) дисперсностью 0,3-0,4 мм
Сопоставление дериватограмм показывает различие в характере расположения экстремумов кривых, соответствующих разным типам древесины. Это обстоятельство хорошо иллюстрирует рис. 5, на котором представлены лишь кривые ДТГ, соответствующие разным видам древесины. При этом у второй стадии наблюдаются признаки ее стадийного протекания, что не имеет места у сосны.
Рис. 5. Кривые ДТГ у образцов берёзы, клёна и сосны с дисперсностью 0,3-0,4
При термораспаде навесок измельченной древесины наблюдались экзотермические энергетические реакции, которые в целом согласуются для различных типов углеродных материалов, что согласуется с выводами, приведенными в работе [9].
При термораспаде древесины наблюдались экзотермические энергетические реакции, которые в целом согласуются для различных типов углеродных материалов, что согласуется с выводами, приведенными в работе [9].
При сравнении величин температуры минимумов ДТГ можно сделать вывод о том, что процесс убыли массы твердой фазы, связанной с выделением и реагированием летучих веществ в присутствии катализатора, протекает при более низких температурах. Величина скорости реагирования, определяемая для этого процесса по ходу кривой ДТГ, остается примерно на том же уровне. Третий минимум скорости реагирования образца в присутствии катализатора смещен по времени в меньшую сторону, т.е. в область более низких температур (табл. 2, 3).
Таблица 2
Температуры максимумов и минимумов кривых термораспада образцов клена, "С
Дисперсность Т1шах, ДТА Тгшах, ДТА ^Шю ДТГ ^Мт ДТГ ТзШю ДТГ
0,3-0,4 мм 357 504 66 327 495
0,3-0,4 мм c FeIOv 375 485 62 303 476
Таблица 3 Температуры максимумов и минимумов кривых термораспада сосны, "С
Дисперсность Т1шах, ДТА Т2шах, ДТА Т^шю ДТГ Тгшго ДТГ Т3шах> ДТГ
0,3-0,4 мм 355 480 50 326 474
0,3-0,4 мм с FeIOv 345 465 67 302 474
Эксперименты показали, что с увеличением дисперсности исследуемых материалов наблюдается смещение кривых термораспада в область более низких температур, а увеличение среднего размера частиц топлива приводит к смещению кривых в область более высоких температур, что связано с ухудшением газопроницаемости слоя реагента. Учет характера протекания всех стадий термораспада позволяет выбрать оптимальные параметры газификации. В то же время сочетание с кривыми ДТА удастся составить энергетический баланс установок для газификации твердых видов топлив. О возможностях данного метода можно судить по дериватограмме термораспада пеллетов (рис. 6), полученных из осадка на очистных сооружениях.
0:1 15:+3 31:25 47:7 62:48 78:30 В4-: 12 109:34 1 шиа: г
Рис. 6. Кривые термического анализа пеллетов
Размытость температурной (Т), термогравиметрической (TG), дифференциально-термогравиметрической (DTG) и дифференциально-термической (DTA) кривых на дериватограмме (см. рис. 6) является следствием большого разброса размеров частиц пеллетов.
Выводы. Проведено экспериментальное исследование термоокислительной деструкции торфа, древесины и гранул искусственного топлива. Подтверждены сделанные ранее авторами данной работы выводы о влиянии среднего размера частиц топлива на процесс термораспада. Характер влияния добавок оксида железа на параметры термоокислительной деструкции углеродных материалов обнаруживает общие тенденции. При нагреве углеродных материалов в температурном интервале 300-550°С наблюдались экзотермические процессы. Результаты исследований показывают возможность использования методов термического анализа для выбора оптимальных режимов газификации.
Литература
1. Андреев В.В., Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Орлов В.Н., Тарасов В.А. Исследование термоокислительной деструкции местных видов топлив // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы I Междунар. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017. С. 15-23.
2. Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Орлов В.Н., Тарасов В.А. Исследование физико-химических свойств газификации местных видов топлив // Фундаментальные исследования. 2016. № 9(2). С. 227-232.
3. Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Орлов В.Н., Тарасов В.А. Оценка прикладных возможностей технологий газификации твердых топлив // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы I Междунар. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017. С. 44-52.
4. Бесплатный образовательный ресурс по пиротехнике и термографии. URL: http://pyrotechnics.net.ru.
5. Мержанов А.Г. Неизотермические методы в химической кинетике // Физика горения и взрыва. 1973. Т. 9, № 1. С. 4-36.
6. Орлов В.Н., Аверьянов В.Г., Бусыгин С.В., Казанцева К.С. Экспериментальное исследование кинетики термического разложения углеродных материалов методами термического анализа // Сборник научных трудов молодых ученых и специалистов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2015. С. 214-218.
7. Соколовская Ю.Г., Фалюшин П.Л. Пиролиз отходов мебельного производства [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecology.basnet.by/journal/priroda20/Sokolovskaya.pdf.
8. Уэнландт У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978. 526 с.
9. World Energy Resources: A Summary World Energy Council 2013 World Energy Council. Published 2013 by: World Energy Council Registered in England and Wales No. 4184478 VAT Reg. No. GB 123 3802 48 Registered Office Regency House 1-4 Warwick Street London W1B 5LT. p. 1-29.
ОРЛОВ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ - кандидат физико-математических наук, профессор кафедры теплоэнергетических установок, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (vinior@mail.ru).
АФАНАСЬЕВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теплоэнергетических установок, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (avvteo@mail.ru).
КОВАЛЕВ ВЛАДИМИР ГЕННАДЬЕВИЧ - кандидат технических наук, профессор, декан факультета энергетики и электротехники, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (espp21@mail.ru).
ТАРАСОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетических установок, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (Vladimir_tarasov@inbox.ru).
V. ORLOV, V. AFANASYEV, V. KOVALEV, V. TARASOV INFLUENCE OF PHYSICAL AND CHEMICAL FACTORS ON THE THERMODORGANAGE PROCESS OF SOLID CARBON MATERIALS WITH LINEAR HEATING
Key words: solid carbon materials, secondary energy resources, gasification, thermal decomposition, thermal analysis.
At the present level of production and consumption of electric energy, about 80% of it is produced at thermal power plants. The modern development of the fuel and energy complex requires bringing the consumption of organic fuel in line with its existing reserves. The share of coal consumed is an order of magnitude lower than that of oil and gas, despite the fact that the energy potential of the explored coal reserves exceeds by about 2030 times the corresponding indicator of oil and gas reserves. The use of coal in the energy sector is limited by the complexity of the traditional mine method of its development and the inevitable overhead transport costs. A way to reduce transportation costs for the delivery of coal, especially ofpoor quality and from remote areas of the Russian Federation, can be the gasification of solid fuel in the field of its production with the separation of only the combustible gas part and less expensive transmission through the pipeline. Along with this, the question of rational use of secondary energy resources (re) in the form of household waste, by-products and intermediate products of production is raised. Thermo-chemical processing of solid fuels and secondary energy resources by pyrolysis and gasification can be a solution to these problems. The aim of the work was to study the processes occurring during pyrolysis and gasification of solid fuels. Experimental data on the thermal decomposition of solid fuels in an oxidizing medium are obtained by differential thermal analysis. It is shown that non-isothermal methods can be successfully used to study the mechanism and kinetics of thermal oxidative degradation of solid carbon materials. It is established that this method of studying the high-temperature response of solid fuels can be used to determine the nature and intensity of the catalytic effect of a number of compounds and the dispersion of fuel particles on this process in an oxidizing environment. The results of studies of the thermal decomposition of solid fuels are necessary to determine the characteristics of the gasification of solid fuels and the choice of optimal technological regimes of pyrolysis and gasification.
References
1. Andreev V.V., Afanasyev V.V., Kovalev V.G., Orlov V.N., Tarasov V.A. Issledovanie termookislitel'noj destrukcii mestnyh vidov topliv [Study of thermo-oxidative degradation of local fuels]. Problemy i perspektivy razvitiya ehnerge-tiki, ehlektrotekhniki i ehnergoehffektivnosti: materialy I mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Proc. of I Int. Conf. «Problems and prospects of development of power engineering, electrical engineering and energy efficiency»]. Cheboksary, Chuvash University Publ., 2017, pp. 15-23.
2. Afanasyev V.V., Kovalev V.G., Orlov V.N., Tarasov V.A. Issledovanie fiziko-himicheskih svojstv gazifikacii mestnyh vidov topliv [Study of physical and chemical properties of gasification of local fuels]. Fundamental'nye issledovaniya, 2016, no. 9(2), pp. 227-232.
3. Afanasyev V.V., Kovalev V.G., Orlov V.N., Tarasov V.A. Ocenka prikladnyh vozmozh-nostei tekhnologii gazifikacii tverdyh topliv [Assessment of application possibilities of technologies for gasification of solid fuels]. Problemy i perspektivy razvitiya ehnergetiki, ehlektrotekhniki i ehnergoehffektivnosti: materialy I mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Proc. of I Int. Conf. «Problems and prospects of development of power engineering, electrical engineering and energy efficiency»]. Cheboksary, Chuvash University Publ., 2017, pp. 44-52.
4. Besplatnyi obrazovatel'nyj resurs po pirotekhnike i termografii [Free educational resource on pyrotechnics and thermography]. Available at: http://pyrotechnics.net.ru.
5. Merzhanov A.G. Neizotermicheskie metody v himicheskoi kinetike [Non-isothermal methods in chemical kinetics]. Fizika goreniya i vzryva, 1973, vol. 9, no. 1, pp. 4-36.
6. Orlov V.N., Averyanov V.G., Busygin S.V., Kazanceva K.S. Eksperimental'noe issledova-nie kinetiki termicheskogo razlozheniya uglerodnyh materialov metodami termicheskogo analiza [Experimental study of thermal decomposition kinetics of carbon materials by thermal analysis methods]. In: Sbornik nauchnyh trudov molodyh uchenyh i specialistov [Collection of scientific works of young scientists and specialists]. Cheboksary, Chuvash University, 2015, pp. 214-218.
7. Sokolovskaya Yu.G., Falyushin P.L. Piroliz othodov mebel'nogo proizvodstva [The pyroly-sis of waste furniture production]. Available at: http://www.ecology.basnet.by/journal/priroda20/So-kolovskaya.pdf.
8. Uehnlandt U. Termicheskie metody analiza [Thermal analysis methods. Moscow, Mir Publ., 1978, 526 p.
9. World Energy Resources: A Summary World Energy Council 2013 World Energy Council. Published 2013 by: World Energy Council Registered in England and Wales No. 4184478 VAT Reg. No. GB 123 3802 48 Registered Office Regency House 1-4 Warwick Street London W1B 5LT p. 1-29.
ORLOV VIKTOR - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor of the Department of Heat and Power Plants, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (vinior@mail. ru).
AFANASYEV VLADIMIR - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Heat and Power Plants, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (avvteo@mail.ru).
KOVALEV VLADIMIR - Candidate of Technical Sciences, Professor, Dean of the Faculty of Power Engineering and Electrical Engineering, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (espp21@mail.ru).
TARASOV VLADIMIR - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Power Plants, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (Vladimir_tarasov@inbox.ru).
Формат цитирования: Орлов В.Н., Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Тарасов В.А. Влияние физико-химических факторов на процесс термораспада твёрдых углеродных материалов при линейном нагреве // Вестник Чувашского университета. - 2018. - № 3. - С. 102-113.
