CC BY
9cramped parts of the city. However, it should be noted that the method of piling with indentation has not been studied well enough.
References
1. Dotsenko A.I. Excavation work in cramped conditions of transport construction. A.I. Dotsenko [Text] / A.I. Dotsenko. - Moscow: Transport, 1987.
2. Karpyuk V. M., Karpyuk I. A. Interaction of hanging prismatic pales with sandy soils / Karpyuk V. M., Karpyuk I. A. // Visnyk OFABA. - Whip 61. -Odessa: Znauzreklamservis LLC, 2016. - P. 137-141.
3. Karpyuk I.A. ,. Krishtopa S.N., Nikolyuk V.N. / The compaction zone around short prismatic piles in sandy soils // Visnyk ODABA No. 60 Odessa: bureau "Optimum", 2015 - P. 154-159.
4. Karpyuk I.A. Movchan O. M., Trufin M.D. Peculiarities of the interaction of models of hanging prismatic pallets with sandy soils / I.A. Karpyuk, O.M.
Movchan, MD Trufin // The Bulletin of the ODABA № 60 Odesa: the first issue of the "Optimum", 2015 - pp. 202-206.
5. Kopotilova AS Features of construction in a dense urban development, / Young scholar. - 2017 -№49. - P. 59-61. - URL https://moluch.ru/ar-chive/183/46924/ (referral date: 14.01.2018).
6. Problems of building high-rise buildings in conditions of dense urban development Sayadyan T.V., Shumeev P.A., Sheina S.G. Actual problems of technical sciences in Russia and abroad/ Collection of scientific works on the results of the international scientific-practical conference. No. 2. Novosibirsk, 2015. 162 p.
7. Simagin V.G. Design and construction of foundations in the vicinity of existing structures in dense buildings [Text] / V.G. Simagin - Moscow: Associations of Construction Universities, 2010. - p. 52
ВЛИЯНИЕ НЕОПРЕДЕЛЯЕМОЙ ВЛАЖНОСТИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ЛЕТУЧИХ ПРИ
ПИРОЛИЗЕ ДРЕВЕСИНЫ
Левин А.Б.,
доцент, кандидат технических наук, Лопатников М.В.,
Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана Мытищинский филиал, доцент, кандидат технических наук
Хроменко А.В.
Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана Мытищинский филиал, доцент, кандидат технических наук
INFLUENCE OF UNEVIDENT MOISTURE ON ULIMATE ANALYSIS OF VOLATILE MATTER AT
WOOD PYROLYSIS
Levin A.B.,
Associate Professor, PhD Lopatnikov M. V.,
Bauman Moscow State Technical University, Mytischi Branch,
associate Professor, PhD Khromenko A. V.
Bauman Moscow State Technical University, Mytischi Branch,
associate Professor, PhD
АННОТАЦИЯ
Исследовано изменение элементного состава летучих, образующихся при пиролизе древесины. Высказано предположение о наличии в сухой обеззоленной массе древесины неопределяемого стандартными методами содержания влаги, удаляемой из древесины до начала термической деструкции древесинного вещества. Предложен алгоритм расчета элементного состава летучих по мере изменения относительной массы твердого остатка. Представлены результаты расчетов атомных отношений (О/С) и (Н/С) по предложенному алгоритму. Показано, что влияние неопределяемой влаги существенно только в начальной фазе пиролиза при ng—0,8.
ABSTRACT
The change of the ultimate analysis of volatile matter formed during the pyrolysis of wood was studied. It was suggested that the dry, ash-free mass of wood have some unevident moisture content undetectable by standard methods, which is removed from the wood before the thermal decomposition of the wood substance. An algorithm for calculating the ultimate analysis of volatile matter as function of the relative mass of the solid residue is proposed. The results of calculations of atomic ratios (O/C) and (H/C) according to the proposed algorithm are presented. It is shown that the effect of undetectable moisture is significant only in the initial phase of pyrolysis with ng—0,8.
Ключевые слова: пиролиз древесины, выход летучих, элементный состав.
Keywords: wood pyrolysis, volatile matter, ultimate analysis.
Настоящая публикация является продолжением работы [1], в которой начато исследование изменения элементного состава летучих при пиролизе древесины. Расчеты по предложенному в [1] алгоритму представлены (рис. 1) в форме графика
зависимости атомных отношений (О/С) и (Н/С) летучих от относительной массы дегидратированной (сухой) обеззоленной массы твердого остатка древесины ng, называемой нами массовым коэффициентом конверсии, а в англоязычных источниках -mass yield.
Рис. 1 - изменение элементного состава летучих в процессе нагрева древесины в инертной среде [1]
Значительная часть точек на линиях (О/С) и (Н/С) не вызывает сомнений, так как значения совпадают с расчетом по балансовым соотношениям для момента завершения пиролиза, но в области % > 0,85 обе величины резко возрастают, а области 0,95 < % < 1,0 расчеты вообще дают физически невозможные результаты. Было высказано предположение, что элементный состав дегидратированной обеззоленной массы древесины не является тем, чем он называется. При опытном определении элементного состава по ГОСТ Р 54216-2010 [2], аналогичного европейскому стандарту, и выхода летучих по ГОСТ Р 32990 - 2014 [3] из общей массы влаги продуктов сгорания вычитается влага исходной древесины. Эта последняя стандартно определяется по ГОСТ Р 54186-2010 [4] выдерживанием образца в сушильном шкафу при температуре 103±2 оС, до тех пор, пока масса не перестанет изменяться. При этом в образце, возможно, сохраняется малое количество влаги, которое в начальной фазе пиролиза при более высокой температуре покидает древесину до начала деструкции собственно древесины.
В этой фазе пиролиза летучие представлены исключительно или преимущественно водяным паром, поэтому (О/С) и (Н/С) ^да. При повышении температуры образца начинается собственно пиролиз, малая масса водяного пара разбавляется все новыми порциями содержащих углерод летучих, и значения (О/С) и (Н/С) быстро приближаются к прогнозным значениям.
В настоящей работе предлагается следующий алгоритм расчета. Заданными полагаются значения массового коэффициента конверсии характеризующего степень деструкции древeсины и относительная влажность (массовая доля) условной дегидратированной обеззоленной массы древесины W (все относительные величины выражены в долях единицы, а не в процентах). Расчетная схема представлена на рис 2. Области, расположенные левее и ниже красной линии, составляют твердый остаток, области, расположенные выше и правее красной линии, составляют летучие.
Рис. 2 - расчетная схема определения элементного состава летучих при пиролизе древесины
Масса неопределяемой влаги в составе условного вещества, описываемого формулой п^(С6И904) с молярной массой 145, выраженная в атомных единицах равна 145^№п. Эта масса изображена правой голубой полосой на схеме (рис. 2). Число молекул воды, входящей в состав составляет 145п^/18. Она содержит 145п^/18 атомов кислорода и 145п^№/9 атомов водорода. Эта масса всегда полностью входит в состав летучих, так как влага удаляется из древесины еще до начала собственно пиролиза.
Условная формула действительно дегидратированной древесины должна иметь вид п • (С6И (9 _
145^/9) О (4 -145^/18)).
Часть массы исходной древесины не превращается летучие. В первом приближении можно считать, атомы углерода делятся на нелетучий углерод и углерод летучих в том же отношении, что и в случае пиролиза действительно абсолютно сухой древесины. Из каждых 6п атомов углерода 1,75п составляют нелетучий углерод, а 4,25п входят в состав летучих. Масса нелетучего углерода, всегда содержащегося в твердом остатке составляет 1,75-12п = 21п. Эта масса изображается на схеме левой серой полосой.
Наконец широкая полоса посередине схемы изображает п комплексов сухого, превращающегося в летучие древесинного вещества с условной формулой п • (С4,25И (9 -145^/9) О (4 -145-№/18)).
Молярная масса этого вещества п (145 - 21 -145№). В течение процесса пиролиза непрерывно изменяется доля этой массы у, превратившейся в летучие, и смешавшейся с ранее полностью испарившейся влагой.
Одновременно уменьшается доля (1 - у) массы не разложившегося древесинного вещества,
составляющего вместе с нелетучим углеродом твердый остаток.
Уравнение материального баланса выглядит
как
(1- Щ )=
(145-21-145-Ж>у+145-Ж
Откуда
145
у = -
-чв-
(1)
Каждые п комплексов (С6И904) можно представить суммой следующих слагаемых:
145-п^/18 молекул воды;
п комплексов (С4Д5И (9 -145да9) О (4 -145^/18)) сухого древесинного вещества превращающегося в летучие;
1,75п атомов нелетучего углерода.
При термической деструкции некоторой части комплексов в летучие превращаются только первые два слагаемых.
Масса древесины, превратившейся в летучие к некоторому моменту процесса деструкции может быть выражена как
(1 - П -№) / (0,855 -W) • п (С4,25И (9 -145 №/9) О
(4 -145 ■'№/18)).
Таким образом смесь собственно летучих и ранее испарившейся влаги может быть представлена суммой:
(1 - п - №)/(0,855-№) • п 4,25 атомов С;
(1 - % -№)/(0,855-№) • п (9 -145•W/9) +145n•W/9 атомов водорода;
(1 - % -№)/(0,855-№) • п (4 -145^/18) + 145п№/18 атомов кислорода.
Окончательно получаем:
н с
п\1--цд-Ш))/(0,855-Щ 4,25
= 2Д2 + 3,79-Ж-(°^-1)
\-Vg-W У
(2)
№
0.855-Ж
145 145 -:-) + П--:-
9
9
(l-4£-W)/(0,855-W) -n-(4-
n(1-^g-W)4,25
= 0,941+1,895- W • (0,85S W - 1)
1 -Vg-W
(3)
Выражения (2) и (3) имеют перед алгоритмом из [1] следующие преимущества:
A. Отсутствует необходимость вычислять разность близких величин, каждая из которых получена обобщением опытных данных, что может вызвать весьма большие погрешности вплоть до перемены знака разности.
B. При W = 0 расчет по (2) и (3) дает те же значения, которые получены в [1] (О/С) = 0,941 и (Н/С) = 2,12.
C. Неопределенность во втором слагаемом выражений (2) и (3) при W ^0 и (1-^)^0 дает второму слагаемому значение
D. При заданном значении влажности древесины W расчет может начинаться с ng = 1 - W - 5, где 5 = 0,0025...0,005.
На рис. 3 представлены результаты расчетов атомных отношений (О/С) и (Н/С) летучих в процессе пиролиза древесины.
Рис. 3 - изменение состава летучих в процессе пиролиза древесины (О/С)1 и (Н/С)1 - атомные отношения при W = 0,0025; (О/С)2 и (Н/С)2 - атомные отношения при W = 0,01
145 -WN 145 W —-—) + П--——
18
Сравнение графиков на рис. 1 и 3 показывает, что при использовании алгоритмов, описанных в [1] и в настоящей статье, результаты практически не отличаются при % < 0,75. По мере приближения значения % к 1 различие становится заметнее. Алгоритм из [1] не выделяет неопределяемую влагу из дегидратированной обеззоленной массы древесины. Чтобы получить удовлетворительное совпадение результатов расчета по алгоритму из [1] при расчете по (2) и (3) пришлось бы принять для дегидратированной обеззоленной древесины относительную неопределяемую влажность W ~ 0,06. По мнению авторов, такое значение неопределяемой влажности мало вероятно, и расчеты по предлагаемому в настоящей публикации алгоритму ближе к физической картине процесса. Необходимы специальные исследования сравнительной точности различных методов определения малых значений содержания влаги в древесине.
Заметим, что при определении влажности каменных и бурых углей по ГОСТ 11014-2001 [5] навеска молотого угля выдерживается в сушильном шкафу при температуре 160 ± 5оС. При использовании древесины как конструкционного или строительного материала точность определения влажности выдержкой при 103 ± 2оС, вполне допустима,
так как древесина все равно при эксплуатации приобретет равновесную влажность в соответствии с параметрами окружающего воздуха. Однако при использовании ее в качестве топлива желательно более точное определение содержания влаги.
Такие сведения можно было бы получить, использовав весовой метод при стандартной или даже более низкой температуре, чтобы избежать опасность термической деструкции собственно древесного вещества, но при давлении существенно ниже атмосферного. Можно также использовать метод отгонки влаги при кипении азеотропной смеси воды и толуола или другого не смешивающегося с водой органического растворителя. Наиболее перспективным представляется использование для исследования методов и приборов термогравиметрии.
В заключение несколько замечаний о влиянии на теплотехнические характеристики топлива предполагаемого наличия в сухой обеззоленной массе древесины неопределяемой влаги. Истинная молярная масса такого вещества с формулой п • (СбИ (9 -145^/9) О (4 -145^/18)) при W = 0,01 равна 143,1; массовые доли компонентов составляют для углерода 0,503; водорода 0,0586; кислорода 0,438. Атомные отношения составляют (Н/С) = 1,473 и (О/С) = 0,653. Формула п-(СбИ9О4) дает значения (Н/С) =
3/2 и (О/С) = 2/3. Расчетная высшая теплота сгорания истинно сухой обеззоленной массы составит фсга/.и = 19,67 мДж/кг этой массы, а расчете на 1 кг вещества п-(СбИ904) - на 1% меньше 19,47 МДж/кг.
Выход летучих в расчете на 1 кг истинно сухой обеззоленной массы в рамках ранее изложенных представлений о распределении углерода между летучими и твердым остатком составит Иа/,и=0,853.
Литература
1. Левин А.Б., Лопатников М.В., Хроменко А.В. Изменение элементного состава и теплоты
сгорания летучих при пиролизе древесины// Sciences of Europe (Praha, Czech Republic), № 33(2018), Vol. 1, P. 31 - 35.
2. ГОСТ Р 54216-2010 (CEN/TS 15104:2005) Биотопливо твердое. Определение углерода, водорода и азота инструментальными методами.
3. ГОСТ 32990-2014 (EN 15148:2009) Биотопливо твердое. Определение выхода летучих веществ.
4. ГОСТ Р 54186-2010 (EN 14774-1:2009) Биотопливо твердое. Определение содержания влаги высушиванием. Часть 1. Общая влага. Стандартный метод.
5. ГОСТ 11014-2001 Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги (с Изменением № 1).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА НАЧАЛА ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗА ИЗ НЕФТИ В ДРЕНАЖНОЙ ЗОНЕ
РАБОТАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ
Новрузова С.Г.,
Доктор философии по технике, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности, кафедра "Нефтегазовая инженерия" г.Баку, Азербайджан.
Алиев И.Н.
Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности, кафедра "Нефтегазовая инженерия" г.Баку, Азербайджан.
DETERMINATION OF THE STARTING POINT OF GAS SEPARATION FROM OIL IN THE DRAINAGE AREA OF AN OPERATING WELL
Novruzova S.G.,
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Oil and Gas Engineering in Azerbaijan State Oil and Industry University,
Baku, Azerbaijan.
Aliyev I.N.
Assistant at the Department of Oil and Gas Engineering in Azerbaijan State Oil and Industry University,
Baku, Azerbaijan.
АННОТАЦИЯ
В статье изложено, что при эксплуатации фонтанных нефтяных скважин, из наблюдающихся пяти случаев, в первом и во втором случаях, когда график распределения давления в стволе скважины получается в виде монотонной кривой, вогнутой относительно оси глубин, требуется установить - где начинается выделение газа из нефти - на забое скважины или в дренажной зоне пласта вокруг скважины. На месте выделения газа из нефти давление равняется давлению насыщения нефти газом.
Рекомендуется методика решения этой проблемы. Отмечено что, применение предложенной методики будет позволять установить оптимальный режим работы фонтанных скважин, увеличить коэффициент нефтеотдачи и сократить время разработки месторождения.
Применение предложенной методики имеет большое практическое значение, особенно при разработке и эксплуатации морских нефтяных месторождений, где срок разработки месторождений ограничивается сроком службы морских гидротехнических сооружений.
ABSTRACT
The article stated that at the operation of flowing oil wells, five various cases of pressure distribution are observed the graph of the pressure distribution in the wellbore is obtained in the form of a monotonic curve, concave with respect to the axis of the depths, it is required to install - where begins the gas liberation from oil -whether at the bottom-hole zone of the well or in the drainage area of the reservoir. At the site of the gas separation from oil pressure is equal to the bubble-point pressure.
The method for solving the problem is recommended. It is noted that the application of the proposed method will allow establishing the optimal operation for flowing wells to increase the recovery factor and reduce the time of development of the field.
Application of the proposed method is of great practical importance, especially in the development and operation of offshore oil fields, where the life time of the fields is limited due to the short life time of offshore structures.
