Влияние выхода жидких продуктов на длительность процесса СВЧ-пиролиза

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности энергетического использования ископаемых топлив и возобновляемых ресурсов биомассы за счет их термического облагораживания. Цель: установление взаимосвязи между выходом жидких продуктов СВЧ-пиролиза органического сырья с различной степенью метаморфизма и продолжительностью протекания процесса. Методы: аттестованные методики ГОСТ для определения теплотехнических характеристик и элементного состава органической и минеральной частей органического сырья, метод «передачи-отражения» для измерения мнимой (ε'') и действительной (ε') составляющих комплексной диэлектрической проницаемости, физический эксперимент, газовый анализ, высокоскоростная видеосъемка. Результаты. На основе анализа материального баланса и длительности СВЧ-пиролиза различных видов органического сырья выдвинуто предположение, что разрушение сложных органических соединений приводит к образованию на поверхности образца углеродных частиц, обладающих высокими, относительно исходного сырья, электропроводными свойствами. При наличии большого числа таких частиц в СВЧ-поле могут возникать межчастичные электрические разряды, распространяющиеся вдоль образца, в результате чего наблюдается увеличение скорости нагрева. Для сырья с бо́ льшим выходом жидких продуктов растет и количество углеродных частиц, что приводит к увеличению числа разрядов между такими центрами и соразмерному ускорению разогрева материала. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что длительность СВЧ-пиролиза органического сырья напрямую зависит от скорости разогрева материала: вследствие увеличения выхода жидких продуктов и последующего увеличения концентрации углеродных центров снижается длительность протекания СВЧ-пиролиза. Полученные результаты могут быть использованы при оценке эффективности СВЧ-пиролиза органического сырья или топливных композиций, состоящих из материалов с различным выходом жидких продуктов

Relevance. The need to improve the efficiency of energy use of fossil fuels and renewable biomass resources through their thermal upgrading. Aim. To establish the relationship between the yield of liquid products of microwave pyrolysis of organic raw materials with different degrees of metamorphism and the process duration. Methods. Certified SS methods for determining the thermal characteristics and elemental composition of the organic and mineral parts of organic raw materials, the "transmission-reflection" method for measuring the imaginary (ε'') and real (ε') components of the complex dielectric constant, physical experiment, gas analysis, high-speed video filming. Results. Based on the analysis of the material balance and duration of the microwave pyrolysis of various types of organic raw materials, the authors have supposed that the destruction of complex organic compounds leads to the formation of carbon particles on the surface of the sample. These particles have high electrically conductive properties relative to the original raw materials. In the presence of a large number of such particles in the microwave field, interparticle electrical discharges can occur, spreading along the sample, resulting in an increase in the heating rate. For raw materials with a higher yield of liquid products, the number of carbon particles also increases. This leads to an increase in the number of discharges between such centers and a proportionate acceleration of material heating. It was experimentally shown and theoretically substantiated that the duration of the microwave pyrolysis of organic raw materials directly depends on material heating rate: due to an increase in the yield of liquid products and a subsequent increase in the concentration of carbon centers, the duration of the microwave pyrolysis process decreases. The results obtained can be used to evaluate the efficiency of microwave pyrolysis of organic raw materials or fuel compositions consisting of materials with different yields of liquid products