Энергетический потенциал использования биомассы растительного и животного происхождения применительно к процессу ее термической переработки

Abstract

Актуальность исследования определяется необходимостью эффективной утилизации отходов биомассы, образующихся в значительном количестве в различных отраслях промышленности. Перспективным способом переработки биомассы является пиролиз, который сопровождается экзотермическими реакциями. Цель: оценка возможности покрытия тепловых затрат пиролиза биомассы растительного и животного происхождения за счет тепловыделения в процессе разложения. Методы. Теплотехнические характеристики биомассы определены согласно аттестованным методикам. Термический анализ исследуемого сырья проведен на синхронном термоанализаторе Netzsch STA 449 F5 Jupiter с интегрированным анализатором газов QMS 403 Aeolos; количественный выход продуктов пиролиза определен согласно ГОСТ 3168-93, состав образующихся газов установлен с использованием газоанализатора ТЕСТ-1 (БОНЭР, Россия). Результаты и выводы. По результатам термического анализа установлено, что пиролиз биомассы растительного (скорлупа кедровых орехов) и животного (навоз крупного рогатого скота) происхождения сопровождается экзотермическими реакциями, связанными с разложением органической части сырья, в температурном интервале 240-700 °C. Величина тепловыделения экзотермических реакций при деструкции скорлупы кедровых орехов составляет 1,39 МДж/кг, аналогичное значение при разложении навоза составляет 0,31 МДж/кг. Данное количество теплоты позволяет полностью покрыть тепловые затраты пиролитической переработки скорлупы кедровых орехов, доля покрытия тепловых затрат пиролиза навоза крупного рогатого скота составляет ∼30 %. Дополнительным источником теплоты являются газообразные продукты пиролиза, обладающие энергетическим потенциалом, равным 3,28 и 1,58 МДж тепловой энергии на 1 кг перерабатываемой скорлупы кедровых орехов и навоза крупного рогатого скота соответственно.

Relevance. The need for effective utilization of biomass waste generated in significant quantities. Pyrolysis, accompanied by exothermic reactions, is a promising way of biomass processing. Aim. Assessment of the possibility of covering the thermal costs of plant and animal biomass pyrolysis due to heat release during decomposition. Methods. Proximate and ultimate analysis of biomass are determined according to certified methods. Thermal analysis of the studied raw materials was carried out on a Netzsch STA 449 F5 Jupiter synchronous thermal analyzer with an integrated gas analyzer QMS 403 Aeolos; quantitative yield of pyrolysis products was determined according to SS 3168-93, gas composition was established using the gas analyzer TEST-1 (БОНЭР, Russia). Results and conclusions. According to the results of thermal analysis, it was found that pyrolysis of plant (pine nut shells) and animal (cattle manure) biomass is accompanied by exothermic reactions associated with the organic part decomposition in the temperature range 240-700°C. The value of heat release of exothermic reactions during pine nut shell destruction is 1.39 MJ/kg, a similar value during manure decomposition is 0.31 MJ/kg. This amount of heat allows you to fully cover the thermal costs of pine nut shell pyrolytic processing, the share of covering the thermal costs of manure pyrolysis is ∼30%. An additional source of heat is pyrolysis gaseous products with energy potential equal to 3.28 and 1.58 MJ of thermal energy per 1 kg of processed pine nut shells and manure, respectively