ПОЛУЧЕНИЕ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ПОСРЕДСТВОМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ

ВВЕДЕНИЕ 5
1 Обзор литературных источников 8
1.1 Технологии получения энергии из биомассы 10
1.2 Реакторы пиролиза 15
1.3 Виды биомассы и способы её переработки 29
1.4 Химизм процесса пиролиза 39
1.5 Каталитический пиролиз 41
2 Специальная часть 45
2.1 Материал 45
2.2 Лабораторная установка процесса пиролиза 45
2.3 Методика проведения работы 46
2.4 Анализ газообразных продуктов 47
2.5 Анализ жидких продуктов пиролиза 61
2.6 Результаты проведенных опытов 62
2.7 Применение твердых продуктов пиролиза 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 81

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время экологические и экономические трудности, связанные с использованием твердого ископаемого топлива, начинают приобретать все больший масштаб и заставляют нас искать новые пути развития в области производства энергии. Важность исследований в разработке нетрадиционных источников энергии в первую очередь связана с поиском возможности рециркуляции и использования имеющихся природных органических материалов и их отходов для производства энергии в современной экономике, науке и технологиях. Из-за ограничений на природные ископаемые виды топлива технологии получения различных видов энергии из биомассы являются многообещающими и быстро развиваются, главным образом из-за того, что они помогают устранить зависимость потребителей энергии от энергоснабжения.
Биомасса – это растительный материал, содержащий углерод и водород, а также кислород, азот и серу. Биомасса включает растительное сырье, торф, древесные отходы, бумажные отходы, отходы производства и использования натуральных и искусственных волокон и тканей, опилок, соломы, пищевых отходов, отходов животных, водорослей и отходов их переработки и др.
Основными источниками биомассы растений являются деревья, культуры, водные растения, а также растения, которые растут в сильно орошаемых районах – болотах. Использование растительной биомассы для выработки энергии и производства различных продуктов в экономических и промышленных целях дает неоспоримые преимущества: широкое распространение растительной биомассы и ее обновление; нулевой "отпечаток угля"; относительно низкое содержание золы биомассы; низкое содержание серы в элементарном составе биомассы [1].
Вопрос о переработке биомассы для энергии становится все более актуальным с каждым годом из-за конкуренции традиционных энергетических носителей. Следует отметить, что сложность и переменный состав состава даже в рамках одного вида биомассы не в полной мере решают проблемы поиска комплексного и эффективного способа
ее обработки.
Отходы перерабатывающей промышленности (опилки, стружки, костра льна, упаковочной бумаги и др.) могут быть эффективно использованы в качестве альтернативных источников энергии. В этом отношении это направление представляет большой интерес для экономики, поскольку с небольшим изменением параметров технологического процесса, можно получить универсальный метод для утилизации отходов промышленных, сельскохозяйственных и бытовых органических отходов [2].
Среди существующих способов переработки биомассы все больше внимания привлекают термические методы, осуществляемые в инертных средах для получения тепла, электроэнергии, жидкого топлива и твердых сорбентов, содержащих углерод. Наиболее популярным технологическим решением для получения максимального выхода полезных продуктов является пиролиз. Его наиболее важными преимуществами по сравнению с другими методами являются высокая эффективность, высокое производство газообразных и жидких продуктов, хороший контроль, масштабируемость процесса и замкнутый цикл процесса обработки.
Цель работы. Представленная магистерская работа направлена на исследование жидких, газообразных и твёрдых продуктов биомассы в процессе пиролиза.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1) Провести обзор научных публикаций по теме диссертации;
2) Изучить продукты пиролиза биомассы для дальнейшего использования в химической промышленности;
3) Изучить методом ИК-Фурье спектроскопии полученные жидкие продукты пиролиза биомассы при разных температурах процесса;
4) Провести анализ влияния катализаторов МgСО3 и К2СО3 на процесс пиролиза биомассы при определенной температуре;
5) Провести анализ теплоты сгорания полученных продуктов пиролиза биомассы с использованием катализаторов МgСО3 и К2СО3 и без добавки, а также при разных температурах процесса.
6) Рассмотреть возможность использования твёрдых остатков пиролиза биомассы для получения активированного угля.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Обзор литературных источников

За всю свою многовековую историю человечество не раз сталкивалось с проблемой недостатка энергии для различных целей.
В XV–XVII вв. в Европе наблюдался резкий рост населения, в результате которого произошло быстрое истощение одного из самых распространённых в то время энергоносителей – древесины. Предприятия горной промышленности оказались под угрозой остановки из-за отсутствия топлива для железоплавильных печей – их производительность снизилась к XVIII в. на 60%, а позднее – на 80%. Нехватка энергоресурсов привела к повышению цен практически на все жизненно важные продукты [3].
Сложившийся отопительный спад стал мощным толчком для поиска других доступных топлив. В итоге в начале XVII в. в Англии была разработана новая технология с использованием коксующегося каменного угля, обладающего более высокой теплоотдачей по сравнению с древесиной. Уголь начали обширно и повсеместно использовать в плавильных печах, для отопления домов, в хлебопекарном деле, производстве строительных материалов, стекла и др. Первые паровые машины также работали на угольном топливе. Получили развитие химическая, фармацевтическая, текстильная промышленность.
Использование угля в качестве топлива сыграло решающую роль в разработке широкого спектра технологий, начиная с безопасных и эффективных способов добычи (шахтный подъемник, подземные шахты с искусственным освещением и вентиляцией, насосы для откачки грунтовых вод из шахт) и заканчивая способом добычи полезных ископаемых железа для производства железных дорог, которые помогли создать возможность для транспортировки угля. В начале девятнадцатого века уголь использовался для производства газа, на основе которого были созданы газовые фонари, которые получили широкое распространение в промышленно развитых странах. К началу XX в. доля угля в общем мировом энергопотреблении достигла 90%.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Пономарева В.Т., Лихачева Н.Н., Ткачик З.А. Использование пластмассовых отходов за рубежом // Пластические массы. – № 5. – C. 44-48.
2. Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерныхматериалов: учебное пособие // Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. – С. 80.
3. Грищенко А.В., Горох Н.П. Технологические основы промышленной переработки отходов мегаполиса // Х.: ХНАДУ. – С. 339.
4. Прокопов, Г.И. Управление отходами // Симферополь: ТНУ. –
С. 259.
5. Бондаревский А.С. Рынок переработки пластиковых отходов / ResearchTechart // Обзор и Аналитика: Твёрдые бытовые отходы. – №1 (55). – С. 48.
6. Рахимов М.А., Рахимова Г.М., Иманов Е.М. Проблемы утилизации полимерных отходов // Фундаментальные исследования. – № 8 (часть 2). – С. 331-334.
7. De Wild P.J., Den Uil H., Reith H., Kiel J.H., Heeres H.J. Biomass valorisation by staged degasification. A new pyrolysis-based conversion option to produce value-added chemicals from lignocellulosic biomass // J. Anal. Appl. Pyrol.85. – 2008. – P. 124-133.
8. De Wild P., Den Uil H., Reith H., Lunshof A., Hendriks C., Van Eck E., Heeres H.J. Bioenergy II: Biomass valorisation by a hybrid thermochemical fractionation approach // International Journal of Chemical Reactor Engineering 7. – 2009. – P. 51.
9. De Wild P., Van der Laan R., Kloekhors A., Heeres H.J. Lignin valorisation for chemicals and (transportation) fuels via (catalytic) pyrolysis and hydrodeoxygenation // Environmental progress & Sustainable Energy. – 2009. – V. 28 (3). P. 461-469.
10. De Wild P.J., Reith H., Heeres H.J. Biomass pyrolysis for chemicals // Biofuels. – 2011. – V. 2 (2). – P. 185-208.
11. Nowakowski D.J., Bridgwater A.V., Elliott D.C., Meier D., De Wild P. Lignin fast pyrolysis: Results from an international collaboration // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2010. – V. 88, 53. – P. 72.
12. De Wild P.J., Huijgen W.J., Heeres H.J. Bubbling fluidised bed pyrolysis of wheat-straw derived organosolv lignin for phenolic chemicals // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2011. – P. 121.
13. Piskorz J., Radlein D., Scott D.S. On the mechanism of the rapid pyrolysis of cellulose // Journal Analytical Applied Pyrolysis 9. – 1986. – P. 121-137.
14. Способы переработки биомассы [Электронный ресурс]: статья.- Режим доступа: https://energolesprom.ru/poleznye-stati/pererabotka-biomassy.
15. Альтернативная энергия. Способы переработки биомассы [Электронный ресурс]: статья.- Режим доступа: https://alternativenergy.ru/bioenergetika/330-pererabotka-biomassy.html.
16. Базунова М.В., Прочухан Ю.А. Способы утилизации отходов полимеров // Вестник Башкирского университета. – Т 13. – № 4. – С. 155-160.
17. Ведь В.Е., Ровенский А.Н. Мобильный комплекс термокаталитического обезвреживания отходов // Харьков: НТУ. – C. 200.
18. Нечипорук Н.В. Управление отходами и обращение с ними [Электронный ресурс]: статья — Режим доступа: http://www.oktb-kristall.ru/info/vtorichnoe_syrjo_novyj_vzgljad_na_staruju_problem.
19. Саварин А.А. Управление отходами: практ. рук-во // Гомель: ГГУ им Ф. Скорины. – C. 189.
20. Гайнуалина Г.Р., Федоров Г.Ю. Термический способ переработки углеродосодержащих отходов (пиролиз) // Вестник магистратуры. – 2014. – № 11 (38). – С. 48-52.
21. Сыраева Г.Р., Бильченко Н.Г. Проблема сбора и утилизации отходов производства // Вестник магистратуры. – 2014. – № 11 (38). – Т 1. – С. 58-63.
22. Такахаси Г.А. Плёнки из полимеров // Л.: Химия. – C. 152.
23. Суворин А.В. Результаты испытаний пирометаллургического метода утилизации отработанных алюмо-кобальт (никель) // Харьков: НТУ. – С. 108-110.
24. Theodore D., Soria J. Catalytic Fast Pyrolysis: A Review // Energies. – Р. 514-538.
25. Мухина Т.Н., Черных С.П. Пиролиз углеводородов в присутствии катализаторов // М.: ЦНИИТЭ нефтехим. – C. 72.
26. Паушкин Я.М., Адельсон С.В. Способ получения олефиновых углеводородов // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2003. – № 30. – С. 24-25.
27. Цадкин М.А., Иванова С.Р., Колеева С.В. Формирование барий содержащего катализатора пиролиза углеводородного сырья // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2014. – № 5. – C. 38.
28. Жагфаров Ф.Г. Модифицированние ванадиевых катализаторов пиролиза с целью снижения их коксуемости // М.: МИНГ. – 1999. – C. 220.
29. Адельсон С.В., Воронцова Т.А., Мельникова С.А. Некоторые особенности каталитического пиролиза в присутствии гетерогенных и гомогенных катализаторов // Нефтехимия. – 2013. – № 4. – С. 583-587.
30. Зульфугаров З.Г., Тагиев Д.Б., Шарифов Э.Б. Нефтехимический симпозиум социальных стран: тезисы докладов // Наука. – 2008. – С. 33.
31. Егиазаров Ю.Г., Черчес Б.Х., Крутько Н.П. Пиролиз нефтяных фракций на оксидноиндиевом катализаторе // Нефтехимия. – 2001. – № 4. – С. 592-600.
32. Ярецки Е. Каталитический пиролиз бензиновой фракции в присутствии окислов металлов // Нефтехимия. – 1987. – № 4. – С. 601-607.
33. Адельсон С.В., Крейнина Г.П., Барабанов Н.Л. Способ приготовления катализатора для пиролиза углеводородного сырья // Нефтехимия. – 1992. – № 43 – С. 29.
34. Барабанов Н.Л. Высокотемпературный пиролиз углеводородов // М.: Цниитэнефтехим. – 2004. – С. 71.
35. Черных С.П., Адельсон С.В., Мухина Т.Н. Каталитический пиролиз углеводородов: проблемы и перспективы // Киев: Институт нефтехимического синтеза. – 2011. – С. 190.
36. Николаев А.Ф. Технология пластических масс // Л.: Химия. – 1990. – С. 368.
37. Кочергина Е.Н. Современное состояние и тенденции развития калориметрии сжигания // Измерительная техника. – 2006. – № 11. – С. 49-54.
38. Царёв Н.И., Царев В.И., Катраков И.Б. Практическая газовая хроматография // Барнаул: АГУ. – 2009. – С. 156.
39. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические детекторы газов // М.: Энегия. – 2012. – С. 68-75.
40. Гхоржевский В.П. Автоматический синтез химического состава газов // М.: Химия. – 1993. – С. 40-42.
41. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей // М.: Энергоатомиздат. – 1998. – С. 96.
42. Goyal H.B., Diptendu Seal, Saxena R.C. Bio-fuels from thermochemical conversion of renewable resources: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2008. – V. 12. – P. 504-517.
43. Pfeifer C., Puchner B., Hofbauer H. Comparison of dual fluidized bed steam gasification of biomass with and without selective transport of CO2 // Chem. Eng. Sci. – 2009. – V. 64. – P. 5073-5083.
44. Yoshida T., Antal M.J., Jr. Sewage Sludge Carbonization for Terra Preta Applications // Energy Fuels. – 2009. – V. 23. – P. 5454-5459.
45. Horne P.A., Williams P.T. Influence of temperature on the products from the flash pyrolysis of biomass // Fuel. – 1996. – V. 75(9). – P. 1051-1059.
46. Melchior T., Perkins Ch., Lichty P., Weimer A.W., Steinfeld A. Solar-driven biochar gasification in a particle flow reactor // Chemical Engineering and Processing. – 2009. – V. 48. – P. 1279-1287.
47. Козицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс- спектроскопии в органической химии // 2-е изд. – М.: Изд-во МГУ. – 1979. – С. 241.
48. Green Power [Электронный ресурс]: статья. – Режим доступа: http://uglezhog.ru/clients/articles/2020-03-18-18-54-11/rus.

Весь текст будет доступен после покупки