Совместный пиролиз биомассы с техническим глицерином

Лесопромышленный комплекс России играет ключевую роль в экономике, однако эффективная утилизация древесных отходов остаётся актуальной задачей. Биомасса, включая отходы лесного хозяйства, является важным возобновляемым ресурсом для получения жидкого, газообразного и твёрдого топлива. Однако традиционное биотопливо имеет недостатки: высокую вязкость, коррозионную активность и низкую стабильность. В работе исследуется совместный пиролиз древесины с техническим глицерином для повышения эффективности процесса и улучшения свойств получаемого топлива. Эксперименты проводили на стендовой установке термогравиметрического анализа. В качестве сырья использовали берёзовую древесину и опилки, пропитанные глицерином (20–40%). Процесс пиролиза осуществляли при температуре до 700°C. Полученные продукты (уголь, конденсат, газ) анализировали на теплотворную способность, содержание серы, влажность и зольность. Химический состав глицерина и продуктов пиролиза изучали методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ/МС). Добавление глицерина увеличило выход конденсируемых продуктов до 63,4% (против 28,7% без глицерина) и снизило долю газов и потерь до 17,45% (против 44,8%). Тяжёлая фракция конденсата показала высокую теплоту сгорания (39 920 кДж/кг) и низкое содержание серы (0,02%), что превосходит показатели мазута, угля и дров. Совместный пиролиз биомассы с глицерином является перспективным методом для получения высокоэнергетического и экологически чистого топлива. Результаты работы демонстрируют возможность промышленного применения технологии, включая использование на ТЭЦ и в системах отопления. Дальнейшие исследования могут быть направлены на оптимизацию параметров процесса и масштабирование установок.

1. Бахтиярова А.В., Белоусов И.И., Кинд А.В., Романенко К.А., Спицын А.А. Пиролиз и активация уплотненного целлолигнина // Химическая технология. 2019. Т. 20, №3. С. 98–103.

2. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Особенности технологии быстрого пиролиза биомассы // Инновационная наука. 2016. №5-2. С. 65–66.

3. Гелетуха Г.Г., Железная Т.А. Обзор современных технологий получения жидкого топлива из биомассы быстрым пиролизом. Ч. 1 // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2000. №2. С. 3–10.

4. Грачев А.Н., Хисматов Р.Г., Сафин Р.Г., Башкиров В.Н. Исследование быстрого пиролиза древесины в абляционном режиме //Известия Самарского научного центра РАН. 2008. Спец. вып. С. 25–29.

5. Куликов К.В., Литвинов В.В., Пиялкин В.Н., Забелкин С.А., Башкиров В.Н. Получение и исследование жидких биотоплив из биомассы дерева методом пиролиза // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, №13. С. 197-200

6. Лямин В.А. Газификация древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1967. 262 с.

7. Слюсарский К.В., Ларионов К.Б., Ивашкина Е.Н., Заворин А.С., Губин В.Е. Технологические решения по утилизации жидких продуктов медленного пиролиза древесной биомассы // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, №12. С. 173-188.

8. Удельная теплота сгорания топлива // Эстив. URL: https://estiw.ru/info/measure/fizika/udel_top (дата обращения: 15.12.2024).

9. Юрьев Ю.Л., Мальцев Г.И. Основы производства углеродных материалов из березовой древесины: учеб. пособие. М.; Вологда: Инфра-Инженерия, 2023. 176 с.

10. Bala-Litwiniak A., Musiał D., Nabiałczyk M. Computational and experimental studies on combustion and co-combustion of wood pellets with waste glycerol // Materials. 2023. Vol. 16. Art. no. 7156. DOI: 10.3390/ma16227156.

11. Bartocci P., Bidini G., Asdrubali A., Beatrice C., Frusteri F., Fantozzi F. Batch pyrolysis of pellet made of biomass and crude glycerol: mass and energy balances // Renewable Energy. 2017. Vol. 124. P. 172–179. DOI: 10.1016/j.renene.2017.06.049.

12. Czernik S., Johnson D.K., Black S. Stability of wood fast pyrolysis oil // Biomass and Bioenergy. 1994. Vol. 7, iss. 1-6. P. 187–192. DOI: 10.1016/0961-9534(94)00058-2.

13. Elliott D.C. Water, alkali and char in flash pyrolysis oils // Biomass and Bioenergy. 1994. Vol. 7, iss. 1-6. P. 179–185. DOI: 10.1016/0961-9534(94)00057-Z.

14. Hall J.P. Sustainable production of forest biomass for energy // The Forestry Chronicle. 2002. Vol. 78, no. 3. P. 391–396. DOI: 10.5558/tfc78391-3.

15. Nigam P.S., Singh A. Production of liquid biofuels from renewable resources // Progress in Energy and Combustion Science. 2010. Vol. 37. P. 52–68. DOI: 10.1016/j.pecs.2010.01.003.

16. Progress in thermochemical biomass conversion / ed. A.V. Bridgwater. Wiley-Blackwell, 2008. 1744 p.

17. Ullah K., Sharma V.K., Dhingra S., Braccio G., Ahmad M., Sofia S. Assessing the lignocellulosic biomass resources potential in developing countries: a critical review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 51. P. 682–698. DOI: 10.1016/j.rser.2015.06.044.

18. Zhang Q., Chang J., Wang T., Xu Y. Review of biomass pyrolysis oil properties and upgrading research // Energy conversion and management. 2006. Vol. 48, iss. 1. P. 87–92. DOI: 10.1016/j.enconman.2006.05.010.