Кинетика и катализ, 2021, T. 62, № 5, стр. 647-654

Математическое моделирование неизотермического пиролиза биомассы сорго на основе трехкомпонентной кинетической модели

С. Г. Заварухин ab*, В. А. Яковлев a

a ФГБУН Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
630090 Новосибирск, просп. Акад. Лаврентьева, 5, Россия

b ФГБОУ ВО Новосибирский государственный технический университет
630073 Новосибирск, просп. К. Маркса, 20, Россия

* E-mail: zsg@catalysis.ru

Поступила в редакцию 06.04.2021
После доработки 02.06.2021
Принята к публикации 03.06.2021

Аннотация

Методом термогравиметрии (ТГ) получены экспериментальные данные по пиролизу биомассы сорго в инертной атмосфере при скорости нагрева 3 К/мин. Проведено математическое моделирование процесса на основе трехкомпонентной кинетической модели. Согласно модели, биомасса представляется суммой трех компонент – гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина, пиролиз которых протекает по независимым параллельным реакциям первого порядка. Для определения кинетических параметров модели предложена поэтапная методика обработки экспериментальных данных, основанная на различии температурных диапазонов пиролиза гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина. Выделяя и обрабатывая соответствующие фрагменты данных ТГ, последовательно были определены кинетические параметры сначала лигнина, потом целлюлозы и затем гемицеллюлозы. Энергии активации пиролиза компонент биомассы были равны: для лигнина – 25 кДж/моль, целлюлозы – 105 кДж/моль и гемицеллюлозы – 30 кДж/моль. Расхождение между экспериментальными и расчетными данными ТГ в диапазоне температур выше 440 К составило 0.6%.

Графический реферат

Ключевые слова: неизотермический пиролиз, биомасса сорго, трехкомпонентная кинетическая модель, математическое моделирование

DOI: 10.31857/S0453881121050130

Список литературы

  1. Biomass Conversion Processes for Energy and Fuels. Edited by S.S. Sofer and O.R. Zaborsky. Plenum Press, N.Y. and London, 1981. P. 420.

  2. Yaman S. // Energy Convers. Manage. 2004. V. 45. P. 651.

  3. Gonzalez J.F., Encinar J.M., Canito J.L., Sabio E., Chacon M.J. // Anal. Appl. Pyrolysis. 2003. V. 67. P. 165.

  4. Caballero J.A., Conesa J.A., Font R., Marcilla A. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 1997. V. 42. P. 159.

  5. Miller R.S., Bellan J. // Combust. Sci. Technol. 1997. V. 126. P. 97.

  6. Teng H., Wei Y.C. // Ind. Eng. Chem. Res. 1998. V. 37. P. 3806.

  7. Lanzetta M., Di Blasi C. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 1998. V. 44. P. 181.

  8. Orfao J.J.M., Antunes F.J.A., Figueiredo J.L. // Fuel. 1999. V. 78. P. 349.

  9. Helsen L., Van den Bulck E. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2000. V. 53. P. 51.

  10. Guo J., Lua A.C. // J. Therm. Anal. Calorim. 2000. V. 59. P. 763.

  11. Sorum L., Gronli M.G., Hustad J.E. // Fuel. 2001. V. 80. P. 1217.

  12. Garsia-Perez M., Chaala A., Yang J., Roy C. // Fuel. 2001. V. 80. P. 1245.

  13. Gronli M.G., Varhegyi G., Di Blasi C. // Ind. Eng. Chem. Res. 2002. V. 41. P. 4201.

  14. Vlaev L.T., Markovska I.G., Lyubchev L.A. // Thermochim. Acta. 2003. V. 406. P. 1.

  15. Vamvuka D., Karakas E., Kastanaki E., Grammelis P. // Fuel. 2003. V. 82. P. 1949.

  16. Manya J.J., Velo E., Puigjaner L. // Ind. Eng. Chem. Res. 2003. V. 42. P. 434.

  17. Gomez C.J., Manya J.J., Velo E., Puigjaner L. // Ind. Eng. Chem. Res. 2004. V. 43. P. 901.

  18. Meszaros E., Varhegyi G., Jakab E., Marosvolgyi B. // Energy Fuels. 2004. V. 18. P. 497.

  19. Capart R., Khesami L., Burnham A.K. // Thermochim. Acta. 2004. V. 417. P. 79.

  20. Фетисова О.Ю., Микова Н.М., Таран О.П. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 6. С. 804.

  21. Gomez C.J., Varhegyi G., Puigjaner L. // Ind. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. P. 6650.

  22. Radmanesh R., Courbariaux Y., Chaouki J., Guy C. // Fuel. 2006. V. 85. P. 1211.

  23. Molto J., Font R., Conesa J.A., Martin-Gullon I. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2006. V. 76. P. 124.

  24. Miranda R., Sosa Blanco C., Bustos-Martinez D., Vasile C. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2007. V. 80. P. 489.

  25. Заварухин С.Г., Стрельцов И.А., Яковлев В.А. // Кинетика и катализ. 2011. Т. 52. № 4. С. 510.

  26. Conesa J.A., Marcilla A., Caballero J.A., Font R. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2001. V. 58–59. P. 617.

  27. Di Blasi C. // Prog. Energy Combust. Sci. 2008. V. 34. P. 47.

  28. Sharma A., Pareek V., Zhang D. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2015. V. 50. P. 1081.

  29. Кольцов Н.И. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 6. С. 783.

  30. Piskorz J., Majerski P., Radlein D., Scott D.S., Bridgwater A.V. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 1998. V. 46. P. 15.

  31. Antal M.J., Varhegyi G. // Ind. Eng. Chem. Res. 1995. V. 34. P. 703.

Дополнительные материалы отсутствуют.