Актуальность исследования обусловлена тенденцией увеличения доли использования возобновляемых источников энергии в топливно-энергетическом балансе для снижения вредного воздействия на окружающую среду. Цель: определение кинетических параметров пиролиза биомассы методом Г. Фридмана на основе результатов дифференциального термического анализа. Объекты: солома, отходы зернопереработки (пшеничные отруби), скорлупа кедровых орехов, сосновые опилки, низинный торф Суховского месторождения, а также отходы жизнедеятельности крупнорогатого скота. Методы. Теплотехнические характеристики образцов биомассы определены согласно аттестованным методикам (ГОСТ 11305-2013, ГОСТ 11306-2013, ГОСТ Р 54186-2010, ГОСТ Р 56881-2016, ГОСТ 32990-2014); значения теплоты сгорания установлены при помощи калориметра АБК-1 (РЭТ, Россия) в соответствии с ГОСТ 147-2013 (ISO 1928-2009); элементный анализ её органической части проведен на приборе VarioMicroCube (Elementar, Германия); кинетические характеристики низкотемпературного пиролиза биомассы определены методом Г. Фридмана на основе дифференциального термического анализа, проведенного при температуре 313–1273 К при скорости нагрева 5, 15 и 30 K/мин. Результаты.Термическое разложение биомассы в интервале 313–1273 К происходит в две стадии: первая стадия протекает в интервале температур от 463–488 до 623–653 К и характеризуется резким снижением массы образцов от 24 (торф) до 63 % (опилки); вторая стадия наблюдается от 623–653 до 873 К со значительно меньшим изменением массы образцов (от 9 до 14 %). При дальнейшем увеличении температуры органическая часть образцов практически не претерпела преобразования, изменения произошли только в минеральной части торфа при температуре 923–1123 К и обусловлены разложением карбоната кальция. Определены зависимости энергии активации (Ea) от степени конверсии биомассы (w/w0), по которым рассчитаны её средние значения: для соломы  – 21,4 кДж моль–1; для опилок  – 20,7 кДж моль–1; для скорлупы  – 24,2 кДж моль–1; для отходов жизнедеятельности крупнорогатого скота  – 23,1 кДж моль–1; для отрубей  – 33,1 кДж моль–1; для торфа  – 24,0 кДж моль–1. Значения предэкспоненциального множителя (A) для исследуемых видов биомассы находятся в диапазоне 82,42–2377,01 час–1.

The aim of the work is research thermal characteristics of bran and products of pyrolytic processing to evaluation the possibility of their use as a fuel. As research methods, experiments were used to determine the yield of pyrolysis products and their characteristics, as well as differential thermal analysis. Thermotechnical characteristics of raw materials are determined by АСТМ Е1755-01, ISO 589:2008, ISO 5071-1:2013 and a bomb calorimeter ABK-1 (RET, Russia). The elemental composition of the raw materials is determined by the Vario Micro Cube analyzer (Elementar, Germany). In result of the work is established that wheat bran has a high heat of combustion (16.6 MJ/kg) for biomass and a high yield of volatile (81%). The ash content of raw materials was 6.9%, herewith the ash residue has a sintered character at temperatures above 725 °C, which indicates the slag ability. The active stage of bran decomposition proceeds in a temperature range 225–500 °C, that established by means of the differential thermal analysis. The results of material balance determination showed that the carbon residue (43%) has a predominant yield from the raw materials, the share of pyrogenetic water is 29%, which is due to the exothermic reactions in the bran during heating, resin – 12%, gas – 16%. The CO2 and CO concentrations are dominated in composition of pyrolysis gas during a heating temperature to 350 °C, which is associated with the decomposition of the main components in the bran – cellulose and hemicellulose. The methane concentration begins to increase after 350 °C and reaches a maximum at 450 °C, the decomposition of thermally more resistant lignin was occured at these temperatures. The maximum gas heat of combustion (9.3 MJ/m3) was associated to the peak of methane concentration in gas.

Актуальность исследования обуславливается перспективностью вовлечения возобновляемой биомассы (в частности, торфа) в использование для выработки тепловой и электрической энергии. Это позволит частично решить проблему ресурсодефицитных регионов, зависящих от поставок топлива с разрабатываемых угольных месторождений. Цель: исследование теплотехнических характеристик и минеральной части торфа ряда крупных месторождений Томской области для оценки возможности их энергетического использования. Объект. Рассмотрены пробы низинного торфа с месторождений Суховское и Аркадьевское, а также с одного из месторождений Томского района. Методы. Теплотехнические характеристики исследуемых проб были определены согласно ГОСТ Р 55661-2013, 33503-2015, 55660-2013. Значения теплоты сгорания установлены при помощи калориметра АБК-1 (РЭТ, Россия), элементный состав – на анализаторе Vario Micro Cube (Elementar, Германия). Исследование состава минеральной части торфа проводили методом генофлуоресцентного анализа с использованием спектрометра EDX-720-P (Shimadzu, Япония), а также методом рентгеновской дифрактометрии с использованием дифрактометра Shimadzu XRD7000 (CuKα-излучения) со счетчиком монохроматора Shimadzu CM-3121. Характерные температуры плавкости золы определяли согласно ГОСТ 2057-94. Структуру рассматриваемых проб исследовали методом сканирующей микроскопии на электронном микроскопе TM 3000 (Hitaсhi, Япония). Результаты. На основе полученных результатов можно заключить, что использование околотомского торфа для сжигания камерным способом нецелесообразно из-за высокого выхода золы. Однако этот ресурс может быть рассмотрен как минеральное удобрение в сельском хозяйстве благодаря наличию таких элементов, как фосфор, калий. Высокое содержание карбонатов указывает на возможность использования околотомского торфа в качестве добавки к высокосернистым углям для снижения выбросов оксида серы SOх. Характеристики суховского и аркадьевского торфа позволяют рассматривать их в качестве альтернативы привозному топливу. Преимуществами для энергетического использования является малое содержание серы, следствием которого будут минимальные вредные выбросы при сжигании. Более того, наличие большого количества карбонатов может способствовать полному связыванию SOх при сжигании торфа. Предпочтительным способом энергетического использования торфа с месторождений Томской области является его сжигание в кипящем слое.

The aim of the work is research of straw pyrolysis in various modes, the determination of process thermal effects and estimation of straw thermal processing possibility in the autothermal mode. Physical experiment and differential thermal analysis were used as research methods. Thermotechnical characteristics of raw materials are determined by ISO 1171:2010, GOST R 55660-2013 and a bomb calorimeter; thermal and physical characteristic are determined by the analyzer of thermal diffusivity Discovery Laser Flash DLF-1200. In result of the work is established that thermal effects occur in the straw after heating to 200 °C. The first shows of exothermic reactions are observed when the reactor is heated to 303 °C – in this case the temperature of the straw reaches 308.8 °C. By differential thermal analysis is established that the temperature range of heat input was set from 235 to 575 °C and value of the thermal effect in this range was set 1475 kJ/kg. For this range, the heat costs for the organization of pyrolysis in the autothermal mode and the total thermal effect of the process are calculated. The calculation results showed that the maximum thermal effect (398.9 kJ/kg) can be obtained at a pyrolysis temperature of 460 °C. For these conditions, the influence of the initial straw moisture content on the autothermality of pyrolysis process was evaluated and it was established that process can be organized due to its own thermal effects when the raw material moisture is less than 30.5%.