Microwave pyrolysis experimental study of peat

Abstract

Работа посвящена исследованию деструкции верхового сфагнового торфа под возде йствием микроволнового излучения. Для анализа физико-химических процессов создана лабораторная установка на основе коаксиального резонатора-реактора, геометрия которого обеспечивает однородное распределение СВЧ-поля в объеме реактора. В качестве источника СВЧ-излучения использовался промышленный магнетрон с частотой 2,45 ГГц мощностью до 1 кВт. При лабораторных исследованиях с относительно небольшим объемом торфа (~100 г) достоинством созданной установки является возможность быстрого достижения температ уры, необходимой для осуществления реакции пиролиза при относительно малом уровне СВЧ-мощности, который в данных экспериментах составлял около 100 Вт. Анализ полученных в ходе реакции продуктов производился на хромато-масс-спектрометре. Проводимые исследования направлены на создание высокоэффективных экологически чистых технологий переработки биотоплива с высоким выходом горючих газов, пригодных для дальнейшего использования в промышленных энергетических установках, а также получения смолистой фракции для создания легких углеводородов и углеродистого остатка для современных высокоэффективных сорбе нтов. На основе созданной экспериментальной установки проведены исследования мягкого СВЧ-пиролиза торфа при температуре 250 °С в условиях постоянного отвода газообразных продуктов реакции. Получены и проанализированы образцы твердой, жидкой и газовой фаз, представляющие собой ценный углеродистый остаток, маслянистую фракцию и пиролизный газ. В статье анализируется возможность промышленного применения продуктов реакции. Проведено сравнение химического состава продуктов реакции при СВЧ-пиролизе и «традиционном» пиролизе с термическим нагревом. Показано, что в составе выделившихся в процессе СВЧ-пиролиза газов отсутствуют тяжелые ядовитые газы, которые во множестве сопрово ждают процесс «традиционного» термического пиролиза. Снижение количества ядовитых газов улучшает экологическую составляющую производства. Указанное обстоятельство свидетельствует о перспективности СВЧ-пиролиза для промышленной переработки органических материалов.

Potential of Baltic Region Peat in High Added-value Products and Environmentally Friendly Applications - A Review

“…It determines the degree of destruction of raw materials and the composition of pyrolysis products. As the temperature rises, the ratio between the yields of decomposition products changes: the yield of liquid and solid residues decreases, and the yield of gases increases (Figure 1) [47]. Duan et al [50] found that with increasing heating temperature, total gas and CH4 yields gradually increases.…”

“…According to Bogdashov et al [47], Krapivnitckaia et al [48] and Cunico [49] pyrolysis is thermochemical decomposition process of organic compounds obtained by heating in oxygen absence. By Bogdashov et al [47] the yield of solid, liquid and gaseous substances depends on the chemical composition of the feedstock and the physicochemical conditions of the reaction, e.g. temperature, pressure, degree of oxygen presence, etc.…”

“…And by Cunico [49] the pyrolysis product yield can be influenced by temperature, heating rate, material size and shape, and residence time in the reactor. Peat pyrolysis products are: pyrolysis gas, oily fraction and carbon residue [47]. The products of peat (and biomass in common) pyrolysis are: a gaseous fraction (contains H2, H2O, CO, CO2, HCs (CH4, C2H4, C3H6)); a liquid oil fraction (contains H2O, tar and OCs with low molecular weight, e.g.…”

“…One of the most promising from an ecological point of view processes is microwave pyrolysis, where microwave energy is converted into heat in materials with low thermal conductivity was described in Bogdashov et al [47] and Krapivnitckaia et al [48] studies. The advantage of this method is that it is possible to quickly adjust the reaction rate and the composition of the products, while the traditional pyrolytic reactor with surface heating of peat requires a long reaction time and does not provide heating uniformity.…”

“…There is a possibility of creating a closed power cycle of the device and its autonomous operation. According to Bogdashov et al [47] the use of microwave heating has great potential for further use in pyrolysis reactions. As a result of chemical analysis of the composition of gases released during microwave pyrolysis, it was found that they do not contain heavy toxic gases that are present after traditional thermal pyrolysis.…”