AGRIS - 

2022

Исламова, Светлана Ивановна | Добрынин, Алексей Борисович

The paper presents for the first time an experimental study of the processing of sunflower husk pellets by oxidative torrefaction inside a kaolin chamotte layer. The process temperature was 280 °C, which contributed to significant changes in the chemical composition, thermal properties and morphology of plant biomass. Kaolin chamotte was used to limit the supply of oxygen to sunflower husk and suppress oxidation reactions and didn’t have a catalytic effect on the biomass destruction process. Torrefaction time and layer height of kaolin chamotte varied in the range of 30-60 min and 3-5 cm, respectively. As a result of oxidative torrefaction, a decrease in the amount of volatiles in sunflower husk was obtained, as well as an increase in ash content and fixed carbon. Comparison of the atomic ratios H/C and O/C before and after torrefaction showed that the elemental composition of sunflower husk shifted toward peat. The maximum value of the heat of combustion (22 MJ/kg) was obtained for the sample torrefied at 60 min and 4 cm. The diffusion mode of torrefaction was carried out at the investigated temperature, and the process time had the greatest influence on the change in the mass yield. It was found that during oxidative torrefaction kaolin chamotte effectively reduced the diffusion of oxygen into the biomass and suppressed the oxidation reactions. The obtained torrefied sunflower husk were characterized by improved fuel properties, which can positively affect the speed and efficiency of their subsequent thermochemical conversion. | В работе впервые представлено экспериментальное исследование переработки гранулированной подсолнечной лузги методом окислительной торрефикации внутри слоя каолинового шамота. Температура процесса составляла 280 °С, что способствовало существенным изменениям химического состава, теплотехнических свойств и морфологии растительной биомассы. Каолиновый шамот использовался для ограничения поступления кислорода к гранулам подсолнечной лузги и подавления реакций окисления и не оказывал каталитического действия на процесс деструкции биомассы. Время торрефикации и высота слоя каолинового шамота варьировались в диапазоне 30–60 мин и 3–5 см соответственно. В результате окислительной торрефикации получено уменьшение количества летучих веществ в образцах подсолнечной лузги, а также увеличение зольности и фиксированного углерода. Сравнение атомных соотношений H/C и O/C до и после торрефикации показало, что элементный состав подсолнечной лузги переместился в сторону торфа. Максимальное значение теплоты сгорания (22 МДж/кг) получено для образца, торрефицированного при времени 60 мин и высоте каолинового слоя 4 см. При исследуемой температуре осуществлялся диффузионный режим торрефикации, и наибольшее влияние на изменение массового выхода оказывало время процесса. Выявлено, что в процессе окислительной торрефикации каолиновый шамот эффективно уменьшал диффузию кислорода в биомассу и подавлял реакции окисления. Полученная торрефицированная подсолнечная лузга характеризовалась улучшенными топливными свойствами, что может положительно повлиять на скорость и эффективность ее последующей термохимической конверсии.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2020

Астафьев, Александр Владимирович | Гайдабрус, Мария Андреевна | Ибраева, Канипа Талгатовна | Табакаев, Роман Борисович | Языков, Николай Алексеевич | Заворин, Александр Сергеевич

Цель работы – изучение теплотехнических характеристик отрубей и продуктов их пиролитической переработки для оценки возможности использования в качестве топлива.В качестве методов исследования в работе использованы эксперименты для определения выхода продуктов пиролиза и их характеристик, а также дифференциально-термический анализ. Теплотехнические характеристики исходного сырья и продуктов его переработки определены с помощью методик ГОСТ Р 56881-2016, ГОСТ Р 52911-2008, ГОСТ Р 55660-2013 и бомбового калориметра АБК-1 (РЭТ, Россия). Элементный состав исходного сырья определен на анализаторе Vario Micro Cube (Elementar, Германия).В результате работы установлено, что пшеничные отруби обладают высокой для биомассы теплотой сгорания (16.6 МДж/кг) и высоким выходом летучих веществ (81%). Зольность исходного сырья составила 6.9%, при температуре 725 °C и выше зольный остаток имеет спекшийся характер, что говорит о шлакующей способности. С помощью дифференциально-термического анализа установлено, что активная стадия разложения отрубей протекает в температурном интервале 225–500 °C. Результаты определения материального баланса показали, что преимущественным выходом из исходного сырья обладает углеродистый остаток (43%), доля пирогенетической воды составляет 29%, что связано с протеканием в сырье во время нагрева экзотермических реакций, смолы – 12%, газа – 16%. В составе пиролизного газа до температуры нагрева 350 °C преобладают CO2 и CO, что связано с разложением основных компонентов в составе отрубей – целлюлозы и гемицеллюлозы. Концентрация метана начинает увеличиваться после 350 °C и достигает максимума при 450 °C, при этих температурах происходит разложение термически более стойкого лигнина. Максимальная теплота сгорания газа соответствовала пику концентрации метана и составила 9.3 МДж/м3. | 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.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2019

Астафьев, Александр Владимирович | Табакаев, Роман Борисович | Мусафиров, Диас Ерланович | Заворин, Александр Сергеевич | Дубинин, Юрий Владимирович | Языков, Николай Алексеевич | Яковлев, Вадим Анатольевич

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%. | Цель работы – исследование пиролиза соломы в различных режимах, определение тепловых эффектов процесса и оценка возможности термической переработки соломы в автотермическом режиме.В качестве методов исследования в работе использованы физический эксперимент и дифференциально-термический анализ. Теплотехнические характеристики исходного сырья определены с помощью методик ГОСТ Р 55661-2013 и ГОСТ Р 55660-2013 и бомбового калориметра; теплофизические характеристики – на анализаторе температуропроводности Discovery Laser Flash DLF-1200.Астафьев Александр Владимирович – аспирант инженерной школы энергетики, e-mail: ava31@tpu.ruТабакаев Роман Борисович – кандидат технических наук, научный сотрудник НОЦ И.Н. Бутакова инженерной школы энергетики, e-mail: TabakaevRB@tpu.ruМусафиров Диас Ерланович – студент инженерной школы энергетики, e-mail: dme11@tpu.ruОкончание на С. 288.В результате работы установлено, что тепловые эффекты возникают в соломе после нагрева до 200 °C. Первые проявления экзотермических реакций наблюдаются при нагреве реактора до 303 °C, в этом случае температура соломы достигает 308.8 °C. С помощью дифференциально-термического анализа установлен температурный диапазон тепловыделения – от 235 до 575 °C и сделана оценка значения теплового эффекта, которое составило 1475 кДж/кг. Для этого диапазона рассчитаны тепловые затраты на организацию пиролиза в автотермическом режиме и суммарный тепловой эффект процесса. Результаты расчета показали, что максимальный тепловой эффект (398.9 кДж/кг) можно получить при температуре пиролиза, равной 460 °C. Для этих условий проведена оценка влияния исходной влажности соломы на автотермичность процесса пиролиза и установлено, что при влажности исходного сырья менее 30.5% процесс может быть организован за счет собственных тепловых эффектов.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2017

Usoltseva, M. V. | Titova, L. A.

The species structure and seasonal dynamics of the phytoplankton of the dam area of the Boguchany Reservoir were studied in the first years of operation of the hydroelectric power station in 2016-2017. Two peaks of algal bloom are noted in spring and summer. Mass species were: diatom Stephanodiscus minutulus and dinophyte Gymnodinium baicalense in spring; diatoms Asterionella formosa and Fragilaria crotonensis, blue-green Dolichospermum lemmermannii, D. flosaquae, D. flosaquae f. spiroides and Aphanizomenon flosaquae; green Sphaerocystis planctonica and dinophyte Ceratium hirundinella in summer; diatoms F. crotonensis and A. formosa, cryptophytic Rhodomonas pusilla and Cryptomonas ovata in autumn. The cryptophyte R. pusilla and the Cryptomonas species were dominated under the ice. The maximum number of phytoplankton (9 million cells in liter) was recorded in the spring. According to the indixes of saprobity, the purity of water corresponded to II-III quality classes (pure and moderately polluted water). | Исследована видовая структура и сезонная динамика фитопланктона приплотинного участка Богучанского водохранилища в первые годы работы ГЭС в 2016–2017 гг. Отмечено 2 пика цветения водорослей – весной и летом. Массовыми видами были: весной – диатомовая Stephanodiscus minutulus и динофитовая Gymnodinium baicalense; летом – диатомовые Asterionella formosa и Fragilaria crotonensis, синезеленые Dolichospermum lemmermannii, D. flosaquae, D. flosaquae f. spiroides и Aphanizomenon flosaquae; зеленая Sphaerocystis planctonica и динофитовая Ceratium hirundinella; осенью – диатомовые F. crotonensis и A. formosa, криптофитовые Rhodomonas pusilla и Cryptomonas ovata. В подледный период доминировали криптофитовые R. pusilla и виды Cryptomonas. Максимальная численность фитопланктона (9 млн кл./л.) отмечена весной. Согласно индексам сапробности, чистота воды соответствовала II–III классам качества (воды чистые и умеренно загрязненные).

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2016

Ioelovich

В данной работе были проанализированы различные методы расчета высшей (Q) и низшей (q) теплоты сгорания для биополимеров растений (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлозы, крахмал, пектин, белки) и некоторых других компонентов биомассы (смоляные кислоты, липиды и др.). Результаты исследований показали, что расчеты с использованием Еq-параметра (т.е. энергии сгорания, приходящейся на 1 г О2) дают отклонение от экспериментальных значений около 4% для Q и более чем 7% для q. В случае расчетов, основанных на вкладе структурных групп полимеров, отклонение составляет в среднем 3%. Самое низкое отклонение от экспериментальных данных, около 0,5% для Q и менее 1% для q, было получено с использованием усовершенствованного способа расчета, который основан на определении элементного состава биополимеров и других компонентов биомассы. Расчеты теплот сгорания для образцов биомассы с помощью предлагаемого усовершенствованного метода были очень близки к экспериментальным значениям теплотворной способности. Было установлено, что наиболее предпочтительным способом утилизации отходов является сжигание гранул, состоящих из отходов растительной биомассы и полиолефинов, поскольку такой способ сжигания обеспечивает более высокую теплотворную способность и повышенную плотность тепловой энергии, чем отдельное сжигание лишь биомассы, и сопровождается меньшим количеством углекислого газа по сравнению с отдельным сжиганием лишь отходов полиолефинов. | In this paper, various methods for calculating the higher (Q) and lower (q) calorific values for plant biopolymers (lignin, cellulose, hemicellulose, starch, pectin, proteins) and some other components of biomass (resin acids, lipids, ). The results of the studies showed that calculations using the Eq parameter (i.e., the combustion energy per 1 g of O2) give a deviation from the experimental values of about 4% for Q and more than 7% for q. In the case of calculations based on the contribution of structural groups of polymers, the deviation is on average 3%. The lowest deviation from the experimental data, about 0,5% for Q and less than 1% for q, was obtained using an improved calculation method that is based on determining the elemental composition of biopolymers and other biomass components. Calculations of the calorific values for biomass samples using the proposed improved method were very close to the experimental values of the calorific value. It has been found that the most preferred method of waste disposal is the burning of pellets, their waste plant biomass and polyolefins, since this combustion method provides more high calorific value and increased thermal energy density than a single combustion of only biomass and is accompanied by a smaller amount Carbon dioxide in comparison with the separate burning of only waste polyolefins.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2016

Ioelovich

In this paper, various methods for calculating the higher (Q) and lower (q) calorific values for plant biopolymers (lignin, cellulose, hemicellulose, starch, pectin, proteins) and some other components of biomass (resin acids, lipids, ). The results of the studies showed that calculations using the Eq parameter (i.e., the combustion energy per 1 g of O2) give a deviation from the experimental values of about 4% for Q and more than 7% for q. In the case of calculations based on the contribution of structural groups of polymers, the deviation is on average 3%. The lowest deviation from the experimental data, about 0,5% for Q and less than 1% for q, was obtained using an improved calculation method that is based on determining the elemental composition of biopolymers and other biomass components. Calculations of the calorific values for biomass samples using the proposed improved method were very close to the experimental values of the calorific value. It has been found that the most preferred method of waste disposal is the burning of pellets, their waste plant biomass and polyolefins, since this combustion method provides more high calorific value and increased thermal energy density than a single combustion of only biomass and is accompanied by a smaller amount Carbon dioxide in comparison with the separate burning of only waste polyolefins. | В данной работе были проанализированы различные методы расчета высшей (Q) и низшей (q) теплоты сгорания для биополимеров растений (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлозы, крахмал, пектин, белки) и некоторых других компонентов биомассы (смоляные кислоты, липиды и др.). Результаты исследований показали, что расчеты с использованием Еq-параметра (т.е. энергии сгорания, приходящейся на 1 г О2) дают отклонение от экспериментальных значений около 4% для Q и более чем 7% для q. В случае расчетов, основанных на вкладе структурных групп полимеров, отклонение составляет в среднем 3%. Самое низкое отклонение от экспериментальных данных, около 0,5% для Q и менее 1% для q, было получено с использованием усовершенствованного способа расчета, который основан на определении элементного состава биополимеров и других компонентов биомассы. Расчеты теплот сгорания для образцов биомассы с помощью предлагаемого усовершенствованного метода были очень близки к экспериментальным значениям теплотворной способности. Было установлено, что наиболее предпочтительным способом утилизации отходов является сжигание гранул, состоящих из отходов растительной биомассы и полиолефинов, поскольку такой способ сжигания обеспечивает более высокую теплотворную способность и повышенную плотность тепловой энергии, чем отдельное сжигание лишь биомассы, и сопровождается меньшим количеством углекислого газа по сравнению с отдельным сжиганием лишь отходов полиолефинов.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation