Физико-химическое исследование закономерностей процесса пиролиза торфа в присутствии природных и искусственных алюмосиликатных материалов

• Автор: Алферов, Вячеслав Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Конверсия химических соединений органического вещества торфа

1.2 Способы термической переработки торфа

1.2.1 Полукоксование твердых топлив

1.2.2. Коксование твердых топлив

1.2.3. Газификация в кипящем слое

1.2.4 Термическое разложение в токе перегретого пара

1.2.5 Термический распад в органических средах

1.2.6 Пиролиз

1.3 Катализ в процессах термической переработки торфа
1.3.1 Обоснование использования каталитических систем в процессах термической переработки торфа
1.3.2 Превращение углеводородов на оксидных катализаторах
1.3.3 Превращения углеводородов на кислотных катализаторах
1.3.4 Превращение углеводородов на цеолитсодержащих катализаторах
1.4 Требования к физикохимическим свойствам получаемого топлива
1.4.1 Характеристика теплотворной способности и технологичности компонентов горючих газовых смесей
1.4.2 Экологические требования к составу получаемых газовых смесей
1.4.3. Некоторые аспекты снижения содержания диоксида углерода в получаемых газовых смесях
2. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И
АНАЛИЗОВ
2.1 Сырье и вспомогательные материалы
2.1.1 Характеристика и общетехнические свойства торфа
2.1.2 Природные алюмосиликатные материалы
2.1.2.1 Бентонитовая глина
2.1.2.2 Каолин
2.1.2.3 Кембрийская глина
2.1.2.4 Глинистый мергель
2.2 Методика проведения пиролиза
2.3 Анализ газообразных продуктов
2.3.1 Хроматографический анализатор концентраций газообразных углеводородов в газовых средах
2.3.2 Анализатор низшей объемной удельной теплоты сгорания газовых сред
2.3.3. Анализатор объемной концентрации водорода в газовых средах
2.3.4. Анализ объемной концентрации воздуха, окиси углерода и метана
2.3.5. Анализ объемной концентрации двуокиси углерода 2.4. Методики обработки результатов анализа газообразных продуктов
2.5 Определение массовых валовых содержаний химических элементов
2.6 Определение площади поверхности образцов алюмосиликатов
2.7 Седиментационный анализ размеров частиц алюмосиликатов
2.8 Определение кислотных центров природных и искусственных алюмосиликатных материалов
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Исследование строения алюмосиликатных материалов
3.2 Седиментационный анализ размеров частиц алюмосиликатов
3.3 Изучение кислотных центров природных и искусственных
алюмосиликатных материалов
3.4 Кинетические исследования процесса термодеструкции
3.4.1 Влияние вида алюмосиликатных материалов на процесс пиролиза торфа
3.4.2 Влияние концентрации бентонитовой глины на процесс пиролиза торфа
3.4.3 Влияние температуры на процесс пиролиза торфа в присутствии бентонитовой глины
3.4.4 Влияние влажности на процесс пиролиза торфа
3.4.5 Влияние теплопроводности алюмосиликатных материалов на процесс пиролиза торфа
3.5 Обсуждение результатов 5 4. КИНЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА
4.1 Определение порядка и кинетических параметров реакции
пиролиза
4.2 Определение кажущейся энергии активации
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Содержание лигнина в торфе колеблется от 1,8 до . Наблюдается общая закономерность увеличения содержания лигнина от верхового к низинному и от мохового к древесному торфу. В эту группу соединений входят также вещества типа кутина и суберина 5. Гуминовые вещества, извлекаемые из торфа раствором щелочи. На долю гуминовых веществ приходится от до органической части торфа. При компонентном анализе торфа гуминовые вещества разделяются на гуминовые и фульвовые кислоты. К первым относят соединения, выпадающие в осадок из щелочной вытяжки при подкислении соляной кислотой, ко вторым остающиеся в кислом растворе. В общем виде гуминовые кислоты можно представить как гетерополиконденсаты, основные структурные единицы которых представляют соединения, имеющие смешанные функции. Это главным образом метоксилсодержащие ароматические оксикарбоновые кислоты с конденсированными ядрами, включающими кислород, азот и серосодержащие гетероциклы и несущими боковые цепи и функциональные группы в ядре и боковых цепях. Содержание собственно гуминовых кислот торфа меняется от 3,8 до ,8 , фульвокислот от ,3 до ,6 6, . В табл. Таблица 2. Битумы 3,3. Водорастворимые и легкогидролизуемые . Лигнин 4. Гуминовые кислоты . Фульвовые кислоты 5. Вследствие чрезвычайной сложности состава торфа, как и вообще твердых горючих ископаемых, трудно конкретизировать явления, происходящие при их нагревании. В этом случае, как это было уже использовано в других областях, процесс термического разложения сложной смеси может быть рассмотрен на примере поведения ее отдельных характерных составляющих. Выше уже говорилось, что таковыми для торфа являются битумы, водорастворимые и легкогидролизуемые, гуминовые кислоты, лигнин, целлюлоза. Битумы. Характерной особенностью термического разложения битумов является наименьший выход твердых продуктов 4, 5, и наибольший жидких и более. Причиной этого является преобладание в составе битумов соединений, богатых водородом 4. Повышенное количество смолы в битумах обусловливает увеличение доли твердого остатка вследствие наличия в ней соединений типа абиетиновой кислоты, бизабалола и ароматических эфиров, которые при нагревании отщепляют газообразные продукты и дают осколки, склонные к реакциям полимеризации напротив, чем меньше в битумах смолистых веществ, тем больше из них выход дегтя и газа. Последнее объясняется тем, что воск образует при сухой перегонке как низкомолекулярные алифатические углеводороды с температурой кипения, отвечающей границам кипения бензина, так и более высококипящие продукты. Исследование термического разложения составных частей торфа при разных температурах нагрева дало нижеследующее описание последовательности процессов, протекающих при сухой перегонке битумов 5. С появляются первые буроокрашенные капли легкоподвижного дегтя, которые при 5 С заменяются лимонножелтыми веществами продуктами дистилляции воска 3. Интервал 5. С характеризуется наличием максимума образования пирогенетической воды и началом отщепления газообразных непредельных соединений. В температурном промежутке 0. С наблюдается максимальный, выход дегтя до от общего количества, полученного до 0 С. Газ во всех интервалах состоит преимущественно из оксидов углерода. Содержание С постепенно падает, но до конца он занимает преобладающую долю 5. Битумы при термическом разложении дают относительно других составных частей торфа малые тепловые эффекты 6,. Гуминовые кислоты. Литература по термическому разложению гуминовых кислот достаточно обширна и в некоторой своей части противоречива ,,. Они неустойчивы к термическому воздействию и по данным , уже при 0С, разлагаются, с выделением воды и углекислого газа. Наиболее энергичное газовыделение наблюдается в интервале температур 5. С, причем до 0С образуется главным образом углекислый газ 5, . Кривые распада гуминовых кислот торфа имеют пиковый характер и объясняют это разнообразием в строении компонентов, входящих в состав гуминовых кислот и способных распадаться в различных температурных интервалах, или ступенчатостью распада молекул этих кислот.