energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2026-69-4-342-355energy-2579Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGРасчетно-экспериментальное исследование сорбции углекислого газа с применением доломитаComputational and Experimental Study of Carbon Dioxide Sorption Using DolomiteВасилевичС. В.VasilevichS. V.

Адрес для переписки:Василевич Сергей ВладимировичБелорусская государственная академия авиацииул. Уборевича, 77,220096, г. Минск, Республика БеларусьТел.: +375 17 249-97-65svasilevich@yandex.ru

Address for correspondence:Vasilevich Siarhei V.BelаrusianState Academy of Aviation77, Uborevich str.,220096, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 17 249-97-65svasilevich@yandex.ru

svasilevich@yandex.ruСтойкоС. О.StoikoS. O.

г. Минск

Minsk, Republic of Belarus

КадирбековаК. К.KadirbekovaK. K.

г. Ташкент

Tashkent, Republic of Uzbekistan

Белорусская государственная академия авиацииБеларусьBelarusian State Academy of AviationBelarusТашкентский государственный транспортный университетУзбекистанTashkent State Transport UniversityUzbekistan202613082026694342355Copyright © Василевич С.В., Стойко С.О., Кадирбекова К.К., 20262026Василевич С.В., Стойко С.О., Кадирбекова К.К.Vasilevich S.V., Stoiko S.O., Kadirbekova K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2579

На сегодняшний день в промышленно развитых странах продолжают совершенствовать такие направления переработки биомассы, как пиролиз, газификация, ожижение. Среди современных технологий энергетического использования растительной биомассы наиболее универсальной, эффективной и дешевой является термохимическая конверсия методом пиролиза. Актуальное направление развития энергетики Республики Беларусь – широкое использование древесного биотоплива, а наиболее перспективное – бескислородная термохимическая конверсия биомассы. Разработка и внедрение нового энергоэффективного оборудования термохимической конверсии древесной биомассы позволят снизить энергетическую зависимость, а также уменьшить негативное влияние энергетической отрасли на окружающую среду. Использование в количестве, не превышающем ее ежегодный прирост, нейтрально в отношении выбросов диоксида углерода в атмосферу, что способствует снижению выбросов этого парникового газа, а следовательно, соответствует решению предотвращения экологической катастрофы на планете. Пиролиз позволяет получать качественное, экологически безопасное твердое, жидкое и газообразное топливо практически из любого сырья, содержащего органические углеводородные компоненты. Один из существенных недостатков процесса термохимической конверсии биомассы – образование большого количества диоксида углерода, составляющего при определенных условиях до 50 % объема получаемого газа. Следствие этого – невысокая теплотворная способность продуктов термохимической конверсии, что существенно снижает эффективность данного процесса. С точки зрения баланса CO2 в природе, биомасса является нейтральным топливом, однако для увеличения удельной теплоты сгорания топливных газов необходима их очистка от CO2. Кроме увеличения теплоты сгорания, удаление CO2 приводит к снижению затрат на транспортировку и предохраняет трубопроводы от коррозии. Полная очистка топливных газов от CO2 способна значительно повысить их теплотворную способность.

Nowadays, such areas of biomass processing as pyrolysis, gasification, and liquefaction continue to be improved in industrialized countries. Among modern technologies for the energy use of plant biomass, thermochemical conversion by pyrolysis is the most versatile, efficient, and cost-effective. A promising area for the development of the energy sector in the Republic of Belarus is the widespread use of wood biofuels, while the most promising one is oxygen-free thermochemical conversion of biomass. The development and implementation of new energyefficient equipment for the thermochemical conversion of wood biomass will provide a reduction of energy dependence and mitigate of the negative impact of the country's energy sector on the environment. The use of it in an amount not exceeding its annual increase is neutral with respect to carbon dioxide emissions into the atmosphere, which contributes to reducing emissions of this greenhouse gas, and therefore corresponds to the solution of preventing an environmental catastrophe on the planet. Pyrolysis makes it possible to obtain high-quality, environmentally friendly solid, liquid and gaseous fuels from almost any raw material containing organic hydrocarbon components. One of the significant disadvantages of the thermochemical conversion of biomass is the formation of large amount of carbon dioxide, which under certain conditions can account for up to 50 % of the volume of the gas being obtained. This results in a low calorific value of the thermochemical conversion products, significantly reducing the efficiency of the process. Biomass is a neutral fuel in terms of the CO2 balance in nature. However, to increase the specific heat of combustion of fuel gases, CO2 removal is necessary. In addition to increasing the heat of combustion, CO2 removal reduces transportation costs and protects pipelines from corrosion. Complete CO2 removal from fuel gases can significantly increase their calorific value.

биомассадоломитпиролизуглекислый газкарбонизациякинетикамеханизм реакцииэнергия активациипредэкспонентаbiomassdolomitepyrolysiscarbon dioxidecarbonizationkineticsreaction mechanismactivation energypre-exponential factorReferencesКосивцов, Ю. Ю. Современные каталитические методы получения энергии из возобновляемого сырья и органических отходов / Ю. Ю. Косивцов, Э. М. Сульман // Катализ в промышленности. 2006. № 2. С. 49–56.Kosivtsov Yu. Yu., Sulman E. M. (2006) Modern Catalytic Methods for Obtaining Energy from Renewable Raw Materials and Organic Waste. Kataliz v promyshlennosti = Catalysis in industry, (2), 49–56 (in Russian).Bridgwater, A. V. Review of fast pyrolysis and product upgrading / A. V. Bridgwater // Biomass and bioenergy. 2012. Vol. 38. P. 68–94. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.048Bridgwater A. V. (2012) Review of Fast Pyrolysis and Product Upgrading. Biomass and Bioenergy, 38, 68–94. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.01.048Поглощение CO2: традиционные подходы и современные методы, основанные на использовании ионных жидкостей / Е. И. Привалова, П. Мяки-Арвела, Д. Ю. Мурзин, Ю.-П. Миккола // Успехи химии. 2012. Т. 81, № 5. С. 435–457.Privalova E., Mäki-Arvela P., Murzin, D. Y., Mikkhola J. P. (2012) Capturing CO2: Conventional versus Ionic-Liquid Based Technologies. Russian Chemical Reviews, 81 (5), 435–457. https://doi.org/10.1070/rc2012v081n05abeh004288Stendardo, S. Carbon Dioxide Capture with Dolomite: a Model for Gas-Solid Reaction Within the Grains of a Particulate Sorbent / S. Stendardo, P. U. Foscolo // Chemical Engineering Science. 2009. Vol. 64, No 10. P. 2343–2352. https://doi.org/10.1016/j.ces.2009.02.009Stendardo S., Foscolo P. U. (2009) Carbon Dioxide Capture with Dolomite: A Model for Gas–Solid Reaction within the Grains of a Particulate Sorbent. Chemical Engineering Science, 64 (10), 2343–2352. https://doi.org/10.1016/j.ces.2009.02.009Hot gas Cleaning and Upgrading with a Calcined Dolomite Located Downstream A Biomass Fluidized Bed Gasifier Operating with Steam-Oxygen Mixtures / P. Pérez, P. M. Aznar, M. A. Caballero [et al.] // Energy and Fuels. 1997. Vol. 11, № 6. P. 1194–1197. https://doi.org/10.1021/ef970046mPérez P., Aznar P., Caballero M.A., Gil J., Martín J.A., Corella J. (1997) Hot Gas Cleaning and Upgrading with a Calcined Dolomite Located Downstream a Biomass Fluidized Bed Gasifier Operating with Steam-Oxygen Mixtures. Energy & Fuels, 11 (6), 1194–1203. https://doi.org/10.1021/ef970046mCatalytic hot Gas Cleaning of Gasification Gas / P. Simell, E. Kurkela, P. Ståhlberg, J. Hepola // Catalysis Today. 1996. Vol. 27, No 1–2. P. 55–62. https://doi.org/10.1016/0920-5861(95)00172-7Simell P., Kurkela E., Ståhlberg P., Hepola J. (1996) Catalytic Hot Gas Cleaning of Gasification Gas. Catalysis Today, 27(1–2), 55–62. https://doi.org/10.1016/0920-5861(95)00172-7Orio, A. Performance of Different Dolomites on Hot Raw Gas Cleaning from Biomass Gasification with Air / A. Orio, J. Corella, I. Narvaez // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1996. Vol 36, Iss. 9. P. 3800–3808. https://doi.org/10.1021/ie960810cOrío A., Corella J., Narváez I. (1997) Performance of Different Dolomites on Hot Raw Gas Cleaning from Biomass Gasification with Air. Industrial & Engineering Chemistry Research, 36 (9), 3800–3808. https://doi.org/10.1021/ie960810cBiomass gasification: Produced Gas Upgrading by In-Bed Use of Dolomit / A. Olivares, M. P. Aznar, M. A. Caballero [et al.] // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1997. Vol. 36, No 12. P. 5220–5226. https://doi.org/10.1021/ie9703797Olivares A., Aznar M. P., Caballero M. A., Gil J., Francés E., Corella J. (1997). Biomass Gasification: Produced Gas Upgrading by In-Bed Use of Dolomite. Industrial & Engineering Chemistry Research, 36 (12), 5220–5226. https://doi.org/10.1021/ie9703797Preparation and Characterization of Malaysian Dolomites as a Tar Cracking Catalyst in Biomass Gasification Process / M. A. A. Mohammed, I. A. Salmiaton, I. W. A. K. Wan Azlina [et al.] // Journal of Energy. 2013. Vol. 2013. Art. ID 791582. https://doi.org/10.1155/2013/791582Mohammed M. A. A., Salmiaton A., Wan Azlina W. A. K. G., Mohamad Amran M. S., Taufiq-Yap Y. H. (2013) Preparation and Characterization of Malaysian Dolomites as a Tar Cracking Catalyst in Biomass Gasification Process. Journal of Energy, 2013, 791582. https://doi.org/10.1155/2013/791582Steam gasification of apricot stones with olivine and dolomite as downstream catalysts / Z. Hu, S. Xu, S. Li [et al.] // Fuel Processing Technology. 2006. Vol. 87, No 5. P. 375–382. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2005.07.008Hu G., Xu S., Li S., Xiao C., Liu S. (2006) Steam Gasification of Apricot Stones with Olivine and Dolomite as Downstream Catalysts. Fuel Processing Technology, 87 (5), 375–382. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2005.07.008Effects of Chinese Dolomites on tar Cracking in Gasification of Birch / Q. Z. Yu, C. Brage, T. Nordgreen, K. Sjostrom // Fuel. 2009. Vol. 88, No 10. P. 1922–1926. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.04.020Yu Q.-Z., Brage C., Nordgreen T., Sjöström K. (2009). Effects of Chinese Dolomites on Tar Cracking in Gasification of Birch. Fuel, 88 (10), 1922–1926. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.04.020Добрего, К. В. Макрокинетические модели термического разложения доломита для расчета сорбционных систем газогенераторов / К. В. Добрего // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2015. № 5. С. 51–59.Dobrego K. V. (2015) Dolomite Thermal-Decomposition Microkinetic Models for Evaluation of the Gasgenerators Sorbent Systems. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (5), 51–59 (in Russian).Catalytic Tar Decomposition of biomass Pyrolysis Gas with a combination of Dolomite and Silica / C. Myren, C. Hornell, E. Bjornbom, K. Sjoström // Biomass and Bioenergy. 2002. Vol. 23, No 3. P. 217–237. https://doi.org/10.1016/s0961-9534(02)00049-1Myrén C., Hörnell C., Björnbom E., Sjöström K. (2002) Catalytic Tar Decomposition of Biomass Pyrolysis Gas with a Combination of Dolomite and Silica. Biomass and Bioenergy, 23 (3), 217–227. https://doi.org/10.1016/S0961-9534(02)00049-1Han, J. The Reduction and Control Technology of Tar During Biomass Gasification / Pyrolysis: an Overview / J. Han, H. Kim // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2008. Vol. 12, No 2. P. 397–416. https://doi.org/10.1016/j.rser.2006.07.015Han J., Kim H. (2008) The Reduction and Control Technology of Tar During Biomass Gasification/Pyrolysis: An Overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12 (2), 397–416. https://doi.org/10.1016/j.rser.2006.07.015Ковалевич, А. И. Лесные ресурсы как возобновляемый энергетический потенциал Беларуси / А. И. Ковалевич // Возобновляемые источники энергии: потенциал, достижения, перспективы: материалы Междунар. семинара экспертов (Минск, 22–24 февр. 2011 г.) / под ред. А. А. Михалевича. Минск: Беларуская навука, 2011. С. 101–114.Kovalevich A. I. (2011) Forest Resources as a Renewable Energy Potential of Belarus. Renewable Energy Sources: potential, achievements, prospects: Proceedings of the International Expert Seminar (Minsk, Belarus, February 22–24, 2011). Minsk, Bielarukaya navuka Publ., 101–114 (in Russian).Полезные ископаемые Беларуси: к 75-летию БелНИГРИ / редкол.: П. З. Хомич [и др.]. Минск: Адукацыя і выхаванне, 2002. С. 395–398.Gudak S. P., Sinichkina A. M., Khomich P. Z. (eds.) (2002) Minerals of Belarus. Minsk, Adukatsyya i vykhavanne Publ., 395–398 (in Russian).Горная энциклопедия / под ред. Е. А. Козловского. М.: Сов. энцикл., 1984. Т. 1. С. 172.Kozlovsky E. A. (ed.). (1984) Mining Encyclopedia. Vol. 1. Moscow, Sovetskaya entsiklopediya Publ. 172 (in Russian).Сорбент на основе природного доломита для извлечения радионуклидов кобальта / А. И. Ратько, А. И. Иванец, И. О. Сахар [и др.] // Радиохимия. 2011. Т. 53, № 6. С. 534–537.Rat’ko A. I., Ivanets A. I., Sakhar I. O., Davydov D. Yu., Toropova V. V., Radkevich A. V. (2011) A Sorbent Based on Natural Dolomite for Recovery of Cobalt Radionuclides. Radiochemistry, 53 (6), 633–637. https://doi.org/10.1134/S1066362211060105McIntosh, R. M. The thermal decomposition of dolomite / R. M. McIntosh, J. H. Sharp, F. W. Wilburn. Thermochimica Acta. 1990. Vol. 165, No 2. P. 281–296. https://doi.org/10.1016/0040-6031(90)80228-qMcIntosh R. M., Sharp J. H., Wilburn F. W. (1990) The Thermal Decomposition of Dolomite. Thermochimica Acta, 165 (2), 281–296. https://doi.org/10.1016/0040-6031(90)80228-QБелоусов, М. В. Обоснование технологии силикотермического получения магния из уральского доломитового сырья: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.16.02 / М. В. Белоусов; Уральский федеральный университет имени Б. Н. Ельцина. Екатеринбург, 2013. 24 c.Belousov M. V. (2013) Justification of the Technology of Silicothermic Production of Magnesium from Ural Dolomite Raw Materials [dissertation abstract]. Ekaterinburg, Ural Federal University named after B. N. Yeltsin. 24 (in Russian).Beruto, D. T. Solid Products and Rate-Limiting Step in the Thermal Half Decomposition of Natural Dolomite in CO2(g) Atmosphere / D. T. Beruto, R. Vecchiattini, M. Giordani // Thermochimica Acta. 2003. Vol. 405. Р. 183–194. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(03)00190-4Beruto D. T., Vecchiattini R., Giordani M. (2003). Solid Products and Rate-Limiting Step in the Thermal Half Decomposition of Natural Dolomite in a CO2(g) Atmosphere. Thermochimica Acta, 405 (2), 183–194. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(03)00190-4Vyazovkin, S. Model-Free and Model-Fitting Approaches to Kinetic Analysis of Isothermal and Nonisothermal Data / S. Vyazovkin, C. A. Wight // Thermochimica Acta. 1999. Vol. 340–341. P. 53–68. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(99)00253-1Vyazovkin S., Wight C.A. (1999). Model-Free and Model-Fitting Approaches to Kinetic Analysis of Isothermal and Nonisothermal data. Thermochimica Acta, 340–341, 53–68. https://doi.org/10.1016/s0040-6031(99)00253-1Han, Yu. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics: Theses and Dissertations / Yu. Han. Lexington. Kentuki. USA, 2014. URL: https://uknowledge.uky.edu/me_etds/35/Han Yu. (2014) Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics. Theses and Dissertations. Lexington. Kentuki. USA. Available at: https://uknowledge.uky.edu/me_etds/35/Ebrahimi-Kahrizsangi, R. Evaluation of Realibity of Coats-Redfern Method for Kinetic Analysis of Non-Isothermal TGA / R. Ebrahimi-Kahrizsangi, M. H. Abbasi // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008. Vol. 18. P. 217–221. https://doi.org/10.1016/s1003-6326(08)60039-4Ebrahimi-Kahrizsangi R., Abbasi M. H. (2008) Evaluation of Reliability of Coats-Redfern Method for Kinetic Analysis of Non-Isothermal TGA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 18 (1), 217–221. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(08)60039-4Экспериментальное исследование кинетики термического разложения белорусских доломитов / М. В. Малько, С. В. Василевич, В. Н. Богач, Д. В. Дегтеров // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2015. № 1. С. 95–101.Malko M. V., Vasilevich S. V., Degterov D. V., Bohach V. N. (2015). Experimental Study of the Kinetics of Thermal Decomposition of Belarusian Dolomites. Vestsi Natsyyanal’nai Akademii Navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, (1), 95–101 (in Russian).Kinetic study of the Thermal Decomposition of Calcium Carbonate by Isothermal Methods of Analysis / I. Halikia, L. Zoumpoulakis, E. Christodoulou, D. Prattis // European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection. 2001. Vol. 1, No 2. P. 89–102.Halikia I., Zoumpoulakis L., Christodoulou E., Prattis D. (2001) Kinetic Study of the Thermal Decomposition of Calcium Carbonate by Isothermal Methods of Analysis. The European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection, 1 (2), 89–102.Экспериментальное исследование кинетики карбонизации оксида кальция в изотермических условиях / М. В. Малько, С. В. Василевич, В. Н. Богач, Д. В. Дегтеров // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. 2016. № 2. С. 66 –73.Malko M. V., Vasilevich S. V., Bohach V. N., Degterov D. V. (2016) Experimental Study of the Kinetics of Calcium Oxide Carbonation under Isothermal Conditions. Vestsi Natsyyanal’nai Akademii Navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, (2), 66–73 (in Russian).Rashidi, N. F. Kinetic Model of Firing and Carbonization of Anadar Granoz / N. F. Rashidi, M. Mohamed, S. Yusup // International Journal of Renewable Energy Research-IJRER. 2012. Vol. 2, No 3. P. 497–503.Rashidi N. A., Mohamed M., Yusup S. (2012). The Kinetic Model of Calcination and Carbonation of Anadara Granosa. International Journal of Renewable Energy Research, 2 (3), 497–503.Wu, S. F. A Kinetic Model of Nano-CaO Reactions with CO2 in a Sorption Complex Catalyst / S. F. Wu, P. Q. Lan // AIChE Journal. 2012. Vol. 58, No 5. P. 1570–1577. https://doi.org/10.1002/aic.12675Wu S.F., Lan P.Q. (2012) A kinetic Model of Nano-CaO Reactions with CO2 in a Sorption Complex Catalyst. AIChE Journal, 58 (5), 1570–1577. https://doi.org/10.1002/aic.12675

The authors declare that there are no conflicts of interest present.