Расчетно-экспериментальное исследование сорбции углекислого газа с применением доломита

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.

1. Косивцов, 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.

2. 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.2011.01.048

3. Поглощение 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.

4. Stendardo, 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.2009.02.009

5. Hot 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/ef970046m

6. Catalytic 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)00172-7

7. Orio, 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/ie960810c

8. Biomass 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/ie9703797

9. Preparation 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/10.1155/2013/791582

10. Steam 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.2005.07.008

11. Effects 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.2009.04.020

12. Добрего, 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.

13. 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)00049-1

14. Han, 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.2006.07.015

15. Ковалевич, 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.

16. Полезные ископаемые Беларуси: к 75-летию БелНИГРИ / редкол.: П. З. Хомич [и др.]. Минск: Адукацыя і выхаванне, 2002. С. 395–398.

17. Горная энциклопедия / под ред. Е. А. Козловского. М.: Сов. энцикл., 1984. Т. 1. С. 172.

18. 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.

19. McIntosh, 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-q

20. Белоусов, 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.

21. 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)00190-4

22. Vyazovkin, 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)00253-1

23. Han, Yu. Theoretical Study of Thermal Analysis Kinetics: Theses and Dissertations / Yu. Han. Lexington. Kentuki. USA, 2014. URL: https://uknowledge.uky.edu/me_etds/35/

24. 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)60039-4

25. Экспериментальное 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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.12675