Микроволновая деструкция верхового торфа: моделирование и экспериментальные исследования в кварцевом реакторе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований термодеструкции верхового сфагнового торфа в процессе пиролиза (термолиза), инициируемого термическим и микроволновым воздействием при пониженном давлении. На основе моделирования с использованием коммерческого пакета программ CST Studio Suite разработаны конструкции реакторов, позволяющих провести корректное сравнение указанных процессов в идентичных условиях. В сравнительных экспериментах, проведенных на базе реакторов с различными тепловыми источниками, продемонстрированы преимущества микроволнового пиролиза, позволяющего осуществить “мгновенный” и объемный нагрев продукта и, таким образом, более глубокую его переработку при высокой энергоэффективности. Обсуждаются результаты переработки торфа при различном тепловом воздействии и выход продуктов реакции пиролиза.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Ананичева

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: bulanova@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород; 603022 Нижний Новгород

Т. О. Крапивницкая

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”

Email: kto@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород

А. Б. Алыева

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”

Email: a.alyeva@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород

А. А. Вихарев

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”

Email: alvikharev@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород

М. Ю. Глявин

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”

Email: glyavin@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород

А. Н. Денисенко

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”

Email: androu@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород

Н. Ю. Песков

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: peskov@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород; 603022 Нижний Новгород

С. В. Зеленцов

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: zelentsov@chem.unn.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород; 603022 Нижний Новгород

А. А. Сачкова

ФГБУН “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН”; Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского

Email: a.sachkova@ipfran.ru
Россия, 603950 Нижний Новгород; 603022 Нижний Новгород

Список литературы

  1. Leifeld J., Menichetti L. // Nature Communications. 2018. V. 9. № 1. P. 1071. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03406-6
  2. Wen Y., Wang S., Mu W., Yang W., Jönsson P.G. // Fuel. 2020. V. 277. P. 118173. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118173
  3. Исламова С.И., Тимофеева С.С., Хаматгалимов А.Р., Ермолаев Д.В. // ХТТ. 2020. № 3. С. 32. [Solid Fuel Chem. 2020. № 3. V. 54. P. 154. https://doi.org/10.3103/S0361521920030040]
  4. Yang J., Chen H., Zhao W., Zhou J. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2016. V. 117. P. 296. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2015.11.002
  5. Sutcu H. // Korean J. Chem. Engineer. 2007. V. 24. № 5. P. 736. https://doi.org/10.1007/s11814-007-0035-5
  6. Забелкин С.А., Макаров А.А., Земсков И.Г., Грачев А.Н., Башкиров В.Н. // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 21. С. 115.
  7. Юсифзаде А.А., Дадаева Г.Ч. // Евразийский Союз Ученых. 2018. № 5–2. С. 50.
  8. Забелкин С.А., Грачев А.Н., Нурияхметов Р.А., Гильфанов М.Ф., Варфоломеев М.А. // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 12. С. 50.
  9. Gartshore A., Kidd M., Joshi L.T. // Biosensors (Basel). 2021. V. 11. № 4. P. 96. https://doi.org/10.3390/bios11040096
  10. Gopalakrishnan K., Adhikari A., Pallipamu N., Singh M., Nusrat T., Gaddam S., Samaddar P., Rajagopal A., Cherukuri A.S.S., Yadav A.A. // Electronics. 2023. V. 12. № 5. P. 1101. https://doi.org/10.3390/electronics12051101
  11. Gautam U., Ehsan Asgar M., Singh K. // Materials Today: Proceedings. 2023. V. 78. № 3. P. 426. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.10.249
  12. Ponomarenko A.A., Tameev A., Shevchenko V. // Russian Chemical Reviews. 2018. V. 87. № 10. P. 923. https://doi.org/10.1070/rcr4790
  13. Kubrakova I.V. // Russian Chemical Reviews. 2002. V. 71. № 4. P. 283. https://doi.org/10.1070/rc2002v071n04abeh000699
  14. Allende S., Brodie G., Jacob M.V. // Environmental Research. 2023. V. 226. P. 115619. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.115619.
  15. Yin C. // Bioresource Technology. 2012. V. 120. P. 273. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.06.016.
  16. Tabakaev R., Kalinich I., Mostovshchikov A., Dimitryuk I., Asilbekov A., Ibraeva K., Gaidabrus M., Shanenkov I., Rudmin M., Yazykov N. // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. V. 14. P. 26193. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04686-9
  17. Песков Н.Ю., Крапивницкая Т.О., Соболев Д.И., Глявин М.Ю., Денисенко А.Н. Комплекс для микроволнового пиролиза органических материалов. Патент РФ № 2737007 // Б.И. 2020. № 33.
  18. Крапивницкая Т.О., Богдашов А.А., Денисенко А.Н., Глявин М.Ю., Песков Н.Ю., Семенычева Л.Л., Ворожцов Д.Л. // Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. № 4. С. 750. [Proceedings of Universities Applied Chemistry and Biotechnology. 2019. V. 9. № 4. Р. 750. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-750-758]
  19. Крапивницкая Т.О., Буланова С.А., Сорокин А.А., Денисенко А.Н., Ворожцов Д.Л., Семенычева Л.Л. // Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. № 2. С. 339. [Proceedings of Universities Applied Chemistry and Biotechnology. 2020. V. 10. № 2. P. 339. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-339-348]
  20. Krapivnitckaia T., Ananicheva S., Alyeva A., Denisenko A., Glyavin M., Peskov N., Sobolev D., Zelentsov S. // Processes. 2023. V. 11. P. 1924. https://doi.org/10.3390/pr12010092
  21. Chambers F., Beilman D., Yu Z. // Mires and Peat. 2010. V. 7. P. 1. http://www.mires-and-peat.net
  22. Гущин В.Н., Васильев В.А., Чернышов Е.А., Романов И.Д., Романова Е.А., Романов А.Д. // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2012. № 1. С. 94.
  23. Тимербаев Н.Ф., Сафин Р.Г., Хуснуллин И.И. // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 9. С. 51.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты трехмерного моделирования процессов распространения тепла в пиролизном реакторе при теплопередаче от стенки (а) и микроволновом воздействии (б). Показано мгновенное распределение температуры в поперечном сечении реактора (реакционной колбы Вюрца) после 15 мин облучения (использованный логарифмический масштаб температуры приведен справа).

Скачать (250KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Технологическая схема установок по термическому и микроволновому пиролизу: 1 — источник нагрева (1.1 — ТЭН, 1.2 — магнетрон); 2 — камера, экранирующая СВЧ-излучение; 3 — кварцевый реакционный сосуд; 4 — образец торфа; 5 — жидкостный отстойник; 6 — газовый счетчик, 7 — поглотитель Рихтера; 8 — газовый пробоотборник; 9 — манометр; 10 — насос; 11 — осциллограф; 12 — высоковольтный источник питания; 13 — компьютерная система управления.

Скачать (315KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Тепловые карты, снятые с помощью тепловизора в экспериментах по деструкции торфа в реакционном сосуде при термическом (а) и микроволновом (б) нагреве в условиях пониженного давления.

Скачать (163KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025