автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Термическое разложение древесины при кондуктивном подводе тепла

004616589

Хисматов Рустам Габдулнурович

ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ КОНДУКТИВНОМ ПОДВОДЕ ТЕПЛА

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки 05.21.03 — Технологам и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ЛЕИ 2010

Казань - 2010

004616589

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Сафин Рушан Гареевич;

кандидат технических наук, доцент Грачёв Андрей Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Семенов Юрий Павлович

Ведущая организация

доктор химических наук, профессор Грунин Юрий Борисович

ФГУ «ВНИИЛМ» «Восточно-европейская ЛОС»

Защита диссертации состоится «24» декабря 2010 года в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.080.12 при ГОУ ВПО КГТУ по адресу: 420015, Казань, К. Маркса, 68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «23» ноября 2010 г.

Ученый секретарь ..........._

диссертационного совета ¿^^сЗгЭБайгильдеева Е.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В настоящее время получение энергии из биомассы, в связи с ростом цен на ископаемые энергоресурсы, является одним из наиболее динамично развивающихся направлений во многих странах мира. Наряду со сжиганием и газификацией, перспективной и наименее проработанной технологией энергетического использования биомассы является технология быстрого пиролиза. Данная технология позволяет обеспечить термохимическую переработку древесины до 80 % от исходной массы сырья в жидкие продукты, которые вызывают большой интерес вследствие высокой энергетической плотности и возможности их использования в качестве жидкого топлива и химического сырья. Переработка растительной биомассы на месте её образования позволяет наиболее эффективно реализовывать потенциал невостребованных возобновляемых ресурсов в существующей инфраструктуре топливно-энергетического и химического комплексов. Последующий сбор и транспортировка пиролизной жидкости в значительных объемах позволит обеспечить ее применение в качестве сырья для существующих химических производств. В зависимости от режимных параметров процесса пиролиза возможно существенное варьирование выхода и качества конечных продуктов. Наибольший выход жидких продуктов пиролиза возможно получить при термическом разложении древесины в интенсивных режимах и при незначительном времени пребывания продуктов разложения в реакционной зоне. Кондукгивный подвод тепловой энергии к сырью позволяет обеспечить интенсификацию процесса термического разложения древесины с увеличением выхода жидких продуктов, однако существующие работы не в полной мере отражают специфику термического разложения в условиях интенсивного подвода тепла. Поэтому комплексное исследование процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла актуально как в научном, так и в прикладном направлениях.

Работа выполнена при поддержке: гранта Президента РФ № МК-2950.2007.3, гранта Всемирного банка в рамках конкурса «Инновации для устойчивого развития РТ» и гранта по программе Старт 1 № 09-4-Н4.4-0133.

Цель работы

Состоит в исследовании процесса термического разложения древесины и разработке автономной технологии переработки отходов и низкокачественной древесины с получением жидких продуктов пиролиза и древесного угля.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:

• Разработать математическую модель термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла;

• Разработать алгоритм расчёта математической модели термического разложения древесины кондуктивном подводе тепла;

• Разработать экспериментальный стенд и провести исследования динамики плотности, температуры и давления при термическом разложении древесины при кондуктивном подводе тепла;

• Провести исследование коэффициента проницаемости при термическом

разложении древесины;

• Разработать и изготовить промышленный образец, а также определить рациональные режимы ведения процесса на основе данных математического моделирования.

Научная новизна

• Разработана математическая модель термического разложения древесины с учетом фильтрации продуктов пиролиза в пористом каркасе и дефектов каркаса, возникающих при термическом разложении;

• В результате математического моделирования определено влияние значения удельного сечения дефектов каркаса на динамику давления в процессе термического разложения древесины;

• Экспериментально определена температурная зависимость коэффициента проницаемости системы «древесина - уголь» в процессе термического разложения;

• На основе результатов исследований разработан способ термической переработки органосодержащего сырья путём кондуктивного подвода тепла (патент №2009108597/04).

Практическая ценность

Результаты исследования процесса термического разложения древесины и математическое описание позволяют определить выход продуктов термического разложения и динамику температуры, плотности и давления в зависимости от температуры и давления в реакторе и параметров сырья.

Разработан экспериментальный стенд и методика проведения экспериментов, которые позволяют определить теплофизические характеристики и обеспечить комплексное исследование температуры, плотности, давления при кондуктивном термическом разложении лигноцеллюлозосодержащих материалов.

Разработан непрерывнодействующий производственный комплекс для осуществления переработки древесины термохимическим методом.

Реализация работы

Результаты проведенных в работе исследований процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла реализованы в создании конструкторских решений, методик расчета, конструкторской документации и инструкций по эксплуатации установки быстрого пиролиза объёмом перерабатываемой древесины 50 кг/час.

По результатам исследования разработана схема производственного комплекса по переработке древесины методом термического разложения. Разработана и внедрена в производство в ООО «Сабинский полидрев» непрерывнодей-ствующая опытно-промышленная установка для термохимической переработки низкокачественной древесины (УБП-50).

Автор защищает:

1. Математическую модель и результаты расчетов полей температуры, плотности и давления в процессе термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла.

2. Результаты экспериментальных исследований температуры, давления

и плотности процесса термического разложения древесины при кон-дуктивном подводе тепла.

3. Конструкцию экспериментального стенда для исследования динамики процесса термического разложения лигноцеллюлозосодержащих материалов при кондуктивном подводе тепла и методику проведения экспериментов.

4. Схему производственного комплекса и способ переработки низкокачественной древесины методом термического разложения.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции "Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы", г. Казань 2008; Международной Научно-технической конференции " Актуальные проблемы развития лесного комплекса", г. Вологда 2008, Международном симпозиуме "Энергоресурсоэфективность и энергосбережение", г. Казань 2009; Международной молодежной научной конференции "Тинчуринские чтения", г.Казань 2009; Международной научно-технической конференции "Математические методы в технике и технологиях" -ММТТ-22 Псков 2009; Международной научно-практической конференции "Биоэнергетика и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки", г. Москва 2009; II Всероссийской студенческой научно-технической конференции "Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология", Казань 2008; IV Всероссийской научно-практической конференции "Энергетика в современном мире", г.Чита 2009.

Личный вклад автора. Вклад автора заключается в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. Автором изготовлены лабораторные установки; выполнены эксперименты и проведены промышленные испытания. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве и использованных в диссертации работ.

Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликовано 25 печатных работ, из которых 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК и I патент РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 157 страницах машинописного текста и включает в себя 64 рисунка и 6 таблиц. Список литературы включает 141 наименование цитируемых работ отечественных и зарубежных авторов.

Во введении

Обоснована актуальность темы диссертации, определена цель исследований, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе

Дан анализ современного состояния процесса термического разложения древесины, рассмотрены и проанализированы существующие технологии термического разложения древесины и подходы математического моделирования процесса термического разложения древесины. По результатам аналитических

исследований уточнены задачи исследования. Теоретическое изучение механизма термического разложения растительной биомассы показало, что макрокинетика процесса (условия нагрева и эвакуации продуктов) оказывает существенное влияние на выход и качество продуктов термического разложения.

Во второй главе

Приведен подробный анализ процесса, сформулированы основные допущения, и на их основе была разработана математическая модель термического разложения древесины и алгоритм ее расчета. Процесс термического разложения древесины представляет собой задачу тепломассообмена в пористой среде при наличии химических превращений. При этом математическая модель предусматривает перенос энергии в твёрдой пористой среде, химические реакции термического разложения и перенос энергии и массы в парогазовой фазе. При разработке математической модели было принято допущение о том, что терми-

Газ

Древесина —► Пары Уголь

Рис. 1. Механизм реакций двухстадийного термического разложения древесины.

ческое разложение древесины осуществляется в виде формального двухстадийного процесса с конкурирующими реакциями и образованием трёх основных групп продуктов термического разложения (газ, жидкость, уголь) (см рис. 1). При этом кинетические константы для выбранного механизма принимались на основе работ О! ШаБкТакже принято предположение, что перенос газообразных продуктов термохимического разложения из зоны термического разложения осуществляется преимущественно фильтрацией в соответствие с законом Дарси. В процессе термического разложения за счет избыточного давления и температуры возможно разрушение пористого каркаса с образованием каналов. В соответствии с принятым механизмом термического разложения и с учетом принятых допущений уравнения химической кинетики для локального объема твёрдой фазы запишутся в виде

аР (1)

др (2)

—= + Кгр дт Ъ У 5 и

Уравнение баланса масс для локального объёма с учетом возникающих фильтрационных потоков запишется в виде дифференциального уравнения: для газов

+ (*ЛРб +ПКАрп) + ]г.рКразр, (3)

и для паров

д\Лр ) \ я г г \ ( \ (4)

8т хг дхК п) 2 6 V 4гп 5 п' ■'п.р разр

где первый член левой части - суммарное изменение парциальной плотности компонента в локальном объеме по времени, второй член левой части, изменение плотности компонента за счет переноса фильтрацией, первый член правой части - изменение плотности компонента в результате химической реакции, а второй член левой части - изменение плотности компонента за счёт потока парогазовой смеси через дефекты каркаса. Уравнение переноса энергии для термического разложения биомассы запишется в виде

Г г, к 8Р,Л

\тв тс

ЭГ . 1 I пгс ' ' »дх

1-±(хглэт)+о„, (5)

хг ах хГдх( дх)

где первый член левой части представляет собой изменение внутренней энергии в локальном объеме, второй член левой части - изменение внутренней энергии за счет фильтрационного переноса массы, первый член правой части - изменение внутренней энергии за счет молекулярной теплопроводности. Второй член правой части представляет удельную энергию термических эффектов реакций разложения древесины и может быть записан в виде

а=Х А/': ■ К.ре+■ к*р» ■ (6)

1-й /=4,5

Скорость фильтрации в выражениях 3, 4, 5 определяется с помощью выражения, которое включает ограничение на фильтрацию продуктов пиролиза в зоне ниже температуры насыщения смол.

г>г„ (7)

ц дх

О Т<Т

У =

Суммарное давление определяется в соответствии с законом Дальтона, а парциальное давление компонентов определяется уравнением состояния идеального газа. Коэффициент, учитывающий разрушение и дефекты каркаса, определялся с помощью выражения

[О Т<ДР,х) ^

' [1 Т>ДР,х)

Коэффициент равен О если в каркасе отсутствуют дефекты, и осуществляется режим фильтрации массовых потоков, и коэффициент равен 1 если осуществляется фильтрация в совокупности с независимым отводом парогазовой смеси из локального объема в окружающую среду через повреждения. Поток, характеризующий отвод продуктов термического разложения через дефекты каркаса, определяется как произведение плотности на скорость и удельное сечение дефектов пористого каркаса.

Причем скорость можно определить с помощью выражения Венцеля для истечения сжимаемого газа.

У (Ю)

V' =

г Р

2—---—•

2,-1 Р,

1-

Коэффициенты теплопроводности, проницаемости и пористости определяются на основании предположения о линейном изменении теплофизических характеристик в зависимости от доли прореагировавшей древесины.

А 01)

А = {1-х)Л6+ /А, + ПЛ^ + Л„, = -Я.).

Я =

(12)

(13)

(14)

Для однозначного определения задачи сформулированы начальные

рХ0.х)= р\ ; Г(о,*)= Г0; /"(0,^)= Р0 (15),(16),(17)

рДо,х)= р,.(о,х)= р„(0,х)=0 ,

и граничные условия исходя из условия симметрии: при х=/

,0 Т

_ дР_ дх , дх

рД = РД = 0;

и на поверхности при х=0

(18)

(19)

(20)

(21) (22)

Дифференциальные уравнения математической модели решались методом сеток с помощью неявной разностной схемы с применением алгоритма прогонки. Определение прогоночных коэффициентов осуществлялось с применением метода простой итерации с заданием точности решения.

В третьей главе представлено описание экспериментального оборудования и методик проведения экспериментов, применявшихся для изучения ди-

намики процесса термического разложения древесины, приведены результаты экспериментального изучения и математического моделирования процесса.

Экспериментальный стенд для исследования процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла, представленный на рис. 2, включает в себя: камеру термического разложения 1 с нагревателем 5, подъемным столиком 3, мембраной 2 и образцом 4, силовой трансформатор 15, компрессор 17, систему отвода продуктов термического разложения и систему управления. Экспериментальный стенд позволяет под управлением компьютера 9 обеспечить термическое разложение образца 4 с заданными режимными параметрами путем обеспечения его контакта с нагревателем и фиксацией динамических параметров. На данном экспериментальном стенде были произведены исследования динамики плотности, температуры и давления по толщине образца в процессе термического разложения древесины. Результаты исследований представлены на рис. 3^-10 на которых сплошными линиями изображены данные, полученные расчетным путем, точками — экспериментальные значения.

15

Рис. 2. Схема экспериментального стенда для исследования процесса термического разложения при кондуктивном подводе тепла: 1 - камера термического разложения; 2 — мембрана; 3 - подъёмный столик; 4 - образец; 5 - нагревательный элемент; б - конденсатор; 7 - конденсатоотборник; 8 - газгольдер; 9 - компьютер; 10 - аналого-цифровой преобразователь; 11 - баллон с азотом; 12, 13 -впускной и выпускной элеюгроклапана; 14 - регулятор мощности; 15 - трансформатор; 1 б - 4-х канальное исполнительное устройство; 17 - компрессор

Представленные на рис. 3-4 зависимости показывают локальные расчетные и экспериментальные значения температуры и давления в процессе термического разложения. Как видно из данных зависимостей, прогрев и распространение фронта избыточного давления происходит неравномерно, причем интенсивность прогрева и скорость химических реакций по мере заглубления фронта пиролиза снижается, а амплитуда волны давления увеличивается. Также анализируя характер зависимости локального избыточного давления можно еде-

лать вывод, что повышение давления происходит до определенного критического значения с дальнейшим его резким снижением, вызванным появлением дефектов (микротрещин, разрывов) начальной структуры древесины. Достаточно

с.п» :

Рис.3. Зависимость локальной температуры в процессе термического разложения древесины: 1- поверхность; 2- 5 мм от поверхности; 3-10 мм от повехности; 4-15 мм от поверхности; 5- 20 мм от поверхности

О . 200 : <00 : КМ 800 W00 т.«,-£

Рис.4. Зависимости локального избыточного давления в процессе термического разложения древесины по толщине

высокие уровни давления до 20 КПа говорят, что миграция продуктов пиролиза осуществляется преимущественно фильтрацией, что говорит о верности принятых допущений. Исследования динамики плотности древесины осуществлялись при различной выдержке образцов в камере термического разложения в одинаковых условиях. Математическая обработка полученных данных рентгенографического анализа образцов позволила построить распределение относительной плотности образца по толщине образца в различные моменты времени, которое

Рис.5. Распределение относительной Рис. б. Т-Р функция состояния порис-плотности по толщине образца в раз- того каркаса

личные моменты времени: 1 - т = 10

с;

2 —т= 120 с; 3 - т= 180 с;4-т = 240с

процесса снижается по мере заглубления фронта процесса, а плотность углистого вещества возрастает. Также необходимо отметить незначительное увеличение плотности угля в зоне фильтрации за счет вторичного разложения парогазовой смеси. Предварительное сопоставление данных математического моделирования динамики термического разложения без учета механизма фрагментации каркаса с экспериментальными показало, что 'распределение динамических показателей в интенсивных режимах не адекватно. Для обеспечения адекватного распределения величин, представленных на графических зависимостях, необходимо рассмотрение механизма фрагментации каркаса. При этом область разрушения каркаса определялась с помощью Т-Р функции состояния пористого каркаса (рис 6.), которая была теоретически сформулирована и уточнена на основе экспериментальных данных. При заданных давлении и температуре, выше кривой находится область разрушения каркаса системы "древесина-уголь", а ниже область фильтрации. В ходе математического моделирования было изучено влияние удельного сечения дефектов на форму волны давления при термическом разложении древесины (см. рис.7). Как видно из данной зависимости, с увеличением /р происходит увеличение скорости затухания волны давления.

Рис .7. Влияние удельного сечения де- Рис.8. Влияние механизма фильтра-фектов /р на форму волны давления при ции на профиль давления при тер-термическом разложении древесины мическом разложении древесины: 1 -

по закону Дарси; 2 - по выражению (7) Тн=100; 3 - по выражению (7) Тн=200; 4 - по выражению (7) Тн=300; 5 - экспериментальные данные.

Установлено что значение удельного сечения дефектов при кондуктив-ном термическом разложении древесины лежит в диапазоне от 0 до 10° м2/м3. Значение удельного сечения дефектов зависит от интенсивности теплового режима с увеличением интенсивности теплового потока величина удельного сечения дефектов возрастает и наоборот. Также в ходе математического моделирования было проведено изучение влияния механизма фильтрации на профиль давления, которое показало, что принятое допущение об ограничении фильтрации парогазовой смеси в области насыщения смолистых соединений на стенках каркаса правомочно, и наибольшее соответствие расчетных значений профиля дав-

ления экспериментальным достигается при температуре Т„ =200 °С (см. рис. 8). Математическое моделирование позволило также более подробно изучить динамику скорости фильтрации при различных режимных параметрах термического разложения. Представленное на рис. 9 распределение скорости фильтрации в различные моменты времени показывает, что в первоначальный момент времени скорость удаления продуктов пиролиза максимальна с последующим снижением скорости фильтрации. Поток, направленный вглубь образца от фронта термического разложения, в связи с повышением температуры также увеличивается причем, точка с нулевой скоростью характеризует область наиболее интенсивного термического разложения древесины.

2 3

Разность давлений, ■

Рис 10. Зависимость изменения расхода газа от разности давления: 1 — Т = 200 °С; 2 - Т = 250 °С; 3 - Т = 350 °С; 4 - Т = 500 °С

Рис. 9 Распределение скорости фильтрации продуктов пиролиза в различные моменты при термическом разложении древесины: 1 - т = 10с;2-т = 130 с; 3 — т = 534 с; 4 — г = 1375 с;

5 - т = 2700 с; 6-т= 5400 с Также были проведены исследования коэффициента проницаемости образцов древесины при различных температурах, при этом заранее подготовленные образцы, выдержанные при определенной температуре, плотно закреплялись в герметичной камере, перекрывая ее сечение, на образце с помощью баллона с азотом создавался перепад давления, и определялся расход газа. На основании экспериментальных данных была построена зависимость изменения расхода газа от разности давления при различных температурах, представленная на рис. 10, и рассчитан коэффициент проницаемости. Зависимость имеет линейный характер, что говорит о допустимости применения закона Дарси при моделировании термического разложения в древесине.

В четвертой главе .На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана схема производственного комплекса по переработке древесины методом термического разложения. Анализ результатов математического моделирования и экспериментальных исследований позволил разработать новый способ, рекомендовать режимные параметры и условия ведения процесса при переработке древесины термохимическим методом преимуще-

ственно в жидкие продукты. Новизна разработанного способа по переработке органосодержащего сырья термохимическим методом подтверждена патентом РФ № 2395559. Принципиальная схема производственного комплекса по переработке древесины методом термического разложения представлена на рис.11. На основе представленной схемы была разработана и внедрена в производство на ООО «Сабинский полидрев» опытно-промышленная установка УБП-50 с ожидаемым годовым экономическим эффектом в 1,35 млн. рублей. Установка УБП-50 позволяет обеспечить автономную непрерывную переработку древесных отходов влажностью до 60% в жидкие продукты пиролиза и древесный уголь. Как показали производственные испытания, выход жидких продуктов пиролиза в пересчете на сухую массу сырья составил 59 %, а общая термическая эффективность процесса составляет 83,7 % с учетом потерь в процессе пиролиза

термического разложения: 1-сушильный бункер, 4- питатель,5- реактор,6- топка, 9-циклон, 10 конденсатор, 16-компрессор, 18-газодувка,7-теплообменник

процесса. Проведенный технико-экономический анализ разработанного оборудования показал экономическую целесообразность его применения при переработке отходов лесопромышленного комплекса и низкокачественной древесины даже при небольших производительностях .

В приложении к работе приведены: результаты статистической обработки полученных данных, программа расчета процесса термического разложения и акт внедрения на предприятии ООО «Сабинский полидрев».

Основные результаты и выводы

1. Проведен анализ современного состояния технологии термического разложения древесины, рассмотрена физическая картина, и сформулированы основные допущения процесса термического разложения древесины при кон-дуктивном подводе тепла

2. Разработана математическая модель термического разложения древесины с учетом фильтрации парогазовой среды и наличии дефектов каркаса при кондуктивном подводе тепла

3. Разработаны алгоритм расчёта и моделирующая программа математической модели термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла

4. Разработан экспериментальный стенд, методика проведения экспериментов, и определены зависимости плотности, температуры и давления при термическом разложении древесины с кондуктивным подводом тепла

5. Определены температурные зависимости коэффициента проницаемости при термическом разложении древесины. Экспериментально установлено, что режим фильтрации парогазовой смеси в системе "древесина-уголь" соответствует закону Дарси

6. В результате математического моделирования определено влияние удельного сечения дефектов каркаса на динамику давления при термическом разложении древесины

7. В результате математического моделирования идентифицирован механизм фильтрации и установлено, что при температуре каркаса менее 200 °С происходит существенное ограничение фильтрации парогазовой смеси за счет конденсации смолистых соединений.

8. По результатам исследования разработаны способ термической переработки древесины методом термического разложения, новизна которого подтверждена патентом, и схема производственного комплекса

9. Разработана и внедрена в производство на ООО «Сабинский полидрев» опытно-промышленная установка УБП-50 с ожидаемым годовым экономическим эффектом в 1,35 млн. рублей.

Основные обозначения: р - плотность, кг/м3; Т - температура, °К; с - теплоемкость, Дж/кг К; П - коэффициент пористости; V - скорость фильтрации, м/с; Р -давление, Па; к - коэффициент проницаемости, м2; г - показатель адиабаты; ц -динамическая вязкость, Па-с; а - коэффициент теплоотдачи, Вч/(м2-К); X - коэффициент теплопередачи, Вт/(м-К); К, - константа скорости химической реакции, секТ - время, сек; ] — удельный объемный поток компонента, кг/м3сек; ДЬ -удельная теплота химической реакции, Дж/кг; % - доля прореагировавшей древесины, кг/кг; х - координата, м; Г - коэффициент формы; 0 - относительная плотность,^, - удельное сечение дефектов каркаса, м2/м3.

Индексы: О - начальный; б - биомасса; г - газ; у - уголь; п - пар, пгс -парогазовая смесь, тв - твердое состояние, 1, 2, 3 -реакции первичного термического разложения, 4, 5 - реакции вторичного термического разложения, р -разрушение, ср - среда.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Патент:

1. Пат. № 2395559. РФ, МПК С10В. Способ термической переработки органосодержащего сырья / А.Н. Грачёв, В.Н. Башкнров, С.А. Забелкин, A.A. Макаров, Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов; патентообладатель ООО «ЭнергоЛес-Пром». - №2009108597/04. заявл. 10.03.2009, опубл. 27.07.2010, Бюл. №21.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

2. Грачев, А.Н. Экспериментальные исследования скорости убыли массы древесины в процессе абляционного пиролиза [Текст] / А.Н. Грачев, Р.Г. Хисматов, A.A. Макаров, Р.Г. Сафин // Лесной журнал. Архангельск. - 2009. № 4,-С. 116-123.

3. Грачёв, А.Н. Исследование быстрого пиролиза древесины в абляционном режиме [Текст] / Грачёв А.Н., Хисматов Р.Г., Сафин Р.Г, Банкиров В.Н. // Известия Самарского научного центра академии наук, - 2008, -С. 25 - 29.

4. Грачёв, А.Н. Математическая модель термического разложения древесины [Текст] / А.Н. Грачёв, Р.Г. Сафин, A.B. Канарский, А.Т. Сабиров, Р.Г. Хисматов // ИВ УЗ. Проблемы Энергетики, 2010. №6, -С. 79-85.

Труды в прочих изданиях:

5. Грачев, А.Н. Технология быстрого пиролиза при энергетическом использовании низкокачественной древесины [Текст] / А.Н. Грачев, В.Н Башкиров, И.А. Валеев, Р.Г. Хисматов, A.A. Макаров, Д.В. Тунцев // Энергетика Татарстана, №4(12), 2008, -С.16-20.

6. Грачев, А.Н. Технология получения альтернативного жидкого топлива из биомассы растительного происхождения [Текст] / А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, Р.Г. Хисматов, A.A. Макаров Н Материалы докладов Международной Научно-технической конференции "Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы", г. Казань, 2008. -С.148-151.

7. Хисматов, Р.Г. Экспериментальное исследование динамики плотности древесины при ковдуктивном пиролизе [Текст] / Р.Г. Хисматов, А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, A.A. Макаров // Материалы докладов Международной Научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития лесного комплекса", г. Вологда, 2008. - С.77-79.

8. Грачев, А.Н. Экспериментальное исследование быстрого абляционного пиролиза биомассы [Текст] / А.Н. Грачев, Р.Г. Хисматов, A.A. Макаров, В.Н. Башкиров // Материалы докладов Международной Научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития лесного комплекса", г. Вологда, 2008. -С. 106-109.

9. Грачев, А.Н. Экспериментальное изучение быстрого пиролиза древесины при механической активации [Текст] / А.Н. Грачев, Р.Г. Хисматов, A.A. Макаров // Всероссийской студенческой научно-технической конференции "Ин-

тенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология", 2008, Казань, -С. 98 -100.

10. Хисматов, Р.Г. Расчетно-экспериментальное исследование динамики плотности древесины при пиролизе [Текст] / Р.Г. Хисматов, А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, A.A. Макаров Н Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-22: сб. трудов 22 Междунар. науч. конф. Изд-во Псков, гос. политехи, ин-та. Псков. -2009. -С. 19-20.

11. Хисматов, Р.Г. Генерация электрической энергии с применением технологии быстрого пиролиза биомассы [Текст] / Р.Г. Хисматов, А.Н Грачев, Р.Г Сафин, A.A. Макаров, Д.В. Тунцев, В.А. Карданов Н Тезисы докладов Международной Научно-технической конференции " Актуальные проблемы развития лесного комплекса", Вологда. -2008. -С. 145-146.

12. Хисматов, Р.Г. Получение электрической энергии с использованием технологии быстрого пиролиза биомассы [Текст] / Р.Г. Хисматов, А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, Д.В. Тунцев, С.А. Забелкин, A.A. Макаров // Материалы докладов 4 Международной молодежной научной конференции "Тинчуринские чтения", Казан, гос. энерг. ун-т. -Казань, -ТЗ. -2009. -С. 85-87.

13. Хисматов, Р.Г. Исследование процесса быстрого контактного пиролиза [Текст] / Р.Г. Хисматов, А.Н. Грачёв // Материалы конкурса студенческих научно-исследовательских работ - Казань: изд-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2007.-С. 276-278.

14. Забелкин, С.А. Жидкие продукты быстрого пиролиза древесины как топливо [Текст] У С.А. Забелкин, A.A. Макаров, Д.В. Тунцев, Р.Г. Хисматов, А.Н. Грачёв, В.Н. Башкиров II Биоэнергетика и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки: тезисы докладов,- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, -2009. -С. 53-54.

15. Макаров A.A. Коэффициент трения скольжения древесины об нагретую движущуюся металлическую поверхность при абляционном пиролизе [Текст] / Макаров A.A. Грачев А.Н. Хисматов Р.Г. Забелкин С.А. Тунцев Д.В. // 9 Международного симпозиума "Энергоресурсоэфективность и энергосбережение", г. Казань, 2008. - С. 466-468.

16. Хисматов Р.Г. Исследование режимов работы двигателя внутреннего сгорания на пиролизном газе [Текст] / Хисматов Р.Г, ГрачевА.Н., Сафин Р.Г., Макаров A.A. И 9 Международного симпозиума "Энергоресурсоэфективность и энергосбережение", г. Казань, 2008. - С. 460-465.

Соискатель Р.Г. Хисматов

Заказ Ш Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета 420015,Казань,К. Маркса, 68

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

1.1. Термохимические методы переработки древесной биомассы

1.2. Механизм термического разложения древесины и основных ее составляющих

1.3. Существующие математические модели и подходы к моделированию термического разложения древесины

1.4. Аппаратурное оформление технологии термической переработки древесины

Выводы

Постановка задачи

Глава II. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ '

2.1 Физическая картина процесса

2.2 Формализация процесса термического разложения

2.3 Математическая модель термического разложения древесины

2.4 Алгоритм расчета математической модели термического разложения древесины 61 Выводы

Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ 72 3.1. Экспериментальное оборудование для исследования процесса термического разложения древесины

3.1.1. Экспериментальный стенд для исследования динамики термического разложения древесины

3.1.2. Экспериментальная установка для исследования коэффициента проницаемости при термическом разложении древесины

3.2. Методика исследования процесса термического разложения древесины

3.2.1. Методика исследования динамики плотности при термическом разложении древесины

3.2.2. Методика исследования динамики температуры в процессе термического разложения древесины

3.2.3. Методика исследования динамики давления при термическом разложении древесины 83 3.2.4 Методика исследования коэффициента проницаемости при термическом разложении древесины

3.3 Анализ результатов физического и математического моделирования процесса термического разложения древесины

3.3.1. Анализ результатов экспериментальных исследований

3.3.2. Анализ результатов математического моделирования 92 Выводы

Глава IV. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Оценка маркетингового потенциала разрабатываемой технологии

4.2. Описание опытно-промышленной установки для термической переработки низкокачественной древесины

4.3. Результаты производственных испытаний опытно-промышленной установки для термической переработки низкокачественной древесины

4.4 Технико-экономический анализ технологии и оборудования для термохимической конверсии биомассы 124 Выводы 130 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Актуальность темы

В настоящее время получение энергии из биомассы, в связи с ростом цен на ископаемые энергоресурсы, является одним из наиболее динамично развивающихся направлений во многих странах мира. Наряду со сжиганием и газификацией, перспективной и наименее проработанной технологией энергетического использования биомассы является технология быстрого пиролиза. Данная технология позволяет обеспечить термохимическую переработку древесины до 80 % от исходной массы сырья в жидкие продукты, которые вызывают большой интерес вследствие высокой энергетической плотности и возможности их использования^ в качестве жидкого топлива и химического сырья. Переработка растительной биомассы на месте её образования позволяет наиболее эффективно реализовывать потенциал невостребованных возобновляемых ресурсов в существующей инфраструктуре топливно-энергетического5 и химического комплексов. Последующий сбор и транспортировка пиролизной жидкости в- значительных объемах позволит обеспечить. ее применение в качестве сырья для существующих химических производств. В зависимости от режимных параметров процесса пиролиза возможно существенное варьирование выхода и качества конечных продуктов. Наибольший выход жидких продуктов пиролиза возможно получить при термическом разложении древесины в интенсивных режимах и при незначительном времени пребывания продуктов разложения в реакционной зоне. Кондуктивный подвод тепловой энергии к сырью позволяет обеспечить интенсификацию процесса термического разложения древесины с увеличением выхода жидких продуктов, однако существующие работы не в полной мере отражают специфику термического разложения в условиях интенсивного подвода тепла. Поэтому комплексное исследование процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла актуально как в научном, так и в прикладном направлениях.

Работа выполнена при поддержке: гранта Президента РФ № МК-2950.2007.3, гранта Всемирного банка в рамках конкурса «Инновации для устойчивого развития РТ» и гранта по программе Старт 1 № 09-4-Н4.4-0133.

Цель работы

Состоит в исследовании процесса термического разложения древесины и разработке автономной технологии переработки отходов и низкокачественной древесины с получением жидких продуктов пиролиза и древесного угля.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:

•Разработать математическую модель термического разложения древесины, при кондуктивном подводе тепла;

•Разработать алгоритм расчёта математической модели термического разложения древесины кондуктивном подводе тепла;

•Разработать экспериментальный стенд и провести исследования-динамики плотности,, температуры и давления при термическом разложении древесины при кондуктивном подводе тепла;

•Провести исследование коэффициента проницаемости, при термическом разложении древесины;

•Разработать и изготовить промышленный образец, а также определить рациональные режимы ведения процесса на основе данных математического моделирования.

Научная новизна

•Разработана математическая модель термического разложения древесины с учетом фильтрации продуктов пиролиза в пористом каркасе и дефектов каркаса, возникающих при термическом разложении;

•В результате математического моделирования определено влияние значения удельного сечения дефектов каркаса на динамику давления, в процессе термического разложения древесины;

•Экспериментально определена температурная зависимость коэффициента проницаемости системы «древесина — уголь» в процессе термического разложения;

• На основе результатов исследований разработан способ термической переработки органосодержащего сырья путём кондуктивного подвода тепла (патент №2009108597/04).

Практическая ценность

Результаты исследования процесса термического разложения древесины и математическое описание позволяют определить выход продуктов термического разложения и динамику температуры, плотности и давления в зависимости от температуры и давления в реакторе и параметров сырья.

Разработан экспериментальный стенд и методика проведения экспериментов, которые позволяют определить теплофизические характеристики и обеспечить комплексное исследование температуры, плотности, давления при кондуктивном термическом разложении лигноцеллюлозосодержащих материалов.

Разработан непрерывнодействующий производственный комплекс для осуществления переработки древесины термохимическим методом.

Реализация работы

Результаты проведенных в работе исследований процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла реализованы в создании конструкторских решений, методик расчета, конструкторской документации и инструкций по эксплуатации установки быстрого пиролиза объёмом перерабатываемой древесины 50 кг/час.

По результатам исследования разработана схема производственного комплекса по переработке древесины методом термического разложения. Разработана и внедрена в производство (ООО «Сабинский полидрев») непрерывнодействующая опытно-промышленная установка для термохимической переработки низкокачественной древесины (УБП-50).

Автор защищает:

1. Математическую модель и результаты расчетов полей температуры, плотности и давления в процессе термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла.

2. Результаты экспериментальных исследований; температуры, давления и плотности процесса термического разложения древесины при кондуктивном подводе тепла.

3. Конструкцию экспериментального стендам для исследования динамики процесса термического разложения лигноцеллюлозосодержащих материалов при кондуктивном: подводе тепла и методику проведения; экспериментов.

4. Схему производственного комплекса и способ; переработки низкокачественной древесины'методом-термического разложения.

Апробация работы.

Основные положения диссертации^ докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической' конференции» "Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы", г. Казань 2008; Международною Научно-технической конференции " Актуальные проблемы развития лесного комплекса", г. Вологда 2008; Международном симпозиуме "Энергоресурсоэфективность и энергосбережение", г. Казань 2009; Международной молодежной научной конференции "Тинчуринские чтения", г.Казань 2009; Международной научно-технической конференции "Математические методы: в технике и: технологиях" - ММТТ-22 Псков 2009; Международной научно-практической конференции "Биоэнергетика, и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки", г. Москва 2009; II Всероссийской студенческой научно-технической конференции; "Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология", Казань 2008; IV Всероссийской научно-практической конференции "Энергетика в современном мире", г.Чита 2009.

Личный вклад автора. Вклад автора заключается в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. Автором изготовлены лабораторные установки; выполнены эксперименты и проведены промышленные испытания. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве и использованных в диссертации работ.

Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликовано 25 печатных работ, из которых 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК и 1 патент РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 157 страницах машинописного текста и включает в себя 64 рисунка и 6 таблиц. Список литературы включает 141 наименование цитируемых работ отечественных и зарубежных авторов.

ВЫВОДЫ

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования процесса термического разложения древесины позволили определить потенциальные пути развития и интенсификации процесса.

Проведён маркетинговый анализ и произведена оценка рыночного потенциала технологии. Анализ показал, что с позиций дальнейшей переработки, накопления, транспортировки и перспектив дальнейшего использования в разрабатываемом оборудовании наиболее эффективно обеспечить наибольший выход жидких продуктов, и то, что наиболее востребованный в условиях современного лесного хозяйствования диапазон производительности установок находится на уровне 50-500 кг/ч.

В ходе проектно-изыскательских работ была разработана, а впоследствии и изготовлена опытно-промышленная установка для термохимической переработки низкокачественной древесины УБП-50.

Как показали производственные испытания, выход жидких продуктов пиролиза в пересчете на сухую массу сырья составил 59%, а общая термическая эффективность процесса составила 83,7%.

Проведенный технико-экономический анализ разработанного оборудования показал экономическую целесообразность его применения при переработке отходов лесопромышленного комплекса и низкокачественной древесины даже при небольших производительностях.

131

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного аналитического обзора выполнен анализ термохимических методов переработки древесины, рассмотрены механизм термического разложения компонентов древесины и основные кинетические модели, приведен анализ существующих математических моделей и подходов к моделированию термического разложения древесины, а также рассмотрено современное состояние техники и технологии термической переработки древесины. На основе проведённых аналитических исследований сформулированы цель и основные задачи настоящей научной работы.

На основании анализа физической картины и формализации рассматриваемого процесса разработано математическое описание термического разложения древесины. Математическая модель при соответствующих начальных и граничных условиях позволяет определить влияние режимных параметров процесса пиролиза на динамические характеристики процесса и выход продуктов при термическом разложении древесины с учётом фильтрации продуктов термического разложения и возможной фрагментации пористого каркаса древесины. С целью осуществления математического моделирования сформулированы разностные аналоги дифференциальных уравнений, разработан алгоритм расчёта, на основе которого впоследствии создана моделирующая программа в среде МаШСАО 14.

С целью расчётно-экспериментального исследования процесса термического разложения древесины и проверки на адекватность разработанной математической модели выполнен комплекс исследовательских работ, в результате которых разработан экспериментальный стенд для исследования динамики термического разложения лигноцеллюлозосодержащих материалов и методика проведения экспериментов и обработки данных. В ходе экспериментальных работ определена динамика температуры, плотности и давления при термическом разложении древесины. Проведены исследования коэффициента проницаемости системы "древесина-уголь" при термическом разложении древесины. Экспериментально установлена допустимость применения закона Дарси при моделировании процессов переноса парогазовой среды в древесине при термическом разложении. На основе экспериментальных данных и результатов математического моделирования идентифицированы Т-Р функция* состояния пористого каркаса и температурный предел распространения, парогазовой смеси при термическом разложении древесины. Произведено математическое моделирование динамики температуры, давления и плотности при термическом разложении древесины. В ходе математического моделирования изучено влияние режимных параметров на профили скорости и парциальные концентрации продуктов пиролиза, а также установлено влияние удельного сечения дефектов каркаса /р на динамику профиля давления при термическом разложении древесины. Удовлетворительная сходимость расчётных и опытных данных позволила сделать вывод об адекватности разработанной математической модели реальному процессу и правомочности принятых допущений.

На основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований были осуществлены мероприятия, направленные на разработку и промышленную реализацию технологии термохимической переработки низкокачественной древесины. Оценка рыночного потенциала технологии показала, что наиболее эффективно с позиций дальнейшей переработки, накопления, транспортировки и перспектив дальнейшего использования в разрабатываемом оборудовании обеспечить наибольший выход жидких продуктов, и то, что наиболее востребованный в условиях современного лесного хозяйствования диапазон производительности установок находится на уровне 50-500 кг/ч. В ходе проектно-изыскательских работ была разработана, а в последствии и изготовлена опытно-промышленная установка для термохимической переработки низкокачественной древесины УБП-50.

Как показали производственные испытания, выход жидких продуктов пиролиза в пересчёте на сухую массу сырья составил 59%, а общая термическая эффективность процесса составила 83,7%. Проведённый технико-экономический анализ разработанного оборудования показал экономическую целесообразность его применения при переработке отходов лесопромышленного комплекса и низкокачественной древесины даже при небольших производительностях

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ р- плотность, кг/м ; Т- температура, °К; с-теплоемкость,Дж/кг К; П- коэффициент пористости;

Я — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К); V— скорость фильтрации, м/с; Р — давление, Па; к — коэффициент проницаемости, м ; ц - динамическая вязкость, Па-с; а - коэффициент теплоотдачи,

Вт/(м К);

X - коэффициент теплопередачи, Вт/(м К); Е - энергия активации, Дж/моль; кй - предэкспоненциальный множитель, сек"1; к1— константа скорости химической реакции, сек"1; М— молекулярная масса, кг/моль; АЛ — удельная теплота химической реакции, Дж/кг; х - доля прореагировавшей древесины, кг/кг; л: - координата, м; Г - коэффициент формы;

- размер поры, м; о - постоянная Больцмана; е — излучательная способность; т - время, сек.

Индексы

О - начальный; б - биомасса; г - газ; у - уголь; п - пар; с — смола; общ — общая; тв - твёрдая

1. Багрова, Р. X. Исследование выходов продуктов пиролиза березы, сосны и ели в зависимости от различных конечных температур пиролиза Текст. / Р. X. Багрова. -Свердловск, -1953.-Уральский лесотех. Инс-т.-212с.

2. Басниев, К.С., Кочина, И.Н., Максимов, В.М Подземная гидромеханика. -М: Недра, 1993, -416 с.

3. Богданов, Е. С. Справочник по сушке древесины Текст. / Е. С. Богданов, В. А. Козлов, В. Б. Кунтыш, В. И. Мелехов // 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Лесн. пром-сть, -1990.— 304 с.

4. Борисов, Г. С. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию Текст. / Г. С.Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. // -М.: Химия, -1991. -496с.

5. Боровиков, А. М. Справочник по древесине Текст. / А. М. Боровиков, Б. Н. Уголев. М.: Лесная пром-сть, -1989. - 296 с.

6. Бретшнайдер, С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчёта. Текст. / С. Бретшнайдер // Л.: Химия, -1966,-535с.

7. Бронзов, О. В. Древесный уголь: получение, основные свойства и области применения древесного угля Текст. / О.В. Бронзов, Г. К.

8. Уткин, А.Н. Кислицин // -М.: Лесная промышленность, -1979. -137 с.

9. Бухман, C.B. Вспучивание частиц натуральных углей процессе термической обработки Текст. /C.B. Бухман, Н.П. Крылова // Сб.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики .-1972. -Вып. 8. С. 48-52.

10. Валеев, И. А. Термическая переработка отходов деревообрабатывающих предприятий: Дис. . канд. тех. наук. -Казань, 2006.- 156 с.

11. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов Текст. / Н. Б. Варгафтик, Л. П. Филлипов, А. А. Тарзиманов и др.-М.: Энергоатоиздат.-1990.-352с

12. Возобновляемая энергетика в России// отчет Международного энергетического агентства, 2003. -120с.

13. Гелетуха, Г. Г. Обзор технологий получения жидкого топлива из биомассы. Часть I Текст. / Г. Г. Гелетуха, Т. А. Железная // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2000. - № 2. - С. 3-10.

14. Гелетуха, Г.Г. Обзор современных технологий газификации биомассы Текст. / Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная // Экотехнологии и ресурсосбережение. 1998. - № 2. - С. 21-29.

15. Головков С. И. Энергетическое использование древесных отходов Текст. / С.И. Головков, И.Ф. Коперин, В.И.Найденов // -М.: Лесн. пром-сть, -1987. -224с.

16. Гордон, Л. В. Технология и оборудование лесохимических производств Текст. / Л. В. Гордон, С. О. Скворцов, В. И. Лисов // -М.: Лесн. пром-сть.-1988. —360 с.

17. Гортышов Ю. Ф. Теория и техника теплофизического эксперимента Текст. / Ю. Ф. Гортышов, Ф. Н. Дресвянников идр. // Учеб. пособие для вузов. -М.: Энсргоатомиздат, -1985. -360 с.

18. Грачев, А. Н. Моделирование нестационарных процессов теплопроводности при термической обработке древесины Текст. / А. Н., Грачев, В. Н. Башкиров, Р. Г Сафин // ММТТ- 18.том 9.-Казань: -2005.-С.134.

19. Грачев, А. Н. Моделирование процесса сушки влажных древесных отходов отработанными газами котельных установок Текст. / А. Н. Грачев, Н. Ф. Тимербаев, Р. Г.Сафин. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. -2006.-Т. 49. -Вып. 11. -С. 103106.

20. Грачев, А. Н. Пиролиз отходов деревообрабатывающих предприятий Текст. / А. Н. Грачев, И. А. Валеев, Р. Г. Сафин // Изв. вузов. Химия и химическая технология. -2006.-Т. 49. -Вып. 10. -С. 104-108.

21. Грачев, А.Н. Биомассу в жидкое топливо Текст. / А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин // Ресурсоэффективность в Республике Татарстан. -2007. - № 1. - С. 22-23.

22. Грачев, А.Н. Экспериментальное исследование кинетики процесса быстрого абляционного пиролиза древесины Текст. / А.Н. Грачев, Р.Г. Хисматов, A.A. Макаров, Р.Г. Сафин // Лесной журнал. Архангельск. 2009. - № 5, - С. 78-85.

23. Грачев, А.Н. Исследование свойств жидкого продукта быстрого пиролиза отходов деревообработки/ А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин, М.А. Таймаров, К.Х. Гильфанов, Д.В Тунцев // Проблемы энергетики. -2009.-№ 11-12.-С. 21 -25.

24. Дрейпер, П. Прикладной регрессионный анализ Текст. / П. Дрейпер, Г. Смит. // М.: Статистика, -1973.- 392с.

25. Дытнерский, Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии. Текст. / Ю. И. Дытнерский // Изд. 3-е. В 2-х кн.: Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия, 2002.-368с.

26. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под ред. М. О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Машиностроение, 1992. — 672 с.

27. Иоффе, И. JI. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии / И. JI. Иоффе // JL: Химия,- 1991. - 352 с.

28. Исаев С. И. Теория тепломассообмена Текст. / С. И. Исаев, И. А. Кожинов, и др.; Под ред. А. И. Леонтьева // -М.: Высш. школа, -1979. -495 с.

29. Исхаков, Т. Д. Энерго и ресурсосбережение при утилизации отработанных шпал методом пиролиза : автореф. Дис. . канд. техн. наук / Т.Д. Исхаков. Казань., 2008. - 16 с.

30. Калиткин, H.H. Численные методы Текст. / H.H. Калиткин // -М.: Наука, -1978.-512с.

31. Канторович, Б. В. Основы теории горения и газификациитвердого топлива Текст. / Б. В. Канторович // М.: Изд. АН СССР, 1958. -598 с.

32. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химических технологий Текст. /А. Г Касаткин // М.: Химия -1971.-784с.

33. Кислицын, А. Н. Пиролиз древесины. Химизм, кинетика, продукты, новые процессы Текст. / А. Н. Кислицын // -М.: Лесн. пром-сть, -1990. -312с.

34. Коверницкий, И. Н. Комплексная химическая переработка древесины: Учебник для вузов Текст. / И. Н. Коверницкий, В. И. Комаров, С. И. Третьяков, и др. // Архангельск: Арханг. ГТУ, -2002. - 347с.

35. Коган, В. Б. Гетерогенные равновесия Текст. / В. Б. Коган // -Д.: Химия, -1968. -432с.

36. Козлов, В.Н. Технология пирогенетической переработки древесины Текст. / В. Н. Козлов, А. А. Нивицкий // -Л.: Гослесбумиздат, 1954. - 456с.

37. Корякин, В. И. Термическое разложение древесины Текст. / В. И.Корякин // Л.: Гослесбумиздат, -1962. -678 с.

38. Кречетов, И. В. Сушка древесины Текст. / И. В. Кречетов // -М.: -1997.-532 с.

39. Кречетов, И. В. Сушка древесины топочными газами Текст. / И. В. Кречетов, // М., 1961. -270с.

40. Кутателадзе, С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. Текст. / С. С. Кутателадзе // М: Энергоатомиздат, 1990.- 367 с.

41. Кухлинг, X. Справочник по физике Текст. / X. Кухлинг. // М.: Мир, 1982.- 520с.

42. Липинский, А. А. Основы конструирования и расчетахимической аппаратуры: справочник Текст. / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. // Л.: Машиностроение, 1970 . - 752с.

43. Лопатин, А. Н. Исследование некоторых вопросов пиролиза гемицелюлозы.: Дис. . канд. тех. наук. — Ленинград, 1969. — 105с.

44. Лыков, А. В. Теория сушки Текст. / А. В. Лыков. // М.: Л.: Госэнергоиздат.- 1950.-416 с.

45. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие для втузов Текст. / Е. Н. Львовский. // 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988.-239с.

46. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений, рациональных предложений // М.: Экономика, -1977. — 60 с.

47. Мигай, В. К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования Текст. / В. К. Мигай // Л.: Энергоатомиздат, -1987.- 264 с.

48. Муштаев, В. И. Сушка дисперсных материалов Текст. / В. И. Муштаев, В. М Ульянов. // М.: Химия, 1988.-352с.

49. Навалов, Л. Т. Тепло и массоперенос в газах Текст. / Л. Т. Навалов // М.: Энергия, -1968. - 650 с.

50. Никитенко, Л. И. Термические методы переработки отходов Текст. / Л.И. Никитенко. // -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1982.-250 с.

51. Никитин, Н. И. Химия древесины и целлюлозы Текст. / Н. И. Никитин. // -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962.-250с.

52. Основные положения Энергетической стратегии России на период до 2020 года (вторая редакция) // Прил. к обществ, дел. журн. «Энергетическая политика». -М.: ГУПИЭС, -2000.

53. Основы практической теории горения Текст. / Под ред. В.В. Померанцева, 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1986.-312с.

54. Пажи, Д. Г. Основы техники распыливания жидкостей Текст. / Д. Г.Пажи, В. С. Галустов. // -М.:Химия. -1984. -266с.

55. Пальгунов, П. П. Утилизация промышленных отходов Текст. / П. П. Пальгунов, М. В Сумароков. // — М.: Стройиздат, 1990.352 с.

56. Пат. 2256686 Российская Федерация, МПК7 С 10 В 1/04, 53/02. Углевыжигательная печь Текст./ Сафин Р.Р, Сафин Р.Г., Башкиров В.Н., и др.; заявитель и патентообладатель ООО НТЦ РТО.- № 2004108939/15; заявл. 25.03.2004; опубл. 20.07.2005, Бюл. № 20. -6 с.

57. Патанкар C.B. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах -М.: Изд. МЭИ, 2003.-312с

58. Перелыгин, Л. М. Строение древесины Текст. / Л. М. Перелыгин // М.: АН СССР. -1954. -200с.

59. Периков, Э. К. Проведение и обработка экспериментов в теплоэнергетике Текст./ Э. К Периков, Э. К. Арекилян, Г. П. Киселев, А. В. Андрюшин.-М.: МЭИ, -1984.- 64 с .

60. Пижурин, А. А. Основы научных исследований в деревообработке Текст. / А. А. Пижурин // -М.: ГОУ ВПО1. МГУЛ, -2005. -305 с.

61. Пиялкин В.Н., Грязнов С.Е., Цыганов Е.А., Чалова A.B., Соколов О.М., Богданович Н.И. Технические и экономические аспекты термохимических методов получения жидкого топлива из древесного сырья. // Лесной журнал, 2001, № 4. — С. 94 — 95.

62. Пиялкин, В. Н. Научные основы и технология скоростного пиролиза древесного сырья: Дис. . док. тех. наук. С-П, 1997 -650 с.

63. Плановский, А. Н. Сушка дисперсных материалов в химической промышленности Текст. / А.Н. Плановский, В. И. Муштаев, В. М. Ульянов М.: Химия, -1979 - 288 с.

64. Помарников, Ф. В. О необходимости использования вторичного древесного сырья Текст. / Ф. В. Помарников //Лесная промышленность. -1998. №3, -С. 5-6.

65. Померанцев, П. Р. Горение топлив. Текст./ П.Р. Померанцев // Промышленная энергетика. -1985.-№2.-18с

66. Рассев, А. И. Сушка древесины. Текст. / А. И. Рассев. // Изд . 4-е.-М.: МГУЛ , 2000.

67. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие Текст. / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд // Л.: Химия, -1982.-592 с.

68. Рихтмайер, Р. Д. Разностные методы решения краевых задач. Текст. / Р. Д. Рихтмайер, К. Нортон // -М.: Мир, -1972.-420 с.

69. Романков, П. Г. Массобменные процессы химической технологии. Текст. / П. Г. Романков, Н. Б. Рашковская, В. Ф. Фролов II Л.: Химия, -1975. - 336 с.

70. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 616 с.

71. Самарский, А. А. Устойчивость разностных схем Текст. / А. А. Самарский, А. В. Гулин // М.: Наука, -1973. -285 с.

72. Сафин, Р. Г. Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств: Учеб. пособие Ч. II. Текст. / Р. Г. Сафин. // Казань: Казан, гос. техн. ун-т., -2000. -400с.

73. Семенов, Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности Текст. / Н. Н. Семенов // -М., Изд-во АН СССР, -1958. 686 с.

74. Славянский А.К., Медников Ф. А. Технология лесохимическихпроизводств. М.: Лесная пром-сть, 1970. 392 с.

75. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей // М.: Наука, 1972.-720с.

76. Суханов, B.C. Роль биоэнергетики в повышении эффективности работы лесопромышленного комплекса России Текст. / B.C. Суханов // Лесной вестник. — 2010. — №4. — с. 5-12.

77. Суханов журнал лесной вестник

78. Теплотехнический справочник Текст. // М.:Энергия, -1975. Т-1 -744 с.

79. Туманов, Ю. Н. Плазменный пиролиз твердых бытовых отходов. Текст. / Ю. Н. Туманов, А. Ф. Галкин, В. Б. Соловьев // Экология и промышленность Росси.-1999.-№2. -С. 8-11.

80. Уголев, Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения Текст. / Б. Н. Уголев // М.: Лесная пром-сть. -2001. -340 с.

81. Фенгел, Д. Древесина (химия, ультраструктура, реакции) Текст. / Д. Фенгел., В. Вегене; пер. с анг.; Предисловие А. А. Леоновича // Под ред. д.т.н., проф. А.А.Леоновича М.: Лесная пром.-ть, -1988. -512с.

82. Франк-Каменецкий, Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике Текст. / Д. А. Франк-Каменецкий // -Изд. 2-е. М., «Наука», -1967. -490 с.

83. Хисматов, Р.Г. Исследование процесса быстрого контактного пиролиза Текст. / Р.Г. Хисматов, А.Н. Грачёв // Материалы конкурса студенческих научно-исследовательских работ Казань:изд-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2007.-С 276-278.

84. Юдкевич Ю.Д. Получение химических продуктов из древесных отходов / Ю.Д.Юдкевич, С.Н. Васильев,. В.И. Ягодин. СПб: СПбЛТА, 2002. - 84 с

85. Юренева, В. Н. Теплотехнический справочник Текст. / В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева // Энергия, -1976. Т.2. -896 с.

86. Alves, S. A Model for Pyrolysis of Wet Wood Text. / S. Alves, J. L. Figueiredo //Chemical Engineering Science. -1989.-44(12). -P. 28612869.

87. Antal, M. J. Biomass Pyrolysis: A Review of the Literature -Carbohydrate Pyrolysis, Advances in Solar Energy Text. / K. W. Boer, J. A. Duffie // American Solar Energy Soc., Boulder, CO. Part 1 -1982.-Vol. 1,P. 61- 111.

88. Bamford, C.H., J. Crank, and D.H. Malan. The combustion of wood. Part I. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 1946, University of Cambridge, UK., pp. 166-182.

89. Babu, BV and AS Chaurasia, 2002(a). Modeling & Simulation of Pyrolysis: Effect of Convective Heat Transfer & Orders of Reactions. Proceedings of International Symposium & 55th Annual Session of IIChE (CHEMCON-2002). Hyderabad: OU, December, 19-22.

90. BioTherm. 1999. BiothermTM A system for continuous quality, fast pyrolysis bio oil. Fourth Biomass Conference of the Americas, Oakland, California. September. 1999.

91. Bradbury, A, Y Sakai and F Shafizadeh, 1979. Journal of Applied Polymer Science, 23: 3271.

92. Bramer E.A., Holthuis M.R. and Brem G., A novel thermogravimetric vortex reactor for the Determination of the primary pyrolysis rate of biomass, Proceedings Conference on Science in Thermal and Chemical Biomass Conversion, Vancouver, September 2004.

93. Bridgwater, A.V. Biomass fast pyrolysis Text. / A.V. Bridgwater // Thermal Science.- 2004 -№8. -P. 17-45.

94. Bridgwater, A.V. Renewable fuels and chemicals by thermal processing of biomass Text. / A.V. Bridgwater // Chem EngJ.-2003.-91:87-102.

95. Bridgwater, A.V. Thermal conversion of biomass and waste: the status. Proc. of Conference "Gasification: the Clean Choice for Carbon Management"Text. / A.V. Bridgwater // Noordwijk, the Netherlands. -2002. pp. 1-25.

96. Broido, A, M Evett and С Hodges, 1975. Carbohydr. Res., 44: 267.

97. Browning, B. L. The Chemistry of Wood Text. / Intersci. Publ., New York, London. -1963.

98. Cote, W. A. Wood Ultrastructure in Relation to Chemical Composition, In: The Structure, Biosynthesis, and Degradation of Wood Текст. / F. A. Loewus, V. С Runeckles Eds. // Plenum Press, New York, London. -1977. pp. 1—44.

99. Czernik, S. Overview of applications of biomass fast pyrolysis oil Text. / S. Czernik, A. Bridgwater // Energy Fuels. 2004. - Vol. 18. - P. 590-98.

100. Demirbas, A. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals Text. / A. Demirbas. Energy conversion and Management. -2001. -42. P. 1357-1378.

101. Di Blasi, C, 1993. Analysis of convection and secondary reaction effects within porous solid fuels undergoing pyrolysis. Combustion Science Technology, 90: 315-339.

102. Di Blasi, C. "Heat, momentum and mass transport through a shrinking biomass particle exposed to thermal radiation." Chemical Engineering Science. -1996. -51(7). -P. 1121-1132.

103. Diebold, J. P. and ScaHill, J. in Fundamentals of Termochemikal Biomass Conversion Text. / J. P. Diebold, J ScaHill // YMCA of the Rockies, Estes Park. -1982.

104. Diebold, J.P., Scahill, J.W., 1997, Improvements in the Vortex Reactor Design, Developments in thermochemical biomass conversion, ed. by A.V. Bridgwater, Blackie Academic &Professional, pp. 242-252.

105. Era, V. and Hannula, J. 1974, Pap. Puu 56, pp. 489^196

106. Elliott, D., Water, Alkali and Char in Flash Pyrolysis Oils, Biomass and Bioenergy, 7 (1994), pp. 179-185

107. Elliott, D.C. and Baker, E.G. (1987) Hydrotreating biomass liquids to produce hydrocarbon fuels, in Energy from Biomass and Waste X, Institute of Gas Technology, Chicago, pp. 765-784.

108. Freudlung, B. Modelling of heat and mass transfers in wood structures during fire. Fire Safe J., 20: 39-69.

109. Fusion-like behaviour of wood pyrolysis Text. / J. Lede [et al.] // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2003. -Vol. 70, issue 2. fflP. 601-618.

110. Galgano, A. and C. Di Blasi. Modelling wood degradation by the unreacted-core-shrinking approximation. Ind. Eng. Chem. Res., 2003, 42: 2101-2111.

111. Gronli, M.G. and Melaaen, M.C. (2000). "Mathematical model for wood pyrolysis -comparison of experimental measurements with modelpredictions. Energy and Fuels 14(4): 791-800.

112. Kansa, E.J., H.E. Perlee and R.F. Chaiken. Mathematical model of wood pyrolysis including internal forced convention. Combust. Flame, 1977, 29: 311-324.

113. Kung, H.C. A mathematical model of wood pyrolysis. Combust. Flame, 1972, 18: 185-195.

114. Liden, A.G. A Kinetic Model for the Production of Liquids From the Flash Pyrolysis of Biomass Text. / A. G. Liden, F. Berruti, D. S. Scott // Chemical Engineering Communications. -1988. -65. -P. 207221.

115. M. Bellais, K.O. Davidsson, T. Liliedahl, K. Sjostrom, and J.B.C. Pettersson. Pyrolysis of large wood particles: a study of shrinkage importance in simulations. Fuel, 82(12): 1541-1548, 2003.

116. M. Gronli, G. Yarhegyi, and C. Di Blasi. Thermogravimetric analysis and devolatilization kinetics of wood. Ind. Eng. Chem. Res., 41(17):4201-4208, 2002.

117. Maa, P. Influence of particle sizes and environmental conditions on high temperature pyrolysis of cellulosic material Text. / P. Maa, R. Bailie // Combustion Science and Technology. -1973.- №7.-P. 257269.

118. McKendry, P. Energy production from biomass overview of biomass. Bioresource Technol. -2002. Part 2. -83. -P. 37-46.

119. Meier, D, New ablative pyrolyser in operation in Germany Text. / D. Meier, S. Schoell // PyNe Newsletter, Issue 17, -2004.

120. Matsumota, T., T. Fujwara and J. Kondo. Nonsteady thermal decomposition of plastics. (Int.) Combust., 1969, 12: 515-524.

121. Park, W.C. Numerical study of thermal decomposition and pressure generation in charring solids undergoing opposed-flow flame spread Text. / W.C. Park, A. Atrëya, H.R. Baum // Proceedings of the

122. Combustion Institute. -2007. 31 II. -P. 2643-2652.

123. Peacocke, G. Ablative plate pyrolysis of biomass for liquids Text. / G. Pea- cocke, A. Bridgwater // Biomass and Bioenergy. 1994. - Vol. 7, issues 1-6.-P. 147-154.

124. Perry's Chemical Engineers Handbook / Robert H. Perry, Don W. Green. 7th edition. McGraw Hill. 1999.

125. Polagye, B.L. Thermochemical conversion of forest thinning Text. / B.L. Po- lagye.-P. 61-62.

126. Power generation using fast pyrolysis liquids from biomass Text. / D. Chiaramonti [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 11, issue 6. - P. 1056-1086

127. Prakash, N. Advances in Modeling and Simulation of Biomass Pyrolysis Text. / N. Prakash, T. Karunanithi // Journal of Applied Sciences Research. -2009. 2(1): -P. 1-27.

128. Prakash, N., Kinetic Modeling in Biomass Pyrolysis A Review Text. / Prakash N. and T. Karunanithi Journal of Applied Sciences Research. -2008. 4(12).-P. 1627-1636.

129. Shafizadeh, F. Introduction to pyrolysis of biomass. J. Anal. Apllied Pyro., 1982,3:283-305.

130. Svenson, J. JBC Pettersson and KO Davidsson, 2004. Fast Pyrolysis of the Main Components of Birch Wood Text. / J. Svenson, JBC Pettersson, KO Davidsson // Combustion Science and Technology. -2004. -176 (56). -P. 977-990

131. Thurner, F Kinetic Investigation of Wood Pyrolysis Text. / F. Thurner, U. Mann // Industrial and Engineering Chemical Process Design and Development. -1981. -20. -P. 482-488.

132. Tinney, E.R. The combustion of wooden dowels in heated air. 10th International Symposium on Combustion, August 17-21, 1965, Thecombustion institute, Pittsburgh, pp. 925-930.

133. Venderbosch, R.H., Prins, W. (2010) Fast pyrolysis technology development. In: Biofuels, Bioproducts and Biorefining (p 178-208). Published Online: 19 March 2010

134. Villermaux, J., B. Antoine, J. Lede and F. Soulignac. A new model for thermal volatilization of solid particle undergoing fast pyrolysis. Chem. Eng. Sei., 1986, 40: 151-157.