Департамент науки ТГТУ

Тема проекта:  «Совмещение лабораторных исследований и вычислительной гидродинамики для оптимизации процесса гидротермальной карбонизации отходов биомассы в присутствии оливинового катализатора для получения оптимальной микропористости биоугля (акроним проекта CARBOSIM)»

Номер договора с РФФИ: 21-58-46005\21 от 12.03.2021

Срок реализации проекта: 3 года
Размер гранта: 2 000 000 рублей в год

Цель проекта – получение новой информации о процессе ГТК в присутствии катализатора, в т.ч. в кипящем слое, а также разработка кинетической модели и компьютерной модели динамики потоков тепла и массы в реакторе для ГТК, позволяющей точнее прогнозировать характеристики получаемого биоугля в зависимости от температуры процесса, условий теплообмена и наличия катализатора.

Задачи проекта:
1. Исследование кинетики процесса ГТК двух образцов биомассы, отличающихся по содержанию лигнина и целлюлозы, в реакторе периодического действия.
2. Исследование кинетики процесса ГТК двух образцов биомассы, отличающихся по содержанию лигнина, в реакторе периодического действия в присутствии катализатора (оливина).
3. Исследование кинетики процесса ГТК двух образцов биомассы, отличающихся по содержанию лигнина, в реакторе с кипящим слоем.
4. Исследование кинетики процесса ГТК двух образцов биомассы, отличающихся по содержанию лигнина, в реакторе с кипящим слоем в присутствии катализатора (оливина).
5. Разработка кинетической модели процесса карбонизации в реакторе периодического действия без катализатора и в присутствии катализатора.
6. Разработка кинетической модели процесса карбонизации в реакторе с кипящим слоем без катализатора и в присутствии катализатора.
7. Разработка и проверка компьютерной модели потоков тепла и массы в реакторе периодического действия без катализатора и в присутствии катализатора.
8. Разработка и проверка компьютерной модели потоков тепла и массы в реакторе с кипящим слоем без катализатора и в присутствии катализатора.
Ожидаемые по окончании проекта научные результаты
Результатами проекта будут:
- кинетическая модель процесса ГТК без катализатора и в присутствии катализатора в реакторе периодического действия,
- кинетическая модель процесса ГТК без катализатора и в присутствии катализатора в реакторе с кипящим слоем,
- CFD модель потоков тепла и массы для некаталитического и каталитического процесса ГТК в реакторе периодического действия и в реакторе с кипящим слоем.
Полученные результаты будут получены впервые. Они позволят расширить представления о процессе ГТК и способах интенсификации этого процесса, а также создадут расчётный инструмент для проектирования промышленных реакторов для ГТК

Выполненные на 1 этапе работы:

1. Была разработана программа и методики исследования ГТК скорлупы фундука и спитого чая в лабораторной установке в кипящем слое, сформированным частицами биоугля, переводимых в псевдоожиженное состояние перегретым водяным паром.

2. В исходной биомассе и в биоугле определялось: содержание влаги, содержание золы, содержание серы, углерода, водорода, азота, кислорода, теплота сгорания в калориметрической бомбе.

3. Для количественного определения в конденсате, полученном при охлаждении отработанного перегретого водяного пара, фенола, гидрооксиметилфурфурола, уксусной кислоты, гликолевой кислоты, фурфурола, метанола, пропановой кислоты, 1-гидроксиацетона использован метод газовой хромато-масс-спектрометрии.

Выполненные на 2 этапе работы:

1. Разработана программа и методики исследования ГТК скорлупы фундука и спитого чая в лабораторной установке в кипящем слое, сформированным частицами исходной биомассы и оливинового песка, переводимых в псевдоожиженное состояние перегретым водяным паром.

2. Проведены эксперименты по исследованию процесса совместного псевдоожижения слоя, состоящего из фракции оливинового песка и фракции исходной биомассы.

3. Создана «холодная» модель реактора для ГТК биомассы в кипящем слое.

Выполненные на 3 этапе работы:

1. Кинетическая модель процесса ГТК без катализатора и в присутствии катализатора в реакторе периодического действия

2. Кинетическая модель процесса ГТК без катализатора и в присутствии катализатора в реакторе с кипящим слоем

3. CFD модель потоков массы и в реакторе с кипящим слоем