5. Высокотемпературный свч-пиролиз торфа

Грамотная переработка торфа может решить многие экономические, экологические и ресурсосберегающие проблемы, особенно в условиях сокращения и усложнения процессов добычи нефти и других углеводородов.

Существующие промышленные установки для осуществления пиролиза органических соединений основаны на использовании тепловых печей. Данные печи обладают рядом недостатков (низкая эффективность, отсутствие возможности оперативного управления температурой, экологические загрязнения и др.).[11] Одной из перспективных возможностей преодолеть эти проблемы является создание нового поколения пиролизных реакторов с системами нагрева, использующими мощное СВЧ-излучение.

Научная новизна:

Достоинства СВЧ-пиролиза перед традиционными системами теплового нагрева следующие:

• высокий КПД процесса за счет использования высокоэффективных СВЧ-источников и возможности обеспечения высокого коэффициента передачи электромагнитной энергии в объем пиролизного реактора, позволяющий обеспечить снижение себестоимости за счет уменьшения энергозатрат при внедрении данной технологии в производствах;

• объемный характер и высокая тепловая эффективность (до 90 - 95%) СВЧ-нагрева органического топлива, позволяющие реализовать равномерность нагрева топлива в объеме реактора и достигнуть интенсивный рост температуры;

• увеличение скорости химических и физико-химических реакций в присутствии СВЧ-излучения;

• возможность достижения высоких температур процесса и глубокая переработка биоматериала, позволяющие обеспечить высокое качество получаемых продуктов переработки, увеличить конверсию топлива в полезный продукт (до 20%) и уменьшить содержание отходов (до 40%);

• высокая экологическая чистота (по сравнению с пиролизными установками на основе тепловых печей-горелок, выбрасывающих в атмосферу в виде дыма не полностью сгоревшие токсичные соединения, вредные продукты переработки, зольную пыль и т.д.);

• возможность обеспечения автоматизации производства;

• уменьшение опасности процесса - при возможных поломках реактора все химические процессы должны сразу останавливаться.

В качестве источника излучения для СВЧ-пиролиза в лабораторных установках и установках малого бизнеса представляется перспективным использование относительно дешевых промышленных магнетронов, работающих в непрерывном режиме с киловаттной мощностью и имеющих достаточно высокий КПД. В высокопроизводительных промышленных установках мощностью на уровне сотен и более киловатт могут применяться гиротроны, разрабатываемые в ИПФ РАН.

Цели и основные задачи проводимой работы

1. Анализ литературных данных по воздействию СВЧ-излучения на возобновляемые источники органического сырья, в том числе, торфа.

2. Сравнение (по литературным источникам и научным базам данных) различных способов и существующих методов пиролиза торфа.

3. Разработка, изготовление и тестирование экспериментальной установки на базе промышленного 2.45 ГГц / 1 кВт магнетрона для высокотемпературного пиролиза торфа. Оптимизация коэффициента передачи мощности электромагнитного излучения в объем камеры и КПД установки.

4. Построение оптимальных сценариев проведения экспериментов по высокотемпературному СВЧ-пиролизу торфа.

5. Определение оптимальных физических условий протекания реакции пиролиза (температура нагрева, скорость нагрева, давление и т.д.) с целью увеличения выхода горючих компонентов и уменьшения вредных примесей, что должно в перспективе повысить энергоэффективность и экологическую чистоту производств, работающих на базе СВЧ-систем.

6. Анализ и исследование состава, характеристик образцов, полученных в результате эксперимента.

7. Оценка возможности создания промышленных установок СВЧ-пиролиза на базе мощных микроволновых гиротронов.

Перспективы проводимой научной работы

Данные исследования будут являться комплексными и взаимосвязанными и предполагают одновременное решение ряда прикладных физических и химических задач. Кроме того, конструкция реактора и физико-химические условия протекания процесса высокотемпературной обработки органических материалов в процессе исследований должны быть оптимизированы с точки зрения максимального выхода горючих компонентов (для обеспечения высокой энергоэффективности процесса) и минимизации выхода вредных продуктов переработки (для обеспечения экологической чистоты). Результаты проводимых исследований должны послужить основой для разработки систем высокоэффективных «экологически чистых» промышленных систем для СВЧ-переработки широкого класса органических материалов.