Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2026
Идентификатор DOI: 10.30724/1998-9903-2026-28-4-206-222
Ключевые слова: peat, pyrolysis, methanogenesis, inhibitor, mathematical modeling, Kinetics of thermal decomposition, торф, пиролиз, метаногенез, ингибитор, математическое моделирование, кинетика термического разложения
Аннотация: АКТУАЛЬНОСТЬ. Торф является перспективным возобновляемым источником энергии, однако его термическая переработка сопряжена с нестабильностью выхода горючих газов и риском неконтролируемого окисления. Кроме того, осушенные торфяники служат источником парниковых газов (метана, углекислого газа), что требует разработки методов управленПоказать полностьюия процессом газовыделения.ЦЕЛЬ. Разработка и численная реализация математической модели термического разложения торфа, учитывающей биологический метаногенез, гибель метаногенных бактерий, стадии пиролиза и введение ингибитора для подавления нежелательных реакций окисления.МЕТОДЫ. Модель базируется на системе дифференциальных уравнений тепломассопереноса в двухтемпературной пористой среде. Кинетика пиролиза описана методом Фридмана и уравнением Киссинджера. Для описания биологического этапа использованы модифицированное уравнение Аррениуса и сигмоидальная модель Гомпертца. Экспериментальная верификация проведена на образцах торфа месторождения «Люк-Колен-Еган» с определением влажности, зольности и потери массы при нагреве до 800 °C.РЕЗУЛЬТАТЫ. Определены температурные интервалы основных стадий: сушка (20-150 °C), гибель бактерий и выделение метана (70-110 °C), разложение гемицеллюлозы и целлюлозы (200-450 °C), карбонизация кокса (>500 °C). Введение ингибитора при 300 °C позволяет подавить окисление, что подтверждается стабилизацией кинетических параметров. Расхождение расчётных и экспериментальных данных по потере массы не превышает 5 %.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработанная адекватно описывает процесс термической деструкции торфа и может быть использована для оптимизации режимов пиролиза с целью повышения выхода горючих газов и снижения эмиссии парниковых газов. THE RELEVANCE. Peat is a promising renewable energy source; however, its thermal processing is associated with unstable combustible gas emissions and the risk of uncontrolled oxidation. Furthermore, drained peat lands serve as a source of greenhouse gases (methane, carbon dioxide), requiring the development of methods for controlling the gas evolution process.THE PURPOSE To develop and numerically implement a mathematical model of peat thermal decomposition that takes into account biological methanogenesis, the death of methanogenic bacteria, the pyrolysis stages, and the introduction of an inhibitor to suppress undesirable oxidation reactions.METHODS. The model is based on a system of differential equations for heat and mass transfer in a two-temperature porous medium. Pyrolysis kinetics are described using the Friedman method and the Kissinger equation. A modified Arrhenius equation and the Gompertz sigmoidal model are used to describe the biological stage. Experimental verification was carried out on peat samples from the Lyuk-Kolen-Egan deposit, determining moisture content, ash content, and mass loss upon heating to 800°C.RESULTS. The temperature ranges of the main stages were determined: drying (20-150°C), bacterial death and methane release (70-110°C), decomposition of hemicellulose and cellulose (200-450°C), and coke carbonization (>500°C). The introduction of an inhibitor at 300°C helps suppress oxidation, which is confirmed by stabilization of the kinetic parameters. The discrepancy between the calculated and experimental data for mass loss does not exceed 5%.CONCLUSION. The developed model adequately describes the process of thermal destruction of peat and can be used to optimize pyrolysis modes in order to increase the yield of combustible gases and reduce greenhouse gas emissions.
Журнал: Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики
Выпуск журнала: Т. 28, № 4
Номера страниц: 206-222
ISSN журнала: 19989903
Место издания: Казань
Издатель: Казанский государственный энергетический университет