Департамент науки ТГТУ

1. Наименование НИОКТР

«Сухая и влажная торрефикация отходов сельского хозяйства для получения биоугля как многофункционального продукта»

1. Цель проекта

Выбор наиболее энергоэффективной технологии получения биоугля, производимого из отходов сельского хозяйства и используемого в качестве топлива, сорбента и удобрения.

Проект направлен на проведение сравнительных исследований биоуглей, полученных методами сухой, влажной торрефикации и пиролиза для использования в качестве улучшителя почвы, сорбентов для очистки почвы, органических удобрений.

1. Соглашение № 075-15-2024-650 от 12.09.2024 г.
2. Критические технологии

Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику

1. Ключевые слова

ОТХОДЫ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА, ПИРОЛИЗ, СУХАЯ И ВЛАЖНАЯ ТОРРЕФИКАЦИЯ, ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, БИОУГОЛЬ, СОРБЕНТ, УЛУЧШИТЕЛЬ ПОЧВЫ, УДОБРЕНИЕ

6. Дата начала и дата окончания проекта

7. Источник финансирования: федеральный бюджет (Минобрнауки РФ)

8. Планируемый объем финансирования ( в тыс. руб.): 20 000

9. Количество этапов: 2

10.Результаты работ по первому этапу:

1) Выполнен Аналитический обзор существующих методов низкотемпературного пиролиза (торрефикации) биомассы, включая обзор математических моделей термической конверсии биомассы

2) Проведены патентные исследования по тематике проекта.

3) Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлена лабораторная установка для исследования экзотермических процессов, возникающих в процессах торрефикации биомассы.

4) Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены три лабораторные печи, пригодной к эксплуатации в фермерских хозяйствах Африки, для исследования экзотермических процессов, возникающих в процессе пиролиза биомассы. Печи переданы иностранным партнерам, вместе с которыми проведены испытания печей на местных видах биомассы (листья оливок и жом сахарного тростника). Испытания показали работоспособность пиролизной печи и пригодность ее для получения образцов биоуглей, необходимых для проведения исследований иностранными партнерами.

5) Исследованы физико-химические и термические свойства отходов сельского хозяйства, характерных как для России (солома пшеницы, стебли и початки кукурузы, лузга подсолнечника), так и для стран Африки (отходов производства оливкового масла, кофейной шелухи, отходов финиковой пальмы, жом сахарного тростника). Показано, что исследуемые образцы биомассы представляют собой достаточно низкокачественное низкокалорийное топливо, при сжигании которого вероятны высокие уровни выбросов соединений серы. Исключение составляют только выжимки оливок.

6) Исследованы процессы влажной торрефикации биоотходов при изменении температуры процесса в диапазоне 180 – 350 ºС и изменении продолжительности процесса в диапазоне 5 – 30 мин. Показано, что предварительная обработка методом влажной торрефикации позволяет получить высококалорийное (теплота сгорания 4400 – 6900 ккал/кг) экологически чистое топливо. Длительность обработки может не превышать 10 мин., но температуру влажной торрефикации необходимо поддерживать на уроне 350 ºС.

7) Исследован химический состав неконденсируемых продуктов влажной торрефикации и конденсата отработанного перегретого пара, используемого в процессе влажной торрефикации выбранных отходов сельского хозяйства, и оценена возможность получения из конденсата продуктов с высокой добавленной стоимостью. Химический состав неконденсируемых газообразных продуктов торрефикации не зависит от вида обрабатываемой биомассы. Процесс влажной торрефикации не может рассматриваться как пригодный к выработке продуктов с высокой добавленной стоимостью.

8) Исследован процесс сухой торрефикации выбранных сельскохозяйственных отходов и характеристики получаемых биоугля в зависимости от температуры и продолжительности процесса. Сухая торрефикация позволяет получить из исходных биоотходов качественное биотопливо, но для этого длительность обработки исходной биомассы будет в 8 раз больше, чем в случае использования технологии влажной торрефикации.

11. Результаты работ по второму этапу (с 01.01.2025 по 31.12.2025):

1) Исследования экзотермических эффектов, возникающих при сухой и влажной торрефикации и пиролизе выбранных отходов хозяйства, включая определение температурных диапазонов, соответствующих проявлению экзотермических эффектов при торрефикации и пиролизе выбранных отходов сельского хозяйства, экспериментальные исследования экзотермических эффектов при торрефикации и пиролизе выбранных отходов сельского хозяйства с варьированием параметров процесса (вид обрабатываемого материала, масса и высота загрузки, скорость нагрева, конечная температура торрефикации и пиролиза), определение вклада вторичных процессов в величину экзотермических эффектов;

2) Проведена доработка конструкции установок для сухой и влажной торрефикации и пиролизной печи с учетом исследованных экзотермических эффектов;

3) Разработана и верифицирована математическая модель процесса пиролиза и торрефикации с учетом возможного возникновения очагов локального перегрева;

4) Проведено испытание доработанных установок для сухой и влажной торрефикации и пиролизной печи с учетом исследованных экзотермических эффектов;

5) Проведено технико-экономическое обоснования выбора оптимальной технологии торрефикации и пиролиза сельскохозяйственных отходов;

6) Разработаны практические рекомендации по применению выбранной оптимальной технологии пиролиза и торрефикации сельскохозяйственных отходов.