Пиролиз углеродосодержащих отходов с получением топливных горючих газов

Существенный фактор, ограничивающий применение пиролиза – сложный состав исход​ного сырья. Подбор параметров для каждого вида сы​рья требует сложных и дорогостоящих исследований. Альтернативный подход к оптимизации параметров процесса пиролиза – исследование математической модели процесса.

Теоретически обоснованы модели пиролиза, базирующиеся на истинном механизме протекания процесса с участием свободных радикалов (свободно-радикальные модели) [3].

В физической химии имеются эмпирические (закон Ле-Шаталье) и расчетные методики оптимизации химических реакций. Манипулирование температурой, давлением, катализатором позволяет максимизировать выход целевых продуктов реакции или оптимизировать процесс по экологической безопасности.

Традиционный подход в химии – составить многозвенный реактор, в каждом элементе которого происходит лишь одна или несколько химических реакций. В реакторах для сжигания, пиролиза, газификации одновременно идут сотни химических реакций. Классические методы для оптимизации таких систем непригодны. По мере возрастания числа химических реакций происходит не только количественный, но и качественный переход. Для оптимизации систем такой сложности требуются либо натурные эксперименты, либо математическая модель, адекватно описывающая сложную систему.

Для описания процесса пиролиза углеводородов предлагается математическая модель pirogas, реализованная на языке программирования Common Lisp. Набор реакций для пиролиза углеводородов взят из модели ТЕРАСУГ. В качестве исходного сырья использовалась целлюлоза, как одна из основных составляющих несортированного потока твердых бытовых отходов.

Модель pirogas состоит из четырех элементов. Список – содержимое реактора и список всех возможных реакций процесса пиролиза с аррениусовскими параметрами скорости реакции и энергии активации.

Предлагается использовать для оптимизации про​цесса пиролиза методы вычислительной химии применительно к модели со свободно-радикальным механизмом. Для минимизации расчетов для моделирования процессов пиролиза выбран мезомасштабный уровень, при этом рассчитывался лишь высокотемпературный пиролиз углеводородных соединений. В таких условиях реакции протекают в газовой фазе, с образованием свободных радикалов.