Приложение А (обязательное). Определение содержания биомассы методом селективного растворения

Приложение А
(обязательное)

Определение
содержания биомассы методом селективного растворения

А.1 Введение

В этом приложении указаны способы определения содержания биомассы как массовой доли (в процентах), доли энергетической ценности и содержания углерода при применении селективного растворения. Метод селективного растворения основывается на том, что биомасса окисляется быстрее, чем другие вещества.

А.2 Основные сведения

Метод селективного разложения для определения содержания биомассы (массовой доли, %), включает в себя обработку серной кислотой с последующим добавлением пероксида водорода. Биомасса в твердом топливе из бытовых отходов селективно растворяется, а другие компоненты остаются в виде осадка.

При определении массовой доли биомассы в процентах необходимо взвешивать образец перед селективным растворением и после него. Массовая доля биомассы относительно содержания карбонатов корректируется путем определения содержания золы по ГОСТ Р 54224 до и после процесса растворения. На рисунке А.1 показаны этапы, которые проводятся при определении массовой доли биомассы методом селективного растворения.

Определение содержания биомассы на основе теплотворная способность может проводиться двумя способами. Первым способом определяется теплотворная способность всей пробы и фракций других элементов. Вторым способом определяется теплотворная способность биомассы. На рисунке 2 представлен принцип, по которому определяется теплотворная способность конкретных фракций. В зависимости от применения результатов содержание биомассы можно рассчитывать как долю теплоты сгорания. Для начала определяется необходимость в определении теплотворной способности биомассы. Все показатели теплотворной способности в последующей части этого приложения даются далее в соответствии с принятым решением.

Определение содержания биомассы относительно содержания углерода включает в себя определение общего содержания углерода как до селективного растворения фракции биомассы, так и после него. Результаты применяются для вычисления содержания биомассы как доли от общего содержания углерода. Максимальное относительное отклонение для содержания биомассы относительно общего содержания углерода составляет 0,4% с массовой доли золы равной 1,0%. Если массовая доля золы (определенная по этому приложению) в исходном образце больше 10% на безводное состояние, проводится корректировка содержания в золе карбонатов. На рисунке А.3 представлены этапы, которые проводятся при определении содержания биомассы при применении метода селективного растворения для вычисления содержания биомассы как доли от общего содержания углерода.

А.3 Символы и сокращения

В приложении применяются следующие символы и сокращения:

	-	Массовая доля золы пробы твердого топлива из бытовых отходов;
	-	Общая массовая доля углерода в зольной фракции, %;
	-	Общая массовая доля углерода во фракции других компонентов (не биомассы), %;
	-	Общая массовая доля углерода в пробе, %;
daf	-	Безводное и беззольное состояние;
	-	Масса зольного остатка (включая фильтр) после сожжения в соответствии с ГОСТ Р 54224, гр.
	-	Масса пробы для растворения безводного твердого топлива из бытовых отходов, гр;
	-	Сухое вещество, оставшееся после растворения пробы (включая фильтрат), г;
	-	Энергетическая ценность безводной и беззольной фракции, МДж/кг;
	-	Энергетическая ценность безводной и беззольной фракции других компонентов, МДж/кг;
	-	Энергетическая ценность безводных отходов после растворения, МДж/кг;
	-	Энергетическая ценность безводной пробы твердого топлива из бытовых отходов, в MJ/kg;
ТС	-	Общее содержание углерода;
	-	Массовая доля биомассы, %;
	-	Массовая доля других компонентов (не биомассы), %;
	-	Содержание биомассы, % от энергетической ценности;
	-	Содержание других компонентов (не биомассы), % от энергетической ценности;
	-	Содержание биомассы, % от общего содержания углерода;
	-	Количество отходов растворения, % масс.

А.4 Реагенты и материалы

Для проведения метода селективного растворения применяют следующие реагенты и материалы:

- 78% (хч);

- 35% (хч);

- фильтр из стекловолокна, диаметром 10 см, GF6 (фильтр задерживает частицы больше 1 мкм); при использовании твердого топлива из бытовых отходов с высоким содержанием биомассы может применяться фильтр с меньшим диаметром;

- вода, как минимум деминерализованная.

А.5 Оборудование

Оборудование, необходимое для метода селективного разложения:

- воронка Брюхнера, диаметр 10 см;

- колба Эрленмейера (500 мл);

- эксикатор;

- муфельная печь, способная поддерживать температуру 550°С + 10°С (по ГОСТ Р 14775);

- обшивка из инертного материала (например фарфор, кварц или платина);

- ножевая дробилка или другое оборудование, которое может применяться для измельчения частиц пробы до 1 мм и менее;

- вытяжной шкаф;

- рН-метр;

- весы с точностью взвешивания до 1 мг.

А.6 Метод для определения содержания биомассы, в процентах масс

А.6.1 Общие положения

Этот способ устанавливает определение массовой доли биомассы, %, методом селективного растворения. Рисунок А.1 представляет принцип определения массовой доли.

Рисунок А.1 - Метод селективного растворения для определения содержания биомассы, % масс.

А.6.2 Проведение испытания

Отбор и подготовка проб проводятся на месте в соответствии с ГОСТ Р 54227 и ГОСТ Р 54228. Образец для испытаний из лабораторной пробы готовят в соответствии с ГОСТ Р 54229. При проведении метода селективного растворения должны осуществляться следующие этапы:

a) в соответствии с ГОСТ Р 54229 необходимо брать две пробы весом 5 г и сита с номинальным размером ячеек 1 мм. Масса обоих образцов записывается;

b) массовая доля золы в пробе A () определяется по ГОСТ Р 54224. Когда определяется содержание биомассы, % от общего содержания углерода (см. А.8), необходимо оставлять золу;

c) проба В, в соответствии с ГОСТ Р 54231 сушится в тигле при температуре 105°С до постоянного веса и охлаждается в эксикаторе.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! При нагревании некоторых видов твердого топлива из бытовых отходов до 105°С существует риск самовозгорания!

d) высушенную пробу В взвешивают в 4 этапа. Массу записывают ();

e) пробу В помещают в пустую 500-мл колбу;

f) следует убедиться, что тигель после перемещения пробы в колбу абсолютно пуст. Если нет, то определяют массу до и после перемещения, после чего возможен пересчет ;

g) в колбу Эрленмейера добавляют 150 мл 78%-го раствора , колбу осторожно встряхивают. Проба должна полностью пропитаться кислотой. Колбу с пробой помещают в вытяжной шкаф на 162 часа (может потребоваться охлаждение);

h) через 162 часов к реакционной массе добавляют 30 мл 35% раствора . Для отслеживания протекания реакции жидкость добавляют медленно. Затем колбу слегка встряхивают. Проба должна полностью пропитаться . Колба Эрленмейера ставится на 51 час в вытяжной шкаф (может потребоваться охлаждение);

i) высушенный стеклянный фильтр взвешивают и записывают его массу ();

j) после 51 часов пробу В разбавляют 300 мл деминерализованной воды и пропускают через стеклянный фильтр в воронку Бюхнера;

k) для удаления серной кислоты колбу омывают деминерализованной водой 6 раз по 50 мл, уровень рН последней порции воды должен быть не меньше 3,0. Перед омыванием колбы каждой последующей порцией необходимо убедиться, что предыдущая порция вылита полностью;

I) пробу В высушивают вместе с фильтром при температуре 105 °С до постоянной массы.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! При нагревании некоторых видов твердого топлива из бытовых отходов до 105°С существует риск самовозгорания!

m) высушенную пробу В взвешивают вместе с фильтром и записывают полученную массу ()

n) массу оставшейся золы () пробы определяют по ГОСТ Р 54224.

А.6.3 Расчет результатов

Расчет содержания биомассы, золы и содержания элементов не биомассы на сухое состояние вещества, % масс., проводят по уравнениям (А.1) и (А.2).

Уравнение (А.1) применяется для определения содержания биомассы на сухое состояние вещества, % масс.:

(A.1)

Уравнение (А.2) применяется для расчета содержания других компонентов (не биомассы) на сухое состояние вещества.

(А.2)

Необходимо следить за тем, чтобы в результатах была отражена чистая (100%) биомасса или компоненты не биомассы, рассчитанные на безводное состояние общей массы. Это означает, что при расчете, например, энергетической ценности твердого топлива из бытовых отходов нужно использовать энергетическую ценность на сухое и беззольное состояние вещества.

Пример

- проба твердого топлива из бытовых отходов с содержанием золы 15%;

- отбирают пробу массой около 5 г (после высушивания была зафиксирована масса 5,1 г);

- материал пробы растворяют;

- после растворения остатки сушат и взвешивают. Масса составляет 2,5 г.

Затем остатки прокаливают до золы и остаточная масса составляет 0,4 г.

Расчеты (по уравнению А.1) дают результат:

.

Содержание компонентов не биомассы на безводное состояние вещества может быть рассчитано по уравнению А.2:

.

А.7 Метод определения содержания энергии во фракциях биомассы и не биомассы

А.7.1 Общие положения

В этом методе описано определение энергетической ценности определенных фракций биомассы и не биомассы. Энергетическая ценность может быть выражена в виде теплотворной способности. Определение содержания биомассы в твердом топливе из бытовых отходов основывается на методе селективного растворения.

А.7.2 Проведение определения содержания биомассы

Определение содержания биомассы относительно энергетической ценности состоит из двух способов. Первым способом определяется энергетическая ценность биомассы и фракций других элементов (не биомассы). Второй способ служит для расчета содержания биомассы относительно энергетической ценности. На рисунке А.2 изображен принцип, по которому определяется энергетическая ценность отдельных фракций.

Рисунок А.2 - Определение содержания энергии фракций биомассы и не биомассы

В зависимости от применения полученных результатов содержание биомассы может быть рассчитано в % или как доля теплотворной способности, это определяют перед применением настоящего приложения. Все данные по теплоте сгорания в последующей части настоящего приложения даются в соответствии с принятым решением.

Теплотворная способность и содержание золы определяются как в пробе, так и у образца после обработки в соответствии со стандартом EN 15400 или ГОСТ Р 54224. При помощи этих данных высчитывается энергетическая ценность отдельных фракций.

Для преобразования полученных на сухое состояние вещества данных в рабочее состояние или безводное и беззольное состояние могут применяться уравнения по ГОСТ Р 55113.

Для определения теплотворной способности отдельных фракций применяются следующие этапы:

a) проба отбирается в соответствии с ГОСТ Р 54227, 54228 и 54229, а подготавливается в соответствии с ГОСТ Р 54228 или 54229;

b) теплотворная способность и содержание золы в образце определяются в соответствии с EN 15400;

c) содержание элементов не биомассы определяется в соответствии с пунктом А.6;

d) выбирают новую контрольную пробу и действуют в соответствии с шагами с) - m) пункта А.6.2. Следует обратить внимание на то, что при проведении селективного растворения сохраняется достаточное для проведения следующего этапа количество остатков пробы. Если 5 г массы не достаточно для определения теплотворной способности продукта, то объем пробы увеличивают пропорционально.

e) определяют содержание золы и теплотворной способности пробы. Если после проведения процедуры селективного растворения остается менее 1 г остатка пробы или если в остатках присутствует тонкая фракция, то необходимо измельчить остатки вместе с фильтром для определения энергетической ценности. Причем доля фильтра должна быть вычтена из результата.

А.7.3 Расчет результатов

Теплотворная способность конкретных фракций не биомассы и всей пробы на безводное и беззольное состояние вещества рассчитывается на основе применения данных, содержащихся в шагах b) - е) пункта А.7.2, по формулам А.5 и А.6:

.

(А 5)

Теплотворная способность фракции биомассы рассчитывается на беззольное состояние вещества по уравнению (А.6) Применяются данные, полученные в уравнении (А.5):

.

(А 6)

Пример

В высушенной пробе твердого топлива из бытовых отходов были установлены следующие показатели: ; массовая доля золы . Методом селективного растворения было установлено, что доля остатка составила , массовая доля золы = 10% и = 25 МДж/кг(d). Отсюда получаем:

.

Метод для определения массовой доли биомассы, %, относительно теплотворной способности состоит из 4 этапов:

a) определение массовой доли биомассы, , и не биомассы, , в соответствии с пунктом А.6.3;

b) определение теплотворной способности различных фракций в соответствии с пунктом А.7;

c) определение массовой доли биомассы в процентах относительно теплотворной способности;

d) вычисление доли теплотворной способности биомассы и не биомассы в общей теплотворной способности всей пробы при применении формул (А.7) и (А.8):

;

(А.7)

.

(А.8)

А.8 Определение общего содержания углерода фракций биомассы и не биомассы методом селективного растворения

А.8.1 Введение

Ниже описана процедура определения содержания биомассы, % от общего содержания углерода (ТС), методом селективного растворения твердого топлива из бытовых отходов. Общее содержание углерода определяют до и после процедуры селективного растворения. Максимальное относительное отклонение содержания биомассы относительно общего содержания углерода составляет 0,4% для каждой массовой доли фракции золы 1%. Поэтому проводится корректировка относительно содержащихся в золе карбонатов, если массовая доля золы (определенная по этому приложению) в исходном образце на сухое состояние вещества составляет более 10%. На рисунке А.3 изображен пошаговый процесс определения содержания биомассы методом селективного растворения, % от общего содержания углерода.

Рисунок А.3 - Метод селективного растворения для определения содержания биомассы в % от общего содержания углерода

А.8.2 Проведение определения содержания биомассы

При определении содержания биомассы методом селективного растворения, % от общего содержания углерода, применяются следующие шаги:

а) отбирают 4 пробы: А, В, С и D. Пробы А и В должны весить не менее 5 г. Пробы С и D должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 54234. Массу всех проб записывают;

b) для проб А и В в соответствии с пунктом А.6.1 определяют зольность () и остаточную фракцию (), %. Золу сохраняют;

c) если зольность больше 10%, то применяют шаг d, в противном случае - сразу шаг е;

d) общее содержание углерода в зольной фракции определяется в соответствии с ГОСТ Р 54234 по зольному остатку (шаг b). Эти показатели обозначаются как . В зависимости от результатов проведенных испытаний на общее содержание углерода применяются большие объемы проб или испытания повторяются;

e) общее содержание углерода в пробе, С, определяется в соответствии с ГОСТ Р 54234. Эти показатели обозначаются как общее содержание углерода всей пробы, ;

f) отбирают минимальный объем пробы D в соответствии с ГОСТ Р 54234, поделенный на ;

g) проба D обрабатывается в соответствии с шагами с - е пункта А.8.2;

h) остатки пробы D аккуратно удаляют с фильтра, общее содержание углерода в остатках определяется в соответствии с ГОСТ Р 54234. Общее содержание углерода остатков равняется общему содержанию углерода в компонентах фракции не биомассы. Эти данные обозначаются как . В зависимости от результатов проведенных испытаний на общее содержание углерода применяются большие объемы проб или испытания повторяются.

А.8.3 Расчет результатов

Если массовая доля золы составляет более 10%, то расчет содержания биомассы, в % от общего содержания углерода, производится по уравнению (А.8).

Если массовая доля золы составляет менее 10%, то для расчета содержания биомассы, в % от общего содержания углерода, производится по уравнению (А.9)

ГАРАНТ:

Нумерация формул приводится в соответствии с источником

.

(A.8)#

Примечание - При расчетах исходят из того, что во фракции биомассы не содержится неорганического углерода. Предполагается также, что при использовании метода селективного растворения не остается неорганического углерода;

.

(А.9)

В зависимости от качества золы и присутствующих в ней карбонатов может возникнуть отклонение до 0,4% на 1% содержания золы.