В ТПУ создали метод, повышающий эффективность пиролиза низкосортных углей


Способ увеличения эффективности пиролиза низкосортных углей предложили в составе международной научной группы ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 28 апреля сообщила пресс-служба вуза.

С помощью разработанного данной группой ученых подхода можно в несколько раз ускорить процесс пиролиза угольных смесей и на 4–10% повысить интегральный показатель эффективности топлива по сравнению с чистым углем.

Проведя ряд экспериментов, ученые на основе полученных данных вывели эмпирические формулы, с помощью которых можно прогнозировать эффективность процесса термического разложения топлива с погрешностью не более 30%.

В исследовании приняли участие специалисты лаборатории тепломассопереноса ТПУ, Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Ведущей лаборатории в области исследований и разработок по термогидродинамике министерства образования Китая.

Результаты работы ученые представили в статье «Кинетика совместного и индивидуального термического разложения углей и компонентов отходов» (Kinetics of the joint and individual thermal decomposition of coals and waste-derived components), опубликованной в журнале Powder Technology (Q1, IF: 4,6).

Порядка 40–45% мировых запасов составляют низкосортные угли, в том числе бурый уголь, чья энергетическая ценность невысока. Для повышения качества таких углей широко используется пиролиз (термохимическое разложение в инертной среде при нагревании).

Так как в настоящее время поведение сложных смесей (например, угля и дополнительных добавок в виде отходов деревообрабатывающей промышленности) недостаточно изучено, сотрудники лаборатории тепломассопереноса ТПУ провели ряд экспериментов. Они проанализировали стадии термического разложения бурого угля, трех марок каменного угля, а также смесей с добавлением к углю сосновых опилок и отработанного моторного масла.

Пиролиз проводили в потоке азота с нагревом до 1100 °C, варьируя размеры частиц угля в пределах от 100 до 1000 мкм и скорость нагрева — от 10 до 30 °C/мин.

Один из авторов статьи, инженер-исследователь лаборатории тепломассопереноса ТПУ Вадим Дорохов сообщил:

«Многокритериальный анализ показал, что наиболее эффективной смесью является топливо из 50% бурого угля, 40% воды и 10% отработанного моторного масла. Его интегральный показатель эффективности на 10% выше, чем у чистого бурого угля. „Сухая“ смесь из 90% бурого угля и 10% опилок дает прирост в 4%».

Он отметил, что в ходе экспериментов они обнаружили неожиданный эффект — влияние размеров частиц угля на эффективность процесса пиролиза. Наименьшую энергию активации (порог запуска реакции пиролиза) показали крупные частицы бурого угля, а не мелкие фракции. Исследователи считают причиной этого явления улучшенный конвективный теплообмен между крупными частицами.

Результаты исследований показали, что высокореакционные добавки (опилки и отработанное масло) многократно увеличивают скорость термического разложения такого составного топлива по сравнению с чистым углем и снижают температуру начала пиролиза до 26%.

По словам ученых, взаимодействие компонентов на стадии испарения влаги позволило достичь синергетического эффекта почти в 30%, а всего процесса термического разложения — до 7%.

«Наши эксперименты показали, что грамотно подобранные составные смеси на основе низкосортного угля и отходов могут быть существенно эффективнее при пиролизе, чем исходный уголь. Причем твердый остаток после разложения таких смесей имеет теплоту сгорания на 26–30% выше, чем у исходного бурого угля», — добавил Вадим Дорохов.

Проанализировав полученные данные, специалисты ТПУ вывели эмпирические формулы процесса пиролиза смесевых топлив на основе угля. В них учитываются средняя энергия активации, содержание летучих веществ, влажности и зольности, а также ряд других показателей.

С помощью разработанных формул можно без использования дорогого оборудования и длительных экспериментов для каждого состава прогнозировать поведение новых угольных смесей при термической конверсии с погрешностью не более 30%.

glavno.smi.today