Ученые нашли способ повышения эффективности пиролиза низкосортных углей

Ученые нашли способ повышения эффективности пиролиза низкосортных углей

Специалисты Томского политехнического университета и Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН совместно с китайскими коллегами предложили новый подход к переработке низкосортных углей. Метод позволяет ускорить пиролиз угольных смесей в несколько раз и повысить интегральный показатель эффективности топлива на 410 % по сравнению с чистым углем.

В чем проблема?

Низкосортные разновидности, такие как бурый уголь, составляют до 4045 % мировых запасов. Их энергетическая ценность невысока, и один из лучших способов ее повышения пиролиз (термохимическое разложение в инертной среде). Однако поведение сложных смесей угля с добавками (опилки, отработанное масло) до сих пор было изучено недостаточно.

Что сделали ученые?

Исследователи проанализировали разложение бурого и каменного углей, а также их смеси с сосновыми опилками и отработанным моторным маслом. Эксперименты проводились в токе азота при температуре до 1100 C, с размером частиц от 100 до 1000 мкм и скоростью нагрева 1030 C/мин.

Многокритериальный анализ показал: наиболее эффективна смесь из 50 % бурого угля, 40 % воды и 10 % отработанного масла ее интегральный показатель выше на 10 %. Сухая смесь из 90 % угля и 10 % опилок дает прирост в 4 %.

Неожиданным стало влияние размера частиц: наименьшая энергия активации зафиксирована для крупных фракций бурого угля. Ученые связывают это с улучшенным конвективным теплообменом между частицами.

Высокореакционные добавки (опилки, масло) многократно увеличивают скорость термического разложения и снижают температуру начала пиролиза до 26 %. Синергетический эффект на стадии испарения влаги достиг почти 30 %, а всего процесса разложения до 7 %.

Твердый остаток после разложения таких смесей имеет теплоту сгорания на 2630 % выше, чем у исходного бурого угля.

Результат

На основе данных исследователи вывели эмпирические формулы, предсказывающие процесс термического разложения с погрешностью не более 30 %. Это позволяет обходиться без дорогостоящего оборудования и длительных экспериментов для каждого состава.