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 4–10 % по сравнению с чистым углем.
В чем проблема?
Низкосортные разновидности, такие как бурый уголь, составляют до 40–45 % 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 10–30 °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 26–30 % 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.
