​​Теплоэнергетики Томского политехнического университета (ТПУ) спроектируют производство полукокса для кемеровской угледобывающей компании. Оригинальная технология уже проверена на лабораторной установке. Промышленная установка – мощностью 100 кг в час – сначала будет создана в "цифре": виртуальный прототип позволит сэкономить заказчику миллионы рублей. 

Дешевое сырье – дорогой продукт 

"Зеленая" энергетика медленно, но верно "откусывает" долю на рынке у традиционных источников энергии. Больше всех страдает уголь – как самый "черный" из них, ощутимо загрязняющий окружающую среду и атмосферу. Как следствие – в Европе от него массово отказываются, цена на рынке все падает и падает… 

"При этом объемы добычи не сокращаются – игроки не хотят уходить с рынка. Предложение превышает спрос, в итоге сейчас один килограмм кемеровского угля стоит один рубль. И многие угольные компании задумались: как повысить добавленную стоимость угля? Уголь как сырье дешев, как продукт – дорог", – рассказывает Роман Табакаев, научный сотрудник Инженерной школы энергетики ТПУ. 

В прошлом году этот же коллектив ТПУ разработал для кемеровского заказчика технологию изготовления угольных пеллет, используемых для твердотопливных котлов, в том числе автоматических. Был план поставлять их в Польшу.



© предоставила пресс-служба Томского политеха
 
Пеллеты – это, по сути, прессованный уголь. Они горят равномерно, не спекаются и не дают шлаковых образований, что позволяет экономить до 30% топлива. 

"Они долго не могли найти того, кто разработал бы оптимальный способ сделать пеллеты из некондиционного угля. Обращались в несколько учреждений, одно, например, предложило технологию, при которой брикеты надо было сушить неделю при естественных условиях – для этого требовалось построить ангар величиной с несколько стадионов.
Нам меньше чем за год удалось сделать прочные, устойчивые к стиранию (что важно при транспортировке) и простые в производстве пеллеты. В конце 2020 года получили на них патент. Дальше кемеровчане хотят создавать научно-производственное предприятие с нашим участием. А нам дали следующий заказ – на технологию полукоксования угля, с последующим проектированием мини-завода", – говорит ученый.​​

© пресс-служба Томского политеха
Роман Табакаев, научный сотрудник Инженерной школы энергетики ТПУ

Повышение добавленной стоимости 

Если стоимость угольных пеллет на рынке – около 10 тысяч рублей за тонну, то, например, тонна полукокса стоит уже 16 тысяч. Глубже переработка – выше цена… 

Полукокс получается в результате термического нагрева угля в бескислородной среде. Доцент Инженерной школы энергетики ТПУ Сергей Хаустов объясняет "на пальцах": 

"Когда мы жарим шашлыки, под мясом иногда начинает полыхать пламя. Это горит не уголь – горят летучие газы, которые выделяются из него в процессе нагрева и взаимодействуют с кислородом. Если проводить термическую обработку без доступа кислорода, то на выходе будет углеродный остаток – практически чистый углерод.
Кокс – это то, что получилось при нагреве порядка 800-900 градусов, полукокс – порядка 500-600. Первый, соответственно, по себестоимости дороже второго. В промышленности при выплавке стали используется кокс, но, поскольку он дорогой, "разбавляют" его более дешевым полукоксом – заменить можно до 20% сырья".



© Администрация Кемеровской области
 
Поставлять полукокс из Кемерова выгодно – не требуются больших транспортных расходов (как в случае с экспортом), потому что основные потребители – металлургические заводы – находятся в России.
Политехники разработали для кемеровчан оригинальную технологию полукоксования, которую уже проверили на экспериментальной установке мощностью несколько килограмм в час. 

"Теперь наша задача – сделать промышленную установку мощностью 100 килограмм в час. Это еще не та мощность, которая им нужна, но это промежуточная стадия между реальным производством 10 тонн в час и лабораторной пробиркой.
Чтобы построить большой завод, инвестору нужно вложить сотни миллионов рублей. Обидно будет потерять их, если при масштабировании что-то пойдет не так. А если мы строим мини-завод, то финансовые риски гораздо меньше. Более того, сначала этот завод появится в "цифре", что еще больше минимизирует риски", – поясняет Роман Табакаев.

© предоставила пресс-служба Томского политеха
 
Полукокс в 16 раз дороже обычного угля. А если обдать его перегретым паром, получится продукт-сорбент – активированный уголь. Его стоимость на рынке достигает уже 60 тысяч рублей за тонну.

Просчитано машиной 

Сейчас завершается подготовка конструкторской документации, с которой дальше будет работать Сергей Хаустов. Который, кстати, в декабре как сотрудник компании Rubius вошел в Топ-100 участников чемпионата по разработке искусственного интеллекта Russian AI Cup 2020. В течение квартала он должен создать математическую модель будущего завода на основе расчетов и уже полученных экспериментальных данных. 

"Обычно между идеей и внедрением в производство присутствует такой этап, как создание прототипа. Все чаще между этапами "идея" и "прототип" появляется этап "виртуальный прототип". Мы создаем его с помощью лицензионного программного продукта Ansys Multiphysics, который используется многими известными предприятиями (такими, как BMW, Boeing, Siemens, Shell, Volkswagen).
Несколько лет назад Томский политехнический университет потратил серьезные средства на лицензию, с помощью этого инструмента можно детально моделировать физические законы реального мира – вплоть до того, как при той или иной конструкции ведут себя моли газа. Например, мы строили такие виртуальные копии промышленных котлов отопления", – говорит ученый. 

"Математическое моделирование – популярная практика у продвинутых производителей, например, первый "Рено-Логан" пошел в серию исключительно после виртуальных испытаний, то есть без единого предсерийного прототипа, что сэкономило на этапе проектирования почти 20 млн евро", – отмечает Сергей Хаустов.​



© пресс-служба Томского политеха
Доцент Инженерной школы энергетики ТПУ Сергей Хаустов 

Для того чтобы создать математическую модель, искусственный интеллект должен решить не менее 250 миллиардов уравнений, просчитав буквально каждый сантиметр установки. Когда "паззл" сложится, у заказчика будет максимально продуманный проект, который уже можно реализовывать "в железе". 

В свою очередь, когда мини-завод будет физически построен, ученые Политеха создадут его цифровой двойник, чтобы "увидеть" скрытые внутри процессы. В дальнейшем это поможет с минимальными рисками масштабировать производство со 100 килограммов до 10 тонн в час.
​​

Похожие новости

  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    1395
  • 07/11/2018

    Практики ТПУ вошли в доклад CESAER о роли технических вузов в развитии инновационных экосистем

    ​Кейс с практиками Томского политехнического университета вошел в экспертный доклад о роли технических вузов в развитии инновационных экосистем Ассоциации ведущих европейских университетов в области инженерного образования и исследований CESAER.
    1045
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    2395
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    543
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    493
  • 11/12/2020

    Почему земля вкусная: ученые ТПУ ищут "рецепт" от загадочных болезней

    ​​​Ученые Томского политеха (ТПУ) отправились в экспедицию на Алтай, где будут методами биогеохимии изучать причины геофагии (поедания почвы) животных. Такие исследования прошли в Приморье и предстоят в Забайкалье, в комплексе они расскажут, как окружающая среда и геология местности влияют на живые организмы.
    530
  • 28/10/2020

    Российские ученые нашли экологически чистую замену углю

    Улучшить свойства доступных видов биотоплива смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ). По словам авторов, им удалось получить из торфа и отрубей экологически чистое топливо, не уступающее по эффективности бурому углю.
    1012
  • 25/03/2021

    Учёные предложили очищать сточные воды предприятий без использования реагентов

    Российско-китайский коллектив учёных разработал экологичную технологию извлечения частиц тяжёлых металлов из отработанных сточных вод промышленных предприятий. Технология предполагает кавитационное очищение — особый способ переработки воды с помощью «микровзбивания», в результате которого загрязняющие частицы образуют легко удаляющийся осадок.
    250
  • 03/09/2019

    Как натравить микробы на пластмассу

    ​Сразу несколько лабораторий в разных частях света бьются над созданием живых существ, способных поедать пластик. На кону два вопроса. Кто спасет нас от мусорного засилья — бактерии, грибы или черви? И кто первым добьется технологического прорыва? «Огонек» присмотрелся к шансам России в этой очищающей гонке.
    1110
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    271