Исследователи НИТУ «МИСиС», ТПУ и Института катализа СО РАН им. Г.К. Борескова предложили новый метод повышения эффективности сгорания угольного топлива с помощью солей меди, который позволяет на 40% сократить выбросы угарного газа и в три раза снизить недожог, превратив его в полезное тепло. Исследование было опубликовано в журнале Fuel Processing Technology

По данным Международного энергетического агентства, уголь является самым распространенным первичным энергоресурсом в мире. Согласно отчетам организации, в 2020 году более трети мировой электроэнергии производилось за счет сжигания угля. Эксперты утверждают, что, несмотря на все усилия по переходу на возобновляемые источники энергии, уголь в ближайшие годы сохранит лидирующие позиции в производстве электроэнергии. При этом с использованием угля в качестве энергоносителя связан ряд проблем, включая неполное сгорание топлива и выделение токсичных газов, что ставит перед угольной энергетикой задачу более эффективной и экологичной конверсии топлива в энергию. Одним из возможных решений для повышения эффективности сгорания угля может стать использование каталитических агентов (катализаторов), способных повысить интенсивность процесса его горения. В качестве таких агентов могут выступать оксиды различных металлов или их прекурсоры: нитраты, ацетаты, хлориды и сульфаты. 

«На угольной энергетике рано ставить крест. Китай, несмотря на все «зеленые» тенденции, рассматривает уголь как основное топливо XXI века. В России доля угля в энергобалансе составляет немногим менее 20%. Даже Великобритания, последовательно проводящая курс на переход к возобновляемым источникам энергии, в третьем квартале 2020 года сожгла более 200 тыс. тонн угля. Следовательно, поиск каталитических добавок, активирующих сжигание угля, будет продолжаться. Мы добились определенных успехов в этом направлении: эффективность сгорания углей, особенно высокозолистых, существенно повышается при использовании катализаторов, предложенных и испытанных нашим научным консорциумом», – отметил руководитель исследовательской группы НИТУ «МИСиС», д.т.н., заведующий лабораторией «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» Александр Громов. 

При использовании солей металлов в качестве катализаторов повышение эффективности процесса горения достигается за счет интенсификации реакции горения и понижения температуры горения. При этом авторы исследования отмечают, что применение солевых агентов делает процесс горения более управляемым. 

В ходе исследования ученые использовали соли меди в качестве активирующей добавки горения для повышения реакционной способности твердого топлива с высокой степенью углефикации, такого как антрацит или каменноугольный кокс. Такое топливо имеет высокую температуру воспламенения и теплоту сгорания при более низкой интенсивности горения. Увеличение реакционной способности и скорости горения позволило значительно снизить потери тепла из-за так называемого топливного недожога путем его преобразования в энергию. 

Исследователи интегрировали нитраты, ацетаты и сульфаты меди в объемную структуру угля методом пропитки, что позволило им обеспечить равномерное распределение добавки по материалу. Затем полученный материал сжигали в камере сгорания при начальной температуре 500-700°C. 

Механизм активации процесса горения заключался в интенсификации выделения горючих газофазных продуктов на стадии высвобождения летучих соединений и формировании локальных очагов газообразования, которые препятствуют образованию шлака, что в конечном итоге позволило обеспечить хорошее взаимодействие окислителя с топливом в процессе его сжигания. 

Авторы исследования отмечают, что при использовании оксидных катализаторов существует необходимость обеспечить динамический контакт каталитической добавки и угля, т.е. добавка должна быть распределена равномерно в слое топлива, отдавая кислород и тем самым усиливая реакционную способность смеси. Применение солей в качестве катализатора позволяет динамический контакт исключить, что является преимуществом данного метода, поскольку слоевое сжигание широко применяется в угольной энергетике. 

В будущем применение солей меди для повышения эффективности сгорания угля позволит существенно снизить топливные потери в энергетической отрасли, минимизировать затраты энергии при растопке электроэнергетического оборудования и сократить выбросы от угольных электростанций. 
 
Пресс-Служба НИТУ «МИСиС»​ 

Источники

Экологичная конверсия: российские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива
N1 (n1.by), 26/01/2021
Экологичная конверсия: российские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива - РТ на русском
RT (russian.rt.com), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Энерго 24 (energo-24.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля - urbanpanda.ru
Urbanpanda.ru, 26/01/2021
Русские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива
Три тройки (novosti333.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Русская планета (rusplt.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Пресс-релизы Metaltorg.ru, 26/01/2021
Ученые выяснили, как сделать процесс сжигания угольного топлива эффективнее
Экономика сегодня (rueconomics.ru), 26/01/2021
Ученые выяснили, как сделать процесс сжигания угольного топлива эффективнее
News-Life (news-life.pro), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Научная Россия (scientificrussia.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
PromPR (prompr.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Бизнес Онлайн (bizon.ru), 26/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Steelland.ru, 26/01/2021
Русские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива
РуАН (ru-an.info), 26/01/2021
Российским ученым удалось увеличить эффективность сжигания угля
Energyland.info, 26/01/2021
Экологичная конверсия: российские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива
RusCable.Ru, 26/01/2021
Российские ученые придумали, как увеличить эффективность угля
РИА ФАН (riafan.ru), 26/01/2021
Российские ученые придумали, как увеличить эффективность угля
Moscow.media, 26/01/2021
Экологичная конверсия: российские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива
News-Life (news-life.pro), 26/01/2021
Экологичная конверсия: российские ученые нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива
MosDay.ru, 26/01/2021
Российским ученым удалось увеличить эффективность сжигания угля - vtomske.ru
В Томске (vtomske.ru), 27/01/2021
Российским ученым удалось увеличить эффективность сжигания угля
Интерэнерго (ieport.ru), 27/01/2021
В России разработана экологичная технология сжигания угля
MediaPotok (potokmedia.ru), 27/01/2021
Ученым удалось разработать технологию активного сжигания угольного топлива
Fbm (fbm.ru), 27/01/2021
Россия: Ученым удалось увеличить эффективность сжигания угля
Металл Украины и мира (ukrmet.dp.ua), 27/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
МИСиС (misis.ru), 27/01/2021
Быстрее, лучше, сильнее: российские ученые увеличили эффективность сжигания угля
Babr24.com, 30/01/2021
Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля
Научный портал MSAU.RU, 03/02/2021
Российские ученые повысили эффективность сжигания угля
Буденовский компьютерный центр (buden.ru), 11/02/2021
Российские ученые повысили эффективность сжигания угля
Rosinvest.com, 11/02/2021
Российские ученые повысили эффективность сжигания угля
Pcnews.ru, 11/02/2021
Российские ученые повысили эффективность сжигания угля
Популярная механика (popmech.ru), 11/02/2021
Российские ученые повысили эффективность сжигания угля
Postnews.by, 11/02/2021
Гори-гори ясно!
Энерговектор (energovector.com), 18/02/2021

Похожие новости

  • 20/02/2021

    В России может появиться федеральный центр развития технологий для водородной энергетики

    ​​​Такое предложение было озвучено на выездном совещание президента РАН Александра Сергеева и председателя Совета директоров ПАО АФК «Система» Владимира Евтушенкова в Институте проблем химической физики РАН.
    494
  • 16/11/2020

    Российские вузы и НИИ объединились в «водородную долину»

    Шесть российских университетов и институтов РАН подписали соглашение о создании первого в стране консорциума по развитию водородных технологий. Он получил название «Технологическая водородная долина». Его участники будут вести совместные исследования и разрабатывать технологии для получения водорода, его транспортировки, безопасного хранения и использования в энергетике.
    633
  • 26/02/2019

    Стронций и кремний помогут повысить биоактивность имплантатов

    Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с российскими и зарубежными коллегами провели комплексное исследование специальных композитных материалов для регенеративной медицины — скаффолдов — с различными включениями в виде неорганических нано- и микрочастиц модифицированного гидроксиапатита.
    1037
  • 02/01/2019

    Созданы катализаторы для сжигания продуктов газификации твердого топлива

    ​Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое.
    1460
  • 10/04/2019

    Российские ученые нашли лучший катализатор для добычи энергии из отходов

    Российские ученые определили состав катализатора, наиболее эффективно ускоряющего процесс экологически чистого получения энергии из отходов, результаты работы, которые могут найти практическое применение в промышленности, опубликованы в престижном международном журнале Catalysis Letters.
    1349
  • 27/01/2021

    Решение для осушения сжатого воздуха

    Одна из разработок химиков Томского госуниверситета (ТГУ) может помочь российской промышленности отказаться от дорогостоящих иностранных сорбентов для осушения сжатого воздуха и повысить эффективность проведения этого процесса.
    476
  • 11/10/2019

    Сибирские ученые создали эффективный адсорбент для газоперерабатывающих заводов

    Химики Томского госуниверситета (ТГУ) совместно с учеными Института катализа Сибирского отделения РАН разработали адсорбент на основе оксида алюминия с улучшенными характеристиками для осушки попутного нефтяного газа (ПНГ), сообщила директор института "Умные материалы и технологии" ТГУ Ирина Курзина.
    1017
  • 14/12/2016

    Ученые ТГУ создают материалы из нанотрубок для защиты от вредных излучений

    ​Молодой радиофизик ТГУ Анастасия Качусова под руководством доцента Ольги Доценко создает на основе углеродных нанотрубок легкие и дешевые композитные материалы. Покрытия из этих композитов смогут предохранять от электромагнитных излучений живые организмы и чувствительные электронные устройства.
    2033
  • 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.
    908
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    2020