Ученые Уральского федерального и Томского политехнического университетов придумали, как снизить выбросы вредных веществ при сжигании отходов угольного производства. Физики предложили добавлять в него опил. Статья с описанием технологии опубликована в журнале Science of The Total Environment.  

На комплексе синхронного термического анализа ученые нагревали образцы вместе с печью, что позволило отследить происходящие физико-химические процессы. 
На комплексе синхронного термического анализа ученые нагревали образцы вместе с печью, что позволило отследить происходящие физико-химические процессы.
Фото из личного архива Александра Никитина
Отходы обогащения угля — влажный высокозольный фильтр-кек, в огромных объемах накопленный на территории Кузнецкого угольного бассейна (Кемеровская область). Представляет собой вязкую липкую массу, внешне похожую на черную грязь. По химическому составу фильтр-кек близок к низкосортным каменным углям. Из-за высокой влажности и зольности его сжигание в топках энергетических котлов значительно затруднено. С учетом проблем, возникающих при транспортировке (в летний период — слипание, зимой — смерзание), — фактически невозможно.  

Решить эту проблему можно, разбавляя фильтр-кек водой и подавая полученную водоугольную суспензию в топку энергетического котла с помощью насоса. Для облегчения воспламенения водоугольной суспензии в Томске предложили добавлять в нее отходы деревообрабатывающего производства (опил), также широко представленного на территории Западной Сибири. 

Ученые исследовали процесс воспламенения и сжигания водоугольной суспензии на основе фильтр-кека и опилок в диапазоне температур от 300 ℃ до 1000 ℃, то есть от начала выделения под термическим воздействием летучих углеродсодержащих веществ до предельных возможностей лабораторных муфельных электропечей. Для этого использовали две технологии сжигания — когда образец подавался в уже разогретую печь (700–1000 ℃) — что моделирует процесс в топке энергетического котла, и когда образец нагревался вместе с печью (300–600 ℃) — что позволяет раскрыть механизм происходящих физико-химических процессов.  

В первом случае использовалась установка ТПУ, во втором — находящийся в УрФУ комплекс синхронного термического анализа производства фирмы Netzsch (Германия). Исследование нестандартного для комплекса термического анализа процесса сжигания топлива стало возможным благодаря специальным методикам проведения эксперимента и обработки полученных результатов, которые разработал коллектив ученых УрФУ под руководством профессора кафедры тепловых электрических станций Александра Рыжкова. 

«По результатам экспериментов выяснилось, что по сравнению с сжиганием каменного угля, используемого в энергетике, при сжигании водоугольной суспензии фильтр-кека выбросы оксидов серы и азота с продуктами сгорания сокращаются более чем на 40%. По мере испарения влаги и выхода из топлива летучих веществ содержащиеся в нем сера и азот вступают в химические реакции с компонентами золы и таким образом “задерживаются” ею, а не выходят в виде газообразных оксидов», — объясняет руководитель исследования от УрФУ Александр Рыжков.  

Выбросы оксидов серы и азота уменьшаются еще на 12–35% с добавлением в водоугольную суспензию фильтр-кека биомассы (опилок). По мнению ученых, это связано со взаимодействием серы с щелочными металлами, содержащимися в биомассе. Снижение выбросов оксидов азота обусловлено восстановлением оксидов при взаимодействии с водородом, образующимся при пиролизе биомассы.  

«В то же время результаты наших экспериментов наглядно продемонстрировали, что сжигание высушенных фильтр-кеков в отсутствие паров воды приводит к повышенным выбросам оксидов серы и азота. Их становится даже больше, чем при сжигании применяемых в энергетике углей», — подчеркивает преподаватель кафедры тепловых электрических станций УрФУ, участник исследований и соавтор статьи Александр Никитин.  

Полученные результаты позволили раскрыть механизм трансформации серы и азота при сжигании водоугольных топлив и будут использованы для совершенствования промышленной технологии утилизации отходов углеобогащения. Научный проект соответствует положениям Парижского соглашения, которое нацелено на сокращение выбросов в атмосферу вредных веществ и на снижение темпов глобального потепления.​
 
Информация предоставлена пресс-службой Уральского федерального университета 

Источник фото: https://urfu.ru/ru/news/35334/

Похожие новости

  • 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.
    580
  • 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.
    756
  • 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.
    1937
  • 15/12/2020

    Химики превратили отходы из пластиковых бутылок в сорбент для инсектицидов

    ​​Ученые Томского политехнического университета предложили способ создания сорбента для удаления из воды инсектицида имидаклоприда. Сорбент относится к классу перспективных материалов — металлорганических каркасов.
    643
  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    699
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    490
  • 30/03/2021

    Превратить пластик в карбид титана: в ТГУ патентуют новую технологию

    Молодой ученый Томского государственного университета Яна Дубкова в рамках гранта «УМНИК» заканчивает реализацию собственного проекта «Разработка технологии переработки пластика в высокотехнологичные порошки карбида титана» и готовится патентовать эту технологию.
    599
  • 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.
    739
  • 01/09/2021

    Гендиректор СХК познакомился с прорывными научными тематиками ТПУ

    ​Томский политехнический университет посетила делегация АО «Сибирский химический комбинат». Возглавил ее генеральный директор предприятия, выпускник ТПУ Сергей Котов. C и.о. ректора Томского политеха Дмитрием Седневым они обсудили перспективные направления сотрудничества между вузом и СХК.
    361
  • 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.
    2186