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

  • 01/09/2020

    Недостающее звено в отечественном катализе: рассказывает замиректора ИК СО РАН Вадим Яковлев

    Центр коллективного пользования «Опытное производство катализаторов» на базе Института катализа СО РАН станет местом, где будут развивать широкий спектр новых каталитических технологий, отрабатывать их у себя до опытного и опытно-промышленного уровня и потом масштабировать их на профильных предприятиях.
    825
  • 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.
    809
  • 17/05/2021

    Работы учёных СО РАН вошли в спецвыпуск журнала Reviews in Chemical Engineering

    ​В журнале Reviews in Chemical Engineering, одном из ведущих мировых обзорных журналов химико-технологического профиля, вышел специальный выпуск, полностью посвященный современным работам российских ученых в сфере химической технологии, в том числе катализа.
    459
  • 06/01/2019

    Российские химики раскрыли тайну рождения арктического «метана-убийцы»

    Химики из России выяснили, как формируются нестабильные кристаллы метановых гидратов – "замороженной" разновидности природного газа, вызывающей взрывы на дне морей Арктики. Их выводы были представлены в Journal of Natural Gas Science and Engineering.
    2110
  • 08/10/2020

    Новый катализатор на основе палладия и цинка удешевит производство этилена

    ​Ученые НИЦ "Курчатовский институт" в составе исследовательской группы создали новый катализатор, превосходящий аналоги сразу по нескольким характеристикам. Он разработан для важного индустриального процесса гидрирования ацетилена, в результате которого получают этилен.
    715
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    709
  • 21/10/2020

    ИК СО РАН и МИСиС создали совместную лабораторию

    ​В НИТУ «МИСиС» создана научно-исследовательская лаборатория MISIS Catalysis Lab, созданная совместно с Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск). Основное направление деятельности — решение практических задач в области химического синтеза, промышленного катализа и аддитивных технологий.
    605
  • 13/05/2020

    Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза

    ​​Вместе эти две добавки увеличивают чувствительность детектора к бензолу и этанолу более чем в четыре раза даже в условиях влажного воздуха. Такие сенсоры могут позволить обезопасить работников промышленных предприятий.
    901
  • 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.
    2211
  • 03/12/2020

    Нужна ли России водородная энергетика и на каких направлениях следует сосредоточиться разработчикам технологий

    Минэнерго разработало дорожную карту развития водородной энергетики в России до 2024 года. Редакция "РГ​" решила с помощью ВКС собрать за виртуальным круглым столом экспертов из Новосибирска и Томска - ученых и промышленников, чья деятельность связана с водородными технологиями, - и узнать, какие новые горизонты открывает водородная энергетика и в каких сферах еще находит сегодня применение водород.
    1022