Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» оптимизировали экологически чистую технологию сжигания топлив в кипящем слое катализатора. Добавление к сырью биомассы позволило снизить выбросы парниковых газов на 30-40% и довести степень выгорания топлива практически до 100%.
Технология сжигания в кипящем слое катализатора (КСК) — уникальная разработка Института катализа СО РАН. Оно протекает при более низких температурах, чем традиционное пламенное сжигание, за счет чего снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу. Процесс происходит в металлическом реакторе, наполненном шариками катализатора, которые циркулируют в нем с высокой скоростью в интенсивном потоке воздуха.
При сжигании в КСК содержащиеся в топливе летучие соединения сгорают на поверхности катализатора глубокого окисления, благодаря чему снижаются выбросы продуктов неполного окисления. Еще один большой плюс по сравнению с обычным сжиганием — чем больше в топливе летучих веществ (а для бурого угля это 40–50 %), тем эффективнее происходит горение. Благодаря особенностям технологии нет необходимости устанавливать дополнительное оборудование по доочистке газов, что удешевляет генерацию тепла.
Технология сжигания в КСК предназначена для малой энергетики — локальных котельных в небольших населенных пунктах и на объектах инфраструктуры, например, транспортных узлах. В регионах Сибири и Дальнего Востока по этой технологии на буром угле работают пять объектов. Ученые решили проверить, как на процесс повлияет совместное сжигание бурого угля и биомассы — сосновых опилок.
«В связи с "зеленой" повесткой большое внимание уделяют процессам сжигания: объекты традиционной генерации — один из основных источников парниковых газов. Сжигание в кипящем слое катализатора сама по себе экологически чистая технология — выбросы токсичных веществ, таких как монооксид углерода, оксиды азота и серы, не превышают предельно допустимых значений. Однако использование биомассы делает процесс еще и более углеродно-нейтральным: растения поглощают углекислый газ в ходе роста, и, когда он выделяется при горении растительной биомассы, то не прибавляется к общему балансу CO2», — рассказывает один из авторов исследования, научный сотрудник Инжинирингового центра ИК СО РАН, к.х.н. Юрий Дубинин.
Ученые выяснили, что наиболее эффективно процесс протекает при 750 °C. Добавление биомассы к углю увеличивает степень выгорания топлива до 99.6 % (соотношение угля и опилок — 1:3 по объему). При этом соотношении учитываемое количество углекислого газа снижается на 36 % по сравнению со сжиганием угля, содержание угарного газа — на 44 %, а оксидов азота, парниковый эффект от которых в 300 раз выше, чем диоксида углерода, — на 29%. Оксидов серы в газообразных выбросах ученые не наблюдали ни в одном из экспериментов, хотя содержание серы в буром угле доходит до 12%.
По словам Юрия Дубинина, еще одно значимое преимущество технологии сжигания в кипящем слое катализатора — возможность запуска котельных в отдаленных районах, куда сложно доставлять уголь.
«Технология хороша тем, что ее можно реализовать там, где есть трудности с доставкой традиционных ресурсов. В реакторе КСК мы можем сжигать не только уголь и опилки, но и такие сложные топлива, как горючие сланцы и битуминозные пески. Эти породы невозможно использовать в обычных котельных. Большие залежи битуминозных песков есть, например, в Якутии, а Россия занимает одно из лидирующих мест в мире по их запасам», — отмечает ученый.
Статья на основе исследования опубликована в высокорейтинговом журнале Journal of Environmental Sciences.