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.

Источник: Институт катализа СО РАН.