Недорогие добавки-поглотители позволили в разы уменьшить потребление электричества при микроволновом пиролизе каменного угля.
Коллектив исследователей из Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами разработал способ получения жидкого топлива из каменного угля, основанный на введении в микроволновый пиролиз специальных поглотителей.
Об этом сообщила пресс-служба вуза.
Уголь сохраняет значение как источник энергии и сырья, однако его использование в энергетике постепенно сокращается из-за значительного объема вредных выбросов. Ученые стремятся перерабатывать уголь в более ценные продукты — газообразное и жидкое топливо. Одно из перспективных направлений — микроволновый пиролиз, при котором сырье нагревается СВЧ-излучением. При этом природный уголь не всегда эффективно взаимодействует с микроволнами, из-за чего процесс медленнее запускается, длится дольше и требует повышенных затрат электроэнергии.
В ходе экспериментов томские специалисты испытали несколько доступных добавок, улучшающих взаимодействие угля с микроволновым излучением. Оксид железа повысил эффективность пиролиза в 4,3 раза, оксид меди — в 2,9 раза, навоз — в 1,6 раза, а скорлупа кедрового ореха — в 1,3 раза. Получаемый в результате газ по составу подходит для дальнейшей переработки в жидкое топливо. Такое решение особенно актуально для труднодоступных территорий с дефицитным энергоснабжением.
Ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Р. Табакаев отметил, что введение поглотителей немного снижает выход жидких продуктов в пересчете на килограмм угля. При этом на изготовление 1 кг готового топлива расходуется в 1,2-3,6 раза меньше энергии. По его оценке, в перспективе этот показатель важнее, поскольку энергозатраты на переработку во многом определяют конечную цену топлива, произведенного из углеродного сырья.
Контекст
Для получения жидкого топлива из каменного угля микроволновым пиролизом нужно нагреть каменный уголь с помощью СВЧ-излучения в бескислородной среде. При этом в органической массе угля разрываются химические связи и образуются три типа продуктов: твёрдый углеродистый остаток (полукокс), жидкие продукты — каменноугольная смола с разными ароматическими соединениями, газообразные продукты (водород H₂, метан CH₄, монооксид углерода CO, диоксид углерода CO₂).
Жидкие фракции (смола) — сырьё для получения жидкого топлива путем гидроочистки или каталитического крекинга.
Газообразные продукты — тоже сырье для синтез жидкого топлива через процессы типа Фишера — Тропша.
Микроволны нагревают материал равномерно, что позволяет ускорить процесс, повысить выход летучих (жидких и газообразных) продуктов по сравнению с традиционными методами.
Но каменный уголь плохо поглощает микроволновую энергию. Для ускорения процесса, сокращения потребления электроэнергии используют микроволновые поглотители СВЧ-излучени, которые преобразуют его в тепло, запуская и поддерживая нагрев угольной массы.
Официоз
В исследовании участвовали представители Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Инженерной школы энергетики и Инженерной школы природных ресурсов ТПУ, а также специалисты Тюменского государственного университета. Работа выполнена при поддержке федеральной программы Министерства науки и высшего образования «Приоритет-2030». Результаты опубликованы в журнале Energy.
Программа «Приоритет-2030» реализуется с 2021 г. и направлена на создание в российских вузах передовых научно-образовательных центров, способных генерировать новые знания и технологии для укрепления экономики страны.
Автор: А. Шевченко
