Оптимизацию экологически чистой технологии сжигания топлива в кипящем слое катализатора (КСК) выполнили, добавив к сырью биомассу, ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН», 25 апреля сообщила пресс-служба института.

Использование в качестве биомассы сосновых опилок позволило снизить для технологии КСК выбросы парниковых газов на 30–40%, а степень выгорания топлива — повысить почти до 100%.

Технология сжигания топлива в кипящем слое катализатора является разработкой Института катализа (ИК) СО РАН. Так как процесс сжигания в КСК идет при более низких температурах, чем в пламени, снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу.

Сжигание топлива в КСК выполняется в металлическом реакторе, который наполнен шариками катализатора глубокого окисления, с высокой скоростью циркулирующими в интенсивном потоке воздуха. Летучие соединения, содержащиеся в топливе, сгорают на поверхности катализатора с минимальными выбросами продуктов неполного окисления.

При этом, чем больше в топливе летучих веществ (в буром угле их 40–50%), тем эффективнее происходит горение. Этот эффект исключает необходимость в использовании дополнительного оборудования для доочистки газов, тем самым удешевляя выработку тепла.

Технологию сжигания в КСК выгодно использовать в малой энергетике, например, в котельных небольших населенных пунктах или на объектах инфраструктуры, таких как транспортные узлы. По этой технологии в Сибири и на Дальнем Востоке работают на буром угле пять объектов.

Ее разработчики решили исследовать возможность улучшить технологию за счет совместного сжигания бурого угля и биомассы, в качестве которой были взяты сосновые опилки.

Один из авторов исследования, научный сотрудник Инжинирингового центра ИК СО РАН, к. х. н. Юрий Дубинин рассказал о решаемой ими задаче:

«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».

Ученые экспериментально установили оптимальную температуру сгорания — 750 °C. В этом случае добавка биомассы к углю (при соотношении угля и опилок 1:3 по объему) увеличивает степень выгорания топлива до 99,6%.

По сравнению со сжиганием угля, учитываемое количество углекислого газа снижается на 36%, содержание угарного газа (CO) — на 44%, оксидов азота (дающих в 300 раз больший парниковый эффект, чем CO₂) — на 29%. Что касается оксидов серы, то в газообразных выбросах их не было обнаружено ни в одном из экспериментов, при том что содержание серы в буром угле доходит до 12%.

Юрий Дубинин отметил еще одно преимущество технологии КСК — это возможность использовать ее в котельных отдаленных районов, куда доставлять уголь сложно:

«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».

Результаты исследования новой технологии авторы представили в статье «Каталитическое совместное сжигание биомассы и бурого угля в кипящем слое: экономические и экологические преимущества», опубликованной в Journal of Environmental Sciences.