Пиролиз (термическое разложение под действием высокой температуры — прим.) сегодня является одним из перспективных способов переработки различных видов отходов, продуктами которого являются газ, углеродный остаток и жидкие углеводороды. Последние имеют сложный химический состав, который сильно меняется от исходного сырья и условий реализации процесса пиролиза. Это делает часть полученных продуктов переработки непригодными для дальнейшего использования (например, в качестве топлива) и вынуждает искать эффективные варианты их комбинирования в смесях, которые можно было бы использовать в промышленности.
Ученые Томского политеха провели комплексное исследование, чтобы проверить эффективность смеси из энергетически богатого и бедного продуктов пиролиза. Для этого политехники использовали жидкие углеводороды из отработанных крупногабаритных шин горнодобывающей техники БелАЗа и обводненную смолу коксования угля Кузнецкого угольного бассейна. Ученые смешивали их между собой, варьируя долю смолы в составе — от 2,5 % до 40 % по объему. Состав и физические параметры смесей (плотность, вязкость, фракционный и элементный состав, теплоту сгорания, зольность и многое другое) анализировали с помощью современного аналитического оборудования.
Отдельные капли смесей с разным составом ученые ТПУ сжигали в печи при температуре 600-800 °C.
«Жидкие углеводороды отработанных шин и обводненная угольная смола благодаря синергетическому эффекту и химическому взаимодействию при совместном сжигании меняют процесс воспламенения и горения, превращая два этих сложных побочных продукта в более эффективное топливо. В этом процессе важную роль играют кислородсодержащие соединения угольной смолы — кислоты и спирты. Они взаимодействуют с углеводородами шин и интенсифицируют образование паров, что ускоряет процесс последующего воспламенения», — отметил один из авторов исследования, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Кирилл Ларионов.
Исследования показали, что добавление обводненной угольной смолы к жидким углеводородам после утилизации шин сокращает время воспламенения: для смеси с 40 % угольной смолы воспламенение сократилось до 40 % при температуре 600 °C и до 75% — при 800 °C.
При этом анализ газов образующихся при сжигании таких составов показал, что при увеличении доли обводненной угольной смолы сгорание топливной смеси было более полным. По словам ученых, выбросы угарного газа и оксида азота при сжигании смеси снизились до 50 % в зависимости от массовой доли добавляемой смолы.
«С практической точки зрения это может быть хорошим и востребованным решением в угледобывающих и углеперерабатывающих регионах, например, Кузбассе, где есть потребность в утилизации таких видов отходов и использовании большого количества энергии. Таким образом для определенных предприятий, занимающихся переработкой отходов, возможна организация бизнес-модели, построенной на сборе, утилизации отходов с генерацией тепловой энергии и последующей ее продажи промышленным предприятиям или населению», — заключил Кирилл Ларионов.
В работе принимали участие ученые Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета. Исследования поддержаны федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Fuel (Q1, IF: 7,8).
.jpg)
