Abstract: На сегодняшний день существует множество способов термической переработки энергоемких материалов, в том числе топлив и отходов. Большая часть из них основана на прямом высокотемпературном окислении в печах различного типа. Общим недостатком всех традиционных способов сжигания топлива является высокая температура процесса – от 1000 до 2000 °С. Неизбежным следствием высоких температур является загрязнение атмосферы токсичными продуктами сгорания (оксиды азота и серы, CO, сажа, бензпирены). Кроме того, в настоящее время большой интерес вызывает включение в топливные ресурсы не использовавшихся ранее низкокачественных топлив, включая техногенные отходы и возобновляемую биомассу. Использование таких материалов сильно затруднено или невозможно вследствие их свойств (низкая калорийность, высокая влажность) и высокой экологической опасности процесса их переработки. Таким образом, необходима современная технология утилизации различного рода топлив и отходов, сочетающая в себе высокую эффективность и соответствие всем существующим экологическим стандартам. В Институте катализа СО РАН разработан нетрадиционный способ сжигания жидких, газообразных и твердых топлив в присутствии катализаторов, который позволяет ликвидировать многие недостатки высокотемпературного сжигания топлив. В основу способа заложено сочетание четырех принципов: применение катализаторов полного окисления веществ; сжигание топлив в псевдоожиженном (кипящем) слое частиц катализатора; сжигание смесей топлива и воздуха в соотношении, близком к стехиометрическому; совмещение тепловыделения и теплоотвода в едином псевдоожиженном слое. Каталитическое горение принципиально отличается от горения в традиционном понимании, так как органические вещества окисляются на поверхности твердых катализаторов без образования пламени. Это обусловлено резким возрастанием скорости химических реакций в результате промежуточного химического взаимодействия катализатора с участниками реакции. При этом достигается снижение температуры полного сгорания до 500-700°С, что позволяет уменьшить эрозионный износ теплообменников, размещенных в слое, и снизить требования к конструкционным материалам. Метод низкотемпературного каталитического окисления различных топлив и отходов в псевдоожиженном слое позволяет исключить большинство недостатков традиционных способов сжигания. В том числе: проводить процесс в автотермическом режиме, т.е. без затрат дополнительного топлива; снизить габариты и металлоемкость аппаратов более чем в 15 раз; ликвидировать или резко уменьшить образование газовых выбросов, загрязненных токсичными органическими веществами в том числе диоксинами, оксидами углерода, азота и серы. Технология сжигания в кипящем слое катализатора успешно зарекомендовала себя как эффективный способ получения тепла. В настоящее время, на базе данной технологии, построены и эксплуатируются пять котельных разной мощности: две в кемеровской области (1 и 3 Гкал/час), одна в алтайском крае (3 Гкал/час) и одна в амурской области (6 Гкал/час). Данные котельные работают на сжигании угля в кипящем слое катализатора и демонстрируют значительную выгоду по сравнению с традиционными слоевыми котельными, выражающуюся в меньшем потреблении электроэнергии, меньшем расходе угля, меньшей стоимости производимого тепла. Огромным преимуществом также выступает высокая экологическая безопасность данной технологии: концентрация вредных выбросов в разы ниже соответствующих показателей для традиционных слоевых котельных. Кроме того, на основании технологии каталитического сжигания в условиях кипящего слоя, была проведена работа по проектированию специализированного комплекса утилизации иловых осадков очистных сооружений для ОАО «Омскводоканал». Тепловая мощность спроектированного комплекса составляет 4 МВт. Проект прошел стадии государственной и экологической экспертизы и находится на стадии внедрения.

Cite: Дубинин Ю.В.
Сжигание в кипящем слое катализатора - универсальная технология переработки органического сырья
Школа молодых ученых «Новые каталитические процессы глубокой переработки углеводородного сырья и биомассы» 24-25 сент. 2018