Ученые КузГТУ создали экологичную технологию переработки угольных отходов

Угольная промышленность занимает одно из ведущих мест в экономике России и является важнейшей составляющей топливно-энергетического комплекса и сырьевой базой металлургии. Согласно энергетической стратегии России на период до 2030 года, планируется снижение доли нефти и газа в потреблении топливно-энергетических  ресурсов и диверсификации энергетического баланса в направлении увеличения доли угля.

Учёные КузГТУ не только исследуют характеристики высококалорийных углей, спрос на которых растёт быстрыми темпами, что  приводит к образованию большого количества отходов обогащения, но и к инновационным методам их утилизации. Накопленный объем угольных отходов  в России на сегодняшний день оценивается в 120 млн тонн. 

Утилизация угольных отходов находится в зоне пристального внимания научной общественности  и требует скорейшего решения, поскольку является актуальной научно–технической задачей. 

Утилизация угольных отходов:
• улучшит экологическую обстановку в угольных регионах, на шахтах и разрезах;
• обеспечит рекультивацию земель, занятых отстойниками и накопителями;
• сократит потребление природных энергетических ресурсов за счёт переработки отходов в дешёвое топливо для промышленности, ЖКХ и бытовых нужд населения.

Аспирантка КузГТУ Ирина Боголюбова под руководством доцента кафедры химической технологии твердого топлива, канд. хим. наук Андрея Ушакова в качестве инновационной разработки предложила технологическое решение по переработке угольных отходов с применением связующего вещества в виде обезвоженного избыточного активного ила с целью получения газообразного топлива.

Стадии получения газообразных энергоносителей:
1. Формование топливных гранул с заданными границами связующего вещества.
2. Проведение технического анализа сформованных топливных гранул
3. Сушка топливных гранул и определение прочности при истирании
4. Проведение пиролиза и отбор газа при влиянии различных факторов (температуры, давления, скорости нагрева) 
5. Проведение физико-химических методов исследования

Анализ проводили на газовом хроматографе «Хроматек-кристалл». Детектор ПИД с пределом детектирования по пропану не более 2,5*10-11 г/с. Обработку хроматорграфических измерений производили с помощью программы «Хроматэк аналитик». В работе использовалась хроматографическая насадочная колонка длиной 3 м, диаметром 3 мм; наполнение: цеолиты СаА, фр. 025-0,50 мм

Проводимые исследования показали, что состав получаемого газа равнозначен составу природного газа. Таким образом в дальнейшем его можно использовать в качестве газообразного энергоносителя в многоквартирных и жилых частных домах для приготовления пищи, отопления и подогрева воды, а также как топливо для машин и котельных.

Уникальность проекта заключается в комплексной замкнутой схеме многостадийной переработки биомассы, органических отходов широкого спектра, включающей стадии биохимической переработки биомассы на первом этапе, формования исходного сырья, его термохимической переработки с целью получения товарных продуктов: газ (по характеристикам аналогичен природному газу), жидкость – жидкий энергоноситель, твердый остаток – углеродсодержащий материал, высокопористое вещество.

Характеристика экологической опасности от использования получаемого топлива в сравнении с традиционным сжиганием ископаемых видов топлива по выбросу вредных веществ в 2,5-3 раза меньше.

На базе разработанной технологии планируется создание модульных установок, которые будут проектироваться под требования конкретного заказчика с учетом специфики типа и морфологии образующихся отходов, планируемых к переработке.

Конкурентные преимущества:
•Использование в качестве сырья широкого спектра углеродсодержащих отходов и органических материалов:
- отходы предприятий угольной промышленности: шлам, мелочь пыль, отсев;
- отходы растениеводства: солома; тростник; стебли, початки производства кукурузы на зерно;
- стебли, корзинки производства подсолнечника.
- вторичные отходы с/х (шелуха, жом, лузга);
- органические отходы животноводства;
- избыточный активный ил;
- бытовые отходы, канализационные стоки;
- древесная биомасса различного происхождения (дрова, порубочные остатки, отходы деревообработки)
- отходы целлюлозно-бумажной промышленности;
- специально выращиваемая топливная древесина и энергетические культуры: ива, тополь, мискантус, рапс, кукуруза;
- торф и т. д.
• Модульность и мобильность технологической установки, планируемой к созданию после отработки технологического процесса.
• Разработка программного обеспечения, способного прогнозировать состав и качество получаемой продукции в зависимости от вида перерабатываемого сырья. Данное ПО будет разработано на основе проводимых экспериментальных исследований с учетом определённых оптимальных технологических режимов и зависимостей.

Планируемые направления коммерциализации:
1. Продажа технологических установок.
Реализация технологических установок на территории России и ближайшего зарубежья (территория бывшего Советского Союза). Рынок модульных установок для переработки органических отходов и биомассы развивается и является перспективным. Ориентировочная стоимость малогабаритных установок будет варьироваться в пределах 5-6,5 млн. рублей, в зависимости от типа сырья, объемов переработки и условий эксплуатации.
2. Продажи лицензии на технологию сторонним зарубежным и российским компаниям.
Схема реализуема на стадиях, когда будет готов конечный продукт в виде готового технологического комплекса. Компания будет продавать исключительные и не исключительные лицензии на производство и продажу технологических установок в дальнее зарубежье.
 

Предложенная схема термической переработки угольных отходов с использованием связующего вещества в виде биомассы и полученные экспериментальные данные могут быть использованы при проведении опытно-конструкторских работ, направленных на создание автономных энергокомплексов, с целью получения газообразных энергоносителей.

Помимо этого, возможна продажа технологических установок по переработке отходов на предприятия, которые для себя решают проблему образования отходов и их переработки, получая в итоге электроэнергию и тепло. Выделяющийся побочный продукт в виде твердого остатка передается или продается по согласованной цене компании-разработчику технологии для дальнейшей реализации на собственном рынке.
 

Российские ученые создали втрое более экологичную технологию переработки угольных отходов