Комплексная СВЧ-переработка высокозольного бурого угля для нужд энергетической и металлургической отраслей

Полный текст

Введение

Россия обладает огромным природно-ресурсным потенциалом [1]. Одним из добываемых в России полезных ископаемых, используемых в металлургической промышленности при производстве чугунных и стальных сплавов, является бурый железняк, или лимонит (Fe₂O₃). Месторождениями бурого железняка являются Тульская и Липецкая области России, а также Алапаевское, Бакальское, Кыштымское и Карабашское месторождения, сформированные на Урале. Крупнейшим (с запасами железа более 28 млрд т [2]) месторождением этой руды является Западно-Сибирский железорудный бассейн, располагающийся преимущественно в Томской области. Это железорудное месторождение включает пять рудных залежей (Бакчарская, Колпашевская, Парабельская, Парбигская и Чузикская), самой крупной из которых является Бакчарское месторождение в 200 км к северо-западу от города Томска. Разработка железорудных месторождений, как правило, целесообразна в случае близлежащего расположения металлургического комбината, функционирование которого возможно лишь при наличии энергетических ресурсов и развитого транспортного сообщения. Можно заметить, что залежи руды Fe₂O₃ в Томской области сформированы в районах с большим количеством минерализованной воды: болотистые места, побережья рек, озер, палеоморей и их дно. Как следствие, в таких окрестностях располагаются высокоминерализованные торфяные и буроугольные месторождения. В Томской области насчитывается более ста локализаций бурого угля, а перспектива освоения Бакчарского железорудного месторождения инициировала колоссальный интерес к Таловскому месторождению угля (примерно в 25 км севернее Томска) как к наиболее крупному и географически удачно расположенному участку [3].

Уголь остается важным источником энергии в мире в настоящее время и на долгосрочную перспективу [4, 5]. Однако бурый уголь, используемый в регионах в качестве энергетического топлива для нужд местной энергетики, имеет ряд недостатков (высокая влажность, зольность, крошимость и низкая теплота сгорания), что приводит к высоким эксплуатационным затратам в процессе его эксплуатации. Показано [6], что прямое энергетическое использование угля (сжигание) или преобразование его в жидкое топливо недостаточно эффективны и ухудшают экологическую ситуацию в регионах. Так как возобновляемые источники энергии в виде биомассы пока не готовы стать альтернативой углю по производству энергии [7], а снижение мирового потребления в ближайшие 20 лет не предвидится, важной задачей России остается повышение качества угля [8]. Как следствие, перспективной видится [9–12] термическая переработка бурого угля с получением ценных газообразных (например, метан), жидких (например, смола) и твердых (углеродистый остаток, который может быть превращен в гуминовую кислоту или использован как полукокс/сорбент/мелиорант) продуктов. В последнем случае, как правило, используется традиционный метод термической переработки сырья – медленный слоевой пиролиз. При этом в последнее время большее внимание уделяется микроволновому излучению (СВЧ-излучению) как перспективному и ресурсоэффективному направлению термической переработки низкосортного угля [13, 14].

При СВЧ-излучении буроугольное сырье нагревается в объеме, а не в ограниченной области, как в условиях медленного пиролиза при передаче тепла теплопроводностью [15]. При переработке сырья таким методом существует много факторов (количество пиролизуемого сырья, температура пиролиза, время нагрева [16]), влияющих на выход летучих, количество твердого углеродистого остатка и их свойства. Показано [16–18], что эта технология требует меньше времени обработки и может быть более эффективной по сравнению с пиролизом в условиях электрического нагрева. Установлено, что при СВЧ-излучении бурый уголь образует больше газообразных продуктов и меньше смол по сравнению с традиционным пиролизом [18]. Удельная площадь поверхности и объем пор у биоугля из низкосортного угля, полученного в условиях СВЧ-излучения, больше, чем у биоугля, полученного методом медленного пиролиза (текстурные характеристики в обоих методах с ростом температуры термической переработки увеличивались) [18]. Установлено [17], что уплотнение угля позволяет существенно ускорить процесс микроволновой конверсии с получением высококачественного кокса. Также увеличение скорости конверсии низкосортного бурого угля в условиях СВЧ-излучения достигается при использовании «микроволновых поглотителей», например, SiC, CuO, Fe₂O₃, K₂CO₃, FeSO₄, CaCl₂ [19, 20].

Опубликованных работ, посвященных СВЧ-облучению низкосортных видов угля, ограниченное количество, поэтому исследователи отмечают [21], что микроволновый пиролиз бурого угля изучен недостаточно и механизмы, протекающие в этом процессе, описаны неполностью. Это говорит о необходимости дальнейшего изучения влияния СВЧ-излучения на угли, биомассу и их смеси перед началом возможного масштабирования микроволновой технологии [17]. Конверсия местных низкосортных видов топлива в условиях СВЧ-излучения является актуальной задачей в рамках обеспечения удаленных децентрализованных потребителей тепловой и электрической энергией при минимальных для них денежных затратах. Эффективное энергетическое использование термически переработанного угля возможно при понимании механизмов протекания выбранного процесса переработки сырья, обосновании его целесообразности и знании свойств получаемого в процессе пиролиза продукта.

Целью работы являлось исследование газообразных и твердых продуктов, получаемых из низкосортного бурого угля Томской области (Таловское месторождение) в условиях СВЧ-пиролиза, применительно к использованию в энергетической и металлургических отраслях.

Материалы и методы

Объект исследования

Исследуемая керновая проба бурого угля отобрана близ населенного пункта село Наумовка (Томская область, Томский район). Таловский уголь после достижения воздушно-сухого состояния хрупкий, коричневого цвета, имеет неоднородный состав, представленный визуально различимыми неразложившимися остатками древесины и органических веществ, что позволяет отнести его к топливам ранней стадии метаморфизма.

Теплотехнические характеристики и элементный анализ

Определение теплотехнических характеристик и элементного состава (содержание элементов органической части C, H, N, S, O) таловского угля проводили стандартными методами: зольность (A ^d) – ГОСТ Р 55661-2013; выход летучих веществ (V ^daf) – ГОСТ Р 55660-2013. Общую и аналитическую влагу определяли с использованием анализатора влажности Элвис-2С (ЭЛИЗА, Россия). Измерение значения низшей теплоты сгорания (Q_i^r) проводили на калориметре АБК-1В (РЭТ, Россия) согласно ГОСТ 147-2013. Элементный состав устанавливали при помощи анализатора Vario Unicube (Elementar, Германия). Перед каждым измерением работоспособность прибора проверяли на стандартном образце сульфаниламида (С=41,68 %; Н=4,04 %; N=8,05 %; S=18,47 %). Содержание кислорода (мас. %) определяли по остатку:

$O^d=100-C^d-H^d-N^d-S^d-A^d,\%$

где C ^d, H ^d, N ^d, S ^d – содержание углерода, водорода, азота и серы, пересчитанное на сухую массу (мас. %); A ^d – зольность угля в пересчете на сухую массу, %.

Изучение зольного остатка

Состав зольного остатка (SiO₂, SO₃, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO и TiO₂) определяли в соответствии с ГОСТ Р 59592-2021: содержание SiO₂ и SO₃ в зольном остатке после сжигания таловского угля измеряли гравиметрическим методом, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO и MgO – комплексонометрическим методом, TiO₂ – спектрофотометрическим методом.

Измерение диэлектрических характеристик

Измерение диэлектрических характеристик образца осуществляли методом «передачи–отражения», описанным в работе [22]. Данная методика характеризуется тем, что отсутствует необходимость определения положения образца внутри коаксиальной воздушной линии в процессе исследований.

Для измерений использован векторный сетевой анализатор Р4М-18 (Микран, Россия), который предварительно калибровали. Затем тороидальный образец помещали между внутренним и внешним проводниками воздушной линии, и осуществляли измерения характеристик «передачи» и «отражения». Измерения проводили в диапазоне частот от 40 МГц до 18 ГГц. Исходя из полученных характеристик, путем пересчета определяли величины мнимой (ε'') и действительной (ε') составляющих комплексной диэлектрической проницаемости в зависимости от частоты излучения. Из этих параметров рассчитывали величину тангенса диэлектрических потерь, характеризующего величину мощности, поглощаемой образцом. Расчет осуществляли по формуле:

$tg\left(\delta \right)=\frac{\epsilon "}{\epsilon \text{'}}.$

СВЧ-пиролиз таловского угля

Эксперименты проведены на установке микроволнового пиролиза, принципиальная схема которой представлена на рис. 1. В процессе эксперимента образец таловского угля в форме гранулы – 3 с диаметром 12 мм, высотой 30 мм и массой 3,0±0,1 г помещали в кварцевую трубку – 2, закрепленную в реакторе – 1, осуществляли продувку азотом в течение всего эксперимента (расход 0,5 л/мин.). При помощи магнетрона – 9 (паспортная мощность 750 Вт) генерировали излучение с частотой 2,45 ГГц, поступающее в реактор – 1 через циркулятор – 7. Мощность СВЧ-излучения, измеренная непосредственно перед входом в систему (перед образцом), – 400 Вт. Часть излучения, не поглощенная образцом, перенаправлялась с помощью циркулятора – 7 в водоохлаждаемую нагрузку – 8, где трансформировалась в тепло.

Поглощение СВЧ-излучения приводило к нагреву образца и выделению жидких и газообразных продуктов, удаляемых из рабочей области за счет продувки азотом. После последовательного прохождения фильтров – 12–15 газ разделялся на два потока: первый принудительно направляли в газоанализатор Тест-1 (Бонэр, Россия) при помощи встроенного в него насоса с расходом 0,3 л/мин, второй естественным путем удалялся в атмосферу. Газоанализатор Тест-1 в режиме реального времени регистрировал состав газов (H₂, CH₄, CO, СО₂, О₂) на протяжении всего эксперимента. Теплоту сгорания получаемого газа устанавливали по компонентному составу в соответствии с рекомендациями [23]:

$Q_i^d=\mathrm{0,01}\cdot \left(CO\cdot Q_{CO}+H_2\cdot Q_{H2}+C{H}_4\cdot Q_{CH4}\right),$ МДж/м³,

где CO, H₂, CH₄ – доли соответствующих компонентов, %; Q_CO, Q_H2, Q_CH4  – теплотворная способность соответствующих компонентов, МДж/м³. Теплота сгорания монооксида углерода (CO), водорода (H₂) и метана (CH₄) составляет 12,64, 10,79 и 35,88 МДж/м³ соответственно.

Измерение температуры образца осуществляли с помощью пирометра «FinePower DIN21H» при открывании штуцера отвода газов – 6. Максимальная температура в процессе измерений достигала 613 ℃. После визуального окончания эксперимента твердый углеродистый остаток извлекали из реактора, взвешивали на весах для дальнейшего определения выхода продукта.

Более подробно методика подготовки образцов и проведения эксперимента описана в работе [24].

 

Рис. 1. Установка микроволнового пиролиза: 1 – реактор, 2 – кварцевая трубка, 3 – цилиндрический образец, 4 – подвижная мембрана с механизмом регулировки, 5 – штуцер подачи азота, 6 – штуцер отвода газа, 7 – микроволновый циркулятор, 8 – нагрузка, 9 – магнетронный СВЧ генератор, 10 – бак с азотом, 11 – ротаметр, 12 – теплообменник, 13 – стеклянный фильтр, 14 – гидравлический затвор, 15 – фильтр очистки пробы (PTFE, пористость 0,2 мкм), 16 – газоанализатор, 17 – осциллограф

Fig. 1. Microwave pyrolysis device: 1 – reactor, 2 – quartz tube, 3 – cylindrical sample, 4 – movable membrane with an adjustment mechanism, 5 – nitrogen inlet valve, 6 – gas outlet valve; 7 – microwave circulator, 8 – load, 9 – magnetron microwave generator, 10 – nitrogen tank, 11 – rotameter, 12 – cooler, 13 – glass filter, 14 – water seal, 15 – PTFE filter, 16 – gas analyzer, 17 – oscilloscope

 

Характеристики твердого углеродистого остатка, полученного в процессе СВЧ-пиролиза

Теплотехнические характеристики и элементный состав твердого углеродистого остатка определяли аналогично исходному сырью (раздел «Объект исследования»).

Удельную поверхность образцов углеродистого остатка, полученного в результате СВЧ-излучения бурого угля, определяли по методу Брунауэра–Эммета–Теллера (БЭТ) на основе данных изотерм низкотемпературной адсорбции азота, полученных с использованием адсорбционного анализатора удельной поверхности и пористости 3P sync 210 (Ribori Instrumentation, Германия). Образцы предварительно высушивали при 125 °С в течение 2 ч. Затем осуществляли дегазацию углеродистых остатков в вакууме в течение 12 часов при температуре 270 °С. Измерения проводили при температуре минус 196 °С.

Повышение качества углеродистого остатка

Используемый остаток СВЧ-пиролиза подвергали кислотному выщелачиванию для удаления минеральной фазы следующим образом. На первом этапе образец остатка обрабатывали концентрированным раствором HF (ТУ 6-09-3401-88, ч.д.а., 46–49 мас. % HF), взятым в количестве 100 мл на 25 г угля (~пятикратный избыток по отношению к SiO₂ угля). Образец непрерывно перемешивали на магнитной мешалке в течение 3 ч с использованием пластикового стакана. Затем промывали деионизированной водой до нейтрального pH. На второй стадии отмывку проводили избытком 3N HCl для удаления минеральных примесей, которые могли остаться в образце, аналогичным образом. Затем образец также промывали деионизированной водой до нейтрального pH с использованием стеклянного фильтра, с последующей сушкой в течение ночи при 120 °С в сушильном шкафу. Анализ на содержание зольной компоненты, для контроля глубины выщелачивания остатка СВЧ пиролиза, проводили так же, как и в случае исходного таловского угля – в соответствии с ГОСТ Р 55661-2013.

Результаты экспериментов и обсуждение

Характеристики исходного топлива

Теплотехнические характеристики и элементный состав исходного бурого угля Таловского месторождения представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Теплотехнические характеристики и элементный состав пробы бурого угля Таловского месторождения (Томская область)

Table 1. Thermal characteristics and elemental composition of the brown coal of the Talovsky deposit (Tomsk region) sample

Образец Sample	Wtr, рабочая влажность moisture, %	$A^d$, зольность на сухую массу вещества, % мас. ash on dry basis, wt %	$V^{daf}$, выход летучих веществ, % мас. volatile matter yield, wt %	$Q_i^r$, низшая теплота сгорания, МДж/кг net calorific value, MJ/kg	Элементный состав на сухую беззольную массу вещества, % мас. Elemental composition on dry-ash-free basis, wt %
					C daf	H daf	N daf	S daf	O daf
Бурый уголь Таловского месторождения Brown coal of the Talovsky deposit	51,0	22,6	59,2	7,4	63,95	5,23	0,62	0,75	29,45

 

Таблица 2. Компонентный состав зольного остатка после сжигания таловского угля

Table 2. Component composition of the ash residue after burning coal of the Talovsky deposit

Компонент золы Ash components	Содержание компонента в зольном остатке % мас. Ash composition, wt %							∑K/O
	SiO2	Al2O3+TiO2	Fe2O3	SO3	CaO	MgO	Другие/Others (Na2O, K2O, P2O5 и др./et al.)
	65,6	13,0	5,3	3,8	9,0	2,3	1,0	6,4

 

Видно, что по значению влажности таловский уголь относится к пятой группе, согласно международной классификации, что существенно усложняет его транспортировку, особенно в зимний период [25]. Стоит отметить довольно высокую зольность угля (A ^d=22,6 %), что в совокупности с высокой влажностью (W_t^r=51,0 %) обуславливает низкое значение его теплоты сгорания (Q_i^r=7,4 МДж/кг). Однако высокий выход летучих веществ свидетельствует о его термической нестабильности при нагреве.

Состав зольного остатка, представленный в табл. 2, показывает, что основные компоненты золы представлены оксидами кремния (SiO₂), кальция (CaO), алюминия и титана (Al₂O₃+TiO₂). При этом отношение кислотных оксидов к основным (∑K/O) составляет 6,4, что, согласно [26], указывает на отсутствие шлакования поверхностей нагрева топочной камеры при сжигании.

Анализируя полученные результаты, можно прийти к выводу, что бурый уголь Таловского месторождения относится к низкосортным видам топлива. Использование такого топлива традиционными методами сжигания, как правило, неэффективно и экономически нецелесообразно, что требует поиска вариантов его предварительной подготовки, например, термическим обогащением.

СВЧ-пиролиз таловского угля

На рис. 2 представлены результаты влияния частоты излучения на мнимую (ε'') и действительную (ε') составляющие комплексной диэлектрической проницаемости таловского угля. При воздействии СВЧ-излучения нагрев таловского угля осуществляется за счет рассеяния электрической мощности, которая называется диэлектрическими потерями. Для оценки величины рассеиваемой мощности используют тангенс угла диэлектрических потерь [27]. Мощность, рассеиваемая в угле и переходящая в теплоту, тем больше, чем больше величина тангенса угла диэлектрических потерь. Величину тангенса угла диэлектрических потерь (tg(δ)) можно определить из отношения мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости (ε'') к действительной (ε'). Таким образом, можно построить зависимость tg(δ) от частоты излучения (рис. 3).

 

Рис. 2. Диэлектрическая проницаемость таловского угля в зависимости от частоты излучения

Fig. 2. Dielectric permittivity of the Talovsky deposit coal depending on radiation frequency

 

Рис. 3. Тангенс угла диэлектрических потерь в зависимости от частоты излучения

Fig. 3. Dielectric loss angle tangent depending on radiation frequency

 

Из рис. 3 видно, что значение тангенса угла диэлектрических потерь, а следовательно, и обеспечивающей нагрев рассеиваемой мощности, не постоянно и зависит от частоты. Для обеспечения максимально возможного уровня поглощаемой образцом мощности необходимо использовать частоту, на которой величина диэлектрических потерь имеет максимальную величину. Наибольшие значения наблюдаются на частотах 2–4 и 14–17 ГГц. Пик в диапазоне частот 14–17 ГГц, вероятнее всего, объясняется наличием объемного резонанса, связанного с размерами исследуемого образца [22]. Полученные результаты указывают на возможность эффективного использования наиболее распространенных и доступных магнетронов с частотой излучения 2,45 ГГц.

Под воздействием СВЧ-излучения происходит разрыв химических связей в органической составляющей таловского угля, в результате чего практически в равном соотношении формируются твердый углеродистый остаток и летучие продукты пиролиза (пары смолы и пирогенетической влаги, газ).

Состав газа, полученного в процессе СВЧ-пиролиза, представлен на рис. 4. Видно, что газ имеет низкое содержание негорючего углекислого газа (доля СО₂ менее 1 %). Высокая доля водорода в составе газа (более 29 %), характерная для паровой или парокислородной газификации угля [28, 29], указывает на экологичность его использования в качестве топлива. Высокие концентрации горючих компонентов (СН₄, СО, Н₂) приводят в совокупности к высокому значению теплоты сгорания получаемого газа, равному 21,2 МДж/м³, что превосходит теплотворную способность газа, получаемого в процессе медленного или быстрого видов пиролиза угля (Q_i^d=13–15 МДж/м³) [30–32].

Характеристики полученного твердого углеродистого остатка представлены в табл. 3. Видно, что после пиролиза зольность углеродного остатка по сравнению с исходным сырьем выросла на 25,7 % и составила практически половину от его массы. Ожидаемое при термической переработке увеличение доли углерода (_∆C ^daf =22,32 %) способствовало росту теплоты сгорания углеродистого остатка. Стоит также отметить довольно высокую удельную площадь поверхности углеродного остатка (S_BET=144 м²/г), сопоставимую со значением [33], полученным при пиролизе в кипящем слое.

 

Рис. 4. Состав газа, полученный при СВЧ-пиролизе бурого угля Таловского месторождения

Fig. 4. Gas composition obtained by microwave pyrolysis of the Talovsky deposit brown coal

 

Таблица 3. Теплотехнические характеристики и элементный состав углеродистого остатка, полученного в процессе СВЧ-пиролиза

Table 3. Thermal characteristics and elemental composition of the carbonaceous residue obtained in the microwave pyrolysis

Образец Sample	ω, выход продукта на сухое состояние, % мас. product dry yield, wt %	$A^d$, зольность на сухую массу вещества, % мас. ash on dry basis, wt %	$Q_i^r$, низшая теплота сгорания, МДж/кг net calorific value, MJ/kg	Элементный состав на сухую беззольную массу вещества, % мас. Elemental composition on dry-ash-free basis, wt %					SBET, удельная площадь поверхности, м2/г surface area, m2/g
				C daf	H daf	N daf	S daf	O daf
Углеродистый остаток Carbonaceous residue	50,7	48,3	18,7	86,3	2,8	1,0	1,1	8,8	144

 

Однако можно отметить, что, несмотря на увеличение доли углерода и рост теплотворной способности, полученный при СВЧ-пиролизе углеродистый остаток из-за высокого значения зольности не представляет интерес ни для энергетического использования (высокие затраты на утилизацию золы, снижение надежности работы энергетического оборудования в процессе эксплуатации), ни для металлургической отрасли при разработке близлежащего железнорудного месторождения (высокая зольность снизит КПД доменных печей, негативно скажется на качестве получаемой стали).

Повышение качества углеродистого остатка

Как отмечено ранее, основным недостатком углеродистого остатка, получаемого при СВЧ-пиролизе, является высокая зольность, в связи с чем исследована возможность снижения её значения за счет химической обработки. Учитывая состав зольного остатка (табл. 2), снижение зольности произведено при помощи кислотного выщелачивания фтористоводородной и соляной кислотами. Характеристики обработанного углеродистого остатка представлены в табл. 4. Видно, что зольность полученного при обработке углеродистого остатка снизилась более чем на 38 %, что привело к существенному росту его теплоты сгорания (Q_i^r=27,2 МДж/кг). Остаточная зольность, наиболее вероятно, связана с наличием недоступной для выщелачивания части минеральной фазы. Стоит также отметить, что в результате обработки содержание серы (S ^d) уменьшилось более чем в 1,5 раза.

Учитывая особенность близости Таловского месторождения к запасам железной руды, рассмотрена возможность использования обработанного углеродистого остатка в качестве углеродного восстановителя-аналога доменного кокса (табл. 5). При сравнении видно, что полученный продукт по своим характеристикам соответствует имеющимся на данный момент на рынке углеродным продуктам – полукоксу, коксу и углеродному восстановителю для ферросплавного производства.

Заключение

Бурый уголь Таловского месторождения имеет высокие значения влажности и зольности на рабочее состояние, что обуславливает низкое значение его теплоты сгорания. Такие характеристики позволяют отнести уголь к низкосортному топливу, что указывает на нецелесообразность его применения в качестве сырья для энергетической и металлургической отраслей.

Термическая переработка посредством СВЧ-пиролиза позволяет получить из низкосортного таловского угля высококалорийное (теплота сгорания свыше 21 МДж/м³) и экологичное (доля водорода более 29 %) газообразное топливо. Образующийся при этом твердый углеродный остаток имеет зольность свыше 48 %, что потребовало проведения его химической обработки в растворе HF и HCl. В результате обработки твердого углеродистого остатка значение его зольности снизилось более чем на 38 %, содержание серы (S ^d) – более чем в 1,5 раза.

 

Таблица 4. Теплотехнические характеристики и элементный состав углеродистого остатка после выщелачивания его минеральной части

Table 4. Thermal characteristics and elemental composition of the carbonaceous residue after leaching its mineral part

Образец Sample	$A^d$, зольность на сухую массу вещества, % мас. ash on dry basis, wt %	$Q_i^r$, низшая теплота сгорания, МДж/кг net calorific value, MJ/kg	Элементный состав на сухую беззольную массу вещества, % мас. Elemental composition on dry-ash-free basis, wt %					SBET, удельная площадь поверхности, м2/г surface area, m2/g
			C daf	H daf	N daf	S daf	O daf
Обработанный углеродистый остаток после выщелачивания его минеральной части Carbonaceous residue after leaching its mineral part	10,2	27,2	82,22	2,10	0,84	0,72	14,12	252

 

Таблица 5. Сравнение характеристик обработанного углеродистого остатка и коксов для металлургии

Table 5. Comparison of characteristics of carbonaceous residue after leaching its mineral part and cokes for metallurgy

Характеристика Characteristic	Обработанный углеродистый остаток, полученный при СВЧ-пиролизе таловского угля Carbonaceous residue obtained by microwave pyrolysis of the Talovsky deposit brown coal, after leaching its mineral part	Полукокс из бурых углей Semi-coke from lignite [34]	Доменный кокс Blast-furnace coke [35, 36]	Углеродный восстановитель для ферросплавного производства Carbon reducing agent for ferroalloy production [35, 36]
$A^d$, зольность на сухую массу вещества, % мас. ash on dry basis, wt %	10,2	8,6–27,0	12,8–15,5	7,0–12,3
$V^{daf}$, выход летучих веществ, % мас. volatile matter yield, wt %	10,7	5,6–17,2	0,8–10,0	1,5–12,0
(Cfix)d, содержание фиксированного углерода fixed carbon content	79,1	67,4–81,9	80–86	75,5–87,1
S d, содержание серы, % мас. sulfur content, wt %	0,65	0,13–0,91	0,4–1,5	0,2–0,4
SBET, удельная площадь поверхности, м2/г surface area, m2/g	252,3	<0,1	<12,4	–

 

Полученный продукт по своим характеристикам соответствует имеющимся на данный момент на рынке углеродным продуктам – полукоксу, коксу и углеродному восстановителю для ферросплавного производства.

Проведенное исследование показывает возможность применения СВЧ-пиролиза для эффективной термической переработки низкосортного таловского угля, в результате чего получается высококалорийный газ и углеродный остаток для металлургии. Практическая реализация предложенного решения позволит перейти к разработке близ расположенных залежей железной руды.

Об авторах

Роман Борисович Табакаев

Тюменский государственный университет; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: r.b.tabakaev@utmn.ru
ORCID iD: 0000-0003-3879-7353

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO), доцент научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Инженерной школы энергетики

Россия, г. Тюмень; г. Томск

Константин Олегович Пономарев

Тюменский государственный университет

Email: k.o.ponomarev@utmn.ru
ORCID iD: 0000-0003-4877-1536

кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO)

Россия, г. Тюмень

Иван Константинович Калинич

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: ikk5@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9597-7671

аспирант, ассистент отделения естественных наук Школы базовой инженерной подготовки

Россия, г. Томск

Мария Андреевна Гайдабрус

Тюменский государственный университет

Email: m.a.gajdabrus@utmn.ru
ORCID iD: 0009-0005-8569-5327

аспирант, инженер-исследователь лаборатории ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO)

Россия, г. Тюмень

Никита Анатольевич Шулаев

Тюменский государственный университет

Email: n.a.shulaev@utmn.ru
ORCID iD: 0009-0007-9673-0137

инженер-исследователь лаборатории наноматериалов и наноэлектроники Центра природовдохновленного инжиниринга

Россия, г. Тюмень

Петр Михайлович Елецкий

Институт катализа СО PAH

Email: yeletsky@catalysis.ru
ORCID iD: 0000-0001-8899-9039

кандидат химических наук, старший научный сотрудник Инжинирингового центра

Россия, г. Новосибирск

Список литературы

Дополнительные файлы