Угольные технологии с использованием СВЧ-излучения

Вл.В. Саломатов; С.О. Сладков; С.Э. Пащенко; Вас.В. Саломатов

doi:10.18321/

Авторы

Вл.В. Саломатов Институт теплофизики СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 630090, Новосибирск 1, Россия; Национальный исследовательский Новосибирский государственный университет, ул. Пирогова 2, 630090, Новосибирск, Россия
С.О. Сладков Национальный исследовательский Новосибирский государственный университет, ул. Пирогова 2, 630090, Новосибирск, Россия
С.Э. Пащенко Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина 30, 634050, Томск, Россия
Вас.В. Саломатов Институт теплофизики СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 630090, Новосибирск 1, Россия

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

энергия, топливо, уголь, токсичные газы, синтез-газ

Аннотация

Приведены данные о масштабных проектах разных стран в части обработки угля СВЧ-энергией. На основе анализа мирового опыта обосновываются преимущества микроволновых технологий в топливно-энергетическом комплексе экономики. Указаны для данного временного этапа области преимущественного применения СВЧ-поля: сушка угля, обработка водоугольной суспензии, получение синтез-газа, зажигание и горение с помощью СВЧ-плазмы, удаление токсичных газов, получение ультрачистого топлива. Именно здесь можно ожидать ускоренного технологического прорыва с достижением высоких показателей по экономической и экологической эффективности. Созданы и успешно функционируют, прежде всего, такие корпорации: Сoal Tech Inc, Micro Coal Tеchnologies Ltd, Ukr Plasma Co., деятельность которых направлена на коммерциализацию этих технологий.

Библиографические ссылки

(1) Владимиров В.С., Карпухин И.А., Мойзис С.Е. Новое поколение теплозащитных и огнеупорных материалов // Новые огнеупоры. – 2002. – № 1. – С. 81–88.

(2) Луханин М.В., Аввакумов Г.Г., Павленко С.И. Роль механохимической активации в получении огнеупорной керамики на основе муллита и карбида из вторичных минеральных ресурсов // Огнеупоры и техническая керамика. – 2004. – № 1. – С. 32–34.

(3) Mansurov Z.A., Mofa N.N. Mechanochemical activation and reactivity of SHS-systems on the basis of quartz // Eurasian Chemico-Technological Journal. – 2011. – Т. 13, № 3–4. – С. 125–136.

(4) Мофа Н.Н., Мансуров З.А. Проявление масштабного фактора в СВС-системах с механически активированным кварцем // Вестник КазНУ им. аль-Фараби. Серия химическая. – 2004. – № 4 (36). – С. 137–142.

(5) Gusev A.I., Rempel A.A. Nanocrystalline Materials. – Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. – 351 с.

(6) Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. – М.: Металлургия, 1983. – 232 с.

(7) Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. – М.: БИНОМ, 1999. – 176 с.

(8) Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез // Доклады АН СССР. – 1973. – Т. 204, № 2. – С. 366–370.

(9) Мержанов А.Г. Твердопламенное горение. – Черноголовка: ИСМАН, 2000. – 224 с.

(10) Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе. – Новосибирск: Параллель, 2008. – 168 с.

(11) Капустин Р.Д. Алюмосиликатные СВС-материалы для защиты тепловых агрегатов от воздействия высоких температур: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Барнаул: АПУ, 2009. – 16 с.

(12) Вовчук В.Я., Рогульская О.С., Симулина О.В. Воспламенение гибридной системы. I. Критические условия // Горение и плазмохимия. – 2013. – Т. 11, № 2. – С. 121–128.

(13) Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. Критические условия самовоспламенения совокупности частиц // Физика горения и взрыва. – 1969. – Т. 5, № 1. – С. 129–136.

(14) Клячко Л.А. Воспламенение совокупности частиц при гетерогенной реакции // Теплотехника. – 1966. – № 8. – С. 65–68.

(15) Лисицын В.И., Руманов Э.Н., Хайкин Б.И. О периоде индукции при воспламенении совокупности частиц // Физика горения и взрыва. – 1971. – Т. 7, № 1. – С. 3–9.

(16) Семенов Н.Н. Тепловая теория горения и взрывов // Успехи физических наук. – 1940. – Т. 23, вып. 3. – С. 251–292.

(17) Вовчук Я.И., Рогульская О.С. Критические условия воспламенения гибридных газовзвесей // Труды V Российской национальной конференции по теплообмену. – М.: МЭИ, 2010. – Т. 3. – С. 157–160.

(18) Вовчук В.Я., Рогульская О.С., Сторчак И.В. О воспламенении гибридной газовзвеси частиц // Физика аэродисперсных систем. – 2010. – № 47. – С. 81–91.

(19) Золотко А.Н., Вовчук Я.И., Шевчук В.Г., Полетаев Н.И. Воспламенение и горение газовзвесей // Физика горения и взрыва. – 2005. – Т. 41, № 3. – С. 3–14.

(20) Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.: Наука, 1987. – 491 с.

(21) Мержанов А.Г., Барзыкин В.В., Абрамов В.Г. Теория теплового взрыва: от Н.Н. Семенова до наших дней // Химическая физика. – 1996. – Т. 15, № 6. – С. 3–44.

(22) Недин В.В., Нейков О.Д., Алексеев А.Г., Кривцов В.А. Взрывоопасность металлических порошков. – Киев: Наукова думка, 1971. – 140 с.

(23) Золотко А.Н., Клячко Л.А., Копейка К.М. и др. Воспламенение газовзвесей частиц // Физика горения и взрыва. – 1977. – Т. 13, № 1. – С. 38–44.

(24) Теплотехнические основы циклонных топочных и технологических процессов / А.Б. Резняков, Б.П. Устименко, В.В. Вышенский и др. – Алма-Ата: Наука КазССР, 1974. – 288 с.

(25) Мессерле В.Е., Устименко А.Б., Аскарова А.С., Карпенко Е.И., Локтионова И.В. Оптимизация процесса сжигания энергетических углей с использованием плазменных технологий // Теплоэнергетика. – 2004. – № 6. – С. 60–65.

(26) Karpenko E.I., Messerle V.E., Ustimenko A.B. Plasma-Aided Solid Fuel Combustion // Proceedings of the Combustion Institute. – 2007. – V. 31, Part II. – P. 3353–3360.

(27) Войчак В.П., Мессерле В.Е., Сакипов З.Б. Исследование аэродинамики и теплообмена плазменно-циклонной электродуговой камеры // Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы. – Фрунзе, 1974. – С. 165.

(28) Войчак В.П., Мессерле В.Е., Шалина К.К. Экспериментальное исследование сопротивления и теплообмена циклонно-плазменного реактора постоянного тока // Материалы VII Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы. – Алма-Ата, 1977. – С. 246–249.

(29) Пат. № 2425284 RU. Плазменно-циклонные камеры (варианты) / Е.И. Карпенко, В.Е. Мессерле, Ю.Е. Карпенко, С.А. Иванов, А.П. Басаргин.

(30) Gorokhovski M., Karpenko E.I., Lockwood F.C., Messerle V.E., Trusov B.G., Ustimenko A.B. Plasma Technologies for Solid Fuels: Experiment and Theory // Journal of the Energy Institute. – 2005. – V. 78, № 4. – P. 157–171.

(31) Kalinenko R.A., Levitski A.A., Messerle V.E., Polak L.S., Sakipov Z.B., Ustimenko A.B. Pulverized Coal Plasma Gasification // Plasma Chemistry and Plasma Processing. – 1993. – V. 13, № 1. – P. 141–167.

(32) Мессерле А.В. Математическое моделирование процессов термохимической подготовки пылеугольных топлив к сжиганию в горелочных устройствах с плазменным источником // Химия высоких энергий. – 2003. – № 1. – С. 35.

(33) Трембволя В.И., Фингер Е.Д., Авдав А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. – М.: Энергия, 1977. – 297 с.

(34) Басаргин А.П., Иванов С.А., Карпенко Е.И., Карпенко Ю.Е. Экспериментальная установка для исследования сжигания пылеугольного топлива в плазменно-циклонной камере // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2009. – Ч. II. – С. 101–104.

(35) Gromov A.A., Förter-Barth U., Teipel U. Aluminum nanopowders produced by electrical explosion of wires and passivated by non-inert coatings: Characterisation and reactivity with air and water // Powder Technology. – 2006. – № 164. – P. 111–115.

(36) Teipel U. Energetic Materials. – Weinheim: Wiley-VCH, 2004. – 643 p.

(37) Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. – 432 с.

(38) Ильин А.П. Об активности порошков алюминия // Физика горения и взрыва. – 2001. – Т. 37, № 4. – С. 58.

(39) Wu Y., Hao S., Yang Y., Wang M., Deng J. Electrical Explosion of Wires Applying in Nanometer Materials Preparation // Journal of Pulsed Power Applications. – 2010. – P. 505–507.

(40) Лернер М.И., Сваровская Н.В., Псахье С.Г., Бакина О.В. Технология получения, характеристики и некоторые области применения электровзрывных нанопорошков металлов // Российские нанотехнологии. – 2009. – Т. 4, № 11–12. – С. 56–68.

(41) Назаренко О.Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, применение. – Томск: Изд-во ТГУ, 2005. – 148 с.

(42) Ильин А.П., Коршунов А.В., Толбанова Л.О. Структура, свойства и проблемы аттестации нанопорошков металлов // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 314, № 3. – С. 35–40.

(43) Rutherford A.M., Duffy D.M. The effect of electron–ion interactions on radiation damage simulations // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2007. – V. 19. – P. 1–9.

(44) Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science. – Berlin: Springer, 2007. – 827 p.

(45) Sickafus K.E., Kotomin E.A., Uberuaga B.P. Radiation Effects in Solids. – NATO Science Series. – 2007. – 235 p.

(46) Rong M.Zh., Zhang M.Q., Wang H.B., Zeng H.M. Surface modification of magnetic metal nanoparticles through irradiation graft polymerization // Applied Surface Science. – 2002. – № 200. – P. 76–93.

(47) James F.H., Daniel N.S. Methods of enhancing radiation effects with metal nanoparticles : патент США № 20090186060 / NanoProbes, Inc. – 2009.

(48) Gromov A.A., Richardson H.H. Generating heat with metal nanoparticles // Nano Today. – 2007. – V. 2, № 1. – P. 30–38.

(49) Kurt E.S., Eugene A.K., Blas P.U. Radiation Effects in Solids. – NATO Science Series, 2007. – 235 p.

(50) Трайбус М. Термостатика и термодинамика. – М.: Энергия, 1970. – 501 с.

(51) Белов В.А. Физико-химические основы формирования оксидных наноструктур при электрохимическом анодировании алюминия. – М.: МИСиС, 2012. – 312 с.

(52) Егоров А.А., Мишаков И.В., Червяков В.А. Электрохимическое формирование нанопористых анодных пленок оксида алюминия // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2015. – № 6. – С. 48–53.

(53) Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М.: Физматлит, 2007. – 416 с.

(54) Ляхов Н.З., Пилипенко В.В., Григорьева Т.Ф. Механохимия и механосинтез наноструктурированных материалов. – Новосибирск: СО РАН, 2010. – 204 с.

(55) Петров В.В., Артемьев М.Ю., Уразов Е.Н. Механизмы формирования нанопорошков оксидов при плазменном синтезе // Химия высоких энергий. – 2012. – Т. 46, № 1. – С. 25–31.

(56) Левин И.В., Лурье С.А., Михайлов Ю.М. Исследование тепловых процессов при формировании нанопленок // Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86, № 5. – С. 73–80.

(57) Андреев П.В., Иванова Е.А., Ченцов А.В. Синтез и свойства наноструктурированных алюмооксидных покрытий // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55, № 9. – С. 1875–1882.

(58) Новиков И.И., Гусев А.И. Дефекты и наноструктуры в кристаллах. – М.: Наука, 2008. – 368 с.

(59) Karpov V.G., Shvartsman V.V., Lupascu D.C. Nanostructured oxide layers for functional coatings // Surface Science Reports. – 2014. – V. 69. – P. 439–463.

(60) Шаймарданов Р.Ф., Губайдуллин А.Ф., Гильманов А.Х. Электроформование нановолоконных матов на основе поливинилового спирта // Вестник Казанского технологического университета. – 2011. – № 14. – С. 112–117.

(61) Рождественский Ю.В., Селиванов А.С., Ефремов В.Н. Электроформование полимерных нановолокон и их применение // Высокомолекулярные соединения. – 2013. – Т. 55, № 8. – С. 1285–1292.

(62) Frenot A., Chronakis I.S. Polymer nanofibers assembled by electrospinning // Current Opinion in Colloid & Interface Science. – 2003. – V. 8. – P. 64–75.

(63) Huang Z.M., Zhang Y.Z., Kotaki M., Ramakrishna S. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites // Composites Science and Technology. – 2003. – V. 63. – P. 2223–2253.

(64) Ramakrishna S., Fujihara K., Teo W.E., Lim T.C., Ma Z. An Introduction to Electrospinning and Nanofibers. – Singapore: World Scientific, 2005. – 382 p.

(65) Reneker D.H., Yarin A.L. Electrospinning jets and polymer nanofibers // Polymer. – 2008. – V. 49. – P. 2387–2425.

(66) Li D., Xia Y. Electrospinning of nanofibers: Reinventing the wheel? // Advanced Materials. – 2004. – V. 16, № 14. – P. 1151–1170.

(67) Bhardwaj N., Kundu S.C. Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique // Biotechnology Advances. – 2010. – V. 28. – P. 325–347.

(68) Zhang C., Yuan X., Wu L., Han Y., Sheng J. Study on morphology of electrospun poly(vinyl alcohol) mats // European Polymer Journal. – 2005. – V. 41. – P. 423–432.

(69) Li Z., Wang C. One-Dimensional Nanostructures: Electrospinning Technique and Unique Nanofibers. – Berlin: Springer, 2013. – 125 p.

(70) Яковлев С.Г., Лесовик В.С., Кузнецов П.С. Применение электроспиннинга для получения наноструктурированных материалов // Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. «Материаловедение». – 2014. – № 4. – С. 89–95.

(71) Петрова Н.В., Гладких В.А., Самсонова А.В. Получение и исследование нанофибрилл целлюлозы // Журнал прикладной химии. – 2015. – Т. 88, № 11. – С. 1703–1708.

(72) Ким А.А., Ионова Г.В., Никифоров А.В. Структура и свойства нанокомпозитов на основе полимерных нановолокон // Высокомолекулярные соединения. – 2016. – Т. 58, № 5. – С. 720–728.

(73) Zhang Y., Lim C.T., Ramakrishna S. Recent advances in polymer nanofibers // Nanotechnology. – 2005. – V. 16. – P. S189–S192.

(74) Subbiah T., Bhat G.S., Tock R.W., Parameswaran S., Ramkumar S.S. Electrospinning of nanofibers // Journal of Applied Polymer Science. – 2005. – V. 96. – P. 557–569.

(75) Greiner A., Wendorff J.H. Electrospinning: A fascinating method for the preparation of ultrathin fibers // Angewandte Chemie International Edition. – 2007. – V. 46. – P. 5670–5703.