доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий Лабораторией горения ФГБУН Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Dr. Sci. (in Physics), Professor, Head of Laboratory, Semenov Institute of Chemical Physics, RAS
доктор химических наук, профессор, заведующий Лабораторией окисления углеводородов ФГБУН Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН; профессор кафедры газохимии РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина; иностранный член Национальной академии наук Республики Армения
Dr. Sci. (Chemistry), Professor, Head of Laboratory, Semenov Institute of Chemical Physics, RAS
научный сотрудник Лаборатории окисления углеводородов ФГБУН Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Scientific Researcher of Laboratory, Semenov Institute of Chemical Physics, RAS
Предложен новый тип высокоэффективных экологически чистых энергоустановок небольшой мощности на основе возобновляемых энергоносителей как органической, так и неорганической природы: биогаза и алюминия. Окисление алюминия в водной суспензии происходит в волне горения в высокотемпературном реакторе при давлениях до 100 атм и температурах 2 500 – 3 000 оС с раздельной генерацией водорода и энергетического пара. На первой стадии происходит горение водно-алюминиевой суспензии стехиометрического состава с образованием водорода и твердого каркаса из раскаленного оксида алюминия. На второй стадии после отбора водорода в реактор подается дополнительное количество воды, превращающейся при взаимодействии с раскаленным оксидом алюминия в высокопотенциальный пар. После удаления твердого оксида алюминия процесс может быть повторен. При этом удается избежать попадания мелкодисперсных частиц корунда в энергоустановку. В качестве устройства для сжигания низкокалорийного биотоплива используется объемная матричная горелка. Возможность устойчивого горения низкокалорийного биогаза в такой гибридной энергоустановке обеспечивается как особенностями горелочного устройства на основе объемной матрицы, так и подачей в него водорода, генерируемого при горении водно-алюминиевой суспензии. Таким образом, данная комбинированная энергоустановка позволяет совместить процессы горения двух различных типов возобновляемых энергоносителей в единый энергетический процесс, в котором образующийся при окислении алюминия водород поддерживает устойчивое горение в матричном горелочном устройстве низкокалорийного биогаза, обеспечивая тем самым экологически чистое производство энергии из возобновляемых энергоносителей для распределенной энергетики.
The paper describes the new type of highly effective ecologically clean small-scale power plants that use renewable energy resources of both organic and inorganic origin, notably biogas and aluminum. The oxidation of aluminum in water suspensions proceeds in combustion wave in high temperature reactor at pressures up to 100 atm and temperatures 2500-3000oC. The process let separate generation of hydrogen and high temperature steam. The first stage involves the combustion of water-aluminum suspension of stoichiometric composition with the production of hydrogen and rigid frame of very hot aluminum oxide. At the second stage after hydrogen removing the additional portion of water is introduced into reactor. At the interaction with hot aluminum oxide this water converts to high temperature steam. After aluminum oxide removing the process can be repeated. Such process enables us to escape the penetration of highly dispersed corundum particles in power plant. As a combustor for low calorific biogas a volumetric matrix burner is used. The possibility of stable combustion of low calorific biogas in such combine power plant is provided both by the peculiarities of matrix combustors and addition of hydrogen generated at the combustion of water-aluminum suspension. Thus, such combination enables us to use two different types of renewable energy sources in combined device. At that, aluminum oxidation produces hydrogen that provides sustained combustion of low calorific biogas in matrix burner for ecologically clean distributed power generation from renewable sources.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.