НОВЫЙ ТИП ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ НА ОСНОВЕ ГОРЕНИЯ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ АЛЮМИНИЯ И СЖИГАНИЯ БИОГАЗА В МАТРИЧНЫХ ГОРЕЛКАХ

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.

1. Арутюнов В.С. Ведущие тенденции энергетики начала века: повышение эффективности использования ресурсов, энергосбережение и децентрализация // Российский химический журнал. 2008. Т. 52, №6. С. 4–10.

2. ExxonMobil: Energy demand to increase 50 % by 2030 // Oil & Gas J, Jan 9, 2006.

3. Фаворский О.Н. // Вестник РАН. 2007. Т. 77, №2. С. 121–132.

4. Альмяшева О.В., Корыткова Е.Н., Маслов А.В., Гусаров В.В. // Неорганические материалы. 2005. Т. 41, № 5. С. 540.

5. Мазалов Ю.А., Берш А.В., Клейменов Б.В., Низовцев В.Е.. Перспективы развития водородной энергетики на основе алюминия. М.: Информост «Радио-электроника и Телекоммуникации». 2005. № 2(38). С. 62-65.

6. Клейменов Б.В., Мазалов Ю.А., Берш А.В., Низовцев В.Е. Получение водорода при взаимодействии алюминия с водой – безотходное и экологически чистое производство. М.: Информост «Радиоэлектроника и Телекоммуникации». 2005. №3 (39). С. 58-60.

7. Digne M., Sautet P., Raybaud P., Toulhoat H., Artacho E. Structure and Stability of Aluminum Hydrox-ides: A Theoretical Study // J. Phys. Chem. B. 2002. Vol. 106. P. 5155–5162.

8. Deng Z-Y, Ferreira J.M.F., Tanaka Y., and Ye J. Physicochemical Mechanism for the Continuous Reac-tion of γ-Al2O3-Modified Aluminum Powder with Water // J. Am. Ceram. Soc. 2007. Vol. 90. P. 1521–1526.

9. McCafferty E. Sequence of steps in the pitting of aluminum by chloride ions // Corrosion Science. 2003. Vol. 45. P. 1421–1438.

10. Шмелев В.М., Финяков С.В. Особенности го-рения смесей алюминия с водой // Хим. физ. 2013. Т. 32, № 7. С. 1–11.

11. Kuehl, D. K. Ignition and combustion of aluminum and beryllium // AIAA J. 1965. Vol. 3. P. 12.

12. Беляев А.Ф., Фролов Ю.В., Коротков А.И. О горении и воспламенении частиц мелкодисперсного алюминия // ФГВ. 1968. Т. 4. С. 323–329.

13. Беляев А.Ф., Ермолаев Б.С., Коротков А.И., Фролов Ю.Б. Особенности горения порошкообразного алюминия // ФГВ. 1969. Т. 5. С. 207–217.

14. Franzoni F., Milani M., Montorsi L., Golovitchev V. Combined hydrogen production and power generation from aluminum combustion with water: Analysis of the concept // Int. J. Hydrogen En. 2010. Vol. 35. P. 1548–1559.

15. Bruno C., Ingenito A. and Cuoco F. Using pow-dered aluminum for space propulsion // University of Rome “La Sapienza”. Report, Via Eudossiana 18, 00185. Roma, Italy.

16. Шмелев В.М., Финяков С.В. Особенности горе-ния смесей алюминия с водой. Сб. трудов «Горение и взрыв». М.: Торус пресс, 2013. Вып. 6. С. 169–173.

17. Ермолаев Б.С., Храповский В.Е., Шмелев В.М. О конвективном горении смеси алюминия с водой // Химическая физика. 2014. Т. 33, № 9. С. 44–51.

18. Шмелев В.М., Николаев В.М., Арутюнов В.С. Эффективные энергосберегающие горелочные устройства на основе объемных матриц // Газохимия. 2009. № 4(8). С. 28–34.

19. Арутюнов В.С., Шмелев В.М., Лобанов И.Н., Политенкова Г.Г. Генератор синтез-газа и водорода на основе радиационной горелки // ТОХТ. 2010. Т. 44, № 1. С. 21–30.

20. Shapovalova O.V., Young Nam Chun, Arutyunov V.S., Shmelev V.M. Syngas and hydrogen production from biogas in 3D matrix reformers // Int. J. Hydr. Energy. 2012. Vol. 37. No. 19. P. 14040–14046.

21. Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Sinev M.Yu., Shapovalova O.V. Syngas and hydrogen production in a volumetric radiation burners // Chem. Eng. J. 2011. Vol. 176–177. P. 291–294.

22. Арутюнов В.С., Шмелев В.М., Рахметов А.Н., Шаповалова О.В., Захаров А.А., Рощин А.В. Новые подходы к созданию низкоэмиссионных камер сго-рания ГТУ // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2013. № 06 (128). С. 105–120.

23. Рахметов А.Н., Шмелев В.М., Арутюнов В.С. Низкоэмиссионные камеры сгорания ГТУ на основе проницаемых объемных матриц // Горение и плазмохимия. 2013. Т. 11, № 2. С. 83–91.

24. Шмелев В. М. Горение природного газа на поверхности из высокопористой металлической пены // Химическая физика. 2010. Т. 29, № 7. С. 1–10.

25. Трошин К.Я., Борисов А.А., Рахметов А.Н., Арутюнов В.С., Политенкова Г.Г. Скорость горения метан-водородных смесей при повышенных давлениях и температурах // Химическая физика. 2013. Т. 32, № 5. С. 76–87.