Рисунок 1.Современные технические решения переработки соленых углей.

   Первое направление включает сжигание соленых углей, газификацию, ожижение, полукоксование, а также комплексную их переработку с выделением гуматов.

   В Германии и Англии апробировано сжигание предварительно разубоженого соленого угля. При этом в него добавляли глину. Такое решение является одним из наиболее простых, однако значительное уменьшение теплотворной способности угля, существенно снижает технико-экономические показатели процесса вплоть до его невыгодности.

   Технические решения предусматривают специальные добавки к соленым углям, которые нейтрализуют негативное воздействие щелочных солей при их сжигании. Такими добавками, как правило, служат силикаты щелочных металлов, кремниевые кислоты, кварц, оксид магния, верулит. Однако применение добавок ухудшает технологические показатели процесса сжигания. Для широкого использования в промышленности этот путь считается неэкономичным.

   Ряд решений направлен на поиск и разработку новых рациональных технических средств и способов сжигания соленых углей. Так А. Лисснер предложил сжигать эти угли в специальных слоевых топках с обратной подачей дымового газа и введением в него водяного пара. Однако, этот метод приемлем только для котлов малой производительности.

    В Германии выполнены исследовательские работы по полукоксованию соленых углей. Установлено, что при переработке этим методом угля месторождения Месебург-Восток около 50% оксида натрия и 60-80% хлора переходит в полукокс.

    В США, Украине и ФРГ выполнены опыты по ожижению соленых углей. Никаких существенных технологических осложнений на лабораторном этапе исследований не выявлено. В целом, полученные результаты оценены исследователями как положительные, а переработка соленых углей гидрогенизацией признана перспективным направлением.

    В США замечено, что при хранении соленого угля на открытом воздухе под влиянием природных факторов происходит его естественная отмывка от соли. Этот факт заслуживает внимания, однако при всей простоте такого приема он имеет ряд недостатков: во-первых, сезонный характер; во-вторых, результаты обессоливания сильно зависят от количества выпавших осадков и трудно прогнозируемы. Главными же недостатками являются, с одной стороны, деградация угля при длительном хранении, ухудшение его технологических свойств вследствие окисления и, с другой, - непременное активное засаливание грунтов в районе складирования соленого угля.

   Второе направление, предусматривающее предварительное обогащение угля по соли (обессоливание), проработано в ряде исследовательских центров. Причем наибольшая часть предложенных решений основана на различных вариантах водной промывки соленого угля. Это, в частности, технологии Государственного института минеральных ресурсов Украины (ГИМР), НВО "Хаймек", Донецкого государственного технического университета (ДонГТУ).

   Таким образом, проведенный обзор показывает, что проблема переработки соленых углей активно изучается учеными ряда стран и определенные успехи достигнуты как в области прямого их использования, так и в обогащении по соли.

Процессы и методы прямой переработки соленых углей

   1.Технологии газификации соленого угля.

   Днепропетровским химико-технологическим институтом (ДХТИ) выполнены исследования пригодности соленых углей Новомосковского месторождения для получения облагороженного топлива методом газификации. При этом в качестве базисного использован метод газификации углей в кипящем слое под давлением.

   Апробация технологии, проведенная на соленых углях Новомосковского и Старобельского месторождений Донбасса, показала пригодность этих углей для газификации в кипящем слое. Одновременно зафиксировано значительную коррозию сталей различных марок вызванную агрессивным воздействием водяного пара обогащенного сернистыми и щелочными компонентами, а также соединениями хлора. Это обстоятельство является существенным препятствием, сдерживающим промышленное внедрение данной технологии.

   2.Технология сжигания соленого угля.

    Направлена на снижение содержания хлорсодержащих газов в продуктах сгорания соленых углей до величины, получаемой на незасоленных углях и соответствующее уменьшение коррозии поверхностей нагрева котлов.

   Проверка предложенного метода сжигания соленых углей предварительно осуществлена на опытно-промышленной установке производительностью 12 тонн в сутки по углю. Установка создана на экспериментальной базе Института геологии и геохимии горючих ископаемых НАН Украины.

   Эксперименты на опытной установке, производительностью 100 кг/ч показали эффективность такого процесса. Опыт переработки соленого угля Новомосковского месторождения на укрупненной лабораторной установке дал положительные результаты.

   3.Технология комплексной переработки соленых углей.

   В Институте физико-органической химии и углехимии НАН Украины (ИНФОУ НАНУ) проведены исследования по щелочному гидролизу соленых углей. На основе лабораторных исследований предложена схема комплексной переработки и использования соленых углей Донбасса. Техническое решение включает три стадии переработки. Первая - извлечение солей гуминовых кислот. Вторая - карбонизация энтгуминированного угля. Третья стадия - газификация карбонизата энтгуминированного угля диоксидом углерода с целью получения восстановительных газов. Режим газификации - 900-1100° С. Испытания технологии показали ее перспективность.

   Приведенные направления исследований являются перспективными, их развитие может привести к созданию новых высокоэффективных промышленных технологий переработки соленого угля.

Отечественные исследования в области обессоливания углей

   1.Технология ГИМР обессоливания угля водной промывкой

   Глубокие комплексные исследования обессоливания и облагораживания соленого угля Донбасса были проведены в Украине. Государственного института минеральных ресурсов разработана технология обессоливания угля путем водной промывки, которая предполагает использование для обессоливания оборудования, серийно выпускаемого промышленностью для обогатительных фабрик.

   2. Технология НПО «Хаймек» «обессоливание-гидротранспорт»

   Данная технология предполагает совмещение процессов гидротранспорта и обессоливания. Недостатками технологии являются, во-первых, выявленный эффект вторичной концентрации солей в угле после 50 км его гидротранспортирования, и, во-вторых, интенсивное измельчение соленого угля в процессе гидротранспорта обуславливающее повышение содержания класса – 0,074 мм до 35-40%.

Экспериментальные исследования в области обессоливания угля

   Экспериментальные исследования являются развитием произведенных ранее исследований процесса обессоливания обмасленного угля путем планирования эксперимента. Объектом исследования служил уголь пласта С12 Новомосковского месторождения Западного Донбасса. Содержание Nа2О в этом угле составило 0,9 %, зольность - 20 %. Уголь перед обессоливанием изначально обмасливался по предложенной технологии.

    Факторами варьирования были выбраны: продолжительность промывки, режим турбулизации водоугольной смеси (частота вращения импеллера мешалки), плотность пульпы (Т:Ж) и расход связующего для обмасливания угля. Как обмасливатель использован композиционный реагент на основе топочного мазута марки М 100 и флотореагента ААР–1.

   В результате составленной модели была получена паретто-карта коэффициентов модели, уравнение регресси, на основании которых построены трехмерные пересечения гиперповерхности и контурные кривые этих поверхностей.

   Из эксперимента видно, что при увеличении продолжительности агитации гидросмеси и интенсивности перемешивания наблюдается уменьшение остаточной концентрации Na2O в угле. Зависимость этой концентрации от факторов: плотность пульпы и расход масляного агента-связующего прямая – с увеличением этих параметров увеличивается и остаточная концентрация Na2O в угле.

   Полученная модель может быть использована при разработке промышленных технологий облагораживания соленых углей Западного и Северо-Восточного Донбасса.

Технология ДонГТУ "промывка-агломерация"

    Донецким Государственным Техническим Университетом на базе вышеуказанных технологий разработана усовершенствованная технология обессоливания угля, устраняющая их недостатки. Основная идея данного способа состоит в сочетании процессов "водная промывка - масляная агломерация". Ключевым отличием является дробная подача реагента в процесс.

   Технологическая схема включает двухстадиальное дробление исходного угля с предварительным грохочением на каждой стадии. Ключевым отличием является дробная подача реагента в процесс. Сначала на второй стадии дробления, в питание молотковой дробилки в количестве 0,3-0,5% на сухую массу угля. Измельченный уголь промывается в контактных чанах. При обессоливании уголь агломерируется с добавкой реагента 5-7%. При гидротранспортировании соленого угля вторая порция реагента подается в углепровод в 50 км от головного терминала магистральной гидротранспортной системы и процесс агломерации производится непосредственно в углепроводе, что существенно упрощает весь технологический комплекс. Угольный агломерат после обезвоживания фильтрованием подвергается эжектированию.

   Полигонные испытания новой технологии проведенные на соленых углях марки "Г" Новомосковского месторождения Западного Донбасса ДонГТУ и НПО "Хаймек" показали ее эффективность. За счет применения органического реаганта-связующего, существенно упрощается технологическая схема обезвоживания угля и уменьшается количество оборудования.

Обзор результатов. Выводы.

    Проведенные теоретические исследования позволили установить основные закономерности и специфические особенности процесса обессоливания угля по различным технологиям. Разработанные ДонНТУ элементы теории процесса обессоливания угля в водной среде сводятся к следующему:

  1. Предложенные феноменологические модели процесса обессоливания угля промывкой позволили идентифицировать все элементарные процессы, установить их последовательность и взаимосвязь.

  2. Анализ элементарного акта контакта “уголь- вода” показал, что наибольшая гидратация соленого угля возможна на внешней поверхности и в макропорах угольной фазы.

  3. Разработана принципиальная схема массообменных процессов, имеющих место при обессоливании углей, которая включает тепломассообменные, сорбционные процессы и экстрагирование.

   4. Анализ массообменных процессов при обессоливании угля позволил установить, что структура граничного слоя растворения включает зоны: - поверхностной (химической) гидратации; - объемной (физической) гидратации и - зону локально- насыщенного раствора. Установлено, что кинетику процесса солеудаления в целом определяет скорость выведения солей из зоны.(рис.2)