| Главная страница ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ | Поисковая система ДонНТУ |
| Биография | Рябчук Юлия Игоревна
Реферат по теме магистерской работы.
|
| Библиотека | |
| Ссылки | |
| Отчет о поиске | |
| Индивидуальное задание |
1.1 Введение. Актуальность. Цели. Задачи.
1.2 Сущность проблемы соленых углей. Практическая ценность.
2.1 Технология ДонГТУ "промывка-агломерация"
2.2 Ситуация в стране в области исследования обогащения "соленых" углей
2.3 Мировой опыт переработки соленых углей
3.1 Обзор имеющихся результатов. Выводы.
3.3 Литература
Уголь является одним из главных видов топливно-энергетического сырья. Наряду с нефтью и газом его добыча во всем мире увеличивается, однако запасы не уменьшаются. Именно по этой причине ученые начинают искать новые альтернативные источники энергоснабжения, а именно вовлечение в топливно-энергетический баланс «соленого» угля.
Соленым или «щелочным» называется уголь с аномально повышенным содержанием щелочных минералов, в основном солей натрия (Na) и калия (K).
Впервые этот термин появился в 1952 г. и был сформированный Г. Лемманом, который изучал бурый «щелочной» уголь восточной Германии
Принципиально возможны два источника засоления углей – морская вода и вмещающие породы .
Примером засоления углей морской водой считают бассейны, образовавшиеся в прибрежно-морских и лагунных условиях седиментации : Иллинойский (США), Южно-уэльский, частично Донецкий (Украина) и др.
Согласно второго предположения засоление угля происходило среди галогенных пород, где находятся ряд месторождений палеоген-неогенного века, вследствие разрушения соленосных отложений (Германия).
Актуальность проблемы переработки солёного угля заключается в возникающих при непосредственной его переработке негативных последствий, который выявлены в результате воздействия вредных примесей находящихся в угле.
Основной целью магистерской работы – исследование и разработка методов обогащения угля по соли.
Основные задачи:
1. В области теоретических исследрваний.
Розработать феноменологическую модель процессов обессоливания щелочного угля водной промывкой в совмещении с процессоми масляной агломерации. Россматреть основные элементарные субпроцессы и дать теоретическую интерпритацию явлений которые их сопровождают. Установить особенности адгезионных взаемодествий в меж фазной зоне “солёный уголь-масляный агент”. Розкрыть механизм солеудаления при мозаичной лиофильно-лиофобной угольной поверхности. Установить закономерности селективной масляной агрегации солёного угля и обезвоживание агломерата механическим способом.
2. В области експериментальных исследований.
Исследовать основные факторы, которые определяют результат процесса солеудаления. Исследовать процесс солеудаления с одновременной масляной агломерацией угля, вчастности, его кинетику. Розработать структурные факторные модели процесса обессоливания щелочного угля. Вследствии планирования получить и исследовать математические модели: а) процесса обогащения угля по соли водной промивкой с использованием техники и технологии масляной агломерации; б) процесса механичного обезвоживания промытого угля. Проверить полученные експирементальные данные в полигонных условиях.
Сущность проблемы переработки солёного угля рассматривают с двух сторон - екологической и технологической.
Принимая во внимание технологическую сторону проблемы необходимо отметить, что использование в энергетике солёного угля приводит к значительным затруднениям. Так при его сжигании происходит шлакообразование в паровых котлах, а также поломка их металлических частей и теплоизоляционных карборундовых материалов в связи с высокой карозийной активностью металла. Наиболее шлакующим считается уголь, который состоит с соединений натрия и хлора (галит), который при нагревании угля до 800 0С осаждается и накапливается в виде твердого шлакообразующего слоя, который обычными способами очистки не удаляется. Вследствии этого ухудшается теплообмен и повышается температура газов на выходе с топки, что снижает КПД агрегата, и со временем выводит его со строя.
Другим не менее важным явлением при сжигании соленого угля, является интенсивная карозия металла, которая по данным Е. П. Дика, увеличивается с повышением температуры и содержанием хлористого натрия в угле, который ускоряет процесс карозии.
Рассматривая суть проблемы переработки соленого угля с экономической точки зрения выдиляют два негативных последствия термической переработки угля:
при сжигании соленого угля в атмосферу с водяным паром выделяется НCl . В процессе активации солёного угля образуется угарный газ (СО), хлористый водород (НCl), метан (СН4), которые имеют разную степень токсичности
наиболее опасным при термической обработке «щелочного» угля является возникновение диоксанов, который имеют мутагенный характер. Накапливаясь в организме человека, они вызывают различного рода тяжелые заболевания.
Практическая ценность данного проекта заключается, прежде всего, в освоении месторождений соленого угля и вдальнейшем увеличения источников энергоснабжения.
На базе существующих методов обессоливания соленого угля ДонНТУ была разработана феноменологическая модель процесса обессоливания угля с применением технологии масляной агломерации.
В феноменологической модели технология обессоливания включает шесть субпроцессов. Исходный соленый уголь подвергается измельчению в присутствии небольшого количества масляного агента Q1 (субпроцесс 1) после уголь помещается в водную среду и перемешивают в турбулентном режиме (суббпроцесс 2). Соли при этом растворяются в водной среде (субпроцесс 3), а затем происходит их переход в объемную фазу суспензии с поверхности неомасленных участков и одновременно частичная адсорбция их ионов на поверхности угля (субпроцесс4). Следующий субпроцесс 5 - масляная агломерация промытого угля с добавкой основного количества масла - Q2. После этого, осуществляется механическое обезвоживание агломерированного угля (субпроцесс 6).
Схема феноменологической модели была разработана в результате использования соленый углей Новомосковского месторождения марки "Д" с содержанием . Она включает две стадии дробления с предварительным грохочением до крупности 3-0 мм, дополнительное введение процесса масляной агломерации. Результаты проведенных лабораторных исследований показали, что наиболее эффективна двухстадиальная подача связующего: 1 точка подачи - в питание молотковой дробилки , 2 точка - в процесс масляной агломерации после обессоливания промывкой. Процесс масляной агломерации осуществляется в контактных чанах конструкции, аналогичной промывочным машинам. Дальнейшая переработка угля ( классификация, сгущение, обезвоживание) проводилась по традиционной для мелких угольных классов технологии.
Основными преимуществами разработанной технологии ДонНТУ переработки соленого угля:
снижение насыщенности схемы обессоливания энергоемким и дорогостоящим оборудованием при одновременном повышении эффективности обессоливания;
замена дорогостоящей и пожароопасной операции термической сушки механическим обезвоживанием;
улучшение технологических свойств обессоленного угля как топлива
(Анимация: количество кадров-5, количество циклов повторения-10.)
Рис.3 Феноменологическая модель процесса "промивка-агломерация".
Соленый угли Украины сосредоточены в Новомосковском и Петриковском (Западный Донбасс) месторождениях, а также на Старобельской угленосной площади и в Миллеровском угленосном районе (Северный Донбасс, Богдановское месторождение) и относятся к малометаморфезированным углям марки Д.
Ряд решений направлено на поиск и разработку новых рациональных технических средств и способов сжигания солёных углей. Так в этой области был сделан немаловажный вклад таких украинских институтов:
Днепропетровский химико-технологический институт (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.
Газификация угля – это сложный физико-химический процесс взаимодействия угля с газификационными агентами и активирующими продуктами реакций, а также продуктов реакций с газификационными агентами.
Однако в результате исследований был выявлен значительный недостаток этого метода, заключающийся в значительной коррозии сталей различных марок вызванной агрессивным воздействием водяного пара обогащенного сернистыми и щелочными компонентами, а также соединениями хлора. Это обстоятельство является существенным препятствием, сдерживающим промышленное внедрение технологии ДХТИ.
Институтом проблем моделирования в энергетике НАН Украины вместе с Институтом газа НАН Украины и Институтом физико-органической химии и углехимии НАНУ разработано несколько способов сжигания солёного угля.
Первый способ направлен на снижение содержания газов в продуктах сжигания солёного угля, чтоб в дальнейшем снизить коррозию поверхности нагрева котлов. Второй способ направлен на снижение карозию поверхности нагрева и системы очищения продуктов термической переработки угля от хлорных газов.Третий и наиболее перспективный способ термической переработки солёного угля - предварительная газификация в кипящем слое, что циркулирует с последующим сжиганием очищенных продуктов газификации
В Институте физико органической химии и углехимии НАН Украины проведены исследования (Чайковський А.В. и др.) по щелочному гидролизу солёного угля. После проведения научных испытаний была предложена схема комплексной переработки солёного угля Донбасса. Она предусматривает 3 стадии переработки: 1. извлечение солей гуминовых кислот; 2. карбонизацию ентгуминованого угля; 3. газификацию карбонизата ентгуминированого угля диоксидом углерода с целью получения восстанавливающих газов. Исследование технологии показали ее перспективность.
В ИНФОУ НАНУ (Шендрик Т.Г. Белецкий В.С.) способами молекулярной спектроскопии проведены исследования углемасляного агломерата, который приготовлен с керновых проб солёного угля Новомосковского месторождения.
Наиболее перспективной считают технологию обессоливания солёного угля водной промывкой. Вклад в этом направлении было сделано Государственным институтом минеральных ресурсов ДИМР (С.Д. Пожидаев и др.) и Донецким комплексным отделом института ВНИИПИГидротрубопровод – сейчас НПО «Хаймек» (Ю.Г. Свитлий, Ю.Ф. Власов и др.).
Другая поработанная технология обессоливания угля – техническое решение ДКО ВНИИПИГидротрубопровод (сейчас НПО «Хаймек»). Этот способ заключается в объединении процесса гидротранспор –обессоливание.
Основные достоинства этой технологии:
Простота технологии;
Уменьшено количество технологического оборудования
Снижены капитальные затраты
Однако имеются и недостатки:
Эффект повторного накопления солей в угле после 50 км его гидротранспортирования (обнаружено Ю.Г. Свитлым, Ю.Ф.Власовым и др.);
Интенсивное измельчение солёного угля в процессе транспортирования обусловленное повышенным содержанием класса 0,074мм до 35-40% .
Способ ДонНТУ обессоливания, который значительно устранить недостатки предыдущего метода. Суть метода лежит в объединении процессов «обессоливания водной промывкой - масляная агломерация».
Проблема переработки солёного угля привлекает внимание ученых ряда научных школ. На сегодня во многих странах мира учеными было найдено ряд альтернативных решений и способов использования угля без его обогащения.. Так например в Германии и Англии опробувано сжигание предварительно обедненного солёного угля. При этом в него добавляют глину. Основным недостатком этого способа является уменьшение теплообразующей способности угля, что существенно снижает технико-экономические показатели процесса и тем самым делает его не выгодным.
Рис. 1. Современные технические решения переработки соленых углей.
Для снижения негативного влияния щелочных солей при их сжигании были разработаны технические решения согласно которых к солёному углю добавляют специальные добавки (силикаты щелочных металлов, кварц, оксид магния, верулит).
Исследования по сжиганию солёного угля с присадкой соединений Mg и Ca, проведены в Великобритании и Германии, показали эффективность этого приёма для нейтрализации несиликатного натрию. Но использование добавок уменьшает показатели процесса сжигания, что есть основной причиной считать этот способ неэкономичным для использования его в производстве.
А. Лиснер предложил сжигать солёный уголь в специальных слоевых топках с обратной подачей дымового газа и введением в него водяного пара.
В Германии была осуществлена попытка создания топок новой конструкции, топок хлоридного сжигания, которые при снижении температуры дымовых газов, обеспечивали резкое снижение шлакообразований рабочих поверхностей. Исследование этих топок не дали достаточно хороших результатов и дальнейшие действия в этом направлении были прекращены.
В США солёный уголь сжигали в топках с дополнительным устройством для чистки экранов.
В Германии осуществлены исследовательские работы с полукоксованием солёного угля. После чего было установлено, что при переработке этим способом угли месторождения Мерсебург – Восток около 50% оксида натрия и 60-80% хлора переходят в полукокс.
В США, Украины и ФРГ осуществлено ряд исследований по ожижению солёного угля. Лабораторные исследования по гидрогенизации солёного угля Новомосковского месторождения (Украина) показали возможность преобразование органической массы угля на уровне 72-81%. При этом основная масса натрия (95-97%) и хлора (94-98%) концентрируется в твёрдом осадке. При гидрогенизации солёного угля Германии количество жидкого и газообразного продукта составляет 53%. Во время лабораторных исследований угля месторождения Германии и Новомосковского затруднений не было выявлено. Переработка соленого угля гидрогенизацией признана перспективным направлением.
В США было замечено, что при долгом нахождении угля на открытом воздухе в течении 8 недель под воздействием природных факторов осуществляется его отмывка от соли (содержание хлора снижается в 3-4 раза).
С одной стороны этот способ очень прост, но и имеет множество недостатков: во-первых, сезонный характер; во-вторых, результаты обессоливания зависят от количества осадков, которые сложно спрогнозировать. Главным недостатком этого метода является ухудшение технологических особенностей угля, вследствие окисления, а также активное засоление пород в местах складирования.
В результате теоретических исследований были установлены основные закономерности и специфические особенности процесса обессоливания угля по различным технологиям. Разработанные элементы теории процесса обессоливания угля в водной среде сводятся к следующему:
Анализ элементарного акта контакта “ уголь- вода” показал, что наибольшая гидратация соленого угля возможна на внешней поверхности и в макропорах угольной фазы.
Предложенные феноменологические модели процесса обессоливания угля промывкой позволили идентифицировать все элементарные процессы, установить их последовательность и взаимосвязь.
Эффективное экстрагирование солей возможно только из макропор и трещин угольного вещества. Для вовлечения в процесс растворения солевых компонентов, содержащихся в мезо- и микропорах необходимо раскрытие внутренней поверхности угля.
Разработана принципиальная схема массообменных процессов, имеющих место при обессоливании углей, которая включает тепломассообменные, сорбционные процессы и экстрагирование.
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
Дана теоретическая интерпретация обнаруженному явлению вторичного соленакопления в угольной фазе в совмещенном процессе “ промывка- гидротранспорт”. Основной причиной этого явления является нарушение сорбционного равновесия в системе “уголь - солевой раствор”, вызванное дезинтеграцией угольной фазы.
Предложено уравнение для определения эффективности обессоливания через параметры эффективности обезвоживания угля, концентрации солей в исходном угле, растворе и разжиженности суспензии.
Дано теоретическое обоснование совмещенной технологии “обессоливание угля промывкой - масляная агломерация “
1. В.С. Белецкий, С.Д. Пожидаев, А.Кхелуфи, П.В. Сергеев. Перспективы освоения соленых углей Украины. – Донецк: ДонГТУ, УКЦентр, 1998. – 96с.
2. Исследование электрофизических и физикохимических свойств «соленых» углей: Отчет о НИР (промежуточный)/Институт физикоорганической химии и углехимии АН Украины: руководитель В.И.Саранчук.-№ ГР 0185.0013540.-Донецк: 1985-82 с.: ил.
3. Т.Г. Шендрик, В.И. Саранчук Соленые угли.- Донецк: "Східний видавничий дім", 2003.-295с.
4. Иванова А.В., Кривега Т.А. Соленые угли Западного Донбасса. - К.: Наукова думка,1985.-109 с.
5.Составление прогнозных карт солености слабометаморфизованных углей украинской части Донбасса: Отчет о НИР / Институт минеральных ресурсов Украины, руковод. Пожидаев С.Д. –Днепропетровск, 1986. -200 с.
6.Саранчук В.И., Бутузова Л.Т., Шендрик Т.Г. Комплексная переработка молодых углей Украины // Химия и переработка угля – К.: Наукова думка. 1987 – С. 19-26.
7. Афанасенко Л.Я. Исследование характеристик и свойств засоленных углей Донбасса и их изменений при термической обработке.– Автореферат дис. … канд.техн.наук. – Харьков: Харьк. политехн. ин-т, 1990.–20с.
8. Исследование возможности обогащения углей Новомосковского месторожденияпо соли при транспортировке их по трубопроводу: Отчет о НИР(заключитель–ный)/ ВНИИПИГидротрубопровод,
10. Клер В.П., Дик Э.П. Изучение минеральных компонентов энергетических углей.//Разработка и охрана недр.-1981.№4-С.32-35.
11. Симонова В.В. Исследование состава, структуры и свойств соленых углей Западного Донбасса. Автореф. Дис. На соискание ученой степени канд. Хим. наук: 05.17.07/Донецк,1992.- 121 с.
12. Иванова А.В., Зайцева Л.Б. Проблема генезиса соленых углей Западного Донбасса. -Киев: Наукова думка, 1982.-35 с.
13. Иванова А.В., Кривега Т.А. Соленые угли Западного Донбасса. - К.: Наукова думка,1985.-109 с.
14.Составление прогнозных карт солености слабометаморфизованных углей украинской части Донбасса: Отчет о НИР / Институт минеральных ресурсов Украины, руковод. Пожидаев С.Д. –Днепропетровск, 1986. -200 с.
15. Елишевич А.Т., Белецкий В.С.., Свитлый Ю.Г. Гидротранспорт коксующегося угля // Промышленный транспорт. – 1986. - №6. – С.11.
16. Дослідження кінетики знесолювання обмасленого вугілля / В.С. Білецький, П.В. Сергєєв, А.Кхелуфі, Т.Г. Фендрик // Геологія і геохімія горючих копалин. – 1998. -№2 (103). – С.66-69.
| ВВЕРХ |