| Головна сторінка ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ | Пошукова система ДонНТУ |
| Біографія | Рябчук Юлія Ігорівна
Реферат з теми магістерської роботи.
|
| Бібліотека | |
| Посилання | |
| Звіт про пошук | |
| Індивідуальне завдання |
1 Введення. Актуальність. Мета. Задачі.
2 Сутність проблеми солоного вугілля. Практична цінність.
3 Технологія ДонГТУ "промивка-агломерація"
4 Ситуація в країні в області дослідження збагачення "солоного" вугілля.
5Світовий дослід перерабки солоного вугілля
6 Огляд існуючих результатів. Висновки.
7 Література
Вугілля є одним з найважливіших видів паливно-енергетичної сировини. Поряд з нафтою й газом його видобуток в усім світі щорічно зростає. Однак його кількість у землі не кожним роком зменшується. Саме із цієї причини вчені починають шукати нові альтернативні джерела енергоресурсів, зокрема залучення в паливно-енергетичний баланс так званих солоних вугіль.
Солоним або „лужним” називається вугілля з аномально підвищеним вмістом лужних мінералів, в основному солей натрію (Na+) і калію (K+).
Вперше термін «солоне» вугілля з’явився у 1952 році і був сформульований Г. Лемманом, який вивчав буре „лужне” вугілля східної Німеччини.
Принципово можливі два джерела засолення вугілля – морська вода тавмісні породи.
Згідно першого припущення засолення вугілля морською водою відбувалося у басейнах, які утворилися у прибрежно-морських та лагунних умовах седиментації: Рурський (Німеччина), Карагандинський (Росія), частково Донецький (Україна), та ін.
Згідно другого припущення засолення вугілля відбувалося серед галогенних порід де знаходиться ряд родовищ палеоген-неогенного віку, внаслідок руйнування соленосних відкладень (Німеччина).
Актуальність проблеми переробки солоного вугілля є у винекненні при його переробки негативних факторів, які виявлені в результаті діїї шкідливих домішок Які знаходяться у вугіллі. Основна ціль магістерскої роботи – дослідження і розробка методів збагачення вугілля по солі.
Сутність проблеми солоного вугілля розглядають з двох сторін - екологічної та технологічної.
Беручи до уваги технологічну сторону проблеми треба зауважити, що використання в енергетиці солоного вугілля призводить до значних труднощів. Так при його спалюванні відбувається шлакоутворення в парових котлах, а також руйнування їх металевих частин і теплоізоляційних карборундових матеріалів у зв’язку з високою корозійною активністю металу. Найбільш шлакуючим вважається вугілля, яке складається зі сполук натрію та хлору (галіт), який при нагріванні вугілля до 800 0С осідає та накопичується у вигляді твердого шлакового шару, який звичайними засобами очищення не видаляється. Внаслідок цього погіршується теплообмін та підвищується температура газів на виході з топки, що знижує ККД агрегату, та з часом виводить його з ладу.
Іншим не менш важливим явищем при спалюванні солоного вугілля, є інтенсивна корозія металу, яка за даними Е. П. Діка збільшується з підвищенням температури та вмісту хлористого натрію у вугіллі , який прискорює процес корозії.
Розглядаючи суть проблеми переробки солоного вугілля з екологічної точки зору виділяють два наслідки термічної обробки вугілля:
при спалюванні солоного вугілля в атмосферу з водяним паром виділяється НCl . в процесі активації солоного вугілля утворюються угарний газ (СО), хлористий водень (НCl), метан (СН4) які мають різний ступінь токсичності.
найбільш небезпечним при термічній обробці «лужного» вугілля є виникнення діоксанів, які мають мутагенні властивості. Накопичуючись в організмі людини вони викликають різноманітні хвороби.
Практична ценність данного проекту є розробці раціональних методів переробки солоного вугілля для подальшого його використання і тим самим підвищити джерела енергопостачання.
На базі існуючих методів знесолювання солоного вугілля ДонНТУ була розроблена феноменологічна модель процесу знесолювання вугілля з використанням технології масляної агломерації.
В феноменолічній моделі технологія знесолювання складається з шости субпроцесів. Вихідне солоне вугілля подрібнюється в присутності невеликої кількості масляного агенту Q1 (субпроцес 1) після вугілля розміщується у водне середовищє і перемішують у турбулентному режимі (субпроцес 2). Солі при цьому розчиняються у водному середовищі (субпроцес 3), а потім відбувається їх перехід в об`ємну фазу суспензії з поверхні неомаслених участків та одночасно часткова адсорбція їх йонов на поверхні вугілля (субпроцес4). Слідуючий субпроцес 5 - масляна агломерація промитого вугілля з добавкою основної кількості масла - Q2. Після цього, відбувається механічне зневоднення агломированого вугілля (субпроцес 6).
Схема феноменологічної моделі була розроблена в результаті використання солоного вугілля Новомосковского родовища марки "Д" . Вона включає дві стадії дроблення з попереднім грохотінням до крупності 3-0 мм, додаткове ведення процесу масляної агломераціїї. Результати проведених лабораторних досліджень показали, що найбільш ефективна двохстадіальна подача зв`язуючего: 1 точка подачі - в молоткову дробарку , 2 точка - в процес масляної агломерації після знесолювання промивкою. Процес масляної агломерації здійснюється в контактуючих чанах по конструкції, аналогичні промивним машинам. Подальша переробка вугілля ( классифікація, сгущення, зневоднення) проводилася по традиційній для дрібного вугілля технології.
Основними перевагами розробленої технології ДонНТУ переробки солоного вугілля є:
знижана кількість обладнання;
заміна дорогокоштовної та пожароопасної операції термичного сушіння на механічне зневоднення;
покращенні технологічні властивості знесолюваного вугілля как палива.
(Анімація: кількість кадрів-5, кількість циклів повторення-10.)
Рис.3 Феноменологічна модель процеса "промивка-агломерація".
Солоне вугілля України зосереджені в Новомосковському й Петриковському (Західний Донбас) родовищах, а також на Старобельскій вугленосної площі й у Міллеровскому вугленосному районі (Північний Донбас, Богданівське родовище) і належать до малометаморфезійним вугіллям марки Д.
Ряд рішень спрямоване на пошук і розробку нових раціональних технічних засобів і способів спалювання солоного вугілля. Так у цій області був зроблений немаловажний внесок таких українських інститутів:
Дніпропетровський хіміко-технологічний інститут (ДХТИ) -виконані дослідження придатності солоного вугілля Новомосковського родовища для одержання палива методом газифікації. При цьому в якості головного використаний метод газифікації вугілля у киплячому шарі під тиском.
Газифікація вугілля - це складний фізико-хімічний процес взаємодії вугілля з газифікаційними агентами і активуючими продуктами реакцій, а також продуктів реакцій з газифікаційними агентами
Спроба використання цього методу на солоному вугіллі Новомосковського та Старобільського родовищ Донбасу призвело до негативних наслідків, значній корозії сталі різних марок під впливом водяної пари, збагаченої сірнистими та лужними компонентами, а також сполуками хлору. Це є значною перешкодою, що стримує упровадження технології ДХТІ у виробництво.
Інститутом проблем моделювання в енергетиці НАН України разом з Інститутом газу НАН України й Інститутом фізико-органічної хімії й вуглехімії НАНУ розроблено кілька способів спалювання солоного вугілля.
Перший спосіб спрямований на зниження змісту газів у продуктах спалювання солоного вугілля, щоб надалі знизити корозію поверхні нагрівання казанів.
Другий спосіб спрямований на зниження карозії поверхні нагрівання й системи очищення продуктів термічної переробки вугілля від хлорних газів.Третій і найбільш перспективний спосіб термічної переробки солоного вугілля - попередня газифікація в киплячому шарі, що циркулює з наступним спалюванням очищених продуктів газифікації.В Інституті фізико органічній хімії й вуглехімії НАН України проведені дослідження (Чайковський А.В.та ін.) по лужному гідролізу солоного вугілля. Після проведення наукових випробувань була запропонована схема комплексної переробки солоного вугілля Донбасу. Вона передбачає 3 стадії переробки: 1. вилучення солей гумінових кислот; 2. карбонізацію ентгумінованого вугілля; 3. газифікацію карбонізату ентгумінованого вугілля диоксидом вуглецю з метою одержання газів, що відновлюють.. Дослідження технологіі виявили її перспективність.
В ІНФОУ НАНУ (Шендрик Т.Г. Білецький В.С.) способами молекулярної спектроскопії проведені дослідження вуглемасляного агломерату, який був приготовлений з кернових проб солоного вугілля Новомосковського родовища.
Найбільш перспективною вважають технологію знесолення солоного вугілля водним промиванням. Внесок у цьому напрямку було зроблено Державним інститутом мінеральних ресурсів ДІМР (С.Д. Пожидаев та ін.) і Донецьким комплексним відділом інституту ВНИИПИГидротрубопровод – зараз НПО "Хаймек" (Ю.Г. Світлий, Ю.Ф. Власов та ін.).
Інша опрацьвана технологія знесолення вугілля – технічне рішення ДКО ВНИИПИГидротрубопровод (зараз НПО "Хаймек"). Цей спосіб полягає в об'єднанні процесу гідротранспортування –знесолення.
Основними перевагами цієї технології є:
Простота технології;
Зменшена кількість технологічного обладнання;
Знижені капітальні витрати;
Але цей засіб також має свої недоліки;
Ефект повторного накопичення солей у вугіллі після 50 км його гідротранспортування (виявлено Ю.Г. Світлим, Ю.Ф.Власовим та інш.);
Інтенсивне подрібнення солоного вугілля у процесі транспортування обумовлене підвищеним вмістом класу 0,074мм до 35-40%.
Спосіб ДонНТУ знесолення вугілля суттєво усуває недоліки попереднього методу. Суть методу полягає у об’єднанні процесів «знесолення водною промивкою - масляна агломерація».
Проблема переробки солоного вугілля приваблює увагу вчених ряду наукових шкіл. На сьогодні у багатьох країнах світу вченими було знайдено ряд альтернативних рішень і способів використання вугілля без його збагачення. Так наприклад у Німеччині та Англії апробовано спалювання попередньо збідненого солоного вугілля. При цьому в нього додають глину. Основним недоліком цього способу є зменшення теплоутворювальної здатності вугілля, що суттєво знижує техніко – економічні показники процесу і тим самим робить його невигідним.
Рис. 1. Сучасні технічні рішення переробки солоного вугілля.
Для зниження негативного впливу лужних солей при їх спалюванні були розроблені технічні рішення згідно яких до солоного вугілля додаються спеціальні домішки (силікати лужних металів, кварц, оксид магнію, веруліт).
Досліди по спалюванню солоного вугілля з присадкою сполук Mg і Ca, проведені в Великобританії та Німеччині, показали ефективність цього прийому для нейтралізації несилікатного натрію. Але використання домішок зменшує технологічні показники процесу спалювання, а це є основною причиною вважати цей спосіб неекономічним для використання його в виробництві.
А. Ліснер запропонував спалювати солоне вугілля в спеціальних шарових топках зі зворотним поданням димового газу і введенням в нього водяної пари. Цей метод можна використовувати в котлах малої продуктивності.
У Німеччині була здійснена спроба створення спеціальних топок нової конструкції, топок хлоридного спалювання - які при зниженій температурі димових газів забезпечували різке зниження або навіть уникнення шлакоутворення робочих поверхонь. Але дослідження цих топок не дали достатньо добрих результатів і подальші дії в цьому напрямку були припинені.
У США солоне вугілля спалювали в топках з допоміжним приладдям для чистки екранів, але це неприйнятно для чищення поверхонь пароперегрівачів із-за виникнення термічних навантажень у трубах.
У Німеччині виконані дослідницькі роботи з напівкоксування солоного вугілля. Після чого було встановлено, що при переробці цим способом вугілля родовища Мерсебург – Схід біля 50% оксиду натрію і 60-80% хлору переходять у напівкокс.
У США, Україні та ФРГ виконано ряд дослідів по зрідженню солоного вугілля. Лабораторні дослідження по гідрогенізації солоного вугілля Новомосковського родовища (Україна) показали можливість перетворення органічної маси вугілля на рівні 72-81%. При цьому основна маса натрію (95-97%) і хлору (94-98%) концентрується у твердому осаді. При гідрогенізації солоного вугілля Німеччини кількість цільового рідкого і газоподібного продукту складає 53%. Під час лабораторних досліджень вугілля родовищ Німеччини та Новомосковську ускладнень не було виявлено. Однак, при зрідженні рядового солоного вугілля з родовища Кентуккі на пілотному обладнанні виявилося активне кородування робочих поверхонь дистиляційної колони. Це, можливо, було викликано присутністю в отримуваних продуктах кислоти HCl. У цілому отриманні результати були оцінені дослідниками позитивно, тому переробка солоного вугілля гідрогенізацією визнана перспективним напрямком.
У США було помічено, що при довгому знаходженні вугілля на відкритому повітрі протягом 8 тижнів під впливом природних факторів відбувається його відмивка від солі (вміст хлору знижується в 3-4 рази).
З одного боку цей спосіб дуже простий, але й має багато недоліків: по-перше, сезонний характер; по-друге, результати знесолювання дуже залежать від кількості опадів, які важко зпрогнозувати. Головним недоліком цього методу є погіршення технологічних властивостей вугілля, внаслідок окислення, а також активне засолювання ґрунтів у районах складування вугілля.
У результаті теоретичних досліджень були встановлені основні закономірності й специфічні особливості процесу знесолення вугілля по різних технологіях. Розроблені елементи теорії процесу знесолення вугілля у водному середовищі зводяться до наступного:
Аналіз елементарного акту контакту “ вугілля- вода” показав, що найбільша гідратація солоного вугілля можлива на зовнішній поверхні й у макропорах вугільної фази.
Запропоновані феноменологічні моделі процесу знесолення вугілля промиванням дозволили ідентифікувати всі елементарні процеси, установити їх послідовність і взаємозв'язок.
Ефективне екстрагування солей можливо тільки з макропор і тріщин вугільної речовини. Для залучення в процес розчинення сольових компонентів, що містяться в мезо- і мікропорах необхідне розкриття внутрішньої поверхні вугілля.
Розроблена принципова схема массообмінних процесів, що мають місце при знесолюванні вугілля, яка включає тепломассообмінні, сорбційні процеси й екстрагування.
Аналіз массообмінних процесів при знесолюванні вугілля дозволив установити, що структура граничного шару розчинення включає зони.:
- поверхневої (хімічної) гідратації; 
- об'ємній (фізичній) гідратації та 
- зону локально- насиченого розчину. Встановлено, що кінетику процесу солевидалення в цілому визначає швидкість виведення солей із зони
Дана теоретична інтерпретація виявленому явищу вторинного соленакопичування у вугільній фазі в суміщеному процесі “ промивання - гідротранспорт”. Основною причиною цього явища є порушення сорбційної рівноваги в системі “вугілля - сольовий раствор”, викликане дезінтеграцією вугільної фази.
Запропоноване рівняння для визначення ефективності знесолення через параметри ефективності зневоднювання вугілля, концентрації солей у вихідному куті, розчині й разжиженності суспензії.
Дане теоретичне обґрунтування сполученої технології “знесолювання вугілля промиванням - масляна агломерація “
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 |