АВТОРЕФЕРАТ
По теме магистрской работы:
Исследование и разработка технологических основ подготовки угля Днепровского буроугольного бассейна к комплексной термической переработке
Выполнил магистр: Красилов А.А.
Руководитель: д.т.н., проф. каф. ОПИ Белецкий В.С.
|
Автореферат |
Ссылки |
Отчет о поиске |
Библиотека |
Технології хімічної переробки бурого вугілля |
Актуальность, цели
Обзор существующих исследований Собственные разработки Исследованная проба Выход продуктов пиролиза Жидких Газа Твердого остатка % на сухую пробу % на ОМУ кг/т сухой пробы кг/т на ОМУ % на сухую пробу % на ОМУ м3/т сухой пробы м3/т на ОМУ % на сухую пробу кг/т сухой пробы Исходный бурый уголь, после измельчения на щековой дробилке 15,6 17,4 156 174 29,6 29,9 220 245 57,3 573 Бурый уголь, после истирания 20,1 22,3 201 223 26,6 29,6 256 285 53,4 533 Исследованная проба Состав газовых смесей Н2 СО СО2 СН4 С2Н6 С2Н4 С3Н8 С4Н10 Исходный бурый уголь после измельчения на щековой дробилке 3,7 12,1 44,2 25,0 7,0 - 4,0 4,0 Бурый уголь после истирания 14,2 17,0 30,4 22,5 6,1 3,4 3,1 3,5 Заключение Литература
Использовать украинский бурый уголь лишь в топливно-энергетическом комплексе нерационально, поскольку оно содержит много влаги (около 60%), низкокалорийный и имеет высокую зольность, тем не менее в нем значительное количество горного воска (3-15%), гуминовых кислот (50%), большой выход летучих (65%), благодаря чему оно есть ценным химическим сырьем.
Исследование использования бурого угля в Украине (Днепропетровский НГУ, Институт геологических наук НАН) показало целесообразность увеличения его добычи в стране, в основном для производства электроэнергии, топливных брикетов, горного воска (озокерита), сорбентов и гуминовых препаратов. Также из бурого угля можно получить проворное и котельное топливо.
По мнению участников рынка бурого угля, оценить перспективу его добычи и реализации в Украине довольно тяжело.
Определенную надежду на нахождение своей ниши на рынке энергоносителей дает возможность использования этого угля как сырья для производства жидкого синтетического топлива и газа. В 2007 году начата разработка государственной программы создания мощностей по производству синтетического газа из бурого угля. Исходя из имеющихся запасов этого энергоносителя, в стране может быть произведено свыше 280 млрд. куб. м газа [3].
Цель нашей работы: исследовать влияние операций подготовки бурого угля на процесс его термической переработки.
Рис. 1 - Схема получения жидких продуктов из угля [4].
Процесс подготовки бурого угля к комплексной термической переработке включает четыре основные стадии показанные на рис. 2:
Рис. 2 - Процесс подготовки бурого угля к комплексной термической переработке.
На первой стадии уголь дробят в валковых или молотковых дробилках. Потом его сушат, поскольку содержимое естественной влаги составляет 35% и больше. Для термической переработки нужно, чтобы содержимое влаги было минимальному - 1,5% и меньше [4]. Для повышения эффективности удаления влаги и защиты угля от окисления применяют метод термической обработки мелкозернистого угля в вихревых камерах. Это наиболее эффективный метод нагрева мелкозернистого угля, так как при этом возможное быстрое нагревание, ступенчатый процесс термообработки, благодаря непосредственному контакту угля с теплоносителем и активному гидродинамическому режиму.
На второй стадии бурый уголь измельчают до крупности меньше 0,1 мм, наиболее эффективным есть процесс измельчения при вибропомоле или обработке в дезинтеграторе [5, 6].
На третьей стадии бурый уголь обрабатывают катализаторами, в качестве которых применяют оксиди, сульфиды и другие соединения металлов. Эти соединения инициируют образование атомарного водорода из молекулярного, который растворен в пасте. Атомарный водород стабилизирует угольные радикалы, которые образовываются при нагревании пасты. На практике в качестве катализаторов чаще всего используют смесь соединений молибдена и двухвалентного железа. Наиболее эффективные способы нанесения катализатора - применение эмульсий с добавлением элементарной серы.
На четвертой стадии из бурого угля готовят пасту с добавлением пастообразователя. В качестве пастообразователя применяют жидкие фракции гидрогенизации, нефтепродукты. Большое значение имеет характеристика пастообразователя, поскольку он является химическим реагентом – донором атомарного водорода, а также транспортной средой для водорода, который добавляется к пасте в количестве 1,5-3 м3/кг. Иногда для большей эффективности процесса другу, третью и четвертую стадии объединяют.
Таким образом, при подготовке бурого угля к термической переработке применяют операции обогащения полезных ископаемых - дробление, измельчение и сушку. При этом последняя может быть совмещенная с операциями дробления и измельчение. Малометаморфизированный каменный уголь при необходимости (большой зольности) перед термообработкой обогащают [6].
Операциями-аналогами пастоприготовления являются специальный процесс обогащения и обезвоживания тонко дисперсного угля - масляная агломерация и грануляция на тарельчатых грануляторах. При пастоприготовлении в лабораторных условиях (опыт ИНФОУ НАНУ) применяется экструзия. Процессом-аналогом грануляции являются брикетирования.
Теоретические исследования свидетельствуют о перспективности использования механохимической активации поверхности твердых веществ, в частности бурого угля, с целью повышения его реакционной способности.
Рис. 3 - Измельчение бурого угля в вибрационном измельчителе
Mp gif animator. Кадров - 9, Циклов - 10.
Перед загрузкам в измельчитель угля дробилось до крупности 40 мм на лабораторной щековой дробилке. Продолжительность механохимической активации угля в измельчители – 3 мин. Масса пробы – 100 г. Крупность получаемого измельченного угля – 100 мкм.
Пиролиз исследуемых проб угля проводили в Институте физик-органической химии и углехимии НАН Украины.
На рис.4 приведенные ИК-спектры исходного и измельченного бурого угля. В ИК-спектрах исходного и измельченного бурого угля можно видеть следующие отличия. Так, в ИК-спектре исходного угля присутствующее очень интенсивное, слаборазделное поглощение в области 1750-1600 см-1, какое обусловленное колебаниями карбоксильной группы и колебаниями С=С связи в бензольном кольце. В ИК-спектре измельченного угля поглощения при 1750-1600 см-1 значительно суживается и смещается в область низкочастотных чисел. Это свидетельствует о том, что при механической обработке бурого угля значительная доля карбоксильних групп изменяется при механодеструкции, что однако не влияет на бензольные кольца (поглощение при 1600 см-1) и хиноидные группы (поглощение при 1620 см-1). Наряду этим, в ИК-спектре измельченного угля интенсивность полос поглощения при 2915 и 2845 см-1 значительно меньшая, чем в ИК-спектре исходного угля. Это свидетельствует о том, что при механической обработке угля происходит также механодеструкция алифатических структур. Значительные отличия в ИК-спектрах подмечено также в области 800-600 см-1, которые характеризуют замещение в бензольном кольце.
Рис. 4 – ИК-спектры проб исходного и измельченного угля:
1 - исходный уголь;
2 - измельченный уголь
Таким образом, механическое действие на бурый уголь приводит к значительным изменениям в составе функциональных групп угля. Такие изменения могут значительно влиять как на пиролиз бурого угля, так и на количественный выход и качественный состав создаваемых при этом продуктов [7-9].
В табл.1 приведенные результаты исследований пиролиза образцов из бурого угля. Данные табл.1 показывают, что механическое стирание бурого угля влияет на его термодеструкцию. При этом глубина деструкции органической массы измельченного угля увеличивается, в основном, за счет увеличения редких веществ. Так, выход редких продуктов из измельченного угля составляет 22,3% от органической массы угля, который на 5,3% (абс.), или на 31% (отн.) больше, чем их образовывается из исходного угля.
Таблица 1. Выход продуктов пиролиза исследовательских проб
бурого угля Морозовского разреза, при 800 °С
и времени изотермической выдержки 30 мин.
Количество органической массы угля, которая при пиролизе превращается в газ, практически одинаковая как для исходного, так и для измельченного угля и составляет около 30%. Тем не менее, объем газа, который образовывается из измельченного угля, больший, чем из исходного. В перерасчете на 1 т органической массы угля, объем газовой смеси, который может образоваться при пиролизе измельченного угля, составляет 285 м3, что на 40 м3 или на 16% больше, чем при тех же условиях из исходного угля.
Исходя из этого можно предположить, что механическая активация бурого угля влияет и на качественный состав газовой смеси, которая образовывается при его пиролизе.
В табл.2 приведенные результата исследований качественного состава газовых смесей, которые образовываются при пиролизе исследовательских проб бурого угля [10].
Таблица 2. Качественный состав газовых смесей пиролиза исследовательских проб бурого угля при 800 °С і t= 30 мин.)
Данные табл.2 показывают, что механическое стирание бурого угля влияет на качественный состав газа пиролиза. Так, в газовой смеси из измельченного угля увеличивается количество водорода и моноксида углерода, а количество диоксида углерода и углеводородов уменьшается. Наряду этим, в газовой смеси появляются ненасыщенные углеводороды (С2Н4) [10].
2. Касаточкин В.И. Строение и свойства природных углей. – М.: Недра, 1975. – 159 с.
3. Тамко В.А., Шевкопляс В.Н., Саранчук В.И. Безотходная переработка бурого угля Александрийского месторождения // Уголь Украины. – 1996. - №6, с. 16-20.
4. Кричко А. А. Гидрогенизация угля в СССР. – М.: Библиотечка инженера, 1984. – 47 с.
5. Кричко А. А., Лебедев В. В, Фарберов И. Л. Нетопливное использование углей. М.: Недра, 1978. - 215 с.
6. Святец И.Е. Технологическое использование бурых углей. – М.: Недра, 1985. – 208 с.
7. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей. – К.: Наукова думка, 1984. – 340 с.
8. Хренкова Т.М. Механо-химическая активация углей. – М.: Недра, 1993. – 176 с.
9. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства угля. – К.: Наукова думка, 1988. – 192 с.
10. Тамко В.О., Білецький В.С., Шендрик Т., Красілов О.О. Донецький вісник наукового товариства ім. Шевченка т.21 Вплив механічного подрібнення бурого вугілля Олександрійського родовища на його піроліз.
ДонНТУ>
Портал магистров ДонНТУ>Автореферат |
Библиотека | Ссылки |
Отчет о поиске | Индивидуальное задание | На главную