Наука об углях и технологии
Резкое оживление угольных исследований происходит с середины 1970х годов. Успешное применение фундаментальных наук и характеристика методов для развития экологически чистых угольных технологий будут определять в будущем пригодность индийского угля в качестве основного источника энергии в устойчивой форме. В последние годы из-за сдвига в парадигме, еще лучше можно понять структурные особенности различных сортов угля, которые были получены с использованием современной физической и инструментальной техники. В будущем угольная петрология будет иметь имеет особое значение, поскольку в настоящее моцералы угля по сути влияют на процессы переработки угля в той или иной степени. Тем не менее, было проделано недостаточно работ (особенно по Индийским углям, которые известны тем, что содержание золы достаточно сильно варьирует, а минералогия – разнообразна) о том, как петрографические характеристики угля повлияют на конечное использование продукта.
С учетом пробелов и проблем в угольной области науки и техники в настоящее время сценарий (национальный семинар (уголь 2003)) было организовано Центральным научно-исследовательским институтом Топливо (CFRI), Дханбад. Семинар был направлен на рассмотрение нынешнего состояния соответствующих методологий и технологий и их применения для решения фундаментальных и промышленных проблем, связанных с наукой об углях и технологиями. УГОЛЬ-2003 проводился для решения следующих вопросов:
Свыше 225 делегатов, представляющих ученых, специализирующихся по углям, технологов, специалистов по планированию, исследователей приняли участие в семинаре.
Министр угольного союза Hon'ble, Karia Munda, торжественно открыла семинар. Кальян Сен (председатель организационного комитета и директор CFRI) произнёс приветственную речь. Он подчеркнул, что с сокращением наших ограниченных запасов коксующегося угля и их низкое качество, а также высокое содержание золы в некоксующихся углях, в будущем и в нынешних условиях глобализации и конкурентоспособности, актуализирует необходимость ориентированных R&D программ, которые должны быть предприняты. Для достижения поколения базовых знаний, инноваций и передовых концепций о топливе S&T, для экономически эффективного и экологически безопасного рационального использования энергии, а также разработки новых инновационных технологий, необходимо глубже понять структуру разных марок (метаморфических типов) угля. Он подчеркнул, чтобы Индии выбраться из оков "энергетического - голода" нации и сделать ее "эффективно-использующей энергию" и самостоятельной нацией, согласованные междисциплинарные и много - институциональные R&D программы должны быть безотлагательно приняты и развиты.
За открытием последовали научные презентации, распределённые в шести технических сессиях:
Ведущие эксперты и исследователи в соответствующих областях, обменялись опытом и обсудили последние тенденции и события.
Исследование: Уголь и МУП(метан угольных пластов)
На эту сессию прибыли четыре приглашённых лектора. S.K. Acharyya рассмотрел состояние угольной разведки и стратегии страны, и указал, что состояние ресурсов и экологические проблемы потребуют в будущем сбалансированного комплекса подземных и поверхностных горных практических работ. Кроме того, следует приложить усилия в исследованиях смешивания коксующегося угля и угля высшего класса, помимо традиционных в области бассейна Damodar. Он также представил всеохватывающий отчет о потенциальности МУП и заметил, что МУП отражает специфику конкретного бассейна.
Subrato Синха показала, что все три основных принципа угольной промышленности - разведка, эксплуатация и управление окружающей средой неразрывно связаны, а темпы добычи угля оказывают влияние на угледобывающие методы. Отсутствие надлежащего контроля над экологией, особенно в условиях крупномасштабной добычи открытым способом, оказывает серьезный ущерб земле и ведёт к утрате биоразнообразия. Он проследил исторические вехи в угольной промышленности через её коллониальность, пост-национализацию и пост-глобализацию и предложил участие во всех возможных стадиях производства, а вместе с тем - совмещение подземных и поверхностных работ по добыче полезных ископаемых.
N. N. Gautam представил задачи национального (ПРООН-ГЭФ) экспериментального проекта под названием "МУП - извлечение и коммерческое использование". Проект, который осуществляется на двух участках угольного поля Jharia, направлен на улучшение и увеличение мероприятий по созданию потенциала некоторых индийских учреждений, планирование и подготовку всех видов деятельности, проектирования, бурения и МУП при добыче полезных ископаемых, продемонстрировать использование шахтного газа (метана, например) для заправки шахтного транспорта и как источник электроэнергии, а также устанавливать центра МУП на Ranchi. Mohit Banerjee высказал мнение, что прежде чем проект МУП начнёт работать, необходимо дать ответы на два основных вопроса: каковы запасы ресурса и что такое производство?
V. К. С. Visen и др. (MECL, Ranchi) представил документ об улучшениях, сделанных в скважинах геофизическими технологиями с введением цифрового входа в систему MECL в области разведки-МУП. Tiwari и др. (CFRI, Dhanbad) обсудили факторы, регулирующие активность и селективность катализатора системы для конверсии метана. Обычный процесс преобразования МУП - природный газ в метанол и жидкие углеводороды предполагает перестройку в синтезированный газ, следующего за каталитическими преобразованиями в метаноле, который может еще быть трансформирован в сложный октан через технологический процесс - метанол в бензин.
В. А. Mendhe и А. К. Singh (Центральный научно-исследовательский горный институт (CMRI), Dhanbad), пояснил, что содержание газа в бассейне Cambay меняется не только при отработке стенок выработок, но и с глубиной. Данные о содержании газа в сорбционной ёмкости свидетельствуют об умеренной насыщенности образцов. В документах, представленных B. C. Bhattacharya D. Sarkar (Уголь Индия Лтд) и G.R. Yenigalla (Singareni Collieries Company Ltd), перечислены состояния развития МУП в Индии в условиях глобального внедрения.
U. Chakrabarti и A. Roy (Геологическая служба Индии (ГСИ), Nagpur) пришли к выводу, что нет никаких отличий в стратиграфических колебаниях зольности угольных пластов Sohagpur Gondwana бассейна, указывая общую схожесть установленных осадочных отложений счет угля нижнепермского периода. Singh и др. (CMRI) оценил экологическое воздействие пожаров на угольных шахтах в открытых выработках и обеспечил подходящие предложения мер по контролю и борьбе интенсивности огня с использованием промышленных отходов.
B. B. Sinha и др.. (CFRI) представил исследования, проведенные на некотором количестве проб угольной породы с различными качественными параметрами, такими как высота, низкий угол наклона, уплотнения с водой и без воды, и с различных мест - защита дымовых труб с инертным материалом (для определения летучей золы) для оценки самовозгорания. А. К. Singh и др. (CFRI) сделали тщательное обследование последствий шахтных пожаров в бассейне Jharia, а также обследовали места оседания почвы в поселках и изменения на глубине для оценки экономического ущерба и с целью предложить некоторые меры по исправлению положения. U. K. Madan и др. (Индийский институт нефти и газа, Dnehradu) в то время как проводили мероприятия по уменьшению пожароопасности в подземных угольных выработках гидравлическим путем с использованием жидкости с огнеупорными характеристиками, описали различные виды FRHF, а также условия проведения испытаний и процедуры их оценки согласно их специфики, чтобы избежать опасности пожаров в подземных угольных шахтах.
Характеристики угля и петрография
На эту сессию прибыли три приглашенных лектора. Arabinda Ghosh описал масштабы и возможности аппарата - Auroview-2000, который представляет собой оптическую систему обработки изображений, разработанной чтобы проводить петрографический анализ угля. Программное обеспечение состоит из двух модулей - модуль анализа (способен производить модель процентов моцералов и минералов, помимо измерения ранга (R) автоматически или вручную) и модуль прогнозирования (способного прогнозировать золу и проценты выхода летучих веществ на dmmf-базис, и элементарного углерода на основе чистого угля). Он высказал мнение, что общее функционирование системы является удовлетворительным, однако, разработка более удобного интерфейса для коммерциализации системы по-прежнему отсутствует.
D. Chandra представил всеохватывающий исторический обзор основной работы проведенной им в конце 1950 и 60-х годов в области углепетрологии. Углепетрология включает отношения между отражением и содержанием углерода, оптическими свойствами и содержанием углерода в углях, отражением и температурой карбонизации, а также между результатами экспериментов по окислению и сжиганию углей. С. Chawdhuri подчеркнул основные, а также прикладные аспекты петрографии угля в целом и ее связи с качественными характеристиками добываемого угля и промышленными требованиями к характеристикам со ссылкой на коксующийся и полукоксующийся уголь индийского угольного бассейна Gondwana.
H.K. Mishra и его команда из Центрального горного института по планированию и проектированию ООО (Ranchi) представил документ о качественных характеристиках индийского угля после петрографического анализа шлифов, используя автоматизированные системы для накопления петрографических данных. Они также обсудили вопросы применения петрографического исследования углей бассейна North Karanpura и выделили угли хорошей реактивности, пригодных для сжигания, а также для изготовления смесей. Тщательно разработанные петрографические характеристики углей были также представлены на примере долины Kanhan Valley M. P. Singh и R.R. Shukla (Banaras Hindu University, Varanasi), Ib- Valley в Sonali Guha и K. N. Singh (Vikram University, Ujjain), Talcher by A. K. Singh и A. K. Singh and M. P. Singh (BHU , Варанаси), Западная Дарангири S. Phukan and M. Ahmed (Gauhati University, Guwahati), и Makum в R. K. Sarmah (Dibrugarh University) and A. Ghosh (Jadavpur University) угольных полей. B.K. Misra и B. D. Singh (Birbal Sahni институт Палеонтологии, Лакхнау) рассмотрела мацералы группы липтинита и лигнита в индийских углях и установила, что противоречит ранее высказанному мнению, что они содержат большое количество этих мацералов этих групп.
А. К. Varma и др.. (Индийская горная школа (ISM), Dhanbad), утверждает, что во время петрографического контроля сжигания угля было установлено, что эффективность спекания уменьшается с увеличением степени метаморфизма. Высокая степень спекания определяется главным образом за счет наличия микролиптинита, витринита и инертенита.
Обогащение угля
На эту сессию прибыли четыре приглашенных лектора. Sachdev R. К. подчеркнул необходимость принятия правил, касающихся безопасного использования угля и заботы об окружающей среде. Он обсудил некоторые нерешенные вопросы, которые должны быть рассмотрены в отношении промывки угля для электростанций. Он считает, что если основные требования выполняются угольными компаниями, а электростанции в состоянии привлечь частных вкладчиков (инвесторов), чтобы те имели возможность инвестировать средства в модель строительство-владение-эксплуатация, которая считается наиболее действенным механизмом в нынешних условиях, когда угольные компании решили не вкладывать в уголь свои сбережения.
В. Н. Misra рассмотрел состояние дел об использовании некоксующихся углей в индийской металлургической промышленности и перспективы обогащения этих углей передовыми методами для получения высококачественного чистого угля. S. Chattopadhyay считает, что летучая зола возникает в результате неправильного обогащения мощных заводов по обогащению угля.
P. S. R. Reddy и др.. (RRL, Bhubaneshwar) представил перспективы сухого обогащения некоксующегося угля с предложениями по улучшению работы. P. C. Borthakur и др.. (RRL, Jorhat) предлагает удаления золы и серы из углей Makum (Ассам) методом мокрого шлифования угля в водной среды в одиночку или в присутствии небольшой дозы анионного полиэлектролит.
L. Besra и др. (РРЛ, Bhubaneshwar) оценили как с помощью флотации можно управлять отходами (загрязнением) сточных вод. Они упомянули о том, что уравнения регрессии были разработаны как функция «дозы» флотации, урегулирования времени и времени активизации. В разговоре об эффекте увлажнения и кондиционирования во время флотации с низким уровнем летучих компонентов коксующийся уголь, M. Z. Ahmad и S. Bhattacharya (ISM), указали, что чем короче время увлажнения и кондиционирования, тем лучше результаты флотации.
S. К. Biswal и др. (RRL, Bhubaneshwar) предлагает методы обогащения некоксующегося угля, извлекая губчатое железо растений, используя флотационные колонки. S. V. Bagul и др. (CFRI, Nagpur) обговорил возможность обогащения некоксующихся углей, с содержанием золы на уровне ниже 34%, изучил возможности снижения зольности и определил максимальную добычу чистого угля с таким содержанием золы от промывки данных углей.
G. C. Srivastava и P.K. De (Бхарат коксующийся уголь ООО (BCCL)) подчеркнули преимущества использования энергетических углей на тепловых электростанциях. Р. Yerriswamy и др. (RRL, Bhopal) представил результаты Tri-Flo - Сепараторной обработки для индийских коксующихся углей, которые могут достичь около 90% органической эффективности. К. Sen и др. (CFRI) обговорил степень воздействия качества угля на чистую энергию и подчеркнул необходимость проведения оценки экологической ситуации.
Семинар охватывает практически все аспекты науки об индийских углях, а также технологиях и планировании. Тем не менее, мы по-прежнему считаем, что для улучшения нашего понимания природы необходимо изучать формирование (генезис, происхождение), качество (мацералы, или микроэлементный состав угля) и другие физико-химические свойства, которые необходимо знать для рационального и постоянного использования этого твердого ископаемого топлива и связанного с ним метана (МУП), но также необходимы и долгосрочные экспериментальные, аналитические исследования и наблюдения (с междисциплинарным подходом) с использованием традиционных и самых современных технологий.
B. D. Singh, K. N. Singh и B. K. Misra, Birbal Sahni институт палеонтологии, 53-дорожного университета, 226 007 Лакхнау, Индия; Школа исследований в области геологии, Викрамский университет, Ujjain 456 010, Индия
Эл. почта: singhbd_bsip@hotmail.com
Coal science and technology
A sharp revival in coal research has taken place since the mid-1970s. Successful application of fundamental science and characterization techniques to the development of eco-friendly coal technologies will determine in future, suitability of Indian coals as primary energy source in a sustainable manner. In recent years, due to shift in paradigm, further insights into structural features of different coal varieties have been gained using advanced physical and instrumental techniques.Furthermore, coal petrology is of special importance, as the macerals present in coal have an important bearing and indeed affect the coal conversion processes one way or the other. However, not much work has been done, especially on Indian coals known for their different ash contents and varying mineralogy, as to how petrographic characteristics of coal will affect the end-use applications.
Keeping in view the gaps and problems in coal science and technology in the present scenario, a national seminar (COAL 2003) was hosted by Central Fuel Research Institute (CFRI), Dhanbad. The seminar was aimed to review the present status of related methodologies and techniques and their applications to address basic and industrial problems related to coal science and technologies. COAL 2003 was to address the following issues:
Over 225 delegates, representing coal scientists, technologists, planners, academicians and researchers attended the seminar.
The Hon’ble Union Minister for Coal, Karia Munda, inaugurated the seminar. Kalyan Sen (Chairman, Organizing Committee and Director, CFRI), delivered the Welcome Address. He emphasized that with the dwindling of our limited reserves of coking coal and the availability of poor quality, non-coking high ash coals for the future and in the present context of globalization and competitiveness, futuristic, relevant and need-oriented R&D programmers have to be undertaken. To achieve generation of basic knowledge, innovation and advanced concepts in fuel S&T for economically efficient and environmentally safe energy management, and to develop newer innovative technologies, deeper insight into the structure of different ranks of coal is needed. He stressed that to take India out of the shackles of the ‘energy-starved’ nation and to make it an ‘energy-efficient’ and self-reliant nation, concerted multidisciplinary and multi-institutional R&D programmes have to be urgently taken up and developed.
The inauguration was followed by scientific presentations distributed in six technical sessions:
Exploration: Coal and CBM
In this session, four invited lectures were delivered. S. K. Acharyya reviewed the coal exploration status and strategy of the country and indicated that resource position and environmental issues demand a balanced mix of underground and opencast mining practices in future. Further, exploration efforts should be made for blendable coking coal and superior grade coal, beyond the traditional domain of the Damodar Basin. He also provided comprehensive account on CBM potentiality and noticed that CBM plays being basin-specific.
Subrato Sinha showed that all the three basic tenets of the coal industry – exploration, exploitation and environmental management are inextricably linked up, and the pace of coal production has influenced the coal-mining methods. Lack of proper environmental management, especially in the context of large-scale opencast mining, has caused serious land damage and loss of biodiversity. He traced the historical landmarks in the coal industry through its colonial, post-nationalization and the post-globalization phases and suggested that community participation in all possible stages of the industry, along with a proper mix of underground and surface mining.
N. N. Gautam presented the objectives of a national (UNDP–GEF) pilot project entitled ‘CBM recovery and commercial utilization’. The project, under implementation at two sites in the Jharia Coal-field, aims to strengthen and increase capacity-building activities of some Indian institutions, plan and prepare for all activities, design, drill and produce CBM in advance of mining, demonstrate utilization of the gas recovered for mine vehicle refuelling and power generation, and establish CBM clearing house at Ranchi. Mohit Banerjee opined that two basic questions are needed to be answered, before a CBM project can be carried out successfully – (i) what is the size of the resource, and (ii) what is the producibility?
V. K. S. Visen et al. (Mineral Exploration Corporation Ltd. (MECL), Ranchi) presented a paper on advancement made in the bore-hole geophysical logging technology with the introduction of a digital logging system by MECL in the field of CBM exploration. Tiwari et al. (CFRI, Dhanbad) discussed the factors governing the activity and selectivity of the catalyst systems for conversion of methane. The conventional process for the conversion of CBM/natural gas to methanol and liquid hydrocarbons involves the reforming to synthesis gas followed by catalytic conversion to methanol, which can further be transformed into a high octane gasoline through Mobil’s methanol-to-gasoline technology.
V. A. Mendhe and A. K. Singh (Central Mining Research Institute (CMRI), Dhanbad), explained that gas contents vary both laterally and with depth in the Cambay Basin. Sorption capacity and gas content data suggested that samples are moderately saturated. Papers by B. C. Bhattacharya and D. Sarkar (Coal India Ltd) and G. R. Yenigalla (Singareni Collieries Company Ltd) enumerated the status of development of CBM in India in the background of the global scenario.
U. Chakrabarti and A. Roy (Geological Survey of India (GSI), Nagpur) concluded that there is no distinctive stratigraphic variation in the ash content between the coal seams of Sohagpur Gondwana Basin, indicating an overall similarity in depositional setting of coal beds through the Lower Permian Period. Singh et al. (CMRI) assessed the environmental impacts of coal mine fire in opencast workings and provided suitable suggestive measures for controlling and combating the intensity of the fire utilizing industrial wastes.
B. B. Sinha et al. (CFRI) presented the investigations carried out on a number of stacks prepared with different design parameters, like height, low angle slope, compaction with or without water, protection of stacks with inert materials (fly ash) for evaluating spontaneous combustion. A. K. Singh et al. (CFRI) made a thorough survey of the effect of mine fires in Jharia Coalfield and subsidence on economy and settlements and in depth analysis to suggest some remedial measures. U. K. Madan et al. (Indian Institute of Petroleum, Dnehradu) while attempting abatement of fire hazards in underground coal-mines by the use of hydraulic fluids having fire resistant characteristics, described various types of FRHF, test conditions and procedures for their evaluation according the specification to avoid fire hazards in underground coal mines.
Coal characterization and petrography
In this session three invited lectures were delivered. Arabinda Ghosh described scope and capability of the assembled hardware – Auroview-2000, an optical image processing system developed to pursue petrographic analysis of coal. The soft-ware consists of two modules – analysis module (capable of producing modal % of macerals and minerals, besides measurement of rank (R ) automatically or manually) and prediction module (capable of predicting ash and volatile matter % on dmmf-basis, and elemental carbon on pure coal basis). He opined that the overall performance of the system is satisfactory; however, development of a more user-friendly interface for commercializing the system is still lacking.
D. Chandra presented a comprehensive historical review of the basic work undertaken (by him during late 1950s and 60s) in the field of coal petrology. This included the relations between reflectance and carbon contents, optical properties and carbon contents of coals, and reflectance and temperature of carbonization; and results of experiments on oxidized and burnt-out coals. S. G. Chawdhuri highlighted the basic as well as applied aspects of coal petrography in general and its relation to coal characteristics and industrial behaviour with reference to coking and semi-coking Indian Gondwana coals.
H. K. Mishra and his team from the Central Mine Planning and Design Institute Ltd (Ranchi) presented a paper on characterization of Indian coal through petrographic image analysis technique, a system automated to accumulate petrographic data. They also discussed the application of petrographic study on coals of North Karanpura Coalfield and identified coals of good reactivity, suitable for combustion as well as for blends. Elaborate petrographical characterizations of coals were also presented from Kanhan Valley by M. P. Singh and R. R. Shukla (Banaras Hindu University, Varanasi), Ib-Valley by Sonali Guha and K. N. Singh (Vikram University, Ujjain), Talcher by A. K. Singh and M. P. Singh (BHU, Varanasi), West Daranggiri by S. Phukan and M. Ahmed (Gauhati University, Guwahati), and Makum by R. K. Sarmah (Dibrugarh University) and A. Ghosh (Jadavpur University) coalfields. B. K. Misra and B. D. Singh (Birbal Sahni Institute of Palaeobotany, Lucknow) reviewed the macerals of liptinite group in Indian coals and lignites and established that contrary to earlier view, they contain moderately to distinctly high amounts of these macerals.
A. K. Varma et al. (Indian School of Mines (ISM), Dhanbad), while discussing petrographic controls of coal combustion found that combustion efficiency decreases with increase in the rank. High-density chars are derived predominantly from the microlithotypes vitrinertite-I and inertite.
Coal beneficiation
In this session four invited lectures were arranged. R. K. Sachdev stressed the need for making regulations regarding safe use of coal, caring for the environment. He discussed some of the unresolved issues that need to be seriously addressed regarding washing of coal for power plants. He opined that unless basic requirements are provided by the coal companies, the power plants are in a position to induce private washery developers to make investments under the build–own–operate model, which is considered to be the most workable arrangement under the present circumstances, when coal companies have decided not to invest on coal washeries.
V. N. Misra reviewed the state-of-the-art of utilizing non-coking Indian coals in metallurgical industries and the prospects of beneficiation of these coals by advanced techniques to yield high-quality clean coal. S. Chattopadhyay expressed views regarding fly ash produced from improper beneficiated power-plant coal.
P. S. R. Reddy et al. (RRL, Bhubaneshwar) presented the prospects of dry beneficiation of non-coking coal, with suggestions to improve performance. P. C. Borthakur et al. (RRL, Jorhat) suggested removal of ash and sulphur from Makum (Assam) coals by wet-grinding of the coal in water medium alone or in the presence of a small dose of an anionic polyelectrolyte.
Besra et al. (RRL, Bhubaneshwar) have evaluated how flocculation can be controlled from washery wastewater. They mentioned that regression equations have been developed as a function of flocculant dosage, settling time and time of stirring. In a talk on the effect of wetting and conditioning time on flotation of a low-volatile medium coking coal, M. Z. Ahmad and S. Bhattacharya (ISM) indicated that shorter the wetting and conditioning time, better were the flotation results.
S. K. Biswal et al. (RRL, Bhubaneshwar) suggested techniques of beneficiation of non-coking coal fines from Sponge Iron Plant using Flotation Column. S. V. Bagul et al. (CFRI, Nagpur) discussed the beneficiation possibility of non-coking coals below 34% of ash level to explore the possibility of reduction in ash content and to determine maximum yield of clean coal at this level of ash from the washability data of coals.
G. C. Srivastava and P. K. De (Bharat Coking Coal Ltd (BCCL)) highlighted the benefits of using beneficiated power coals in thermal power plants. P. Yerriswamy et al. (RRL, Bhopal) presented the results of Tri-Flo Separator treatment for Indian coking coals, which can achieve about 90% organic efficiency. K. Sen et al. (CFRI) discussed the impact assessment of coal quality for clean power generation and stressed the need for assessment of the environmental situation.
The seminar covered almost all aspects of Indian coal science, technology and planning. However, we still feel that to improve our understanding of the nature, formation (origin), quality (maceral composition–organic microconstituents) and other physicochemical properties for the judicious and sustainable utilization of this solid fossil fuel and its associated methane gas (CBM), long-term experimental, analytical and observational investigations (with multidisciplinary approach) using conventional and most modern techniques are imperative.
B. D. Singh, K. N. Singh and B. K. Misra , Birbal Sahni Institute of Palaeobotany, 53-University Road, Lucknow 226 007, India; School of Studies in Geology, Vikram University, Ujjain 456 010, India
For correspondence.
e-mail: singhbd_bsip@hotmail.com