ОСОБЛИВОСТІ ЗНЕСІРЧУВАННЯ КОКСІВНОГО ВУГІЛЛЯ ДОНБАСУ В ПАРОПОВІТРЯНІЙ СУМІШІ

Я.И. Сидорович, Б.Р. Тарабалка, Л.П. Козлова, Л.Ф. Павлюк

Уголь Украины. – 1999, №10 - стр. 48 - 49.

У надрах Донбасу є достатньо запасів коксівного вугілля з надто високим вмістом сірки для забезпечення виробництва металургійного коксу на тривалий період. Однак його використання у коксохімічній промисловості гальмується через відсутність ефективної технології знесірчування. Визначальним критерієм придатності енергетичного вугілля для спалювання є абсолютний вміст сірки. Крім цього показника має значення також структура сірчистості, оскільки сульфатна та сульфідна форми сірки знижують якість коксу, а органічна дещо підвищує.

У вугіллі Донецького басейну домінуючою є сульфідна форма, що діагностується як мінерали піриту та марказиту. Її кількість в середньому складає 65% з амплітудою коливання 48,4—81,4% загального вмісту. Органічна сірка (30—40%) безпосередньо входить у вуглеводневу частину вугілля, утворюючи різноманітні сполуки. Сульфатна сірка представлена у вугіллі гіпсом, мелантеритом та ярозитом і генетично пов'язана з мінеральною речовиною (складає не більше 10% загального вмісту).

Доведено, що з підвищенням сірчистості вугілля пропорційно зростає вміст сульфідної сірки. Сумарна частка сульфатної та органічної сірки, як

правило, не перевищує 45% загального вмісту. У збагаченому вугіллі при зольності менше 10% абсолютний вміст сульфатної сірки становить не більше 0,2%.

За традиційними технологіями сульфідну сірку повністю вилучити не вдається, оскільки значна її частина (до 70%) асимільована вугільною речовиною. Після збагачення залишок сульфідної сірки у вугіллі зменшується лише на 15—20%.

Для виробництва металургійного коксу важливе значення має не тільки збереження первинної структури вугільної речовини під час збагачення, але й оптимальний вміст елементного складу. Отже, залучення в промисловий обіг високосірчистого коксівного вугілля не тільки збільшить промислові запаси, але й здешевить виробництво коксу за рахунок використання місцевої сировини.

Початкове формування коксу має кілька стадій, в тому числі півкоксування, яке завершується при температурі приблизно 550°С. На цій стадії вуглеводнева частина вугільної речовини під дією температури деструктуризується, тобто високомолекулярні вуглеводневі структури розкладаються на сполуки з меншою молекулярною масою, завдяки чому утворюється рідка фаза. Кількість її залежить виключно від елементного складу вугільної речовини:

Н/О+S+N, де О,S та N — масова частка елементів, які входять до складу органічної частини вугілля, %.

Аналіз цього співвідношення вказує на те, що водень та частина органічної сірки збільшують вихід рідкої фази, а кисень, сірка та азот, навпаки, зменшують. Рідка фаза відіграє функцію клею на початковій стадії формування коксу, зцементовуючи окремі частки вугілля в суцільний шматок.

В загальному випадку різні форми сірки в коксівному вугіллі є небажаними, оскільки 65% сульфідної і 69% органічної сірки переходять у кокс, а потім і в чавун. Мінімізація їх вмісту в коксі сприяє підвищенню якості чавуну. Враховуючи, що доля сульфідної сірки є домінуючою, при вилученні її можна зменшити сірчистість вугілля у 2 рази та використовувати для виробництва коксу більш дешеве місцеве високосірчисте коксівне вугілля.

За останні роки авторам статті вдалося розробити технологію знєсірчування вугілля низькотемпературною селективною оксидацією сульфідів заліза в атмосфері пароповітряної суміші. В основу покладена екзотермічна реакція

4FeS₂ + 11O₂=2FeS₂ O₃+8SO₂+700

Брутто-продуктами є піролізні гази з високою об'ємною концентрацією SO₂ (1—8%) та гематит Fe₂O₃.

Процес низькотемпературної селективної оксидації сульфідів заліза в середовищі вугілля вдається реалізувати завдяки тому, що енергія активації реакції оксидації сульфідів заліза у 2,5 рази нижча від аналогічної реакції для вугілля. До того ж за певних умов під час оксидації завдяки екзотермічній реакції навколо окремих кристалів піриту утворюється. поле з температурою, на 25—80°С вищою від середовища. Це дало змогу знизити температуру до 350—400°С в порівнянні з температурою 800—1000°С, яка спостерігається при спалюванні колчедану. Досліди проводили з жирним, пісним та коксівним вугіллям фракцією < 0,2 мм при температурі 400°С, тривали 40 хв.

Методика розроблена спеціально для знесірчування вугілля із застосуванням лабораторного обертового трубчастого реактора безперервної дії. Для оксидації піриту використовувалася пароповітряна суміш у співвідношенні 1:3 за об'ємом. Швидкість обертання реактора була постійною і становила 0,1 хв^-1. За цих умов протягом 40 хв. вдалося практично повністю вилучити піритну сірку з вугілля. Зольність збільшилась менш ніж на 1%, а леткі речовини у жирного вугілля зменшилися з 29,51 до 20,68%, коксівного — з 22,83 до 21,8%, пісного — з 14,49 до 9,22%, сірчистість відповідно — на 48,61: 53,3 та 61,56%. Тобто показники знаходяться в межах, рекомендованих для виробництва коксу із вугільних концентратів.