ПРОБЛЕМИ ЗНЕСІРЧУВАННЯ ВУГІЛЛЯ І УТИЛІЗАЦІЇ ВУГІЛЬНОЇ СІРКИ

 

Я.Й. Сидорович, В.І. Гайванович, С.В. Пиш’єв, О.І. Сип’як, М.Я. Сидорович

Уголь Украины, 1997г., №2-3 – стр. 29-31

 

Запаси вугілля на Землі перевищують поклади на­фти та газу разом взятих. За прогнозами до 2020 р. енергоносієм номер один стане вугілля і на його част­ку у світовому балансі споживання первинних енерге­тичних ресурсів припадатиме понад 30%. Вже зараз вугілля дає 23% теплової та 55% електричної енергії. В енергетичному балансі України вугіллю та­кож належить провідна роль, оскільки це єдине з пер­винних енергетичних джерел, яким наша країна за­безпечена повністю.

Однак більшість вугілля України характеризується значним вмістом сірки. Біля 80% всього вугілля містить більше 2,5% сірки (по масі), а сірчистість 30% вугіл­ля перевищує 4% і, як правило, не видобувається, не зважаючи на сприятливі гірничо-геологічні умови. Ви­користання високосіркового вугілля в енергетиці створює ряд технічних проблем і призводить до забруднення довкілля продуктами згоряння сірки.

З іншого боку, сірка, зосереджена у вугіллі є цінною хімічною сировиною. Оскільки поклади руди природної сірки у Карпатському басейні вичерпуються, то проблема забезпечення народногосподарською комплексу України сіркою і її сполуками ставатиме дедалі гострішою. Тому вугілля слід розглядати не тільки як енергоносій, але і як джерело одержання сірки. Потенційні можливості одержання сірки з вугілля в Україні, виходячи з обсягів видобутку, становлять понад 1 млн. т на рік.

При використанні вугілля сірка може бути вилучена на різних стадіях: перед спалюванням (до використання); у його процесі та після (з димових газів). Найбільшого поширення одержав нециклічний мокрий метод; який ґрунтується на абсорбції оксидів сірки з димових газів водним розчином вапна з одержанням гіпсу. Ступінь очистки в цих процесах досягає 80%, алє недоліками процесу є необхідність очистки великих об'ємів димових газів з низьким вмістом діоксиду сірки потреба значної кількості сорбентів та обмежене використання гіпсу, котрий з часом при зберіганні у  відвалах сам стає джерелом забруднення навколишнього середовища.

Методи уловлювання оксидів сірки при і спалюванні вугілля, які грунтуються на вдуванні в зону горінні тонкодисперсних сорбентів (вапняку, крейди або доломіту), забезпечують вищий ступінь очистки (97- 98%) димових газів від оксидів сірки. Проте ці методи також потребують багато сорбентів, які не регенеруються і суттєво збільшують об'єми золи. Обидві групи методів дозволяють зменшити викиди в атмосферу оксидів сірки, але вимагають значних капітальних затрат на переобладнання ТЕС і не дозволяють утилізувати сірку.

Очевидно, що економічно вигідніше проводити зне­сірчування вугілля перед його використанням. При цьому спалювання малосіркового вугілля дозволить зменши­ти забруднення навколишнього середовища оксидами сірки без додаткових систем очистки, а вилучена сірка (елементна сірка, її оксиди, інші сполуки) буде вико­ристана в народному господарстві і допоможе підви­щити рентабельність вугільної галузі.

Нами розробляється ефективна технологія знесір­чування вугілля до його використання. Процес ґрунтується на обробці вугілля пароповітряною сумішшю при температурах 623—723 К і дозволяє вилучати практично всю піритну сірку. Оскільки вона (залежно від марки вугілля і родовища) складає 51,8—81,4% від загального вмісту сірки у вугіллі, то при вилученні можна довести вміст до рівня малосіркового. В умо­вах процесу вдається зберегти практично незмінною органічну масу вугілля (вигоряє 2—3%), тобто тепло­творна здатність знесірченого вугілля не поступаєть­ся вихідному. Брутто-продуктами процесу є малосіркове вугілля і гази знесірчування.

Наведено матеріальний баланс знесірчу­вання трьох марок вугілля Донецького басейну: газо­вого, пісного і антрациту. Загальний ступінь вилучен­ня сірки для кожної марки вугілля по масі становить 58,2,  79,8 і 81,4%. При цьому вилучається практично вся (96,8; 98,4; 99, 4%) піритна сірка.

Результати вивчення динаміки вилучення сірки у пропонованому процесі: найвища концентрація діоксиду сірки в газах знесірчування, а відповідно і інтенсивність її вилучення, спостеріга­ються в перші 20—15 хв, коли з вугілля вилучається 60—70% сірки. Вся сірка в процесі оксидації перехо­дить в діоксид і виводиться з газами знесірчування.

Концентрація діоксиду сірки в газах знесірчування залежно від марки вугілля та вмісту в ньому піриту складає 2,76—10%, що в 10—20 разів більше, ніж в димових газах при спалюванні високосіркового вугіл­ля в котлоагрегатах ТЕС.

Невеликі об'єми газів знесірчування та висока кон­центрація діоксиду сірки в них є суттєвою перевагою пропонованої технології привентивного знесірчуван­ня вугілля, тому що це дає можливість вилучення діок­сиду сірки з газів знесірчування. В промисловості роз­винутих країн для очистки газів від діоксиду сірки широко застосовується аміачно-циклічний регенератив­ний процес, який дозволяє одержувати товарний продукт — рідкий діоксид сірки. Його можна безпеч­но транспортувати до споживача в залізничних цис­тернах, або у спеціальних цистернах-причепах до ав­томобілів.

Діоксид сірки значно дорожчий від елементної сірки і широко використовується в різних галузях промис­ловості, наприклад, для виробництва сірчаної кисло­ти, сірки і різних сірковмісних продуктів; в целюлоз­но-паперовій та харчовій промисловостях (виробницт­во цукру, вина, приготування сухофруктів, обкурю­вання сховищ) і ін. В країнах Західної Європи за ста­ном на кінець 1994 р. загальна потужність виробниц­тва рідкого діоксиду сірки становила близько 490 тис. т на рік (Німеччина — 125, Франція — 50, Іспанія — 65, Швеція — 90, Польща — 20 тис. т). Приблизно така ж потужність виробництва рідкого діоксиду сірки в країнах Північної Америки.

Україна не має власного промислового виробницт­ва рідкого діоксиду сірки і змушена задовольняти свої потреби в ньому за рахунок імпорту, сплачуючи по

500 дол. США за 1 т. Зі стабілізацією і розвитком економіки потреба у рідкому діоксиді сірки зростати­ме. Беручи до уваги світовий досвід і реальну ситуа­цію в країні, можна стверджувати, що рідкий діоксид сірки цінний і економічно вигідний продукт з широ­ким ринком збуту, і тому його виробництво слід стимулювати.

Одним з найбільш реальних шляхів налагодження виробництва рідкого діоксиду сірки є утилізація сірки вугілля. Таку можливість дає пропонована нами тех­нологія знесірчування вугілля з одночасною утиліза­цією сірки у вигляді рідкого діоксиду. При знесірчуванні 1 т сіркового і високосіркового вугілля залежно від вмісту сірки можна одержати 20—100 кг рідкого діоксиду. Враховуючи ціну на рідкий діоксид сірки, прибуток від реалізації останнього становитиме в се­редньому ЗО—35 дол. США на 1 т вугілля, тобто при­близно стільки ж, як від реалізації самого вугілля.

Впровадження пропонованого процесу знесірчування вугілля у вугільній промисловості дасть змогу одержувати високоякісне малосіркове енергетичне вугіл­ля незалежно від початкового вмісту сірки і залучити в паливно-енергетичний баланс держави поклади ви­сокосіркового вугілля, котрі на даний час не видобу­ваються. За рахунок вищих світових цін на малосірко­ве енергетичне вугілля, а також за рахунок прибутку від продажу рідкого діоксиду сірки рентабельність ву­гільних об'єднань зросте як мінімум вдвічі. За попе­редніми передпроектними оцінками затрати на будів­ництво установки знесірчування вугілля разом з бло­ком одержання рідкого діоксиду становлять 60—70% від витрат на спорудження системи очистки димових газів на ТЕС.

Таким чином, впровадження технології знесірчу­вання з одночасною утилізацією сірки саме у вигляді діоксиду дозволить покращити економічну ситуацію у вугільній промисловості та забезпечити Україну рідким діоксидом сірки.