ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Поряд з викидами промислових підприємств та автотранспорту у вуглевидобувних районах Україні, в першу чергу в Донбасі, істотну частку становлять викиди шахтного метану від вентиляційних і дегазаційних систем вугільних шахт. Викиди шахтного метану невидимі і не мають запаху, тому про їхню наявність маловідоме громадськості і їм недостатньо приділяється уваги.

1. Проблеми використання шахтного метану

Частка викидів шахтного метану в Донбасі вельми значна. За наявними даними, на прикладі шахти "Суходольська-Східна", яка належить до газоносним шахтам Донбасу викиди метану в атмосферу за 2009 рік склали 26,28 млн.м3. А таких шахт у Донбасі близько сотні. В даний час при розробці газоносних вугільних пластів вентиляційними і дегазаційними системами шахт Росії витягуються від 1,2 до 1,4 млрд.м3 шахтного метану, однак лише близько 25% витягується системами дегазації, з яких тільки близько 45-50 млн.м3 утилізується, решта викидається в атмосферу, забруднюючи її стійким парниковим газом. Приблизно такий же стан з шахтного метану є  на Україні [1].

Кіотський протокол, прийнятий на додаток до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату, зобов'язує скоротити або стабілізувати викиди парникових газів. Парниковий газ – газ, що затримує інфрачервоне випромінювання земної поверхні, що призводить до глобального потепління на планеті. До основних парникових газів відносяться: двоокис вуглецю (СО2), метан (СН4), окис азоту (N2O) та інші. Метан – другий за значимістю парниковий газ, регламентований Кіотським протоколом. Шахтний метан є сильним забруднювачем навколишнього природного середовища, одним з руйнівників озонового шару атмосфери планети і в той же час містить домішки, які погіршують його якість як палива. У зв'язку з цим необхідно створювати агрегати та матеріали, що дозволяють забезпечити необхідну якість цього цінного енергоносія для подальшого використання. Для вирішення цієї проблеми пропонується використовувати установку для утилізації шахтного газу і сорбентів у вигляді гранульованих матеріалів на основі переробки різних відходів [2].

2. Установка утилізації шахтного газу

Розглянемо установку підготовки шахтного газу,яка використовує техніку і технологію для очищення цього газу від забруднень за допомогою гранульованих матеріалів (адсорбентів).

У складі шахтного газу, крім метану, зазвичай входять в тих чи інших пропорціях діоксид вуглецю, азот, кисень, вода і незначна кількість інших домішок.

Розрізняють шахтний газ вугільних пластів, на яких розробка вугілля не ведеться, газ закритих шахт і газ працюючих вугільних шахт. Шахтний газ вугільних пластів, на яких розробка вугілля не ведеться, а проводиться дегазація вугільних пластів, відрізняється високою якістю, містить до 90% і більше метану і мінімальна кількість домішок. Технологія його переробки дуже проста. Як правило, це сепарація і фільтрація від твердих включень. Газ закритих шахт містить 50-70% метану і не є вибухонебезпечним, що полегшує його переробку з метою концентрування метану [3].

На противагу цьому газ працюючих шахт містить від 25 до 40% метану і значна кількість кисню, що з урахуванням можливих коливань складу і подальшого збагачення киснем, одночасно з метаном, пару з можливістю виникнення вибухонебезпечних умов при переробці. Присутність в цьому газі азоту в кількості 40-60% ще більше ускладнює завдання переробки, викликаючи значне збільшення питомої витрати енергії на одиницю товарного газу. У цьому сенсі технології переробки такого газу є найбільш складною. Зупинимося детальніше на технології переробки шахтного газу працюючих шахт.

Принципова схема підготовки шахтного газу працюючих шахт показана на малюнку 1.

Принципова схема блоку видалення кисню, очищення від СО2 і осушки.

Рисунок 1 - Принципова схема блоку видалення кисню, очищення від СО2 і осушки:

1 - рідинно-кільцевий вакуум-компресор; 2,6 - ресивери, 3 - рекуперативний теплообмінник, 4 - каталітичний реактор, 5 - дожимний компресор; 7-9 - адсорбери.

Шахтний газ по газозбірної мережі надходить на установку підготовки газу. Перед входом в рідинно-кільцевої вакуум-компресор газ сепарується і очищається від вугільного пилу і твердих включень у вхідних сепараторах. Після дожимання в вакуум-компресорі газ потрапляє в ресивер, який необхідний для певного запасу шахтного газу і плавності процесу підготовки. Після ресивера шахтний газ нагрівається в рекуперативному теплообміннику, який використовує тепло від каталітичного реактора. Після рекуперативного теплообмінника газ поступає в каталітичний реактор, в якому відбувається процес каталітичного окислення вуглеводнів на каталізаторі. В якості каталізатора використовується двоокис марганцю, активована азотнокислим сріблом. Процес окислення вуглеводнів метанового ряду протікає відповідно до реакцією:

Виділятимуться теплота реакції відводиться з реактора системою водяного охолодження, а виходить з реактора при температурі 300 °С газ охолоджується в рекуперативному теплообміннику і направляється в проміжний ресівер і далі дожимается в компресорі до 0,8 МПа і направляється на установку адсорбційної очистки та осушки газу [7].

Установка очистки та осушки газу побудована за схемою стремено адсорбера, заповненими вугільним адсорбентом. У кожному з адсорберів відбуваються циклічні процеси адсорбції домішок СО2 і Н2O при робочому тиску десорбції (при атмосферному тиску). Газ десорбції скидається в атмосферу, а продувний газ, що містить значну кількість метану, повертається на вхід дотискувальної компресора.Перемикання адсорберів здійснюється набором клапанів, встановлених на вході і виході адсорберів. Продуктова суміш метану та азоту, що виходить з адсорберів направляється на подальшу переробку для подальшого охолодження газу, виділення азоту та отримання товарного метану в рідкому вигляді. Для цих цілей застосовується азотний, криогенний цикл з попереднім охолодженням і турбодетандере - компресорним агрегатом. Поділ метану та азоту здійснюється методом кріогенної ректифікації [6].

Адсорбер являє собою вертикальний циліндричний апарат, в якому в якості насадки використовується адсорбент на основі активного вугілля, який поглинає з шахтного газу Н2O і СО2. Вихідний газ входить в адсорбер знизу, а очищений газ виходить з верхньої частини адсорбера [1].

3. Використнання промислових відходів як гранульованих матеріалв

Зупинимося дещо докладніше на використанні промислових відходів як гранульованих матеріалів (сорбентів). До численних відходів відносяться: відхід гідролізний промисловості - лігнін, у величезних кількостях викидається у відвали і так звані смивочние нафтові відходи, які протягом десятиліть накопичуються в ставках-відстійниках промивально-пропарювальних станцій в районах нафтопереробних заводів і залізничних станцій. Обидва види відходів - цінне вуглеводневу сировину, раціональне та екологічно грамотне використання, яких обіцяє чималі економічні вигоди. В Україну також розвідані великі запаси низькосортного солоного вугілля, для якого знайдено чимало раціональних і екологічно прийнятних шляхів використання. Одним з них є виробництво гранульованих матеріалів, що використовуються в якості сорбентів.

Відомо, що в умовах зростання забруднення навколишнього середовища, потреба в активному вугіллі у всьому світі неухильно зростає, так як вони в першу чергу використовуються як поглиначів. У той час як щорічне виробництво активного вугілля на Україну оцінюється в кілька десятків тонн, потреба в ньому тільки в промисловому Донбасі складає приблизно близько 2-5 тис. тонн / рік. Для скорочення дефіциту необхідно освоєння нових джерел сировини, а також розробка нових способів отримання активного вугілля [4].

У цьому зв'язку вуглерод відходи - досить перспективний, природне, доступне і дешеве сировину для одержання пористих вуглеводневих матеріалів (сорбентів).Крім вищевказаних відходів, придатних для виробництва пористих вуглеводневих матеріалів досить перспективне використання твердих відходів вуглезбагачувальних фабрик і коксохімічних заводів. Аналіз літературних даних з цього питання свідчать про те, що спільна термопереработка цих відходів дозволить підвищити ефективність їх утилізації і поліпшити екологічну обстановку в країні. Використання сумішей відходів може мінімізувати недоліки одного сировини і посилити гідності іншого. Поєднання різних типів вуглецевих структур, спаяних між собою сполучною, дозволить синтезувати активні вугілля з високою пористістю, сорбційними центрами різної природи і механічною міцністю.

Далі, створення полікомпонентних систем, що містять поряд з вуглецем каталітично активні метали, - це шлях отримання адсорбентів селективної дії або підкладок для ефективних каталізаторів.

В даний час ресурси лігніну в Україну становлять понад 5 млн. тонн, запаси низькосортних солоного вугілля - понад 10 млрд. т, запаси смивочного-нафтових відходів за Україну - не менше 500 тис. тонн, крім цього є досить велика кількость твердих відходів вуглезбагачувальних фабрик (ВФ), коксохімічних заводів (КХЗ), близько 25 млрд. т, які є сировинною базою для отримання активного вугілля (Рисунок 2).

Кількість промислових відходів в Україні, розмір 40,9 Кбайт, 9 кадрів, кількість повторів 5, затримка між кадрами 0,8 сек.

Рисунок 2 – Кількість промислових відходів в Україні

Розширення сировинної бази для отримання активного вугілля і оптимізація умов переробки дешевих і легкодоступних на Україну низькосортного вугілля в дешеві сорбенти, а також утилізація лігніну і накопичення нафтових відходів та твердих дрібнодисперсних відходів вуглезбагачувальних фабрик, шахт і коксохімічних заводів – дуже актуальне та перспективне для України завдання .

Утилізація шахтного метану з дегазаційних свердловин забезпечить:

- Зниження загазованості гірничих виробок та як наслідок цього підвищення продуктивності вугільних шахт, та забезпечення безпечних умов праці;

- Зниження викидів метану, який відноситься до парникових газів;

- Зниження потреби України в дефіцитному і дорогому природному газі;

- Вироблення власної електричної енергії і тепла вугледобувними підприємствами.

Утилізація та використання шахтного метану вирішує не тільки екологічні проблеми, а й важлива з економічних міркувань, оскільки дозволяє використовувати істотно дешевше – газоподібне паливо для вироблення теплової (в котельні) та електричної енергії [5].

Висновок

На закінчення слід зазначити, що для зниження викидів шахтного метану, необхідно активно впроваджувати установки по його утилізації для отримання електроенергії, тепла і стисненого газу для заправки автомобілів. Впровадження таких установок дозволить поліпшити екологічну обстановку в Донбасі.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані в автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Шендрик Т.Г., Пащенко Л.В., Симонова В.В., Дроздов В.А. Донбас-2020: охорона довкілля та екологічна безпека: Науково-практична конференція / Т.Г. Шендрик и др. – м. Донецьк – 21-22 листопада 2001 р.
  2. Шахтный метан в России // IEA — Международное энергетическое агентство. — Январь 2010. — 73 с.
  3. Кузьменко И.Ф., Рубцов А.И., Довбиш А.Л. Технология комплексной переработки шахтного газа с получением товарного сжиженного метана // Технические газы. — 2010. — №3. — c. 36-37.
  4. Zahradnik R. Conversion оf Соаl Міnе Methane tо LNG for Heavy Vehicle Fuel / R. Zahradnik // Western States Coal Mine Methane Workshop. — Арrіl 19. — 2005. — 30 р.
  5. Utaki Т. Development of coal mine methane concentration technology for reduction of greenhouse gas emissions / T. Utaki // Science China Technological Sciences. —January 2010. — Vol. 53. — № 1. — p. 28-32.
  6. Coal Mine Methane and LNG // EPA — Environmental Protection Agency USA / Air and Radiation 6207J. — November 2008. — 5 р.
  7. Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно-практической конференции. – Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2011 – с. 124–127.