Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1.Проблеми використння шахтного метану
- 2. Установка утилізації шахтного газу
- 3. Використання промислових видходів як гранульованих матеріалів
- Висновок
- Перелік посилань
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.
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).
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
- 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.
- Шахтный метан в России // IEA — Международное энергетическое агентство. — Январь 2010. — 73 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- Coal Mine Methane and LNG // EPA — Environmental Protection Agency USA / Air and Radiation 6207J. — November 2008. — 5 р.
- Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно-практической конференции. – Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2011 – с. 124–127.