Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения
В роботі наведені результати досліджень високотемпературного піролізу вугілля та вугільного шламу Львівсько-Волинського басейну, а також аналіз газу піролізу та його застосування. In this article are reduced the investigation results of hyperthermal pyrolysis of coal and coal slime of the Lviv-Volyn...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33510 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения / А.Т. Курносов, В.Л. Приходченко, В.Я. Осенний, Н.В. Коваль, Э.С. Клюев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 88. — С. 81-86. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860083996401074176 |
|---|---|
| author | Курносов, А.Т. Приходченко, В.Л. Осенний, В.Я. Коваль, Н.В. Клюев, Э.С. |
| author_facet | Курносов, А.Т. Приходченко, В.Л. Осенний, В.Я. Коваль, Н.В. Клюев, Э.С. |
| citation_txt | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения / А.Т. Курносов, В.Л. Приходченко, В.Я. Осенний, Н.В. Коваль, Э.С. Клюев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 88. — С. 81-86. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | В роботі наведені результати досліджень високотемпературного піролізу вугілля та вугільного шламу Львівсько-Волинського басейну, а також аналіз газу піролізу та його застосування.
In this article are reduced the investigation results of hyperthermal pyrolysis of coal and coal slime of the Lviv-Volynsk basin, the analysis of pyrolysis gas and its applying.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:18:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
81
УДК 662.933:622.784
Канд. техн. наук А. Т. Курносов,
канд. техн. наук В. Л. Приходченко,
канд. техн. наук В. Я. Осенний,
м.н.с. Н. В. Коваль, инж. 1 кат. Э. С. Клюев,
(ИГТМ НАН Украины)
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА НИЗКОСОРТНЫХ
УГЛЕЙ И ОТХОДОВ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ
В роботі наведені результати досліджень високотемпературного піролізу вугілля та вугіль-
ного шламу Львівсько-Волинського басейну, а також аналіз газу піролізу та його застосування.
ENERGOTECHNOLOGICAL REFINING OF LOW-GRADE COALS AND
COAL SLIMES
In this article are reduced the investigation results of hyperthermal pyrolysis of coal and coal
slime of the Lviv-Volynsk basin, the analysis of pyrolysis gas and its applying.
Энергетика является базовым звеном в развитии страны. Промышленное
производство, а, в конечном счете, рост материальных и трудовых ресурсов,
определяется состоянием топливно-энергетической базы и величиной произво-
димой энергии. В настоящее время в Украине весьма актуально стоит вопрос о
получении энергоносителей и их эффективному использованию.
В этой связи перспективным является поиск новых источников энергоресур-
сов, среди которых важное место определено способам переработки угля, ба-
лансовые запасы которого в Украине оцениваются в 54 млрд. тонн. Исследова-
ния показали, что одним из важных источников получения газа, тепла и элек-
троэнергии могут быть отходы углеобогащения и низкосортные угли [1, 2]. На
обогатительных фабриках Украины в настоящее время имеется 39 шламонако-
пителей и 47 отстойников, содержащих более 170 млн. тонн обводненных угле-
отходов [2].
В работах ИГТМ НАН Украины по данному направлению рассматривается
актуальная научная задача – обоснование возможности и технологических па-
раметров комплексной переработки некондиционных углей и угольных шламов
с получением энергетических газов и твердого остатка как сырья для строи-
тельной отрасли.
Решая проблему переработки низкосортного угля и шлама, необходимо оп-
ределить наиболее рациональный способ, позволяющий получить экономиче-
ски выгодные продукты разложения молекул угля, осуществить безотходную
переработку всей массы отходов, а также снизить экологическую нагрузку на
регион.
Наиболее перспективное направление по переработке углеродсодержащего
сырья – энерготехнологическое, которое заключается в термической перера-
ботке горючих компонентов, в результате которой парогазовые продукты ис-
пользуются в различных технологических процессах, а оставшаяся при сгора-
82
нии исходного сырья минеральная часть используется для получения строи-
тельных и других материалов [3, 4].
Целью работы является изучение эффектов разложения исходного углесо-
держащего сырья под действием температуры, в первую очередь, выделения га-
за с определением его объема, состава и качества.
Для этого необходимо решить научные задачи:
– исследовать эффекты, происходящие при выделении основных продуктов
реакции при нагреве углей совместно с угольным шламом;
– изучить продукты разложения углесодержащего сырья при условии роста
температуры;
– исследовать влияние факторов на выход газа при переработке минераль-
ного сырья, а именно температуры нагрева и соотношений компонентов иссле-
дуемого сырья.
В данной статье рассматривается один из возможных вариантов термиче-
ской переработки углей и угольных шламов – высокотемпературный пиролиз,
который осуществляется в лабораторных условиях с конечной температурой
нагрева исходного сырья до 1000
о
С по методикам, предусмотренным дейст-
вующими стандартами.
Под пиролизом в общем случае следует подразумевать процесс разложения
органических соединений угля под действием высоких температур. В модели-
руемом на лабораторной установке процессе было осуществлено коксование
исходного углепородного сырья в условиях недостатка кислорода, которое спо-
собствует уменьшению выхода твердых и жидких продуктов реакции и увели-
чению выхода объемов газа по мере роста температуры [5].
В качестве объектов исследований нами отобраны пробы углей Львовско-
Волынского бассейна: сапропелевый уголь – шахта Відродження, пласт
8
n , лава
424 м; гумусовый уголь – ш. Червоноградская, пласт
8
n , а также с поверхности
шламонакопителя № 1 Червоноградской ЦОФ пробы шлама, элементный и
технический анализ которых приведен в табл. 1.
Результаты анализа исходного углесодержащего сырья показывают различие
состава и свойств как между двумя основными типами углей бассейна, так и
шламами, пробы которых отобраны из различных точек по периметру шламо-
накопителя. Как видно из таблицы 1, сапропелевый уголь и шлам – высоко-
зольные, и в их составе содержится от 25,6 до 26,9 % углерода, что согласуется
с результатами предыдущих исследований ИГТМ в 1995 г [6].
Исследованиями установлено, что гумусовый уголь с максимальным содер-
жанием углерода и минимальной зольностью обладает максимальной величи-
ной теплоты сгорания топлива, которая выше почти в 2 раза, чем у сапропеле-
вого угля.
В лабораторных условиях проведен ступенчатый высокотемпературный пи-
ролиз пробы шлама усредненного совместно с пробами гумусового и сапропе-
левого углей с определением основных продуктов реакции (газообразных, жид-
ких и твердых) на следующих температурных ступенях: 400, 600, 800 и 900
о
С.
При этом соотношения шлам: уголь были следующими: 2: 1, 1: 1, 1: 2. Подоб-
83
ный эксперимент показывает динамику разложения состава углей и шлама по
мере увеличения температуры [5].
Таблица 1 – Результаты элементного и технического анализа исходного сырья
*
Сырье** С, % H, % N, % O, % S, % W, % A, % V, %
Q,
МДж/кг
Сапропелевый
уголь
34,8 2,5 0,7 3,2 0,3 1,8 56,7 23,4 12,2
Гумусовый
уголь
78,4 5,9 1,7 9,9 0,5 2,2 1,4 33,1 26,5
Шлам усреднен-
ный
26,8 1,8 2,9 20,4 2,8 1,2 44,1 21,8 13,0
Шлам проба № 2 26,9 3,1 2,8 19,5 1,7 2,1 43,9 17,9 13,6
Шлам проба № 3 26,2 3,1 2,8 19,8 1,7 1,6 44,8 20,2 15,0
Шлам проба № 8 25,6 3 2,9 19,9 1,8 1,4 45,4 18,5 15,5
*
Примечание: С, Н, N, О, S, W, A – содержание углерода, водорода, азота, кислорода,
общей серы, влаги, золы в твердом топливе, V – выход летучих, Q – низшая теплота сгора-
ния топлива.
**
Все данные приведены на рабочую массу топлива.
По всем пробам углеродсодержащего сырья получено уменьшение выхода
твердого остатка по мере роста температуры и увеличение выхода смолы, и
почти десятикратное увеличение выхода газа в пределах 400 – 900
о
С. Если гу-
мусовый уголь образует на 900
о
С выход смолы примерно 9%, то сапропелевый
уголь – 2%, а шламы – до 3%. По результатам выделенного всеми пробами газа
пиролиза был определен его состав по основным компонентам: СО2, СnHm, O2,
CO, H2, CH4 и N2. Теплота сгорания газа определялась аналитически по форму-
ле [4]:
42 85358106512159 СН,Н,СО,HC,Q mn
р
н ,
где р
нQ – низшая теплота сгорания газа, МДж/м
3
;
СnHm, CO, H2, CH4 – объемная концентрация компонентов газа пиролиза.
Результаты данного эксперимента представлены на рис. 1, где наглядно
видно, что при одинаковых условиях термической переработки выход газооб-
разных продуктов зависит от структуры и свойств исходных продуктов. При
этом общие тенденции термической деструкции (разложение исходной моле-
кулы под действием температуры) углей совместно с угольным шламом вы-
глядят следующим образом.
Сушка топлива, т.е. удаление основного количества свободной влаги, за-
вершается к 100 – 125
о
С. До температуры 300
о
С выделяется первая стадия
термодеструкции углеродсоставляющих веществ, а при нагревании свыше 300
о
С идет интенсивное образование летучих веществ. Интервал температур
84
0
50
100
150
200
250
400 500 600 700 800 900
t,
o
C
Vуд, м
3
/т
Проба шлама № 2 Проба шлама № 3
Проба шлама № 8 Проба шлама усредненная
0
50
100
150
200
250
300
350
400 500 600 700 800 900
t,
o
C
Vуд, м
3
/т
Гумусовй уголь Сапропелевый уголь
0
50
100
150
200
250
300
400 500 600 700 800 900
t,
o
C
Vуд, м
3
/т
Шлам усредненный
Шлам+сапропелевый уголь
Шлам+гумусовый уголь
0
50
100
150
200
250
300
350
400 500 600 700 800 900
t,
o
C
Vуд, м
3
/т
Шлам усредненный
Щлам+сапропелевый уголь
Шлам+гумусовый уголь
0
50
100
150
200
250
300
350
400 500 600 700 800 900
t,
o
C
Vуд, м
3
/т
Шлам
Шлам +сапропелевый уголь
Шлам+гумусовый уголь
510 – 600
о
С является оптимальной температурой полукоксования, когда за-
вершается образование смол. Повышение температуры нагрева топлива свыше
600
о
С сопровождается превращением полукокса в кокс и последующим рос-
том выхода газов [2 – 4]. Эти тенденции прослеживается как по пробам шлама,
так и углей.
а) б)
в) г)
д)
а) выход газа из проб углей; б) выход газа из проб шламов; в) выход газа из совместной про-
бы шлам: уголь при соотношении 2:1; г) выход газа из совместной пробы шлам: уголь при
соотношении 1:1; д) выход газа из совместной пробы шлам: уголь при соотношении 1:2
Рис. 1 –Удельный выход газа пиролиза углей и угольных шламов в зависимости
от температуры нагрева
Эксперименты ИГТМ НАН Украины впервые показали целесообразность
термической переработки угольных шламов в режиме коксования для получе-
85
ния объемов газов, которые незначительно ниже выхода газа из гумусовых уг-
лей, но выше, чем у сапропелевых (рис. 1 а, б). К тому же, добавка в шлам
гумусового угля способствует выделению большего количества газа при тех
же условиях термической обработки, как это видно из рис. 1 в, г, д.
При этом рассчитанные значения теплоты сгорания газов из всех проб
шлама и некондиционных углей показали, что теплота сгорания газа из шлама
достигает 24 МДж/м
3
, превышая подобные показатели из проб углей. Однако,
при термообработке совместной пробы шлама и углей в различных соотноше-
ниях теплота сгорания оказалась значительно ниже, чем величина теплоты
сгорания газа пиролиза из шлама.
Таким образом, экспериментально в лабораторных условиях нами получен
газ из шламов с теплотворными показателями, которые соответствуют энерге-
тическому газу, получаемому в результате технологически сложных процес-
сов газификации углей [3, 6].
Проведенные исследования дали возможность получить исходные данные
для разработки нового способа термической переработки угольных шламов и
некондиционных углей, суть которого заключается в следующем. Способ
включает два этапа: первый проводят в циклонной топке, а второй – в плазмен-
ном реакторе. На первом этапе происходит термообработка смеси некондици-
онного угля и шламовых отходов при температуре 1000 – 1200
о
С, а на втором –
термообработка продуктов реакции, поступивших из циклонной топки, при
температуре 1800 – 2200
о
С с одновременным добавлением шламовой суспен-
зии и впрыскиванием пароводяной смеси. Это создает необходимые условия
для высокотемпературного пиролиза, обеспечивает повышение качества пере-
работки накопленных отходов обогащения и некондиционных углей и сниже-
ние удельных затрат на электроэнергию, особенно на этапе плазменного сжига-
ния. Таким образом, в результате термической переработки шлама и неконди-
ционных углей способ позволит получить синтез-газ, используемый в химиче-
ской промышленности, и твердый несгоревший остаток для строительной про-
мышленности, а ликвидация шламохранилищ значительно улучшит экологиче-
скую обстановку угледобывающего региона.
Выводы:
1. Результаты лабораторных исследований углей и угольных шламов в ре-
жиме высокотемпературного пиролиза и промышленного коксования свиде-
тельствует, что термическая переработка исходного сырья позволяет получать
коксовый газ с последующим его применением в мартеновских, доменных и
других высокотемпературных печах.
2. Термическая переработка шламов в режиме промышленного коксования
позволяет получать объемы газа порядка 200-220 м
3
/т с теплотой сгорания
15-25 МДж/м
3
, что превышает тот же показатель по гумусовому углю в 2-5 раз,
а по сапропелевому в 1, 5 – 2 раза.
3. Добавка в шлам гумусового угля способствует увеличению выделения
газа в 1,5 – 2 раза при тех же условиях термической обработки шлама.
86
4. При термообработке совместной пробы шлама и углей в различных со-
отношениях теплота сгорания оказалась значительно ниже, чем величина теп-
лоты сгорания газа пиролиза из шлама в 2 – 2,5 раза.
5. Выявлена перспектива получения из угольных шламов методом про-
мышленного коксования газов со средней и высокой теплотой сгорания (более
18 МДж/м
3
) позволит использовать его при передаче на большие расстояния, а
также для бытовых целей отдельных предприятий и поселков.
6. При коксовании углеродсодержащих отходов, какими являются шламы,
происходит выделение из них коксового газа в количестве около 200 м
3
на 1 т
сырья; при этом ресурсы получения газа составляют примерно 20 млрд. м
3
в
год, что эквивалентно около 10 млрд. м
3
природного газа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петров А. И. Исследование углеотходов России и разработка рекомендаций по их утилизации /
А. И. Петров, М. Я. Шпирт, В. В. Пушканов // Уголь. – 1997. – № 3. – С. 56 – 58.
2. Саранчук В. И. Флотирование углей реагентами из продуктов коксохимии / В. И. Саранчук, И. А. Аровин,
Л. Я. Галушко. – Донецк : Східний видавничий дім, Кальміус, 2006. – 192 с.
3. Макаров Г. Н. Химическая технология твердых горючих ископаемых: учебн. для вузов / Г. Н. Макаров,
Г. Д. Харлампович. – М. : Химия, 1986. – 496 с.
4. Якунин В. П. Использование отходов обогащения углей / В. П. Якунин, А. А. Агроскин. – М. : Недра,
1978.–167 с.
5. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых: учебн. пособие для ву-
зов / И. М. Глущенко. – К. : Вища школа, 1980. – 256 с.
6. Приходченко В. Л. Результаты исследования термодеструкции низкосортных углей и угольных шламов
/ В. Л. Приходченко, Е. А. Слащева, В. Я. Осенний, Н. В. Коваль // Геотехническая механика: Межвед. сб. на-
учн. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2010. – Вып. № 85. – С. 154 – 160.
УДК 553.94 (477.83)
Д-р геол.- мінерал. наук В.І. Узіюк
(ЛНУ імені Івана Франка),
нач. Львівської ГРЕ С.С. Сокоренко,
канд. геол. наук, І. В. Шайнога
(ЛНУ імені Івана Франка).
МЕТАНОГЕНЕРАЦІЙНИЙ ПОТЕНЦІАЛ, СУЧАСНА
ГАЗОНОСНІСТЬ ПІВДЕННО-ЗАХІДНОГО ВУГЛЕНОСНОГО РАЙОНУ
ЛЬВІВСЬКО- ВОЛИНСЬКОГО БАСЕЙНУ І ПЕРСПЕКТИВИ
ВИДОБУТКУ МЕТАНУ
Рассчитан и описан метаногенерационный потенциал 199 пластов и прослоев угля, пе-
ребуренных 311 скважинами на Тягловском месторождении, 173 пластов и прослоев угля,
перебуренных 185 скважинами на Любельском месторождении. По некоторым пластам под-
считаны современные ресурсы метана. Установлены большие отличия значений метаногене-
рационного потенциала от современных его ресурсов.
METAN-GENERATION POTENTIAL, MODERN GAS-BEARING OF
SOUTH-WESTERN COAL-BEARING REGION OF LVIV-VOLYN BASIN
AND PERSPECTIVES OF METHANE EXTRACTION.
Metan-generation potential of 199 coal beds and layers from 311 wells of Tyaglov coalfield
and of 173 coal beds and layers from 185 wells Lyubelya coalfield are calculated and discribed.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33510 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:18:50Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Курносов, А.Т. Приходченко, В.Л. Осенний, В.Я. Коваль, Н.В. Клюев, Э.С. 2012-05-28T15:31:06Z 2012-05-28T15:31:06Z 2010 Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения / А.Т. Курносов, В.Л. Приходченко, В.Я. Осенний, Н.В. Коваль, Э.С. Клюев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 88. — С. 81-86. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33510 662.933:622.784 В роботі наведені результати досліджень високотемпературного піролізу вугілля та вугільного шламу Львівсько-Волинського басейну, а також аналіз газу піролізу та його застосування. In this article are reduced the investigation results of hyperthermal pyrolysis of coal and coal slime of the Lviv-Volynsk basin, the analysis of pyrolysis gas and its applying. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения Energotechnological refining of low-grade coals and coal slimes Article published earlier |
| spellingShingle | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения Курносов, А.Т. Приходченко, В.Л. Осенний, В.Я. Коваль, Н.В. Клюев, Э.С. |
| title | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения |
| title_alt | Energotechnological refining of low-grade coals and coal slimes |
| title_full | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения |
| title_fullStr | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения |
| title_full_unstemmed | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения |
| title_short | Энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения |
| title_sort | энерготехнологическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33510 |
| work_keys_str_mv | AT kurnosovat énergotehnologičeskaâpererabotkanizkosortnyhugleiiothodovugleobogaŝeniâ AT prihodčenkovl énergotehnologičeskaâpererabotkanizkosortnyhugleiiothodovugleobogaŝeniâ AT osenniivâ énergotehnologičeskaâpererabotkanizkosortnyhugleiiothodovugleobogaŝeniâ AT kovalʹnv énergotehnologičeskaâpererabotkanizkosortnyhugleiiothodovugleobogaŝeniâ AT klûevés énergotehnologičeskaâpererabotkanizkosortnyhugleiiothodovugleobogaŝeniâ AT kurnosovat energotechnologicalrefiningoflowgradecoalsandcoalslimes AT prihodčenkovl energotechnologicalrefiningoflowgradecoalsandcoalslimes AT osenniivâ energotechnologicalrefiningoflowgradecoalsandcoalslimes AT kovalʹnv energotechnologicalrefiningoflowgradecoalsandcoalslimes AT klûevés energotechnologicalrefiningoflowgradecoalsandcoalslimes |