Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности

Приведены результаты термодинамических расчетов процесса газификации и экспериментальных исследовании плазменной переработки водоугольного топлива (ВУТ). Разработана схема плазменно-дугового реактора, показана возможность создания экологически чистых технологий для переработки низкосортного угля и о...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Холявченко, Л.Т., Осенний, В.Я., Давыдов, С.Л., Наривски, Р.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем природокористування та екології НАН України 2012
Назва видання:	Екологія і природокористування
Теми:	Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57463
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:	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности / Л.Т. Холявченко, В.Я. Осенний, С.Л. Давыдов, Р.Н. Наривски // Екологія і природокористування. — 2012. — Вип. 15. — С. 144-152. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57463
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-574632025-02-09T09:50:37Z Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности The issue and the development perspective of pollution-free processing technologies of the poor coal and waste of coal industry Холявченко, Л.Т. Осенний, В.Я. Давыдов, С.Л. Наривски, Р.Н. Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами Приведены результаты термодинамических расчетов процесса газификации и экспериментальных исследовании плазменной переработки водоугольного топлива (ВУТ). Разработана схема плазменно-дугового реактора, показана возможность создания экологически чистых технологий для переработки низкосортного угля и отходов угольной промышленности. Наведені результати термодинамічних розрахунків процесу газифікації та експериментальних досліджень плазмової переробки водовугільного палива (ВВП). Розроблена схема плазмо-дугового реактора, показана можливість створення екологічно чистих технологій для переробки вугілля низького гатунку та відходів вугільної промисловості. The results of searching of plasma processing of coal-water fuel (WCF). The results of thermodynamic calculations of gasification process of the WCF. The scheme of the plasma-arc reactor is developed, which provides a significant intensification of heat and mass transfer. The possibility of creating pollution-free technologies for the processing of poor coal and waste of coal industry. 2012 Article Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности / Л.Т. Холявченко, В.Я. Осенний, С.Л. Давыдов, Р.Н. Наривски // Екологія і природокористування. — 2012. — Вип. 15. — С. 144-152. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. XXXX-0010 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57463 536.46:533.932:537.566 ru Екологія і природокористування application/pdf Інститут проблем природокористування та екології НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами
spellingShingle	Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами Холявченко, Л.Т. Осенний, В.Я. Давыдов, С.Л. Наривски, Р.Н. Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности Екологія і природокористування
description	Приведены результаты термодинамических расчетов процесса газификации и экспериментальных исследовании плазменной переработки водоугольного топлива (ВУТ). Разработана схема плазменно-дугового реактора, показана возможность создания экологически чистых технологий для переработки низкосортного угля и отходов угольной промышленности.
format	Article
author	Холявченко, Л.Т. Осенний, В.Я. Давыдов, С.Л. Наривски, Р.Н.
author_facet	Холявченко, Л.Т. Осенний, В.Я. Давыдов, С.Л. Наривски, Р.Н.
author_sort	Холявченко, Л.Т.
title	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности
title_short	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности
title_full	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности
title_fullStr	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности
title_full_unstemmed	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности
title_sort	проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности
publisher	Інститут проблем природокористування та екології НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57463
citation_txt	Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности / Л.Т. Холявченко, В.Я. Осенний, С.Л. Давыдов, Р.Н. Наривски // Екологія і природокористування. — 2012. — Вип. 15. — С. 144-152. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
series	Екологія і природокористування
work_keys_str_mv	AT holâvčenkolt problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologijpererabotkinizkosortnyhuglejiothodovugolʹnojpromyšlennosti AT osennijvâ problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologijpererabotkinizkosortnyhuglejiothodovugolʹnojpromyšlennosti AT davydovsl problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologijpererabotkinizkosortnyhuglejiothodovugolʹnojpromyšlennosti AT narivskirn problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologijpererabotkinizkosortnyhuglejiothodovugolʹnojpromyšlennosti AT holâvčenkolt theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry AT osennijvâ theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry AT davydovsl theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry AT narivskirn theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry
first_indexed	2025-11-25T13:55:01Z
last_indexed	2025-11-25T13:55:01Z
_version_	1849770801488723968
fulltext	ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 144 УДК 536.46:533.932:537.566 Л.Т. Холявченко, В.Я. Осенний, С.Л. Давыдов, Р.Н. Наривский ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОСОРТНЫХ УГЛЕЙ И ОТХОДОВ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Институт геотехнической механики НАН Украины, Днепропетровск, Украина Наведені результати термодинамічних розрахунків процесу газифікації та експери- ментальних досліджень плазмової переробки водовугільного палива (ВВП). Розроблена схема плазмо-дугового реактора, показана можливість створення екологічно чистих те- хнологій для переробки вугілля низького ґатунку та відходів вугільної промисловості. Приведены результаты термодинамических расчетов процесса газификации и экспе- риментальных исследований плазменной переработки водоугольного топлива (ВУТ). Разработана схема плазменно-дугового реактора, показана возможность создания эко- логически чистых технологий для переработки низкосортного угля и отходов угольной промышленности. По мнению многих ученых, на конферен- циях в Киото, Рио-де-Жанейро, Денвер, Же- нева и др., развитие дальнейшей цивилиза- ции немыслимо без создания эко- ресурсосберегающих и безотходных техно- логий переработки минерального сырья и снижения выбросов в атмосферу СО2 в част- ности. Работы Института природопользова- ния и экологии НАН Украины послужили основой для развития данного направления в ряде институтов и предприятий нашей стра- ны. Эко-ресурсосберегающие технологии в различных отраслях народного хозяйства и в частности в горной промышленности нашли свое отражение в разработках ИГТМ НАН Украины [1-4, 17, 23]. Энергетические ресурсы – основа эконо- мической и политической независимости любого государства. В соответствии с про- гнозами IEA, к 2030 г. уголь будет покры- вать более трети мировой потребности в энергии [5], при этом прирост доли угля возрастает на 59%, а 81% этого прироста пойдет на выработку электроэнергии. Внимание мировой энергетики сконцен- трировалось на угольной отрасли еще с © Холявченко Л.Т., Осенний В.Я., Давыдов С.Л., Наривский Р.Н., 2012 начала 2000 г. и если добыча угля в мире достигла 4,6 млрд т, то Украина наоборот ее уменьшила. Данные УкрНИИпроекта показывают, что среди всех запасов органического топлива, доля угля составляет 96% и его Украина мо- жет расходовать несколько столетий. Уголь – единственный в нашей стране энергоноси- тель, который имеет огромную ресурсную базу, он является гарантом экономической и политической независимости государства. Балансовые запасы угля в Украине (на 01.05.2005 г.) составили 8703,5 млн т., про- мышленные – 6500,8 млн т., а общие разве- данные запасы угля составляют 117 млрд т. [6, 7]. Согласно данным УкрНИИобогаще- ния на фабриках Минуглепрома в отстойни- ках и шламонакопителях находится более 115 млн т. шламовых продуктов, в которых содержится до 50% и более товарного угля. Анализ химического состава отходов хозяй- ственной деятельности шахт показывает, что задача их утилизации значительно облегча- ется в связи с наличием в них органических веществ (углерода), которые можно исполь- зовать в качестве энергоносителя [8, 9]. Пе- ревод породных отвалов и угольных шламов в технологически приемлемое топливо по- зволит не только улучшить экологическую обстановку в регионах угольного производ- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 145 ства, но и получить существенный экономи- ческий эффект. Переработка отходов угольной промыш- ленности могла бы внести существенный вклад в энергетику Украины несмотря на большое разнообразие состава и свойств (физических, химических и технологиче- ских), которые обусловлены неоднородно- стью углеобразования в различных регио- нах. Они отличаются мацеральным, микро- литотипным составом и степенью метамор- физма. Такое же отличие имеется и в отхо- дах угольного производства. Более того, ми- неральная составляющая отходов представ- ляет особый интерес из-за большого спектра ценных минералов, которые нужны для раз- вития других отраслей народного хозяйства. Шестая программа действий по охране окружающей среды ЕС определяет предот- вращение образования отходов и обращение с ними как одно из четырех приоритетных направлений. Сократить количество отходов угольного производства можно за счет при- менения закладки выработанного простран- ства в шахтах, а переработку вести в под- земных условиях, не выдавая их на гора и создавая отвалы. Французские ученные разработали метод лазерной спектроскопии с временным раз- решением и вынужденным пробоем для контроля отходящих газов при сжигании отходов в режиме реального времени [11, 12]. Этот метод позволил выявить и иденти- фицировать основные опасные для человека элементы (фтор, хлор, сера), а также Si, Ca, Al, Cr, Mg, Pb, Fe в летучих золах при очень слабой концентрации (10-6 г/г). Созданы термические плазменные технологии для витрификации летучих зол, получаемых из твердых отходов и D B D процессы для ре- гистрации и обезвреживания соединений очень небольшой концентрации в промыш- ленных отходящих газах [13, 14]. Оба этих метода исследованы в плазмохимической лаборатории под руководством профессора Дж. Амару и используются в промышленно- сти. По мнению французских ученных плаз- менные процессы открывают новые пути для очистки газов, токсичных порошков, таких как летучие золы, уничтожения опас- ных отходов, а процессы, использующие дуговой разряд, являются очень гибкими технологиями применительно к большому разнообразию составов химических отходов. В развитие безотходных экологических ресурсосберегающих технологий в нашей стране может внести особый вклад приме- нение низкотемпературной плазмы, обла- дающей огромной концентрацией энергии в единице объема, высокой температурой, оп- ределяющей высокие скорости теплового воздействия на отходы угольного производ- ства, обеспечивающей большие скорости химических реакций между компонентами плазмы, позволяющие создать новые эффек- тивные технологические процессы и обору- дование, которое характеризуется эконо- мичностью с точки зрения материалоемко- сти, энергоемкости и экологической чисто- той. Основные направления комплексной пе- реработки низкосортных углей и шламов представлены в работе [15], но они должны быть усовершенствованы за счет примене- ния плазмохимических процессов [16, 17]. Прогрессивным направлением перера- ботки угля по сравнению с уже известными методами, является пароплазменная газифи- кация – наиболее полно отвечающая всем требованиям экологии и современного про- изводства. В ИГТМ НАН Украины разработан спо- соб и плазменно-дуговой реактор для гази- фикации углей различной степени метамор- физма, отходов углеобогащения и других минеральных углеродсодержащих сред. В основу создания плазмохимических ре- акторов легли исследования процессов плазменной газификации углей, относящие- ся к высокотемпературному термическому разрушению минеральных сред, которые определили пути интенсификации передачи энергии плазмы углеродосодержащим сре- дам, в том числе углям различной степени метаморфизма [18-20]. К такому пути следу- ет отнести создание локальных высокотем- пературных зон разрушения, обладающих высокой плотностью мощности, что в свою очередь приводит к формированию неравно- весных плазменных зон протекания физико- химических реакций конверсии углей. Преимущества рассматриваемого способа переработки угля по сравнению с традици- онными заключаются в: отсутствии выбро- сов оксидов азота, серы и других вредных веществ в окружающую среду; повышенной плотности энергии в реакционной зоне; вы- сокой производительности; наибольшем вы- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 146 ходе синтез-газа с единицы массы угля, за счет диссоциации воды используемой в ка- честве окислителя. Для оценки концентраций молекул син- тез-газа (основных "энергетических" состав- ляющих: окись углерода СО и водород Н2) произведен термодинамический расчёт газо- вых компонентов в зависимости от темпера- туры, давления и коэффициента избытка окислителя α (методом приближения моде- лей к реальным параметрам) процесса плаз- менной газификации. Термодинамические расчеты выполнены в диапазоне изменения температуры процес- са газификации 1500 – 4000К, давления 0,1- 0,5 МПа, коэффициента избытка окислителя α = 0,2-1. Для исследования многокомпонентных гетерогенных систем (уголь + минеральная часть + окислитель Н2О) была использована, отработанная для высокотемпературных процессов, универсальная программа термо- динамических расчетов "АСТРА-4", осно- ванная на фундаментальных законах термо- динамики и законов сохранения массы, энергии и заряда. Программа позволяет для закрытых термодинамических систем по- строить математическую модель образова- ния в гетерогенной многокомпонентной сис- теме газообразных и концентрированных веществ, электронейтральных и ионизиро- ванных компонентов, находящихся в со- стоянии равновесия. Приведены термодинамические расчеты равновесного состава газа при плазменно- дуговой газификации угля марки “A” со следующей физико-химической характери- стикой: содержание углерода – Ср = 68,02 %; водорода - Нр = 1,47 %; азота - Nр = 0,59 %; кислорода - Ор = 1,91 %; серы - Sл р = 1,55 %; зольность - Ар = 18,96 %; влагосодержание - Wр = 7,5 %. В результате расчетов установлено, что при α=0-1 теоретическая температура газо- вой смеси в реакционной камере падает от температуры электрической дуги до темпе- ратуры реакции при стехиометрическом со- отношении компонентов топлива. Объемное содержание компонентов синтез-газа (СО+Н2) в газовой смеси имеет максимум при α = 0,45. При α > 0,45 наблюдается па- дение значений СО и Н2 и рост в продуктах газификации объемного содержания водяно- го пара. На рисунке 1 представлены результаты расчета равновесного состава газовой среды органической части угля и зольного остатка при α = 0,45. а) б) Рисунок 1 – Равновесный состав газовой среды органической части угля (а) и зольного остатка (б) ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 147 Как видно из рисунка 1 газовая фаза ор- ганической части угля при Т = 1500-3000 К состоит в основном из Н2 и СО концентра- ция которых достигает значений 101 моль/кг, а сам газ не содержит смол и углеводородов. Концентрация ацетилена С2Н2 и углекислого газа составляют соответственно 10-4 и 10-1 моль/кг. Окислы серы отсутствуют, а сера исходного угля представлена двумя соеди- нениями Н2S и S. При температурах свыше 2200 К остаются следы Н2S с концентрацией 10-4 моль/кг. Содержание синтез-газа в газо- вой фазе достигает 92-95 %. При температурах процесса газификации до 2300К в конденсированных продуктах минеральной части присутствуют ценные компоненты кх Fе3С, кх SiС, окислы алюми- ния кх Al2O3 и кремния кх SiО2. Следует от- метить, что при температурах до 2000К в продуктах минеральной части образуются в конденсированной фазе кх SiС. С увеличени- ем температуры процесса до 2500К не про- исходит образование карбида кремния (SiС), а образуется кремний (Si). При этом появля- ется возможность управлять процессом по- лучения ценных компонентов минеральной части угля путем регулирования температу- ры процесса газификации. При температурах процесса свыше 3000К массовая доля конденсированных продук- тов-z равна нулю, т.е., все компоненты ми- неральной части переходят в газовую фазу. Происходит восстановление окислов крем- ния, железа, кальция, магния и в газовой фа- зе находятся Fе, Si, Mg, Са и др. При этом, чем выше содержание добавок воды к углю, тем меньше массовая доля конденсирован- ных продуктов при умеренных температурах 1500-2000 К. Исследование параметров процесса плаз- менной газификации водоугольного топлива производилось на экспериментальном стен- де, функциональная схема которого пред- ставлена на рисунке 2, а внешний вид стенда на рисунке 3. Рисунок 2 – Функциональная схема экспериментального образца прямоточного плазмохими- ческого реактора для газификации водоугольного топлива: 1 – реакционная камера, 2 - катод, 3 – анод, 4 – корпус реакционной камеры, 5 – соленоид, 6 – диафрагма, 7 – окислительная камера, 8 – золоулавливатель, 9 – циклон, 10 – холодильник, 11 – расходомер газа, 12 – головка реакто- ра, 13 – шнековый дозатор бункера, 14 – регулятор мощности (длины) дуги, 15 – преобразова- тель тока, 16 – блок питания реактора, 17 – блок управления, защиты и контроля электрических параметров реактора, 18 – эжектор, 19 – парогенератор. Особенностью способа газификации, ко- торый разрабатывается ИГТМ НАН Украи- ны, является применение экологически чис- того энергоносителя – водоугольной сус- пензии. Это особенно актуально при утили- зации отходов углеобогащения, высокая влажность которых обуславливает целесо- образность изготовления на их основе во- доугольного топлива. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 148 Рисунок 3 – Экспериментальный образец плазмохимического реактора Основой установки является плазменный реактор (1) совмещенного типа, представ- ляющий собой закрытую цилиндрическую конструкцию по оси которого между стерж- невым катодом (2) и анодом днище (3) под- жигается электрическая дуга – основной элемент теплового воздействия. Реакцион- ная камера армирована жаропрочной конст- рукцией из графита. Электроды также вы- полнены из графита. Корпус реакционной камеры водоохлаждаемый из магнитопро- ницаемого материала. На внешней поверх- ности корпуса размещена катушка соленои- да (5) предназначенная для создания посто- янного магнитного поля. В аноде днище имеется отверстие-диафрагма (6) ведущее в камеру окисления (7) и золоотвод (8). Верх- няя часть реактора закрывается водоохлаж- даемой головной частью (12) по оси которой размещен подвижный катод (1), изолиро- ванный от головной части и реактора. Под- вижность катода регулируется осевым его перемещением с помощью специального механизма подъема. Ввод топлива осущест- вляется шнековым питателем 13 с после- дующим его эжектированием в зону дугово- го разряда насыщенным паром с температу- рой 100-110 0С, давлением 0,5-2МПа. Пред- ставляется возможным эжектирование про- водить одним из нейтральных газов, СО2 или же газами энергетической группы СН4 и др. Синтез-газ, полученный в реакционной камере, через диафрагму в аноде-днище по- ступает в камеру окисления (6), где заканчи- ваются химические реакции. Из окислитель- ной камеры (7) газ поступает в золоулавли- ватель (8), где проходит разделение газа и твердой минеральной части. В циклоне (9), куда газ поступает после золоулавливателя, очищается от механических включений . Охлаждение газа, до температуры окру- жающей среды, производится в холодильной камере (10). Запуск плазменного реактора и регулирование его мощности осуществля- лась регулятором мощности (14) путем из- менения длины дугового разряда и соответ- ственно тока дуги. Процесс газификации проходит при температурах 1800-2200К и атмосферном давлении. Основные компоненты получаемого син- тез-газа при плазменно-дуговой газифика- ции ВУТ представлены в таблице1. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 149 Таблица 1 - Состав газа при плазменно-дуговой газификации ВУТ Как видно из представленной таблицы 1, получаемый синтез-газ (Н2+СО) имеет по- вышенное содержание водорода, что объяс- няется природой окислительного агента – Н2О, и термодинамическим состоянием реа- гирующей системы уголь-водяной пар при температуре свыше 2000 К, где имеет место одна из трех основных реакций: С+ Н2О→СО+ Н2-Q2. Регулированием соотношения компо- нентов ВУТ представляется возможным получать газ с заданными физико- химическими характеристиками. Рентгеноструктурный анализ углей и уг- леродосодержащего сырья (шламов) прово- дили на дифрактометре «ДРОН-3». Съемка образцов проводилась в монохроматизиро- ванном Со-К излучении при одинаковых условиях съемки. Расчет рентгеноструктур- ных параметров НМО углей и шламов про- водился по методике описанной в работе [21]. Рентгеноструктурным анализом иссле- довался минеральный состав угля АШ, со- став золы после традиционных методов сжигания углей и состав золы после плаз- менной газификации (см. рисунок 4). Рисунок 4 – Рентгеноструктурный анализ минеральной части угля АШ и шлака после газифи- кации: 1 – зольная часть угля АШ; 2 – состав шлака после традиционного процесса сжигания угля АШ; 3 – состав шлака после плазменной газификации угля АШ Как видно из рисунка 3, минеральная часть угля АШ в основном состоит из SiO2 – 10,25 %, Al2O3 – 4,74 %, Fe2O3 – 2,96 % и незначительных концентраций CaCO3 – 0,93 %, MgO – 0,69 %, K2O – 0,69 %, то есть зольность угля находилась в диапазоне 17- 19 %. Состав шлака после традиционного сжигания угля, в основном, определялся молекулами γ и α – Fe2О3 и SiO2, а также незначительной концентрацией Al2O3. Для сравнения, при традиционном горе- нии угля АШ в составе золы находится 20 – Состав газаСостав исход- ного сырья ВУТ Соотношение ком-понентов С:Н2О H2, % CO, % H2+CO, % H2/CO АШ+Н2О 1:0,9 55 40 95 2,43 ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 150 30 % не сгоревшего углерода. После плаз- менной газификации состав золы отличает- ся полным отсутствием в его составе угле- рода. Формируется зола, в основном, моле- кулами Al2SiO5 и γ - Fe2О3. Наличие этих молекул в его составе и полное отсутствие углерода предполагает использование золы в индустрии строительных материалов. С целью более эффективного использо- вания твердых горючих ископаемых в раз- личных процессах конверсии, для оценки их технологических характеристик в ИГТМ НАН Украины были проведены исследова- ния по выходу продуктов полукоксования шламов и углей Львовско-Волынского бас- сейна [22, 23], которые показали возмож- ность повысить энергетическую эффектив- ность переработки твердых горючих иско- паемых и уменьшить выбросы вредных ве- ществ в окружающую среду. Методом дериватографии исследована деструкция твердых топлив (угля различ- ной степени метаморфизма – Сdaf = 76,6- 84,3%). Определены температурные интер- валы и температуры максимума основного разложения и прослежен ход термодест- рукции в интервале температур 200-9000С. Пиролиз углей и шламов осуществлялся в закрытой системе без давления. Найдена количественная взаимосвязь между данны- ми дериватографии и пиролиза. На основа- нии данных рентгеноструктурного анализа предложены возможные пути трансформа- ции надмолекулярной организации (НМО) угля. Оценка структурно-химических пре- вращений угля при нагревании позволила проследить основные пути трансформации его НМО и охарактеризовать с целью опти- мизации технологического процесса полу- чения полукокса и синтез-газа. На рисунке 5 представлена дифракто- грамма твердого остатка шлама, прошедше- го плазменные процессы в реакторе. Рисунок 5 – Дифрактограмма твердого остатка шлама, прошедшего плазменные процессы в реакторе Из рисунка 5 видно, что алифатическая составляющая шламов полностью извлече- на при получении синтез-газа, а твердый остаток может быть использован в качестве строительных материалов. Обобщая изложенное выше можно предположить, что плазменно-дуговая га- зификация ВУТ, развиваясь как технология, является наиболее перспективной ввиду высокой интенсивности процесса, обуслав- ливающую ее высокую производительность в газогенераторах большой единичной мощности. Она может обеспечить мини- мальное загрязнение окружающей среды, высокую калорийность получаемого син- тез-газа за счет увеличения в нем состав- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 151 ляющей – водорода и возможности органи- зации комплексной безотходной техноло- гии переработки отходов. Плазменно- дуговая газификация ВУТ позволяет так же перерабатывать без предварительного осу- шения глубокообводненные отходы угле- обогащения и исключает из технологии до- рогостоящий кислород. Перечень ссылок 1. Создание экологически чистых плазменных технологий при обработке материалов / А.Ф. Булат, Б.Д. Алымов, В.Я. Осенний [и др.]. // Проблеми природокористування, сталого роз- витку та технологічної безпеки регіонів: матеріали третьої Міжнародної науково-практичної конференції, Ч.ІІ, 03-08 жовтня 2005 р. – Дніпропетровськ, 2005. – С. 180-182. 2. Разработка электродуговых генераторов водяной плазмы для создания экологически чи- стых технологий / А.Ф. Булат, Б.Д. Алымов, В.В. Шумриков [и др.]. // Екологія і природокори- стування: Збірник наукових праць Ін-ту проблем природокористування та екології НАН України. – Вип. 8. – Дніпропетровськ, 2005. – С. 98-104. 3. Макеев С.Ю. Экологически чистые электроразрядные методы разрушения горных по- род / С.Ю. Макеев, В.Я. Осенний, В.И. Емельяненко // Екологія і природокористування: Збір- ник наукових праць Ін-ту проблем природокористування та екології НАН України. – Вип. 14. – Дніпропетровськ, 2011. – С. 185-192. 4. Приходченко В.Л. Экологические проблемы организации термопереработки угольных шламов / В.Л. Приходченко, В.Я. Осенний, Н.В. Коваль // Проблеми природокористування, сталого розвитку та технологічної безпеки регіонів: матеріали п’ятої Міжнародної науково- практичної конференції, 06-09 жовтня 2009 р. – Дніпропетровськ, 2009. – С. 133-135. 5. Глюкауф. – 2010. - №4. - С.10-11. 6. Алавердян Л.Н. Институциональные преобразования в угольной промышленности / Л.Н. Алавердян // Уголь. - 2009. - №7. - С.14-18. 7. Полтавец В.И. Альтернативы реформирования угольной промышленности / В.И. Пол- тавец, Б.А. Грядущий, Г.Л. Майдуков // Уголь. - 2008. - №7. - С.10-16. 8. Мнухин А.Г. Породные отвалы – сырье будущего / А.Г. Мнухин // Уголь. - 2009. - №5. - С.28-32. 9. Бобров А.Г. Террикон – это техногенное полезное ископаемое / А.Г. Бобров // Уголь Украины. – 2000. - №1. - С.25-30. 10. Брик Д.В. Газифікація некондиційного вугілля Львівсько-Волинського басейну / Д.В.˚Брик, Ю.В. Стефаник // Углехимический журнал. - 2010. - №1-2. - С.20-32. 11. Amouroux J., Lancelin H., Cjulibaly K. et al. // Proc/ of the 1st World Congress on Micro- wave Processing / Orlando, Florid, Californie. - 1997. - Vol.80. - P.565-575. 12. Morel S., Adam P., Amouroux J. // Progress in Plasma Processing of Materials / Ed. P. Fauc- hais. NewYork: Begell House; Wallingford. - 2001. - P.11-22. 13. Rosseeau P., Cavadias S., Amouroux J. // High Temperature Material Processes. - 2003 .- Vol.7 №2. - P.391-405. 14. Rosseeau P., Gennet F., Cavadias S. et al. // Progress in Plasma Processing of Materials // NewYork: Begell House; Wallingford. - 2001. - P.785 - 792. 15. Выбор направления комплексной переработки бурых углей / С.И. Шахадынец, Л.В. Бутхарейт, М.М. Савинов [и др]. // Уголь Украины. - 1996. - №4. - С.5-7. 16. Исследование влияния плазмохимической активации горения на аэродинамические и тепловые характеристики топочной камеры / А.С. Аскарова, Е.И. Лаврищева, В.Е. Мессерле [и др]. // Известия НАН РК. Серия физико-математическая. - 2006. - №6. - С.19-25. 17. Осенний В.Я. Плазмохимические процессы при переработке отходов углеобогатитель- ных фабрик / В.Я. Осенний, Э.С. Клюев, С.Л. Давыдов // Сучасні ресурсоенергозберігаючі тех- нології гірничого виробництва: науково-виробничий збірник. – Кременчук: КДУ. – 2010. - №11. – С.112-120. 18. Георгиев И. Влияние температуры и состава среды на энергозатраты при плазменной газификации бурых углей различного качества. / И. Георгиев, Б.И. Михайлов // Известия Си- бирского отделения АН СССР, серия технических наук. –1987. - № 15, вып. 4. – с. 83-89. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2012, Випуск 15 152 19. Ибраев Ш.Ш. Взаимодействие плазмы с измельчённым материалом в плазменных реак- торах / Ш.Ш. Ибраев // Генераторы низкотемпературной плазмы: тезисы докл. всесоюз. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы. – Новосибирск. - 1989. –ч. 2. - с. 249-250. 20. Колобова Е.А. Газификация углей и шлама гидрогенизации в плазме водяного пар / Е.А. Колобова // Химия твёрдого топлива. –1983. - № 2. – с. 91-96. 21. Саранчук В.И. Надмолекулярная организационная структура и свойства угля / Саран- чук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. – К.:Наукова Думка, 1988. - 192 с. 22. Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в гор- ных породах и выработках / Приходченко В.Л., Слащева Е.А., Осенний В.Я. [и др.]. // Материа- лы Юбилейной ХХ Международной научной школы. - Симферополь: Таврический Националь- ный Университет, 2010. - С.293-295. 23. Энергетическая переработка низкосортных углей и отходов углеобогащения / А.Т. Кур- носов, В.А. Приходченко, В.Я. Осенний [и др.]. // Геотехническая механика: сб. науч. трудов.- 2010. - №88. - 198с. L.T. Kholyavchenko, V.Ya. Osenniy, S.L. Davydov, R.N. Narivskiy THE ISSUE AND THE DEVELOPMENT PERSPECTIVE OF POLLUTION-FREE PROCESSING TECHNOLOGIES OF THE POOR COAL AND WASTE OF COAL IN- DUSTRY Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine named after N. S. Polyakov, Dnipropetrovsk, Ukraine The results of searching of plasma processing of coal-water fuel (WCF). The results of thermo- dynamic calculations of gasification process of the WCF. The scheme of the plasma-arc reactor is developed, which provides a significant intensification of heat and mass transfer. The possibility of creating pollution-free technologies for the processing of poor coal and waste of coal industry. Надійшла до редколегії 10 жовтня 2011 р. Рекомендовано членом редколегії канд. техн. наук П.І. Копачем

Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности

Репозитарії

Схожі ресурси