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...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Екологія і природокористування |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем природокористування та екології НАН України
2012
|
| Теми: | |
| 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 |
Холявченко, Л.Т. Осенний, В.Я. Давыдов, С.Л. Наривски, Р.Н. 2014-03-09T16:20:02Z 2014-03-09T16:20:02Z 2012 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 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. ru Інститут проблем природокористування та екології НАН України Екологія і природокористування Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами 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 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности |
| spellingShingle |
Проблемы и перспективы развития экологически чистых технологий переработки низкосортных углей и отходов угольной промышленности Холявченко, Л.Т. Осенний, В.Я. Давыдов, С.Л. Наривски, Р.Н. Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами |
| 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 |
| 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. |
| topic |
Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами |
| topic_facet |
Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Екологія і природокористування |
| publisher |
Інститут проблем природокористування та екології НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The issue and the development perspective of pollution-free processing technologies of the poor coal and waste of coal industry |
| 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.
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.
|
| issn |
XXXX-0010 |
| 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. |
| work_keys_str_mv |
AT holâvčenkolt problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologiipererabotkinizkosortnyhugleiiothodovugolʹnoipromyšlennosti AT osenniivâ problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologiipererabotkinizkosortnyhugleiiothodovugolʹnoipromyšlennosti AT davydovsl problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologiipererabotkinizkosortnyhugleiiothodovugolʹnoipromyšlennosti AT narivskirn problemyiperspektivyrazvitiâékologičeskičistyhtehnologiipererabotkinizkosortnyhugleiiothodovugolʹnoipromyšlennosti AT holâvčenkolt theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry AT osenniivâ theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry AT davydovsl theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry AT narivskirn theissueandthedevelopmentperspectiveofpollutionfreeprocessingtechnologiesofthepoorcoalandwasteofcoalindustry |
| first_indexed |
2025-11-25T13:55:01Z |
| last_indexed |
2025-11-25T13:55:01Z |
| _version_ |
1850516252796125184 |
| 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
|