Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Куликова М.П. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Тувинский государственный университет»

Настоящая статья посвящена исследованию проблемы эффективного использования каменных углей Тувы с использованием прогрессивной механоактивационной технологии. Одной из основных задач научно-исследовательских работ в регионе является создание научно-технических обоснований инновационных технологических схем переработки угля, которые были бы эффективны для территорий, находящихся в условиях транспортной и энергетической изолированности. Перспективы создания новых и интенсификации существующих процессов переработки твердых топлив связывают с развитием и усовершенствованием методического обеспечения исследований, выявлением новых взаимосвязей состава, строения и реакционной способности, а также разработкой эффективных методов активации сырья перед его дальнейшей термохимической переработкой, позволяющих снижать энергетические затраты или получать ценную продукцию с заданными свойствами. Приведены данные о запасах и прогнозных ресурсах каменного угля Улуг-Хемского бассейна, марочном составе угля, особенностях химического состава угля, о параметрах загрязнения воздушного бассейна города продуктами неполного сгорания угля. Рассматриваются результаты термических исследований угля, процессов пиролиза и газификации угля; влияния механической активации на термическую деструкцию и реакционную способность угля. В качестве основных мер для решения проблемы эффективного использования углей предлагаются: расширение мощностей централизованной системы отопления при улучшении золоочистки; создание экологически чистых энергосберегающих технологий сжигания твердых топлив.

Статья в формате PDF

403 KB

каменный уголь

марочный и химический состав угля

термическая деструкция

проблема эффективного использования угля

экологически чистые технологии сжигания угля

1. Копылов Н.И., Каминский Ю.Д., Куликова М.П. Пиролиз угля Тувинского месторождения // Химическая технология. – 2008. – Т.9, № 4. – С. 168–172.

2. Куликова М.П. Исследование физико-химических свойств улуг-хемских углей // Энергетик. – 2014. – № 8. – С. 24–29.

3. Куликова М.П., Балакина Г.Ф., Куулар В.В. Использование топливно-энергетических ресурсов в Туве // Проблемы энергетики. Известия высших учебных заведений. – 2011. – № 11–12. – С. 40–45. М.П. Куликова, Г.Ф. Балакина. Угли Улуг-Хемского бассейна // Lambert Academic Publishing. – Saabrucken, Deutschland, 2012. – 121 c.

4. Куликова М.П., Балакина Г.Ф. Угли Улуг-Хемского бассейна // Lambert Academic Publishing. – Saabrucken, Deutschland, 2012. – 121 c.

5. Куликова М.П., Лебедев В.И., Каминский Ю.Д., Котельников В.И. Энергохимическая переработка каменных углей Тывы – основа устойчивого развития республики // Химия в интересах устойчивого развития. – 2004. – № 12. – С. 541–554.

6. Куликова М.П. Исследование пиролиза каменного угля Каа-Хемского и Чаданского месторождений // Углехимия и экология Кузбасса: материалы II Всеросс. Симпозиума (Кемерово, 11–13 сент. 2012). – Кемерово, 2012. – С. 57.

7. Сводный отчётный баланс запасов угля по республике Тыва за 2001 г. – Кызыл: ТТФГИ, 2002.

8. Шибанов В.И., Яковлев И.Ю. Марочный состав углей пласта Улуг Улугхемского бассейна // Химия твердого топлива. – 1989. – № 6. – С. 52–54.

Расширение использования угля в энергетическом балансе страны выдвигает задачи совершенствования существующих и создания новых экологически безопасных технологий его глубокой переработки. Из-за большого содержания летучих веществ и склонности к спеканию слоевое горение тувинских углей в котлоагрегатах сопровождается высоким химическим недожогом, что приводит к сильному загрязнению атмосферного воздуха продуктами неполного сгорания угля. Поэтому актуальна разработка и совершенствование комплексного решения проблемы эффективного использования углей Тувы с использованием прогрессивной механоактивационной технологии.

Основные запасы каменных углей сосредоточены в Улуг-Хемском угольном бассейне, общие ресурсы коксующихся углей оцениваются в 937 млн т. Суммарная площадь бассейна составляет порядка 2700 км2. Оценены запасы угля в Каа-Хемском, Межегейском, Элегестском и Эрбекском месторождениях (табл. 1). Еще в пяти месторождениях бассейна угли изучены, оценены их запасы и прогнозные ресурсы [7].

Таблица 1

Запасы каменных углей, тыс. т

Примечание. Г – газовый уголь; ГЖ – газовый жирный; Ж – жирный; КСН – коксовый.

Марочный состав углей пласта Улуг: I – V – геологические структуры бассейна; 1 – выход пласта под наносы; 2 – изогипсы – линии равных высот подошвы пласта относительно уровня моря (м); 3 – изореспленды – линии равных значений отражательной способности витринита (R0, %); 4 – изоволи – линии равных значений выхода летучих веществ (Vdaf, %); 5 – линии равных толщин пластического слоя угля (y, мм); 6–9 – марки углей (6 – газовый, 7 – газовый жирный, 8 – жирный, 9 – коксовый жирный)

Таблица 2

Характеристики угля

Разработка Каа-Хемского и Чаданского месторождений ведётся открытым способом. На Элегестском месторождении начато опытно-промышленное освоение, на его восточном участке уголь добывают по технологии открытых горных работ, с применением комплекса глубинной разработки пласта. На рисунке представлен марочный состав углей пласта Улуг [8], в табл. 2 приведены характеристики угля.

Для каменных углей Улуг-Хемского бассейна в целом характерны низкие зольность и сернистость, высокие показатели спекаемости и содержания летучих компонентов, относительная чистота по тяжёлым металлам и токсичным элeмeнтaм. Элементный состав органической массы углей отличается повышенным содержанием углерода и особенно водорода по сравнению с подобными углями других бассейнов. Особенности химического состава углей Каа-Хемского месторождения, используемых в г. Кызыл для отопления, в сочетании с низкой продуваемостью котловин, в которых размещается город, обусловливают загрязнение воздушного бассейна выбросами ТЭЦ, котельных и многочисленных индивидуальных печей частных домов. Ущерб, причиняемый угольной энергетикой окружающей среде, может быть сокращён за счёт перехода к использованию экологически более безопасных видов топлива угольного происхождения. Решение проблемы эффективного использования каменных углей возможно за счёт:

а) расширения мощностей централизованной системы отопления при улучшении золоочистки;

б) создания экологически чистых энергосберегающих технологий сжигания твердых топлив [1−4].

Исследованы физико-химические свойства углей, проведены исследования процессов пиролиза и газификации углей, особенностей процессов брикетирования углей, экстрагируемости углей. Для улуг-хемских углей характерна низкая температура перехода в пластическое состояние (примерно 290 °С), широкий температурный интервал пластичности, высокий показатель спекаемости, что определяет их хорошую сочетаемость в качестве спекающей основы в смесях с разными типами тощих углей. Для увеличения реакционной способности угля и выхода целевых продуктов проведены исследования влияния на эти показатели различных методов предварительной активации угля (физическая, механическая, механохимическая и химическая активации) [2, 3, 5, 6].

Качество углей Улуг-Хемского бассейна обусловливает создание здесь производственного комплекса полного цикла, начиная от угледобывающих предприятий и заканчивая предприятиями глубокой переработки угля. Тувинские угли марки Г и ГЖ газифицируются с высоким выходом газовых продуктов. Согласно прогнозным технико-экономическим показателям, производство метанола из угля Каа-Хемского месторождения было экономически выгодно, состав газов — основных компонентов для синтеза углеводородного сырья: СО₂ – 26,2 л/кг, СО − 22,1 л/кг, СН₄ – 138,4 л/кг, Н₂ – 57,2 л/кг, С_nН_m – 9,5 л/кг. Теплота сгорания – Q ~ 32000 КДж/кг; плотность газа – р ~ 0,9 кг/л. По селективности процесса гидрогенизация углей имеет благоприятные показатели (табл. 3), состав газа также имеет весьма благоприятные характеристики после отмывки от СО2 [2, 3, 5, 6].

Уголь как сырье для коксования должен обладать комплексом свойств, обеспечивающих производство кокса требуемого качества. К наиболее важным свойствам углей, характеризующим пригодность их для коксования, относятся следующие: спекаемость и коксуемость, выход летучих веществ, зольность, сернистость, содержание фосфора. Способность спекаться является одной из важнейших характеристик каменных углей, определяющих возможность получения из них кускового кокса, используемого в доменном, литейном и других производствах. На основании этих критериев определяется пригодность и ценность углей для коксования. Угли пласта 2.2-Улуг характеризуются высокой спекаемостью и хорошими коксующимися свойствами, они малозольные, малосернистые и малофосфористые. В Тувинском институте комплексного освоения природных ресурсов СО РАН создана экспериментальная установка по полукоксованию и газификации углей в кипящем слое. Уголь размером частиц d = 0,2−2 мм загружали в реактор полукоксования и нагревали в токе азота или аргона. Предварительно испаритель-парогенератор разогревали до 500−600 °С, а реактор газификации − до 800 °С. После разогрева реактора полукоксования до температуры 140−160 °С перегретым водяным паром уголь при подаче кислорода нагревали в реакторе со скоростью 8−10 °С/мин до температуры 600 °С, после чего следовала изотермическая выдержка. Полный цикл термообработки углей с получением полукокса – нагрев, изотермическая выдержка, активация водяным паром в течение 30 мин при 800 °С и охлаждением до 400 °С в среде инертного газа – составлял 120 мин. Выход продуктов, % составлял: полукокс − 66,3; смола − 7,2; вода – 4,1; газ − 22,4; плотность газа 0,9∙10–3 кг/м³. При промышленном полукоксовании, которое проводится в автотермическом режиме, для получения топливного газа с высокой теплотворной способностью необходимо использовать парокислородное дутье, при использовании паровоздушного дутья неизбежно разбавление газов полукоксования балластом – азотом [2, 3, 5, 6].

Таблица 3

Данные по гидрогенизации углей Улуг-Хемского бассейна

Библиографическая ссылка