РАЗДЕЛ 2
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Выбор и обоснование сырьевой базы
Как было показано выше, газификация твердых топлив - одно из перспективных
направлений производства генераторного или синтез-газа из малоценных углей и
эффективный метод защиты окружающей среды от вредных выбросов.
На сегодняшний день проблема использования низкосортных топлив весьма актуальна
[161]. До недавнего времени применение таких углей было неэкономичным, однако,
при увеличении цен на основные энергоносители разработка многих месторождений
становится рентабельной.
Запасы низкосортных углей Украины оцениваются в 22,6 млрд.т. Распределение этих
углей по маркам приведены в табл. 2.1 [162].
Таблица 2.1
Запасы низкосортных углей Украины
Виды запасов
Количество, млн. т/%
Низкосортные угли (Б,Д,ДГ,Г)
В том числе по маркам:
ДГ
22564/100
2586/12
12916/57
5142/23
1920/8
Положительным фактором в применении низкометаморфизованных углей является
небольшая глубина залегания, благоприятные горно-геологические условия,
возможность добычи открытым способом.
Анализ обеспеченности промышленными запасами низкосортных углей показан в табл.
2.2 [162].
Таблица 2.2
Обеспеченность промышленными запасами низкосортных углей действующих шахт
Бассейн
Всего
шахт / их мощность,
млн. т / г
Ожидаемое выбитие шахт, их количество и мощность
5-10 лет
10-14 лет
15-29 лет
более 30 лет
2001-2005 гг.
2006-2010 гг.
2011-2025 гг.
После 2025 г.
Донбасс
61/28,0
2/1,2
10/4,3
44/21,6
Львовско-Волынский бассейн
15/7,0
5/1,6
2/0,7
4/3,1
2/1,7
Днепробасс
11/5,3
6/2,5
4/2,8
ВСЕГО
88/40,3
7/2,8
8/3,2
18/10,3
46/22,6
При оценке твердого топлива как сырья газификации важными являются следующие
его характеристики: крупность, однородность гранулометрического состава,
механическая и термическая прочность, влажность, зольность, содержание и состав
сернистых соединений, выход летучих веществ, а также спекаемость,
шлакообразующая способность, обусловленная составом минеральной части, и,
наконец, отношение к продолжительному хранению (окисляемость).
Все вышеприведенные характеристики непосредственно влияют на процесс
газификации и его конечные результаты.
Поскольку современные процессы газификации предъявляют менее жесткие требования
к качеству угля, этими методами можно перерабатывать практически любые виды
низкосортных топлив.
Для Украины большой интерес представляет промышленное применение низкосортных
углей Павлоградского месторождения, что обусловлено значительными запасами этих
углей, выгодным географическим положением в центре страны, где уже создана
густая транспортная сеть и сосредоточен большой потенциал производительных
сил.
Компанией “Павлоградуголь” эксплуатируется 11 угольных шахт. Продукция компании
характеризуется рядом специфических свойств, существенно осложняющих ее
использование в традиционных сферах применения угля (энергетике и коксохимии).
В то же время эти свойства (низкая спекаемость, большое содержание
гетероатомов, повышенная реакционная способность) делают угли Западного
Донбасса весьма перспективным сырьем для химико-технологического использования,
в частности, при газификации.
В связи с этим возникла необходимость исследования павлоградских углей с целью
выбора наиболее рационального и экономичного метода их переработки.
2.2. Методика априорной оценки эффективности использования металлургических
шлаков как каталитической добавки в процессе газификации
Эффективность использования металлургических шлаков в качестве каталитической
добавки при газификации угля определяется как собственно каталитическими
факторами (возможность увеличения скорости реакций газификации и выхода газа,
достаточная механическая прочность и термическая устойчивость), так и
возможностями последующего использования образующихся продуктов
физико-химического взаимодействия шлака с минеральными веществами угля.
Известно [163], что каталитические свойства наиболее выражены у d-элементов
побочных подгрупп периодической системы, имеющих большое количество свободных
электронных орбиталей, необходимых для образования активированных комплексов, а
также у щелочных и щелочноземельных металлов – s-элементов, где такие орбитали
создаются путем легкой утраты валентных электронов при образовании ионных
связей. В соответствии с этим при газификации угля каталитическую активность
проявляют соединения кобальта, ванадия, никеля, марганца, железа, магния,
бария, свинца, цинка, калия, лития, натрия, кальция [70]. Аналогичные
результаты были получены при исследовании реакционной способности кокса в
зависимости от характера минеральных примесей [164].
По нашему мнению, априорно оценить эффективность использования металлургических
шлаков как каталитической добавки можно с помощью комплексного критерия (К),
учитывающего одновременно возможности ускорения процесса (), увеличения выхода
газа () и свойства образующихся при газификации твердых продуктов.
В первом приближении ускорение процесса газификации при добавке шлаков можно
оценить по данным об их составе и относительном (по сравнению с газификацией
чистого угля) ускорении реакций при введении в уголь каталитических добавок:
(2.1)
где i - индекс компонента шлака;
n – количество компонентов шлака, обладающих каталитической активностью;
Ci – массовая доля i-го компонента в шлаке;
Vi – относительное увеличение скорости реакций газификации при добавке к углю
i-го компонента шлака.
Так, Vi составляет 1,09 для Сo(ОН)2; 1,19 для NiO; 1,19 для Мn02; 1,23 для
Fe3O4; 1,23 для МgО; 1,78 для К2СО3 [69].
С учетом вышеизложенного:
=1+0,09Сo(ОН)2+0,19NiO+0,19Мn02+
+0,23Fe3O4+0,23МgО
- Київ+380960830922