Энерготехнологическое основание для вовлечения соленого угля в энергобаланс Украины. 2. Природные минералы как катализаторы термохимической конверсии соленого угля в ­разных условиях

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

А. И. Фатеев, orcid.org/0000-0003-4129-3703, Институт угольных энерготехнологий НАН Украины, г. Киев, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Т. Г. Шендрик, доктор химических наук, профессор, orcid.org/0000-0001-6629-6471, Институт физико-органической химии и углехимии имени Л. М. Литвиненко НАН Украины, г. Киев, Украина

Н. И. Дунаевская, доктор технических наук, orcid.org/0000-0003-3271-8204, Институт угольных энерготехнологий НАН Украины, г. Киев, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 повний текст / full article



Abstract:

Соленый уголь (СУ) Северного Донбасса в списке непроектных топлив по условиям залегания и запасам является перспективным источником энергии в Украине. Это связано как с его достаточно высокими энергетическими (топливными) характеристиками, так и с наличием в его составе природного каталитического комплекса ‒ повышенного содержания солей щелочных и щелочно-земельных металлов и микроэлементов. Эти примеси с одной стороны могут приводить к ряду проблем при сжигании, однако могут иметь и положительный эффект при использовании такого угля в смеси с другим, менее реакционным, топливом.

Цель. Определение влияния водорастворимых соединений (хлоридов и сульфатов натрия, кальция, магния и т.д.) на процессы термолиза (горения) соленого угля Богдановского месторождения (Северный Донбасс) при различных температурах.

Методика. С использованием оптимизированных ранее параметров процесса водной экстракции СУ (времени, температуры и соотношения твердой и жидкой фазы) получены образцы обессоленного угля. Элементный состав и технические характеристики исследуемого угля определены по соответствующим стандартным методам. Динамика газовыделения и горения коксозольного остатка соленого и обессоленного угля определена с помощью установки „Пиролиз М“, в качестве газоанализатора использован масс-спектрометр MX-1215. Расчеты кинетических параметров процесса выполнены на основе закона Аррениуса.

Результаты. Определены изменения элементного состава органической массы угля (ОМУ), происходящие при очистке соленого угля водной экстракцией. Проведены экспериментальные исследования по сжиганию соленого и обессоленного угля Богдановского месторождения в интервале температур 550‒850 °С. Определено, что нативные водорастворимые минералы соленого угля приводят к интенсификации процессов воспламенения, ускорению выхода газообразных продуктов (Н2, СО, СО2) и изменению соотношения содержания газов. Определена энергия активации процесса горения коксового остатка исходного и обессоленного угля.

Научная новизна. Выполнено сравнение некоторых характеристик горения соленого и обессоленного угля. Показано, что водная экстракция СУ приводит к улучшению энергетических характеристик опытных образцов. Установлено, что соли щелочных и щелочно-земельных металлов, находящихся в составе соленого угля, являются естественными катализаторами процессов термолиза и горения органической массы угля. Определено, что в интервале температур 550‒850 °С, в зависимости от фракционного состава исследуемого образца угля, водорастворимый солевой комплекс ускоряет эмиссию (элиминирование) водорода в 3‒4 раза, моноксида углерода ‒ в 2‒3,5 раза, диоксида углерода ‒ в 2,5‒3 раз по сравнению с обессоленным углем.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований показана перспективность вовлечения соленого угля в топливную базу Украины не только как отдельного топлива, при условии уменьшения концентрации вредных примесей (путем водной экстракции), но и в качестве компонента смесевых топлив для повышения реакционной способности композиционного топливного сырья.

References.

1. Ivanova, A. V. (2015). Formation conditions and problems of development salty coals of Ukraine. Geoekologicheskie problemy uglepromyshlennyh territorii, 2015, 188-199.

2. Kuznetsov, B. N., Chesnokov, N. V., Sudakova, I. G., Ga­ryn­tseva, N. V., Kuznetsova, S. A., Malyar, Yu. N., Yakovlev, V. A., & Djakovitch, L. (2018). Green Catalytic Processing of Native and Organosolv Lignins. Catalysis Today, 309, 18-30. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2017.11.036.

3. Kuznetsov, B. N., Chesnokov, N. V., Yatsenkova, O. V., Sharypov, V. I., Garyntseva, N. V., Ivanchenko, N. M., & Yakovlev, V. A. (2017). Green catalytic valorization of hardwood biomass into valuable chemicals with the use of solid catalysts. Wood Science and Technology, 51(5), 1189-1208. https://doi.org/10.1007/s00226-017-0926-5.

4. Tillman, David A., Dao Duong, & Bruce Miller (2009). Chlorine in Solid Fuels Fired in Pulverized Fuel Boilers — Sources, Forms, Reactions, and Consequences: a Literature Review. Energy & Fuels, 23(7), 3379-3391. https://doi.org/10.1021/ef801024s.

5. Longlong Liu, Sunel Kumar, Zhihua Wang, Yong He, Jianzhong Liu, & Kefa Cen (2017). Catalytic Effect of Metal Chlorides on Coal Pyrolysis and Gasification Part I. Combined TG-FTIR Study for Coal Pyrolysis. Thermochimica Acta, 655(10), 331-336. https://doi.org/10.1016/j.tca.2017.07.007.

6. Yang Lu, Ying Wang, Jing Zhang, Ying Xu, Guoqiang Li, & Yongfa Zhang (2019). Investigation on the catalytic effect of AAEMs in Zhundong coal on the combustion characteristics of Changji oil shale and its kinetics. Energy, 178(1), 89-100. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.04.130.

7. Zhang, K., Li, Y., Wang, Z. H., Li, Q., Whiddon, R., He, Y., & Cen, K. F. (2016). Pyrolysis behavior of a typical Chinese sub-bituminous Zhundong coal from moderate to high temperatures. Fuel, 185, 701-708. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.08.038.

8. Panpan Zheng, Yonggang Wang, Chen Liu, Weijie Guo, Lei Bai, Xiao Hu, & Xiongchao Lin (2019). Effects of inherent alkali and alkaline earth metals on nitrogen transformation during steam gasification of Shengli lignite. International Journal of Coal Science & Technology, 6(2), 197-206. https://doi.org/10.1007/s40789-019-0248-3.

9. Fateyev, A. I., Shendrik, T. G., Polishchuk, S. S., & Duna­yev­ska, N. I. (2018). The energy technological background of involving salty coals into energy balance of Ukraine. 1. Composition of water extracts and the prospects for their utilization. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 40-47. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-6/8.

10. Fateev, A. I., & Romanova, L. A. (2014). Influence of technological factors on the process of washing harmful impurities from the saline coal of Ukraine. Energy technologies and resource saving, (3), 6-10.

11. Beztsennyi, I. V., Dunayevska, N. I., & Cherniavskyi, M. V. (2015). Determination of the kinetic characteristics of the interaction of anthracite, lean coal and gas coal chars with oxygen and combustion characteristics of their blends. Energotekhnologiiiresursosberezheniie, (5-6), 10-16.

Следующие статьи из текущего раздела:

Посетители

3312387
Сегодня
За месяц
Всего
467
8611
3312387

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

40005, г. Днепр, пр. Д. Яворницкого, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Вы здесь: Главная Архив журнала по выпускам 2019 Содержание №6 2019 Энерготехнологическое основание для вовлечения соленого угля в энергобаланс Украины. 2. Природные минералы как катализаторы термохимической конверсии соленого угля в ­разных условиях