Науковий вісник НГУ

Енерготехнологічне підґрунтя для залучення солоного вугілля до ­енергобалансу України. 2. Природні мінерали як каталізатори термохімічної конверсії солоного вугілля в різних умовах

Рейтинг користувача:  / 0

Деталі

Категорія: Збагачення корисних копалин

Останнє оновлення: Понеділок, 13 січня 2020, 12:48

Опубліковано: Неділя, 12 січня 2020, 12:03

Перегляди: 3083

Authors:

А. І. Фатеєв, orcid.org/0000-0003-4129-3703, Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Т. Г. Шендрік, Н. І. Дунаєвська, orcid.org/0000-0001-6629-6471, Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії імені Л. М. Литвиненка НАН України, м. Київ, Україна

Н. І. Дунаєвська, доктор технічних наук, orcid.org/0000-0003-3271-8204, Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 повний текст / full article

Солоне вугілля (СВ) Північного Донбасу в переліку непроектних палив за умовами залягання й запасами є перспективним джерелом енергії в Україні. Це пов’язано як з його досить високими енергетичними (паливними) характеристиками, так і з наявністю у його складі природного каталітичного комплексу – підвищеного вмісту солей лужних і лужноземельних металів і мікроелементів. Ці домішки, з одного боку, можуть призводити до низки проблем при спалюванні, але й можуть мати позитивний ефект при використанні такого вугілля в сумішах з іншим, менш реакційним, паливом.

Мета. Визначення впливу водорозчинних сполук (хлоридів і сульфатів натрію, кальцію, магнію тощо) на процеси термолізу (горіння) солоного вугілля Богданівського родовища (Північний Донбас) за різних температур.

Методика. Із використанням оптимізованих раніше параметрів процесу водної екстракції СВ (часу, температури та співвідношення твердої та рідкої фази) одержані зразки знесоленого вугілля. Елементний склад і технічні характеристики досліджуваного вугілля визначені за відповідними стандартними методами. Динаміка газовиділення й горіння коксозольного залишку солоного та знесоленого вугілля визначена за допомогою установки „Піроліз М“, в якості газоаналізатора використаний мас-спектрометр MX-1215. Розрахунки кінетичних параметрів процесу виконані на основі закону Арреніуса.

Результати.Визначені зміни елементного складу органічної маси вугілля (ОМВ), що відбуваються при очищенні солоного вугілля водною екстракцією. Проведені експериментальні дослідження зі спалювання солоного та знесоленого вугілля Богданівського родовища в інтервалі температур 550–850 °С. Визначено, що нативні водорозчинні мінерали солоного вугілля призводять до інтенсифікації процесів займання, пришвидшення виходу газоподібних продуктів (Н₂, СО, СО₂) і зміни співвідношення вмісту газів. Визначена енергія активації процесу горіння коксового залишку вихідного та знесоленого вугілля.

Наукова новизна. Виконане порівняння деяких характеристик горіння солоного та знесоленого вугілля. Показано, що водна екстракція СВ приводить до покращення паливно-енергетичних характеристик дослідних зразків. Встановлено, що солі лужних і лужноземельних металів, які знаходяться у складі солоного вугілля, є природними каталізаторами процесів термолізу й горіння органічної маси вугілля. Визначено, що в інтервалі температур 550‒850 °С, у залежності від фракційного складу досліджуваного зразка вугілля, водорозчинний сольовий комплекс пришвидшує емісію (елімінування) водню у 3‒4 рази, моноксиду вуглецю – у 2‒3,5 рази, діоксиду вуглецю – у 2,5‒3 рази в порівнянні зі знесоленим вугіллям.

Практична значимість. У результаті проведених досліджень показана перспективність залучення солоного вугілля до паливної бази України не тільки як окремого палива, за умови зменшення концентрації шкідливих домішок (шляхом водної екстракції), але й як компонента сумішевих палив для підвищення реакційної здатності композиційної паливної сировини.

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. Energotekhnologii i resursosberezheniie, (5-6), 10-16.

• < Попередня
• Наступна >