Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов
В роботі наведено склад газу коксування вугільних шламів в умовах підвищення температури нагріву, проаналізовано характерні зміни у складі газу та його теплоти спалювання....
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54022 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов / В.Л. Приходченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 234-240. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-54022 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-540222014-01-30T03:12:21Z Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов Приходченко, В.Л. В роботі наведено склад газу коксування вугільних шламів в умовах підвищення температури нагріву, проаналізовано характерні зміни у складі газу та його теплоти спалювання. This paper presents a gas composition of coking coal slurries in terms of increased heating temperature and analyzed the characteristic changes in the composition of gas and its heat of combustion. 2012 Article Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов / В.Л. Приходченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 234-240. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54022 622-156.004.82:662.654.1 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В роботі наведено склад газу коксування вугільних шламів в умовах підвищення температури нагріву, проаналізовано характерні зміни у складі газу та його теплоти спалювання. |
| format |
Article |
| author |
Приходченко, В.Л. |
| spellingShingle |
Приходченко, В.Л. Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов Геотехническая механика |
| author_facet |
Приходченко, В.Л. |
| author_sort |
Приходченко, В.Л. |
| title |
Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов |
| title_short |
Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов |
| title_full |
Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов |
| title_fullStr |
Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов |
| title_full_unstemmed |
Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов |
| title_sort |
изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54022 |
| citation_txt |
Изучение основных компонентов газа коксования угольных шламов / В.Л. Приходченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 234-240. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT prihodčenkovl izučenieosnovnyhkomponentovgazakoksovaniâugolʹnyhšlamov |
| first_indexed |
2025-07-05T05:24:03Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:24:03Z |
| _version_ |
1836783285155397632 |
| fulltext |
234
УДК 622-156.004.82:662.654.1
Канд. техн. наук В.Л. Приходченко
(ИГТМ НАН Украины)
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ГАЗА КОКСОВАНИЯ
УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ
В роботі наведено склад газу коксування вугільних шламів в умовах підвищення темпе-
ратури нагріву, проаналізовано характерні зміни у складі газу та його теплоти спалювання
STUDY OF THE MAIN COMPONENTS OF GAS COKING
COAL SLIMES
This paper presents a gas composition of coking coal slurries in terms of increased heating tempera-
ture and analyzed the characteristic changes in the composition of gas and its heat of combustion
Проблемы переработки отходов в ценное для промышленности сырье акту-
альны для всех стран мира, в том числе и Украины. Угольная отрасль, являясь
одной из ведущих в стране, создала и продолжает накапливать вокруг угледо-
бывающих и перерабатывающих предприятий объемы твердых и жидких отхо-
дов, загрязняющих окружающую среду. К первым можно отнести низкокаче-
ственные угли в составе терриконов, а ко вторым – угольные шламы, которые
до- обогащаются и брикетируются, оставляя после этих процессов неиспользу-
емые массы отходов. В связи с этим работы ИГТМ НАНУ заключались в изу-
чении возможности безотходной утилизации угольных шламов и некондицион-
ных углей. Наиболее целесообразен энерготехнологический вариант переработ-
ки, позволяющий при нагреве углепородных смесей получать энергетические
газы, а твердый остаток – реализовывать в строительной отрасли.
Подобное решение данной проблемы основано на известных промышлен-
ных способах термопереработки чистых, обеззоленных углей, которые позво-
ляют при нагреве разложить органическую массу углей (ОМУ) на жидкие,
твердые и газообразные продукты [1, 2].
Поскольку подобные работы по термопереработке угольных шламов прово-
дились впервые, то в лабораторных условиях при моделировании промышлен-
ных процессов полу- и коксования исследованы объемы и составы газа, выде-
ляющегося при нагреве исходных проб угольного шлама, отобранных с по-
верхности и глубины шламонакопителя № 1 Червоноградской ЦОФ [3, 4].
Предварительно проведенный элементный и технический анализ проб шла-
ма показал наличие в них углерода в пределах 25,6-27,0%, зольности и летучих
– 18,0-22,0% [4]. В лабораторных условиях без доступа воздуха, по стандарт-
ной методике в условиях нагрева до конечной температуры 900
o
С проведено
коксование шламов. Отборы продуктов реакции осуществлены на температурах
400, 600, 800 и 900
o
С с анализом состава газа и определением его объема.
Составы продуктов реакций терморазложения различного состава углей до-
статочно подробно описаны в литературе [1, 2]. Как известно повышение тем-
пературы свыше 600
о
С сопровождается протеканием реакций ароматизации и
полимеризации с отщеплением газообразных продуктов, преимущественно во-
дорода, и в меньшем количестве – метана, окиси углерода и азота. При этом
терморазложение углей низкой стадии метаморфизма идет при более низких
235
температурах с образованием большого количества низкомолекулярных лету-
чих продуктов.
Выход и состав парогазовых продуктов при проведении реальных процессов
терморазложения может сильно отличаться от теоретически возможного выхо-
да и состава первичных продуктов. Это связано с тем, что в промышленных
условиях происходит вторичный пиролиз летучих веществ в достаточно боль-
шом объеме печи при их прохождении через уже нагретые слои топлива или
части печного пространства с более высокой температурой. Наиболее общей
тенденцией в углях является увеличение в газовых продуктах количества водо-
рода при повышении температуры от 600 до 1000
о
С. В таблице 1 для сопостав-
ления приведены составы газов термодеструкции газового угля [1] и проб шла-
ма Червоноградской ЦОФ
Таблица 1 – Состав первичных газов термодеструкции газового угля [1] и проб шлама
Темпера-
тура
нагрева
t,
o
C
CO2 CnHm CO H2 CH4 N2 Теплота
сгорания
газа из проб
шлама
p
nQ ,
МДж/м
3
У
го
л
ь
Ш
л
ам
У
го
л
ь
Ш
л
ам
У
го
л
ь
Ш
л
ам
У
го
л
ь
Ш
л
ам
У
го
л
ь
Ш
л
ам
У
го
л
ь
Ш
л
ам
400 22,0
-
7,9
4,2
4,1
-
-
2,3
2,4
1,8
7,5
4,7
5,4
14,1
13,7
7,0
-
13,2
25,2
37,4
58,0
0,9
9,3
13,6
14,3
5,5
81,0
50,7
34,1
25,5
0,54
6,8
10,8
11,9
600 4,3
4,9
7,9
6,3
11,9
1,2
4,1
3,4
5,3
4,3
3,7
4,7
4,4
8,6
5,8
25,9
1,9
12,3
31,6
29,3
64,9
25,1
41,6
27,4
28,9
-
52,9
25,9
18,2
17,5
12,3
18,8
17,5
16,8
800 2,2
6,3
4,9
6,0
6,3
0,5
2,7
2,3
2,8
3,0
10,4
14,0
20,6
12,5
11,0
66,2
6,9
39,6
37,0
47,2
18,2
53,1
14,8
20,3
18,9
2,5
16,0
15,1
18,8
12,0
23,1
13,5
14,5
15,0
900 0,7
7,3
4,4
5,7
6,1
-
2,6
5,8
2,3
2,9
7,1
17,9
31,3
15,2
14,0
74,7
48,5
35,8
48,4
54,7
7,7
14,0
12,2
17,6
14,6
9,8
9,1
9,5
10,3
7,4
14,1
15,6
14,82
15,04
Кроме основных компонентов состава газа, в табл. 1 приведены расчетные
величины теплоты сгорания по горючим составляющим, которую определяют
эмпирической зависимостью вида
p
nQ 59,1СnHm+12,65CO+10,8H2+35,85СH4, (1)
где CnHm, CO, H2, CH4 – концентрации компонентов в газе.
Как видно из приведенных литературных данных по газовому углю, кото-
рый входит также и в состав шламов, в его газе наблюдается снижение содер-
жания СО2 по мере роста температуры нагрева угля; колебания содержания
окиси углерода CО; повышение содержания водорода и снижение выхода мета-
на. Те же показатели компонентов газа коксования из шламов имеют значи-
тельные колебания на одних и тех же температурах.
236
Подобные расхождения состава газа связаны (при прочих равных условиях
проведения эксперимента) с различиями в составе каждой пробы, отобранной
из конкретной точки по периметру шламонакопителя, что в данном случае име-
ет первостепенное значение. По результатам эксперимента и данным табл. 1
построены графики изменения основных горючих компонентов в газе коксова-
ния по мере увеличения температуры нагрева шламов (рис. 1, 2)
а
б
1 – усредненная проба; 2 – проба №2; 3 – проба №3; 4 – проба № 8
Рис. 1 – Изменение содержания метана (а) и непредельных углеводородов (б) из шламов
от температуры коксования.
237
а
б
1 – усредненная проба; 2 – проба №2; 3 – проба №3; 4 – проба № 8
Рис. 2 – Изменение содержания водорода (а) и окиси углерода (б) из шламов
от температуры коксования.
Исходя из величины теплоты сгорания каждого компонента газа, для увели-
чения общей теплоты сгорания газа наибольшее значение, согласно формуле
(1), имеют непредельные углеводороды и метан, а во вторую очередь – окись
углерода и водород.
Объемы выхода метана из шламов на порядок превышают объемы CnHm.
При этом максимальный выход данные составляющие имеют при температуре
600
о
С.
238
Как известно, при образовании углей в условиях недостатка воздуха возни-
кает метан – газ без цвета и запаха, который присутствует в светильном, коксо-
вом и водяном газе [5]. Светильный газ содержит: СН4 – 30-33%, Н2 – 50%, СО
– 9%, СО2 – 2%, N2 – 1% и имеют теплоту сгорания порядка 92 МДж/м
3
. Стан-
дартный коксовый газ из углей с теплотой сгорания 16-20 МДж/м
3
содержит: Н2
– около 55%, СН4 – 25%, CnHm – 2%, СО – 2% и N2 – 10-12%. В случае термо-
разложения шламов на температуре коксования 900
о
С в эксперименте получена
теплота сгорания газа 14-15,5 МДж/м
3
, что позволяет говорить о его энергети-
ческом и промышленном применении, в частности, для обогрева тех же коксо-
вых печей и т.п. Результаты экспериментов показывают близкие к синусои-
дальным распределения содержаний метана и углеводородов в газе шламов в
процессе их нагрева от 400 до 900
о
С, что говорит о сложных процессах разло-
жения многокомпонентного состава шламов.
Если двуокись углерода СО2 – бесцветный и негорючий газ, то окись угле-
рода СО образуется при сжигании углей при недостаточном притоке воздуха и
является ядовитым горючим газом, который, однако, не поддерживает горения.
Распределение СО в газе коксования шламов Червоноградской ЦОФ имеет па-
раболический характер с минимумом выделения на 600
о
С и постепенным уве-
личением с ростом температуры нагрева до 900
о
С. В химии углей предприни-
мались многочисленные попытки снизить ядовитость газа путем удаления из
него окиси углерода [5]. Еще одной проблемой является то, что на воздухе при
t = 900
о
С окись углерода воспламеняется, образуя двуокись: 2СО + О2
2СО2,
однако равновесное состояние в приведенной реакции при достаточно высоких
температурах сдвинуто влево.
Водород ранее получали в промышленных масштабах, пропуская водяной
пар над раскаленным коксом при температуре свыше 1000
о
С: Н2О+С = СО+Н2,
после чего окись углерода и азот удаляли при помощи процесса
Франка-Каро-Линде, т.е сжижением этих примесей.
В случае терморазложения шламов наблюдается постепенное увеличение
содержания водорода в газе коксования с ростом температуры нагрева от 20 до
42%, что совпадает с тенденцией термодеструкции углей. В последних однако,
согласно данным табл. 1 имеется десятикратное увеличение водорода по мере
роста температуры до 900
о
С.
Заметное снижение теплоты сгорания газа из шламов по сравнению с углем
происходит за счет достаточного содержания в нем азота, из-за многолетнего
складирования угольных шламов на открытом воздухе и почве. Возможное от-
деление азота от коксового газа шлама снизит объемы, но повысит теплоту сго-
рания газа.
Имеющиеся горючие компоненты в газе коксования шламов обусловили
распределение теплоты сгорания газа в режиме температур 400-900
о
С, сходное
по характеру с графиками изменения метана, как наиболее значимого по газо-
содержанию и теплоте сгорания компонента [6] (рис. 3)
239
1 – усредненная проба; 2 – проба №2; 3 – проба №3; 4 – проба № 8
Рис. 3 – Изменение теплоты сгорания газа коксования из проб шлама при увеличении
температуры нагревания
Как видно из графиков (рис 3), теплота сгорания газа из отдельных проб
шлама при температуре 600
о
С достигает 18,8 МДж/м
3
, при температуре 800
о
С
– 23,1 МДж/м
3
, а при температуре коксования в 900
о
С среднее значение коксо-
вого газа из шламов составляет около 15 МДж/м
3
, что лишь на 10% ниже теп-
лоты сгорания коксового газа из углей высокого качества, но выше, чем у газов
газификации углей. Таким образом, впервые исследованиями по термоперера-
ботке отходов углеобогащения выявлена и подтверждена реальная перспектива
получения энергетических газов с достаточной для различных отраслей про-
мышленности теплотой сгорания из шламов.
На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:
- проведенный лабораторный эксперимент в режиме коксования с конечной
температурой нагрева по терморазложению угольных шламов показал реаль-
ную возможность получения энергетических газов;
- выявлены и проанализированы характеры изменения компонентов газа
коксования шламов: CО2, CO, H2 и N2 в режиме температур от 400 до 900
о
С;
- получены синусоидальные распределения содержаний метана и углеводо-
родов при нагреве шламов;
- выявлено увеличение окиси углерода по параболической зависимости от
600 до 900
о
С и увеличение выхода водорода от 20 до 42% в режиме нагрева от
400 до 900
о
С;
- рассчитанная в зависимости от основных компонентов теплота сгорания
газа коксования шламов (14-15,5 МДж/м
3
) свидетельствует о возможности
применять данный газ в энергетических и промышленных целях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Химическая технология твѐрдых горючих ископаемых: учеб. пособие / под ред. Г. Н. Макарова, Г. Д.
Харламповича. – М.: Химия, 1986. – 496 с.
2. Глущенко, И М. Теоретические основы технологии твѐрдых горючих ископаемых / И. М. Глущенко. –
К.: Вища школа, 1980. – 256 с.
240
3. Разработать исходные данные на проектирование энерготехнологического комплекса утилизации шла-
мов и некондиционных углей: Отчет о НИР (заключительный) ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины; Руко-
водитель А.Ф. Булат. – Днепропетровск, 2010. – 255 с. – № 0107U002003; Инв. № 6959
4. Влияние условий нагрева низкосортных углей и отходов углеобогащения на продукты термодеструкции
/ В. Л. Приходченко, Е. А. Слащева, В. Я. Осенний, Н. В. Коваль, Э. С. Клюев // Геотехническая механика:
Межвед. сб. науч. трудов / Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропет-
ровск, 2010. – Вып. 89. – С. 63-72.
5. Реми, Г. Курс неорганической химии / Г. Реми. – М.: Мир, 1972. – Т.1. – 824 с.
6. Исследование процессов коксования отходов углеобогащения / В. Л. Приходченко, Е. А. Слащева, Н. В.
Коваль // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Институт геотехнической механики им. Н.С.
Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2010. – Вып. 92. – С. 103-110.
УДК 622.673.1
Канд. техн. наук С.Р. Ильин
(ИГТМ НАН Украины)
АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАБОТ ПО
ДИНАМИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ И МОНИТОРИНГУ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ АРМИРОВКИ ШАХТНЫХ
СТВОЛОВ
У статті викладено матеріали, що описують розвиток технології динамічної діагностики
жорсткого армування шахтних стволів з використанням мобільних вимірювальних пристроїв
у Європі та в СНД. Наведено приклади використання аналогової та цифрової вимірювальної
апаратури, та результати досліджень динаміки систем «посудина-армування» з використан-
ням «вимірювально-розрахункової» технології у промислових умовах рудників України.
Вказано на перспективи поєднання методів лазерного сканування та динамічної діагностики
армування щодо підвищення експлуатаційної безпеки стволів у складних гірничо-
геологічних умовах.
ANALYSIS OF DEVELOPMENT RESULTS AND OUTLOOK THE
DYNAMIC DIAGNOSIS AND MONITORING OPERATIONAL STATUS OF
REINFORCEMENT SHAFTS
The article describes materials that describe the development of technology of diagnosing dy-
namic rigid reinforcement shafts using mobile measuring devices in Europe and the CIS. Examples
of the use of analog and digital instrumentation, and results of studies of the dynamics of systems
"vessel-reinforcing" using "measurement and calculation" technology in industrial environments
mines in Ukraine. Specified on the prospects combination of dynamic diagnostics and laser scan-
ning reinforcement to improve operational safety barrels in difficult geological conditions.
Анализ развития работ по динамической диагностике армировки
Исторически работы по надзору за техническим состоянием систем «подъ-
емный сосуд - жесткая армировка» шахтных стволов (диагностике) начали раз-
виваться одновременно с появлением первых подъемных комплексов. Подъем-
ные сосуды и армировка являются оборудованием, работающим в тяжелых ди-
намических режимах в труднодоступных местах под землей в условиях высо-
кой агрессивности шахтной среды и являются объектами повышенной опасно-
сти. Деградация, износ и разрушение его некоторых элементов начинают раз-
виваться с первых же циклов эксплуатации и могут заканчиваться через очень
короткое время. Например, срок работы вкладышей рабочих или предохрани-
тельных башмаков скольжения скипов при интенсивной работе может длиться
|