Оксидаційне знесірчування високометаморфізованого енергетичного вугілля

Abstract

Диссертация посвящена вопросам разработки теоретических основ технологии обессеривания высокосернистого высокометаморфизированного угля обработкой его паро-воздушной смесью. Обессеривание проводилось в реакторе идеального смешивания в режиме близком к изотермическому извлечением пиритной серы, которая в высокосернистых углях составляет основу общей серы. Изучено влияние условий проведения процесса (температуры и времени протекания, расхода, состава и скорости движения оксиданта, а также размеров частиц угля) на выход и качество основных продуктов процесса (содержание серы в угле, его зольность, влажность и выход летучих веществ; выход угля и смолы; содержание диоксида серы в газах обессеривания). Исследования проводились при 350 – 475 ºС, объемных скоростях расхода оксиданта 0,43 - 1,16 с-1, содержании водяного пара в оксиданте 4 - 70 % об. и времени проведения процесса 5 - 50 мин. Изучение влияния одного из параметров на процесс проводилось его изменением при фиксированных значениях остальных параметров. Показано, что при размере зерна менее 0,5 мм и скорости движения оксиданта 0,025 м/c и больше процесс обессеривания протекает во внутрикинетической области. Изучено взаимное влияние процессов обогащения и обессеривания и показано, что процесс обессеривания можно проводить как до, так и после обогащения. Изучено влияние органической части угля, температуры и состава оксиданта на химизм процесса окисления пирита. Показано, что степень метаморфизма углей практически не влияет на процесс обессеривания пирита. С использованием спектроскопии Месбауера показано, что при 425 ºС меняется химизм окисления пирита: реакция проходит через стадию его разложения на пирротит и серу с последующим их окислением до Fe2О3 и SО2. Показано, что водяной пар повышает реакционную способность пирита, причем наибольшее влияние на процесс добавление водного пара имеет при сравнительно низких температурах (350 – 400 °С). Исходя из результатов экспериментальных исследований предложена схема химизма процесса. На основе экспериментальных данных найдена математическая зависимость между основными параметрами процесса и функциями его отклика (содержание диоксида серы в газах, степень извлечения серы, выход угля). На основе математической модели и исходя из потребности достижения максимальных функций отклика, предложены оптимальные условия проведения процесса обессеривания угля марки П (количество общей серы 4,44 % масс.), которые при выходе угля 91,06 % масс. и содержанием серы в нем около 1,0 % масс. позволяют достичь максимального процента диоксида серы в газах – 4,92 % об. В оптимальных условиях составлен материальный баланс процесса. Предложена его принципиальная технологическая схема, которую можна внедрять в производство как первую стадию двухступенчатого сжигания угля на теплоэлектростанциях или как самостоятельную установку, и показана экономическая целесообразность ее использования. The theses deal with the development of technological bases of desulphurization of high-sulphuric, high-metamorphosed coal by steam-air mixture. It has been established that coal desulphurization may be carried out both before and after beneficiation. Coal sized prior to 0.5 mm and oxidant velocities over 0.025 m/s provide the process proceeding inside kinetic area. The effect of temperature, flow rate and time on the process has been determined within temperature ranges of 350–475 C, volumetric flow rate of 0.43–1.16 s-1 and process time of 5–50 minutes. Using developed mathematical model optimal conditions have been established. Under optimal conditions the coal with sulphur content of 1.0 mas % and desulphurization gases with sulphur dioxide content of 4.92 vol % have been obtained. Using Mesbauer spectroskopy it has been established that at 425–450 C pyrite decomposes into pyrotite and sulphur with following oxidation. Principal flow chart of the process has been proposed. Advisability of its usage in the power engineering has been shown. Дисертація присвячена розробленню теоретичних основ технології знесірчування високосірчистого високометаморфізованого вугілля внаслідок дії на нього паро-повітряної суміші. Встановлено, що знесірчування вугілля можна проводити як до, так і після збагачування. Розміри вугілля до 0,5 мм та швидкості руху оксиданту, більші від 0,025 м/c, забезпечують перебіг процесу у внутрішньокінетичній області. В межах температур 350-475 ºС, об’ємних швидкостей подачі оксиданту 0,43-1,16 с-1 і тривалостях процесу 5-50 хв. проведено вивчення впливу чинників та на його основі створено математичну модель процесу, спираючись на яку, знайдено оптимальні умови Це дозволило отримати вугілля із вмістом сірки біля 1,0 % мас. при вмісті діоксиду сірки в газах знесірчування 4,92 % об. З використанням спектроскопії Месбауера встановлено, що при 425-450 ºС спостерігається розклад піриту на піротит та сірку з подальшим їх окисненням. Запропоновано принципову технологічну схему процесу та показано доцільність її використання в енергетичній галузі.