Знесірчування та застосування кам’яного вугілля з середнім ступенем метаморфізму

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробленню технологічних основ процесу оксидаційного знесірчування високосірчистого середньометаморфізованого вугілля. Доведено, що для здійснення процесу в киплячому шарі та запобігання спікання частинок сировини лінійна швидкість руху оксиданту (н.у., в розрахунку на порожнє січення реактора) повинна бути не меншою, від 0,04 0,05 м/с, крупність зерен вугілля – до 0,5 мм. Дотримання таких умов за температури близько 425 °С дозволяє забезпечити перебіг реакцій перетворення піритної сірки, що міститься у вугілля, в кінетичній області. Процес необхідно проводити при вмісті водяної пари в паро-повітряній суміші на рівні 30-50 % об., кратності витрати оксиданту – 2,4 7,21 м3/год на кг сировини та тривалості процесу – 20 60 хв. На основі результатів експериментів та створеної математичної моделі запропоновано принципову технологічну схему оксидаційного знесірчування середньометаморфізованого вугілля. Доведено, що знесірчене вугілля доцільно додавати у кількості 2-5 % мас. до базової шихти коксування з метою одержання спеціальних видів коксу та застосовувати як сировину для виробництва пиловугільного палива. Диссертационная работа посвящена разработке технологических основ процесса оксидационного обессеривания высокосернистого каменного угля со средней степенью метаморфизма и определению возможности применения обессеренного угля, как добавки к базовой шихте коксования в производстве специальных видов кокса и, как сырья для производства пылеугольного топлива. Доказано, что для осуществления процесса в реакторе с кипящим слоем и предотвращения спекания частиц сырья линейная скорость движения оксиданта (при нормальных условиях, в расчете на пустое сечения реактора) должна быть не менее, чем 0,04-0,05 м/с , а крупность частиц исходного угля не должна превышать 0,5 мм. Соблюдение таких условий при температуре около 425 °С позволяет обеспечить протекание реакций превращения пиритной серы, содержащейся в угле, в кинетической области. Оксидационное обессеривание среднеметаморфизированого угля необходимо осуществлять при содержании водяного пара в паро-воздушной смеси на уровне 30-50% об., кратности расхода оксиданта – 2,4-7,21 м3/ч на кг сырья и продолжительности процесса – 20-60 мин. Рассчитано эффективные энергии активации реакций окисления пиритной серы, содержащейся в каменном угле со средней степенью метаморфизма. Показано, что в разных температурных промежутках их значения сопоставимы со значениями энергий активации реакций превращения пиритной серы других типов каменного угля. Обобщено результаты экспериментальных исследований и на их основе разработана математическая модель процесса оксидационного обессеривания каменного угля со средней степенью метаморфизма. Выведено адекватные уравнения зависимостей основных функций отклика (степени превращения пиритной сери (Y1), содержания окиси серы (IV) в газах обессеривания (Y2) и степени уменьшения летучих веществ (Y3)) от температуры, времени процесса, содержания водяного пара в оксиданте, отношения объемного расхода оксиданта к массе угля и содержания пиритной серы в исходном угле. Составлено материальный и тепловой балансы процесса обессеривания каменного угля со средней степенью метаморфизма. Доказано, что добавление обессереного угля в количестве 2-5% мас. к базовой шихте коксования для производства специальных видов кокса будет увеличивать реакционную способность получаемых коксов, не изменяя при этом пластометрических характеристик исходного сырья. Показано, что процесс оксидационного обессеривания угля можно проводить с целью получения продукта, который будет отвечать требованиям к сырью для производства пылеугольного топлива. Предложена принципиальная технологическая схема оксидационного обессеривания угля средней ступени углефикации, которая может найти применение в качестве первой стадии сжигания угля на тепловых электростанциях, в коксовой промышленности для изготовления добавок к сырью коксования, а также в металлургии с целью получения пылеугольного топлива. The work deals with the technological basis development of high-sulphuric medium-metamorphized coal oxidative desulphurization. It has been established that the oxidant linear rate (under normal conditions, calculated for the reactor empty section) should be higher than 0.04-0.05 m/s and grains size – less than 0.5 mm in order to carry out the process in the fluidizing reactor and to prevent the particles baking. The upholding of mentioned conditions at the temperature above 425 C allows to ensure the proceeding of pyritic sulphur conversion in the kinetic area. The process should be carried out at water steam content of 30-50 vol % in the air-steam mixture, oxidant consumption of 2.4 7.21 m3/(hourkg) and process time of 20-60 min. The schematic flowsheet of the oxidative desulphurization process has been suggested on the basis of experimental results and developed mathematical model. It has been proved that it is advisable to add desulphurized coal in amount of 2-5 mass % to the coking basic charge with the aim of coke special types production and use as a raw material for powdered-coal fuel production.