Пути утилизации горючих отходов угольной промышленности
Использование отходов химических производств каптакса и диафена в качестве новых связующих для производства угольных брикетов, обоснование принципиальной возможности их использования в Кузбасском промышленном регионе для получения брикетного топлива.
Рубрика | Экология и охрана природы |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.04.2019 |
Размер файла | 28,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФБГОУ ВПО «КемГУ»
ФБГОУ ВПО «КемТИПП»
Пути утилизации горючих отходов угольной промышленности
Н.А. Кучер д-р физ.-мат.наук,
проф., заведующий кафедрой
Т.В. Шевченко д-р техн. наук,
профессор кафедры
Аннотация
брикетный топливо угольный каптакс
В качестве новых связующих для производства угольных брикетов представлены отходы химических производств каптакса и диафена «ФП». Доказана их принципиальная возможность использования в Кузбасском промышленном регионе для получения брикетного топлива.
Ключевые слова: БРИКЕТ, УГОЛЬ, СВЯЗУЮЩИЕ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, СМОЛИСТЫЕ ОТХОДЫ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Основная часть
Угли - наиболее распространенные виды горючих полезных ископаемых, выявленные на всех континентах земного шара. При их добыче и переработке возникают экологические проблемы, связанные с очисткой угледобывающих регионов, на территории которых скопились огромные объемы техногенных отходов. Они отравляют почву, воду, а при загорании - воздушный бассейн. В воздух попадают продукты горения топлива, среди которых бензпирен, являющийся канцерогеном. Это создает повышенную опасность отравления работников угольных предприятий и жителей прилегающих населенных пунктов [1].
Согласно существующим технологиям угледобывающей промышленности при добыче и обогащении угля образуется значительная масса мелких некондиционных фракций угля, угольно-минеральных шламов, вскрышных пород. Так, по официальным данным в России за 2007 г. при переработке энергетических углей образовалось 175 тыс. тонн шлама и 7516 тыс. тонн отсева, а при переработке коксующихся углей - 377 тыс. тонн шлама и 2023 тыс. тонн отсева. Научно определены и объективно доказаны нормы потерь при добыче и обогащении угля различных сопутствующих материалов (в пересчете на 1 т добытого угля): вскрышные породы (открытая добыча) - 4 т; вскрышные породы (шахтная добыча) - 0,3 т; шламы обогащения - 0,3 т [2]. Наблюдается безвозвратная потеря стратегических сырьевых ресурсов.
К экологически опасным областям России относится Кузбасский промышленный регион - главный источник высококачественного угля. Объективно доказано, что по запасам и качеству углей Кузбасс - один из крупнейших эксплуатируемых каменноугольных бассейнов мира, где на сравнительно небольшой территории сконцентрированы мощные угольные залежи с широкой гаммой углей, пригодных для коксования, получения жидкого топлива и сырья для химической промышленности.
Перед угольной промышленностью ставятся сложные задачи сокращения загрязнений окружающей среды угольными отходами с одновременной ликвидацией шламовых полей и освобождением огромных участков земли, пригодных для сельскохозяйственного использования. Решить эти задачи можно лишь одним способом - разработать эффективные технологии использования вторичных угольных ресурсов [3].
Одним из таких путей использования отходов является брикетирование угольных материалов с целью получения социально-бытового топлива для населения и промышленного топлива для малой энергетики. На европейском рынке в настоящее время брикет из угля (чаще всего бурого из-за отсутствия каменных углей) считается наиболее современной и цивилизованной формой угольного топлива для населения и промышленности. Известны основные преимущества использования каменноугольных брикетов:
- увеличенная теплоотдача, которая объясняется составом брикета, включающего мелкие частицы, проницаемые для воздуха при сгорании (брикет сгорает полностью); экономия топлива при этом составляет 30%;
- пониженное содержание влаги, обусловленное предварительной термообработкой брикетов, уменьшающее потери тепла на парообразование; экономия топлива за счет этого эффекта составляет 5%;
- оптимальные форма и размеры брикета обеспечивают высокую проницаемость для воздуха внутри насыпного слоя брикетов и снижают расход топлива на 5%;
- повышенная экологическая безопасность продукции, которая обеспечивается специальными добавками, связывающими при горении соединения серы и переводящими их в зольный остаток;
- повышенная культура потребления обеспечивается упаковкой брикетов в трехслойные бумажные мешки массой 25 кг, что позволяет экономить площадь подсобных помещений;
- отсутствие потерь при транспортировке и перевалке, гарантированный точный вес (потери угля при традиционной транспортировке и погрузке достигают 20 %);
- упрощенное обслуживание процесса горения в печи из-за отсутствия шлаковых отложений, т.к. при горении образуется легко разрушающийся пепел;
- увеличение времени горения до 10-12 ч (брикеты для каминов);
- сокращенный в 1,6 раза (по сравнению с углем) объемный расход брикетов, требуемый на отопление [4].
Идея брикетирования топлива или ряда других полезных ископаемых не является новой. В настоящее время в России создан ряд технологий брикетирования угля со связующими (каменные угли) и без связующих материалов (бурые угли). Практика показала, что наиболее перспективным и универсальным способом переработки неликвидных угольных отходов является брикетирование с использованием связующих материалов [5].
На наш взгляд, многие известные компоненты предлагаемых материалов (получаемых или добываемых связующих) находятся территориально далеко друг от друга и от угольных месторождений. Их ресурс невелик, а транспортировка нерентабельна. При этом себестоимость брикетов резко повышается. К таким связующим относятся отходы лесоперерабатывающей промышленности (лигносульфонаты) [6], отходы пищевой промышленности и сельского хозяйства (крахмал, мука пшеничная, декстрин) [7], различные по составу смолистые отходы химической промышленности, отходы нефтеперерабатывающей промышленности (нефтебитумы) [8] и др.
Поэтому в настоящее время необходимы поиски новых связующих, которые по своему местонахождению были бы максимально приближены к угольным предприятиям и могли бы использоваться в любое время года.
При подборе связующих необходимо учитывать их технологические свойства: легкость подготовки к использованию, наличие свойств ПАВ (для снижения энергии взаимодействия частиц угля и понижения давления брикетирования), высокая адгезия или клейкость к поверхности дисперсной фазы, технологичность изготовления (невысокое давление прессования, малый расход, низкая энергоемкость производства брикетов) и др.
В качестве связующих выбраны смолистые связующие - отходы производства каптакса. В настоящее время оно временно законсервировано в Кемеровском объединении «Азот» из-за отсутствия технических решений по переработке смолистых отходов. Поэтому в качестве способа утилизации этих отходов нами предлагается их использование в виде связующих при производстве топливных брикетов для промышленных котлов малой энергетики [9].
Заявленные отходы производства 2-меркаптобензтиазола (смола каптакса) образуются после очистки товарного каптакса и не имеют в настоящее время практического применения. Указанная смола представляет собой сложную смесь продуктов высокотемпературной конденсации ароматических аминов в присутствии серы, в состав которой входят: фенилизоцианат (его химическая брутто-формула - C6H5NCS), тиокарбанилид (сложное химическое соединение с формулой C6H5NH-C(S)-NHC6H5 ), анилидобензтиазол:
,
2-аминотиофенол:HN-C6H4-SH,
2,2-диаминодифенилдисульфид:Н2N-С6Н4-S2-С6Н4-NН2,
2,2-диаминомоносульфид:H2N-C6H4-S-C6H4-NH2,
2,2-димеркаптодифенилмочевина:HS-C6H4NHC(S)-HN-C6H4SH,
бензтиазол:
,
2-меркаптобензтиазол:
.
Смола каптакса обладает свойствами ПАВ - важными и необходимыми технологическими свойствами при брикетировании и высокой адгезией к твердой поверхности.
В данном способе получения топливных брикетов с заявленным связующим использовалась смесь угольного шлама и угольной мелочи (при соотношении 1:1) Кузнецкого угольного бассейна, представленная углями марки ГЖ со следующим характеристиками: гранулометрический состав (содержание частиц разного размера частицами и свойствами, дляравномерного нанесения связующих на поверхность угольных частиц): (0-1 мм) - 50%; (1-4 мм) - 40%; 4 мм - остальное; зольность - 20%; теплота сгорания - 5 000 ккал/кг; влажность - 10%.
Для изготовления брикетов угольная смесь, приготовленная из угольного шлама и угольного отсева (1:1) с остаточной влажностью 6%, предварительно нагревалась до температуры 50 и смешивалась с нагретой до 60-70 смолой каптакса при разном количестве связующего материала. Брикетирование проводилось на штемпельном прессе при удельном давлении 60 кг/см2. Результаты экспериментов по подбору необходимой дозы связующего и характеристики полученных с их применением брикетов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства топливных брикетов с отходами производства каптакса
Расход связующего, % |
Зольность, % |
Теплота сгорания, ккал/кг |
Механическая прочность, кг/см2 |
|
5 |
20,0 |
5400 |
80 |
|
6 |
20,0 |
5550 |
90 |
|
7 |
19,5 |
5550 |
120 |
|
8 |
19,2 |
5610 |
121 |
|
9 |
19,1 |
5620 |
123 |
Из таблицы 1 следует, что максимальная механическая прочность (оптимальный процесс адгезии) при высоком качестве брикетов наблюдается при расходе связующего 7-8 %.
Проведена проверка и второго связующего, содержащего смолу кубовых остатков процесса ректификации производства диафена «ФП», состоящую из дифениламида и смолистых продуктов его химической конденсации, удовлетворяющую требованиям ТУ [10]. Предложенное связующее позволяет формовать брикеты, обладающие необходимой прочностью, влагостойкостью, повышенной теплотворной способностью.
Найденный способ позволяет по упрощенной технологической схеме (без стадии дробления) путем прямого смешения угольного шлама и отсева получить из углеродного материала топливный брикет с высокими потребительскими свойствами, повысить экономическую эффективность работы предприятий топливно-энергетического комплекса при рациональном использовании ее угольных ресурсов, в том числе вторичных, и одновременно решить экологические проблемы химического производства - утилизировать кубовые остатки процесса ректификации производства диафена «ФП».
Технический результат - использование нетрадиционного горючего связующего для получения качественных топливных брикетов.
Для изготовления брикетов угольная смесь, приготовленная из угольного шлама и угольного отсева, предварительно нагревалась до температуры 50 и смешивалась с нагретыми до 60-70 кубовыми остатками производства диафена «ФП» при разном количестве связующего материала. Результаты экспериментов и характеристики брикетов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства топливных брикетов с отходами производства диафена «ФП»
Номер примера |
Расход связующего, % |
Зольность, % |
Теплота сгорания, ккал/кг |
Механическая прочность, кг/см2 |
|
1 |
5 |
22,0 |
5400 |
80 |
|
2 |
6 |
21,0 |
5550 |
90 |
|
3 |
7 |
20,5 |
5550 |
110 |
|
4 |
8 |
20,2 |
5610 |
115 |
|
5 |
9 |
20,1 |
5620 |
116 |
Из таблицы 2 следует, что максимальная механическая прочность (оптимальный процесс адгезии) при высоком качестве брикетов наблюдается при расходе связующего 8-9%.
Проведенные испытания по сжиганию полученных брикетов с использованием двух нетрадиционных связующих доказали их высокое качество при сжигании в котлах малой энергетики.
Библиографический список
1 Климов, С.Л. Энергосбережение и проблемы экологической безопасности в угольной промышленности России / С.Л.Климов, Д.Г. Закиров. М.: АГН, 2001. 270 с.
2 Грим, Р.Э. Брикетирование углей и углеродистых материалов / Р.Э. Грим.М.: Недра, ИОТТ. 210 с.
3 Крохин, В.Н. Брикетирование углей / В.Н. Крохин.М.: Недра, 1974. 350 с.
4 Менковский, М.А. Связующие вещества в процессах окусковывания горных пород / М. А. Менковский, Б. М. Равич, В.П. Окладников. М.: Недра, 1977. 256 с.
5 Елишевич, А.Т. Брикетирование угля со связующими / А.Т. Елишевич. М.: Недра, 1972. 160 с.
6 Мирный, А.Н. Концепция обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации / А.Н. Мирный, Л.С. Скворцов // Экология и промышленность России.1997.Январь.С.34-36.
7 Стахеев, А.П. Переработка угольных шламов обогатительных фабрик с получением брикетного и бездымного топлива / А.П.Стахеев, Я.В.Куколев, В.А. Блинов [и др.] // Уголь. 2006. №6. С.58-59.
8 Петрова, Л.А. Получение бытовых топливных брикетов с использованием нефтяных связующих / Л. А. Петрова, В. Г. Латышев, О.Н. Буренина // Нефтегазовое дело.2007. Март. С.29-32.
9 Шевченко, Т.В. Нетрадиционный связующий материал для угольных брикетов/ Т.В. Шевченко, Ш.А. Файрушин, Е.В. Ульрих //Экология и промышленность России.2013. Январь. С.32-33.
10 Пат. 2467059 Российская Федерация, МКП С10L 5/14, С10L 5/10. Смолистое связующее для получения угольных брикетов / Т.В. Шевченко, Ш.А. Файрушин, Е.В. Ульрих. №2011115476/04; заявл. 19.04.2011; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Типы бытовых отходов, проблема утилизации. Биологическая переработка промышленных отходов, отходов молочной промышленности. Отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Переработка отходов после очистки воды. Переработка ила, биодеградация отходов.
курсовая работа [78,1 K], добавлен 13.11.2010Классификация твердых отходов. Объемы образования отходов в промышленности. Возможности и пределы утилизации отходов. Утилизация промышленных токсичных отходов. Полигоны для захоронения отходов. Технологическая схема работы полигона.
курсовая работа [82,3 K], добавлен 08.05.2003Общая характеристика утилизации и вариантов использования отходов металлургического комплекса и химического производства в промышленности. Основные направления утилизации графитовой пыли. Оценка золошлаковых отходов как сырья для строительных материалов.
реферат [27,6 K], добавлен 27.05.2010Проблема опасных отходов производства стали. Использование металлургических агрегатов для переработки (утилизации) отходов производства стали. Подготовка отходов производства стали к переработке. Переработка отходов в процессах получения чугуна.
презентация [3,8 M], добавлен 19.01.2023Утилизация отходов топливно-энергетического комплекса. Химический состав золошлаковых отходов. Золошлаковые отходы как ценное вторичное минеральное сырье. Особенности утилизации отходов машиностроительного комплекса. Отходы гальванических производств.
реферат [17,2 K], добавлен 25.03.2010Разработка и внедрение принципов и технологий изготовления строительных материалов, изделий и конструкций на основе крупнотоннажных отходов промышленности. Пути повышения заинтересованности инвесторов и производителей в переработке техногенных отходов.
контрольная работа [467,9 K], добавлен 27.02.2016Особенности переработки и утилизации пищевых отходов, перспективы расширения данной сферы деятельности в будущем и ее значение в защите окружающей среды. Вторичное использование различных бытовых отходов: стеклотары, упаковки. Сливание отходов в водоемы.
реферат [24,1 K], добавлен 04.06.2014Оценка проблемы утилизации мусора в Казани. Анализ достоинств и недостатков существующих способов утилизации и переработки отходов. Способы утилизации твердых бытовых отходов в европейских странах и в России. Массовое сознание и пути решения проблемы.
контрольная работа [38,1 K], добавлен 21.11.2011Проблемы переработки отходов в качестве сырья для промышленности в условиях ухудшения экологической обстановки. Обеспечение возможной безвредности технологических процессов и проведение на производстве безопасной утилизации твердых бытовых отходов.
курсовая работа [36,6 K], добавлен 06.07.2015Проблемы утилизации отходов в России, пути их решения. Способы утилизации и переработки вторичного сырья. Переработка отходов за рубежом. Затраты на переработку отходов. Повышение экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта.
курсовая работа [222,9 K], добавлен 22.01.2015