Содержание к диссертации
Введение
1. Углеродные адсорбенты (состояние вопроса) 9
1.1 Адсорбция и углеродные адсорбенты (активные угли): сущность, свойства, показатели качества, область применения 11
1.2 Влияние исходного углеродсодержащего сырья на качество активных углей 18
1.3 Промышленные технологии получения активных углей 24
2. Физические основы воздействия электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые 36
2.1 Воздействие электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые 37
2.2 Изучение эффективности воздействия электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые в зависимости от степени поляризуемости их структуры 40
2.3 Механизм влияния электромагнитного микроволнового излучения на адсорбционную активность бурого угля по йоду 46
3. Получение активных углей с использованием электромагнитного микроволнового излучения ... 50
3.1 Исследование воздействия электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые 50
3.2 Объект и методика исследования 58
3.3 Результаты экспериментальных исследований по получению активных углей, с использованием электромагнитного микроволнового излучения 59
3.4 Исследование влияния влажности исходного сырья на выход активного угля 62
3.5 Исследование влияния внешней среды на свойства активных углей 65
3.6 Исследование воздействия электромагнитного микроволнового излучения на зольность активного угля 70
3.7 Исследование влияния зольности исходного сырья на качество активных углей, получаемых с использованием электромагнитного микроволнового излучения 71
3.8 Методика получения активного угля по традиционной технологии 73
3.9 Сравнительный анализ метода получения активного угля, с использованием электромагнитного микроволнового излучения и традиционной технологии 76
3.9.1 Сравнительный анализ степени преобразования исходного сырья в целевой продукт 76
3.9.2 Сравнительный анализ энергозатрат на получение единицы активного угля 77
4. Разработка гоинципиальной схемы технологического комплекса для получения активных углей с применением электромагнитного микроволнового излучения 80
4.1 Технологическая схема комплекса для получения активного угля с применением электромагнитного микроволнового излучения 80
4.2 Принцип работы технологического комплекса по получению активного угля с использованием электромагнитного микроволнового излучения 88
4.3 Рекомендуемое оборудование для технологического ком плекса по производству активного угля с использованием электромагнитного микроволнового излучения 89
4.3.1 Основное оборудование технологического комплекса 90
4.3.2 Вспомогательное оборудование технологического комплекса 94
4.4 Укрупненный экономический расчет производства активного угля, получаемого с использованием электромагнитного микро волнового излучения 97
Заключение 103
Список литературы 105
- Адсорбция и углеродные адсорбенты (активные угли): сущность, свойства, показатели качества, область применения
- Механизм влияния электромагнитного микроволнового излучения на адсорбционную активность бурого угля по йоду
- Исследование влияния зольности исходного сырья на качество активных углей, получаемых с использованием электромагнитного микроволнового излучения
- Принцип работы технологического комплекса по получению активного угля с использованием электромагнитного микроволнового излучения
Введение к работе
Актуальность работы. Значительная часть бюджета Российской Федерации формируется за счет освоения минерально-сырьевых ресурсов. В северовосточных регионах с неразвитой инфраструктурой, суровыми природно-климатическими условиями, широким распространением мерзлоты использование традиционных технологий добычи, обогащения и переработки полезных ископаемых может обеспечить конкурентоспособность только при разработке уникальных месторождений. К сожалению, основная масса разведанных в настоящее время месторождений к таковым не относится и, чтобы добиться их эффективного освоения, необходимо создание новой техники и технологий, которые позволят существенным образом уменьшить затраты на добычу, обогащение и переработку полезных ископаемых.
Поэтому разработка новых высокоэффективных методов переработки твердых горючих ископаемых в активные угли, которые обладают высокой добавленной стоимостью, задача весьма актуальная.
Традиционная технология получения активных углей - процесс двухста-дийный: карбонизация (получение карбонизата) и активация (обработка карбо-низата водяным паром). Оба процесса осуществляются при температуре 500-850С в изотермическом режиме, при этом используются традиционные способы нагрева сырья.
Однако, современный уровень развития науки, техники и технологии позволяет воздействовать на материал различными физическими полями, добиваясь его трансформации.
Одним из наиболее перспективных методов воздействия на твердые горючие ископаемые является применение электромагнитного микроволнового излучения. Данное излучение широко используется в различных отраслях промышленности: пищевой, медицинской, сельскохозяйственной, химической и т.д. Вместе с тем, в настоящее время имеется весьма ограниченное число работ, направленных на глубокую переработку топливно-энергетического сырья.
В настоящей работе показано, что воздействие электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые (торф, бурый и каменный угли) приводит к их трансформации. Разработан метод получения активного угля с использованием электромагнитного микроволнового излучения, установлены рациональные режимы воздействия излучения на бурый уголь, исследованы свойства полученных активных углей и предложена принципиальная
технологическая схема получения активных углей в промышленных масштабах.
Диссертация выполнена в соответствии с планами ИГДС СО РАН: проект 28.8.4 "Разработка термодинамической модели процесса углефикации и на ее основе - классификации углей, ресурсо- и энергосберегающих экологически безопасных технологий их переработки" (№ гос. регистрации 01200408611, 2005-2006 г.г.); проект 7.7.3.3 "Разработка концепции и основ конструирования эффективных геотехнологий освоения и сохранения недр криолитозоны, в том числе адаптированных к кластерной организации рудного вещества" (№ гос. регистрации 01.2.007.06516, 2008-2009 г.г.); проект VII.60.4.3 "Разработка новых технологических решений эффективного обогащения и глубокой переработки полезных ископаемых в условиях криолитозоны" (№ гос. регистрации 01201050750,2010 г.).
Цель работы - разработка метода получения активного угля на основе использования электромагнитного микроволнового излучения.
Основная идея работы заключается в использовании электромагнитного микроволнового излучения для нагрева твердых горючих ископаемых и их трансформации в активные угли.
Задачи исследований:
-
Установить возможность изменения структуры твердых топлив под воздействием электромагнитного микроволнового излучения.
-
Установить рациональные режимы воздействия электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые, позволяющие получать активный уголь.
-
Исследовать свойства полученных активных углей.
-
Разработать принципиальную технологическую схему, обеспечивающую производство активных углей в промышленных масштабах.
Научная новизна и практическая значимость работы заключаются в следующем:
-
Экспериментально установлено, что при воздействии электромагнитного микроволнового излучения на твердые горючие ископаемые происходит изменение их структуры и свойств.
-
Разработан метод получения активного угля при воздействии электромагнитного микроволнового излучения, обеспечивающий кратное снижение энергозатрат и времени получения активного угля.
3. Установлены технологические режимы переработки бурых углей в ак
тивные при воздействии электромагнитного микроволнового излучения.
4. Разработана технологическая схема получения активных углей в промышленных масштабах с использованием электромагнитного излучения.
Методы исследований: анализ и обобщение литературных данных; проведение экспериментальных исследований в лабораторных условиях; математическая и статистическая обработка результатов эксперимента и их анализ.
На защиту выносятся:
-
Методика расчета величины показателя поляризуемости твердых горючих ископаемых (торф, бурые угли, каменные угли, антрациты) для определения эффективной области применения электромагнитного микроволнового излучения при их переработке в активный уголь.
-
Метод получения активных углей на основе использования электромагнитного микроволнового излучения.
-
Технологические режимы переработки бурого угля в активный с использованием электромагнитного микроволнового излучения.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в диссертации, обеспечивается корректностью постановки задач, их решения с применением современных методов исследований и использованием методов матстатистики, достаточным объемом экспериментальных исследований, а также сходимостью расчетных параметров и полученных экспериментальных данных.
Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: Международной научно-практической конференции "Южная Якутия - новый этап индустриального развития" (г. Нерюнгри, 2007 г.); III Международной научной конференции "Проблемы комплексного освоения георесурсов" (г. Хабаровск, 2009 г.); Международном совещании "Инновационные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья (Плаксинские чтения - 2009)" (г. Новосибирск, 2009 г.); XI Международной научно-практической конференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности" (г. Кемерово, 2009 г.); на научных семинарах лаборатории комплексного использования углей и заседаниях ученого совета ИГДС СО РАН (2007-2010 г.г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в т.ч. четыре в научных изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 158 наименований. Общий объем работы включает 121 страницу машинописного текста, 13 рисунков и 19 таблиц.
Автор весьма признателен чл.-корр. РАН ІНовопашину М.Д.|, к.т.н. Ми-хееву В.А. за постоянное внимание к работе и поддержку на всех этапах подготовки диссертации, д.х.н., проф. Бычеву М.И. за творческие и организационные советы на первоначальном этапе исследований, своим коллегам д.т.н. Ткачу СМ., к.т.н. Саломатовой СИ., к.т.н. Попову В.И., к.т.н. Москаленко Т.В. и другим сотрудникам ИГДС СО РАН за помощь при проведении исследований.
Адсорбция и углеродные адсорбенты (активные угли): сущность, свойства, показатели качества, область применения
Основные теоретические положения процесса адсорбции и механизмов ее проявления, а также практические результаты синтеза углеродных адсорбентов, обладающих определенными физико-химическими, адсорбционными и механическими свойствами сформулированы и получены благодаря выдающимся работам таких ученых как М.М. Дубинина [10], Н.В. Кельцева [11], В.В. Гурьянова [12], В.Ф. Олонцева [8] и др.
Сорбцией называется процесс поглощения каким-либо веществом других веществ. Если процесс сорбции идет только на поверхности, то его называют адсорбцией, которая представляет собой изменение (обычно - повышение) концентрации вещества в пограничном слое на границе раздела фаз. По агрегатному состоянию фаз границы контакта делят на следующие группы: твердое тело-твердое тело, твердое тело-жидкость, твердое тело-газ, жидкость-жидкость, жидкость-газ.
Адсорбция является самопроизвольным экзотермическим процессом. Вещество, на поверхности которого идет адсорбция называется адсорбентом, а вещество, частицы которого поглощаются (газ, жидкость или растворенный компонент) - адсорбатом [13]. Процесс адсорбции возникает вследствие не-скомпенсированности межмолекулярных сил вблизи поверхности адсорбента, т.е. наличия адсорбционного силового поля. Нескомпенсированность выражается в избытке свободной энергии в поверхностном слое, отнесенном к единице поверхности поглощающего тела и называемом поверхностным .натяжением. Оно представляет собой максимальную полезную работу, затра-чиваемую на образование единицы поверхности (1м), т.е. фактически представляет собой изобарно-изотермический потенциал поверхности. За счет такой избыточной энергии и происходит притяжение поверхностью адсорбента молекул газа и растворенных веществ [13-15].
Для количественной оценки способности активированных углей поглощать газообразные и жидкие вещества применяют разные методы и показатели статической или динамической активности по бензолу, равновесной активности по метиленовому голубому или по йоду и др. В качестве обобщенного показателя сорбционной активности активного угля предложен показатель адсорбционной активности по йоду [16].
Исходя из причины процесса, ключевую роль для адсорбции играет поверхность активного угля, ее физико-химические свойства. В зависимости от этих свойств наблюдаются различные виды физического и химического связывания между адсорбентом и адсорбатом [17]. По типу сил, которые обуславливают адсорбцию, все адсорбционные явления можно разделить на две основные группы: физическую адсорбцию и адсорбцию, основанную на силах химического взаимодействия [17].
В случае физической адсорбции взаимодействие между поверхностью и адсорбированной молекулой обусловлено межмолекулярным взаимодействием, которое не приводит к разрыву или образованию новых химических связей. Эти взаимодействия носят название ван-дер-ваальсовых. К особенностям межмолекулярных взаимодействий в адсорбции, отличающих их от взаимодействий между молекулами в газах, относится весьма тесное сближение молекул адсорбата с атомами, ионами или функциональными группами, образующими поверхность адсорбента, а при относительно больших величинах адсорбции даже и между собой.
В случае химической адсорбции молекулы удерживаются на поверхности в результате образования.химической1, обычно ковалентной связи..Количество энергии, выделяющееся при химической адсорбции, как правило, больше, чем при физической адсорбции, и часто равно энергии химической связи [18]. Адсорбентами (твердыми адсорбентами), согласно [17] называется обширный класс твердых пористых материалов, различного происхождения (органического, органоминерального и минерального). Наиболее важными из них являются — активные угли, цеолиты, силикагель и иониты.
Одними из самых перспективных, с точки зрения использования в мероприятиях по охране окружающей среды, среди твердых адсорбентов, являются адсорбенты органического происхождения, представленные углерод-содержащими материалами, получаемыми на основе природного или полимерного сырья, характеризующиеся разветвленной высокопористой структурой (удельная поверхность 500-2000 м2/г) и поглотительной способностью по широкому спектру веществ, извлекаемых из газовых и жидких сред [1, 17]. К данному классу адсорбентов принадлежат активные угли.
АУ эффективно работают по удалению веществ, присутствующих в воде в небольших концентрациях, биологически не разрушаемых соединений и извлечению ценных компонентов. Обладают высокой степенью очистки, не требуют энергетических затрат при осуществлении адсорбционных процессов и громоздкого оборудования. Сырье для их производства весьма разнообразно и доступно, себестоимость невысока, они регенирируемы, и в процессе очистки характеризуются низким удельным расходом. Кроме того, универсальны благодаря комплексу их физико-химических свойств (высокая емкость, стабильная поглотительная способность, минимальное каталитическое воздействие на очищаемые среды, достаточная прочность) что позволяет применять их практически в любом адсорбционном процессе [1, 4].
Активные угли классифицируются следующим образом [1]: По форме гранул: гранулированные (цилиндрическая); дробленые (зернистая неправильная); сферические (шарообразная); порошковые (пылевидная, с размером частиц 100 мкм). Гранулированные, дробленые и сферические активные угли имеют общее название - зерненные.
Механизм влияния электромагнитного микроволнового излучения на адсорбционную активность бурого угля по йоду
Анализируя многочисленные отечественные и зарубежные публикации можно констатировать, что воздействие электромагнитного микроволнового излучения на свойства углеродсодержащих объектов многогранно и в то же время гипотезы, которые могли бы объяснить их изменение, до конца не ясны и подчас носят противоречивый характер.
Для объяснения возможного механизма влияния электромагнитного микроволнового излучения на адсорбционные свойства твердых топлив детально рассмотрим явления, происходящие в их органической массе, на примере бурого угля.
Как было отмечено ранее (п.2.1.), основной причиной поглощения электромагнитного микроволнового излучения органической массой твердых топлив является их полярность.
Полярность каждой молекулы непосредственно связана с ее электрическим дипольным моментом, следовательно, чем он выше, тем эффективнее молекула поглощает излучение. Наибольшим дипольным моментом в органической массе твердых горючих ископаемых обладают кислородсодержащие функциональные группы (-ОН, -СООН). Исходя из этого можно предположить, что именно они, в структуре твердых топ л ив ряда углефикации: торф - бурые угли - каменные угли - антрациты наиболее эффективно поглощают электромагнитное микроволновое излучение.
Как было сказано выше, поглощение энергии электромагнитного поля неизбежно приводит к нагреву. Следовательно, в результате воздействия излучения кислородсодержащие функциональные группы подвергнутся термолизу. Результатом этого, с большой долей вероятности станет их деструкция и образование новых элементов структуры твердых горючих ископаемых -парамагнитных центров, концентрация которых отражает меру дефектности органической массы. Экспериментально данное положение подтверждено в работе [111], автор которой утверждает, что рост показателя парамагнитных центров происходит при температуре нагрева угля от 200С. Согласно [129] показатель концентрации парамагнитных центров непосредственно связан с показателем адсорбционной активности по йоду.
В отношении воздействия излучения на влагу, присутствующую в структуре твердых горючих ископаемых, можно предположить следующее. В связи с тем, что вода эффективно поглощает электромагнитное микроволновое излучение, она нагревается и начинает интенсивно испаряться. Так как внутри твердых топлив вода находится в замкнутом пространстве, то с началом ее кипения создается избыточное давление, что ведет к повышению температуры кипения.
Основным отличием диффузии паровоздушной смеси при нагреве веществ посредством излучения является-то, что условия, лимитирующие ее скорость, а именно градиенты температуры, давления и концентрации направлены в одну сторону. Благодаря этому происходит ускорение диффузии паровоздушной смеси из внутренних слоев структуры твердых горючих ископаемых к периферийным. Если при дальнейшем воздействии электромагнитного микроволнового излучения избыточное давление паровоздушной смеси превысит предел прочности материала на растяжение, в нем происходит механическая деструкция. Данное явление, согласно [130] носит название эффекта "паровзрыв-ного" разрушения.
В отношении твердых горючих ископаемых необходимо отметить, что они имеют различный характер газовой проницаемости своей структуры.
Особенности структуры твердых топлив обусловлены биогеохимическими процессами их образования. В основу процесса преобразования исходного растительного сырья в твердые горючие ископаемые положен принцип их трансформации посредством двух факторов - температуры и давления.
Общеизвестно, что чем выше по шкале углефикации находится твердое топливо, тем большие температуры и давления участвовали в его формировании из исходного растительного сырья. Следовательно, и его структура становилась все более плотной и жесткой. Поэтому угли низкой стадии углефикации имеют коллоидную структуру, а угли более высокой стадии — кристаллическую.
Исходя из этого, характер проницаемости структуры твердых горючих ископаемых в ряду: торф - бурые угли - каменные угли - антрациты паровоздушной смесью, а, следовательно, и влияние избыточного давления будут принципиально различаться. Благодаря менее жесткому органно-минеральному скелету влияние давления паровоздушной смеси на внутреннюю структуру углей низкой стадии, углефикации будет проявляться в большей степени, чем на структуру углей высокой стадии углефикации.
Общепринято, что бурый уголь является твердым топливом низкой стадии углефикации. В отношении его, теоретическое положение о "паровоздушном" эффекте разрушения структуры подтверждается работой [131], авторы которой утверждают, что в результате воздействия электромагнитного микроволнового излучения в угле развивается давление порядка 0,28 МПа. Давления такой величины вполне достаточно для механического разрушения структуры бурого угля, что подтверждено результатами работы [132]. Следовательно, в результате механического воздействия воды можно предположить, что происходит увеличение удельной поверхности угля и изменение его пористой структуры. Таким образом, анализируя рассмотренные явления, возникающие в структуре твердых горючих ископаемых, в результате воздействия электромагнитного микроволнового излучения, механизм изменения адсорбционных свойств бурого угля можно представить следующим образом: 1) в низкотемпературной области (от 200С), совпадающей с началом термического разложения бурого угля, происходит значительное повышение показателя концентрации парамагнитных центров; 2) вследствие поглощения электромагнитного микроволнового излучения влагой, находящейся в твердом топливе, происходит ее нагрев и интенсивное испарение, в результате чего создается избыточное давление, что обуславливает повышение температуры ее кипения. Если при дальнейшем воздействии электромагнитного микроволнового излучения на образец бурого угля избыточное давление превышает предел прочности материала на растяжение, в нем происходит механическая деструкция, в результате чего бурый уголь эффективно разрушается и происходит значительное увеличение его удельной поверхности.
Исследование влияния зольности исходного сырья на качество активных углей, получаемых с использованием электромагнитного микроволнового излучения
Рассмотрим более подробно ключевой элемент технологического комплекса получения активного угля, с использованием микроволнового излучения — электромагнитную микроволновую установку. В процессе своей эксплуатации она должна обеспечивать: 1) безопасность при обслуживании, т.е. сведение фоновых микроволновых излучений, к уровню, регламентированному санитарными нормами; 2) поточный режим работы; 3) стабильность качества получаемого целевого продукта, т.е. формирование интегрально- и локально-равномерного температурного поля в обрабатываемом сырье на потоке; 4) максимально продолжительный срок эксплуатации основного силового узла микроволновой установки - магнетрона и волновода; 5) производительность по целевому продукту не менее 800 т в год. Учитывая вышеприведенные требованиям характеристики модельной установки, использованной для проведения экспериментальных, лабораторных исследований, при переходе на промышленный уровень должны быть скорректированы. Это обусловлено тем, что модельная установка представляет собой закрытую металлическую резонансную камеру, работающую в режиме "стоячей волны". Данное обстоятельство обуславливает возникновение следующих отрицательных эффектов, при непосредственном переносе технологии на промышленный уровень [146]: 1) фоновые электромагнитные микроволновые излучения в резонансных камерах, тем выше, чем больше мощность излучения установки. Вследствие этого возникает проблема соблюдения санитарных норм при работе с СВЧ-устройствами, при попытке увеличения производительности установки; 2) использование режима "стоячей волны", при котором электромагнитные волны в одних точках камеры взаимно усиливаются, а в других ослабляются, может привести к проблемам обработки сырья на потоке, вследствие формирования неравномерного температурного поля в обрабатываемой среде. Это может негативно сказаться на стабильности качества выпускаемого целевого продукта; 3) присутствие "стоячих волн" в питающем волноводе создает предпосылки самоперегрева микроволнового генератора, который весьма чувствителен к уровню своей загрузки и уровню коэффициента "стоячей волны" в питающем волноводе. Следует отметить, что чем выше уровень коэффициента, тем меньше уровень выходной мощности, тем более вероятен выход магнетрона из строя вследствие самоперегрева. Это в свою очередь увеличивает эксплуатационные затраты энергии на обработку сырья на потоке и приобретение самих магнетронов. Наиболее оптимальным техническим решением для преодоления указанных трудностей является применение конструкции нерезонансной микроволновой установки, разработанной в Одесском национальном-университете им. И1И. Мечникова. Нерезонансная" микроволновая установка по сравнению с традиционной резонансной, по утверждению автора разработки, демонстрирует следующие положительные технологические эффекты [146]: 1. Увеличивается энергоэффективность удельных затрат, идущих на нагрев единицы обрабатываемого сырья, за счет уменьшения несогласованности к.п.д. камеры, вследствие ее недогрузки от собственного значения в 1,7 раза. 2. Благодаря отсутствию в камере "стоячих волн" показатель локальной и интегральной равномерности прогрева обрабатываемого сырья на потоке повышается в 1,8 раза. 3. Обеспечивается возможность обработки сырья в поточном режиме. 4. Благодаря введению в конструкцию электромагнитной микроволновой установки балластных преобразователей отраженной электромагнитной энергии в тепловую и радиозащитных уплотнений, мощность фоновых излучений за пределами камеры ослабляется в 10 раз. Таким образом, модернизированная установка позволяет наращивать мощность силовых узлов, а, следовательно, и изменять производительность установки в широком диапазоне, при этом вредное влияние на обслуживающий персонал минимизируется. Это обстоятельство положительно влияет на показатель рентабельности производства. 5. В модернизированной установке используется режим "бегущей волны", чем обеспечивается гарантия магнетрона от перегрева и выхода из строя. Кроме того, исчезает необходимость в постоянном мониторинге номинального уровня загрузки камеры. 6. Обеспечивается высокий к.п.д. использования электромагнитной энергии микроволнового диапазона вне зависимости от вида и однородности обрабатываемого сырья, степени загрузки камеры, ритмичности загрузки. Это создает, во-первых, благоприятную предпосылку для интенсификации процесса обработки сырья на потоке, а, во-вторых, сохранению требуемого качества «выпускаемого целевого продукта, при смягчении требований к контролю и автоматизации процесса. 7. Обеспечивается низкий показатель энергопотребления на единицу готового продукта, за счет согласования линейный размеров продукции обрабатываемой на потоке с электромагнитным излучением. Это позволяет концентрировать большие мощности в малом объеме продукта и весьма значительно уменьшает поверхностные токи, возникающие в результате отражения микроволн. Суммируя вышесказанное, принимаем принципиальную схему электромагнитной микроволновой установки, на основе технического предложения [146], с корректировкой на вид обрабатываемого сырья. Предлагаемая микроволновая установка состоит из пяти основных элементов: - узел ввода сырья; - блоки генерации излучения; - рабочая камера с конвейером; - узел выгрузки готового целевого продукта; - устройства регистрации температуры и удаления парогазовой смеси. Узел ввода сырья включает в себя (рисунок 4.1) входной шлюз 6, загру зочное устройство 7 и формирующую головку 8, позволяющую изменять вы соту слоя подаваемого сырья в зависимости от его электрофизических свойств. Максимальная высота слоя, подаваемого через формирующую го ловку 8 на конвейер 10, которая обеспечивает равномерное распределение температурного поля в угле равняется 120 мм. Нами рекомендуется принять высоту обрабатываемого слоя угля, с запасом, на случай аварийных ситуаций в работе оборудования - 100 мм. Блоки генерации. Установка оснащена двумя блоками генерации электромагнитного микроволнового излучения, каждый из которых включает в себя магнетрон 11 мощностью 25 кВт и волновод 12. Блоки генерации излучения расположены над и под« транспортером. Для защиты от попадания-влаги блоки закрыты мембранами 13, которые являются проницаемыми для электромагнитного микроволнового излучения и непроницаемыми для водяных паров.
Принцип работы технологического комплекса по получению активного угля с использованием электромагнитного микроволнового излучения
В основу предлагаемого производства положена следующая технологическая последовательность производства: углеподготовка - обработка угля электромагнитным микроволновым излучением — упаковка активного угля — удаление и последующая конденсация газообразных продуктов.
Расчет себестоимости производства активного угля включает в себя: затраты материального (сырье и электроэнергия) и нематериального характера (заработная плата и амортизационный отчисления). 1. Сырье (бурый угль марки 2Б Кангаласского месторождения). Исходя из приведенных выше расчетов производительность электромагнитной микроволновой установки по активному углю составляет 418,18 кг/ч. Для этого требуется 544 кг/ч бурого угля. Следовательно, для производства 837,7 т/год активного угля необходимо 1088 т сырья. На 1 января 2007 г. отпускная цена 1 т бурого угля в ОАО "Кангаласский разрез" составляла 678,5 руб/т. Учитывая инфляцию, на 2010 г. установим затраты на приобретение 1 т сырья в размере — 900 руб/т. Таким образом, финансовые затраты на приобретение необходимого количества сырья составят: 99 3. Фонд заработной платы. Для обеспечения функционирования комплекса, в штатное расписание включены следующие должности: начальник участка, рабочие и лаборант. Минимальный размер заработной платы персонала технологического комплекса по производству активного угля, с использованием электромагнитного микроволнового излучения рассчитан исходя из величины средней заработной платы (24500 руб.) в РС(Я) в 2009 г. Объем годового фонда заработной платы приведен в таблице 4.9. 4. Капитальные затраты, могут быть определены как любые затраты, понесенные при создании, приобретении, расширении или усовершенствова нии актива, предназначенного для использования на предприятии. Капиталь ные затраты необходимые для создания технологического комплекса по вы пуску активного угля приведены в таблице 4.10. Исходя из данных приведенных в таблице 4.10, капитальные затраты на создание технологического комплекса по производству активного угля, с использованием электромагнитного микроволнового излучения составляют 2599193 руб. Учитывая стоимость доставки оборудования капитальные-затраты увеличиваются на 30 % и в итоге составляют 3378951 руб. 5. Амортизационные отчисления. Амортизация — финансовые затраты обусловленные износом оборудования и инструмента в процессе их применения. Согласно [158] годовую сумму амортизационных отчислений (линейным способом) можно определить следующим образом. Первоначальная стоимость группы объектов, входящих в состав технологического комплекса по производству активного угля, с использованием электромагнитного микроволнового излучения составляет 3378951 руб. Для данной группы объектов определен срок полезного использования 10 лет. Подставляя имеющиеся данные, получаем, что амортизационные отчисления за год составят 337895 руб. Итоговая себестоимость производства 1 кг активного угля и полный срок окупаемости комплекса приведены в таблицах 4.11 и 4.12. Таким образом, обобщая результаты, полученные в данной главе диссертационной работы можно заключить следующее: Предложена принципиальная схема и цикл работы технологического комплекса по производству активного угля, с использованием электромагнитного микроволнового излучения. Примечание. Рыночная цена 1 кг активного угля марки ДАК составляет 34 руб. В целях повышения конкурентоспособности отпускная цена активного угля, получаемого с использования электромагнитного микроволнового излучения снижена почти на 30 % по сравнению с рыночной. Показаны преимущества использования электромагнитной установки по сравнению с оборудованием, используемым в традиционной технологии получения активных углей. Даны рекомендации по выбору оборудования, обеспечивающего полноценную работу комплекса по производству активного угля, с использованием электромагнитного микроволнового излучения. Рассчитаны технико-экономические показатели производства активного угля: производительность 838 т/год, себестоимость 1 кг продукта 7,8 рублей, срок окупаемости технологического комплекса 4,8 месяца. Полученные расчетные.технико-экономические показатели дают .основание утверждать, что производство активного угля на основе использования v электромагнитного микроволнового излучения является экономически оправданным и рентабельным. В работе предложен метод получения активных углей с использованием электромагнитного микроволнового излучения, отличающийся тем, что, по сравнению с традиционными способами получения активных углей, он обеспечивает кратное уменьшение энергоемкости процесса, сокращение времени получения активного угля, повышение выхода готового продукта. Для бурых углей Кангаласского месторождения подобраны технологические режимы получения активного угля, по качеству соответствующего требованиям ГОСТ 6217-74 (для активного угля марки ДАК). Предложена принципиальная технологическая схема получения активных углей с использованием электромагнитного микроволнового излучения в промышленных масштабах. Основные результаты работы заключаются в следующем: 1. Разработан метод переработки бурых углей в активные путем воздействия электромагнитного микроволнового излучения, отличающийся тем, что обеспечивает сокращение энергоемкости процесса, времени получения активного угля, увеличение выхода готового продукта.
