Введение к работе
Актуальность темы. Приоритетным направлением развития науки, техники и технологий топливно-энергетического комплекса на 2001-2005 годы и до 2010 года, утвержденным коллегией Минтопэнерго РФ, является улучшение потребительских свойств угольной продукции на основе принципиально новых систем технологий и аппаратов глубокой переработки углей. Перспективным направлением является термическая переработка углей для получения полукокса и активированного угля. Обе эти технологии основаны на высокотемпературном превращении угля в твердые, жидкие (полукоксование) и газообразные продукты и сопровождаются интенсивным тепло- и массоперено-сом при гетерогенном и гомогенном реагировании.
Серьезным препятствием для применения традиционных технологий является их экологическая опасность и низкая энергоэффективность. У таких технологий три принципиальных недостатка:
побочные продукты пиролиза сложны для переработки и очень токсичны;
низкий КПД процесса;
с отработанным теплоносителем в атмосферу поступают вредные вещества - оксид углерода, пыль, канцерогены, смолистые вещества и т.п.
Поэтому актуальной является задача исследования процессов тепло- и массообмена в слое угля с учетом гетерогенного и гомогенного реагирования и разработка на этой основе новых технологий получения полукокса и адсорбента, что позволит снизить себестоимость продукции и обеспечить гибкость и экологическую безопасность производств.
Цель работы заключается в обосновании процессов тепло- и массобмена в слое угля, методов и способов их реализации для разработки автотермической технологии получения полукокса и активированного угля.
Для достижения поставленной цели намечены следующие задачи исследований:
провести анализ существующих промышленных производств и научно-технических разработок получения полукокса и активированного угля;
разработать математическую модель процессов тепло- и массообмена в слое угля;
выявить параметры, влияющие на теплофизические и физико-химические процессы, происходящие при неполной газификации углей;
провести экспериментальные исследования автотермической газификации угля в слое;
установить технологические параметры получения полукокса заданного качества и активированного угля с высокой адсорбционной активностью (выше 50% по йоду, ГОСТ 6217-74);
провести опытно-промышленные испытания и разработать технологию производства получения целевых продуктов в промышленном масштабе.
РОсГнАЦиОНАЛЬИАЯ{
БИБЛИОТЕКА 1
С,1Нп*«ЭТ>г п-А
3 ' * ІЩштгУРІоІ
Методы исследований основаны на положениях теплофизики и теоретической теплотехники, а также физической химии, экспериментально-теоретических данных, на которых базируется создание опытно-промышленного производства.
Научная новизна и положения, выносимые на защиту
-
Математическая модель, описывающая процессы тепло- и массопереноса в слое угля при гомогенном и гетерогенном реагировании, учитывающая нестационарный эффект смещения теплового фронта навстречу подаваемому воздуху — «тепловой волны».
-
Результаты экспериментальных исследований эффекта «тепловой волны» при различных параметрах процесса - влажности, фракционного состава и степени метаморфизма исходного угля, удельного расхода дутья.
-
Методы и способы регулирования процессов тепло- и массообмена в «тепловой волне», обеспечивающие технологические режимы получения полукокса и активированного угля.
-
Способ и устройство получения из угля полукокса, адсорбента и горючего газа, позволяющие производить одностадийную переработку угля без привлечения внешних теплоносителей (патенты 2014882 РФ, 2014883 РФ, приоритет по заявке 2003108264).
-
Результаты исследований потребительских свойств новых продуктов (активированного угля и полукоксов), полученных по новой технологии с использованием эффекта «тепловой волны».
Научная и практическая ценность работы.
Разработана математическая модель процессов тепло- и массообмена в слое угля. Обоснована и разработана автотермическая технология получения полукокса и активированного угля.
Результаты работы использованы на предприятиях ЗАО «Карбоника-Ф», РАО «Норильский никель», РАО «ЕЭС России» и др.
Достоверность научных положений подтверждается сходимостью результатов расчетов и экспериментальных данных, полученных с использованием современного исследовательского оборудования, опытно-промышленными и промышленными испытаниями, воспроизводимостью и повторяемостью всех проведенных экспериментов и внедрением результатов исследований в производство.
Апробация работы
Основные материалы диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзном симпозиуме «Проблемы газификации углей» (Красноярск 1991 г.); Международной научной конференции «Химия угля на рубеже тысячелетий» (Клязьма, 2000 г.); II Международной научно-практической конференции «Природно-ресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы ускорения научно-технического прогресса в отраслях горного производства» (Москва, 2002 г.); Международной выставке-ярмарке по добыче, обогащению и переработке угля «Экспо-Уголь 2002» (присуждено 3 диплома в разных номинациях); Международной
научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2002 г.); Международной конференции «Имидж Красноярского края. Будущее региона» (Красноярск, 2003 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (Красноярск, 2003 г.); Всесоюзной конференции "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов" (Красноярск, 2003 г.).
Публикации Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, в том числе 6 статьях, 5 докладах и 3 патентах на изобретения.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 171 странице, содержит 29 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 172 наименований и 5 приложений.
