Введение к работе
Актуальность темы. В современном мире ярко выражена тенденция к экологически чистому производству. Это связано с тем, что факт катастрофического и практического повсеместного загрязнения нашей среды обитания стал общепризнанным. Экологическое состояние окружающей среды ухудшается вследствие большого количества различного рода твердых, жидких и газообразных промышленных отходов, каждодневно выбрасываемых в окружающую среду без надлежащей их очистки и обезвреживания.
Основной источник загрязнения - это промышленные, хозяйственно-бытовые сбросы, содержащие нефтепродукты, масла, поверхностно активные вещества, фенолы, пестициды, гербициды, тяжелые металлы и целая гамма различной химической органики. Все эти вещества потенциально вредны для человека и живой природы. Одним из основных загрязнителей окружающей среды является энергетика, особенно тепловые электрические станции, работающие на угле. Вводимые все более жесткие ограничения на различные вредные выбросы требуют применения и разработки новых, более эффективных материалов и технологий, обеспечивающих экологическую безопасность работы ТЭС. Из всех известных способов очистки воды единственным способом, обеспечивающим ее глубокую очистку до любой степени чистоты и практически от всех видов загрязняющих веществ, является сорбционная очистка. Основой этого способа является применение сорбентов, главным образом углеродных сорбентов - активированных углей. Основным препятствием к широкому применению углеродных сорбентов в экологии и энергетике является их дороговизна и дефицит, обусловленные недостатками существующих технологий.
В качестве нового способа получения активированных углей по сравнению с существующими можно использовать низкотемпературную плазму, которая значительно повышает эффективность переработки и активацию углей за счет интенсификации процесса пиролиза угля из-за высокой концентрации активных радикалов, ионов, электронов, значительной температуре и большой удельной мощности.
Изложенное выше определяет актуальность проведения исследований и разработки плазменной технологии получения активированного угля, которая позволит получать активированные угли любой марки с низкими энергозатратами.
Целью работы является исследование процессов
активирования угля при воздействии низкотемпературной плазмы
и разработка технологии получения сорбентов на основе
модульного малогабаритного плазменного реактора
совмещенного типа в рамках комплексной переработки угля с выделением летучих компонентов.
Для достижения намеченной цели в работе поставлены следующие задачи:
На основе анализа традиционных методов выявить возможность получения активирования угля при воздействии низкотемпературной плазмы.
Исследовать процессы активирования угля, протекающие в модульном плазменном реакторе.
Провести исследование сорбционных свойств углей, обработанных низкотемпературной плазмой.
Провести исследование сорбционных свойств углей после дополнительного активирования в камере пиролиза и активации (по метиленовому голубому, бензолу, йоду, железу и маслоёмкости).
Выявить особенности воздействия низкотемпературной плазмы на процесс активирования и структуру активированного угля.
Провести расчеты процессов активирования угля и баланса мощности плазменного реактора.
Разработать комплексную плазменную технологию получения активированного угля для применения в различных отраслях.
Научная новизна работы
Проведены оригинальные исследования процессов комплексной переработки углей в модульном малогабаритном плазменном реакторе совмещенного типа с одновременным получением двух целевых компонентов (активированного угля и синтез газа).
Получены оптимальные соотношения реагентов и параметров низкотемпературной плазмы, влияющих на сорбционную способность активированного угля.
Получены новые данные по сорбционным свойствам местных углей, активированных в низкотемпературной плазме, по метиленовому голубому, бензолу, йоду, железу и маслоемкости.
Получены расчетные и экспериментальные данные по балансу энергии в плазменном реакторе.
Практическая ценность работы
1. Разработанные технология получения активированного угля и конструкции модульного плазменного реактора позволят значительно сократить время получения угольных сорбентов и снизить энергетические затраты по сравнению с традиционными технологиями пиролиза углей.
2.Модульный принцип пиролиза с плазменной ступенью дает возможность, в случае необходимости, увеличить производительность установки при низкой металлоемкости и энергозатратах.
3.Разработанная модульная установка может служить основой для создания промышленных установок по комплексной переработке угля в низкотемпературной плазме.
4. Исследования проводились в рамках комплексной
программы по созданию плазменных технологий переработки угля с целью получения синтез-газа, активированного угля и синтетического жидкого топлива. Тема включена в республиканскую целевую программу энергсбережения Республики Бурятия на 2006-2007 г.
5.Полученные результаты работы могут быть использованы для обучения студентов по специальности «Нетрадиционные технологии на ТЭС», в курсах «Плазменные технологии», «Плазмохимия», «Электротехнологии», и др.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
При быстром воздействии низкотемпературной плазмы на частицы угля создаются специфические условия для деструкции частиц, выделению летучих компонентов и образования микропор. Это положение подтверждают экспериментальные исследования процессов активирования угля в модульном плазменном реакторе.
Сорбционные свойства углей, обработанных низкотемпературной плазмой (по метиленовому голубому, бензолу, йоду, железу и маслоемкости), не уступают по результатам исследований сорбционным свойствам
активированного угля, полученного по традиционной пиролизной технологии.
Получение активированного угля в модульном плазменном реакторе позволяет разработать технологию и установки с низкими удельными энергозатратами и высокими сорбционными свойствами.
Оптимальные соотношения реагентов и режимов при пиролизе и газификации угля в модульном малогабаритном плазменном реакторе совмещенного типа, которые определяют качество активированного угля на сорбционную способность.
Достоверность полученных результатов определяется с помощью методов диагностики и химического анализа, обеспечивающих возможность получения результатов измерений с погрешностью не более 10%; статистической обработки результатов экспериментальных измерений. Расчеты состава активированного угля проводились с использованием современной и широко апробированной компьютерной программы «АСТРА-4», со сравнением расчетных и опытных данных.
Яичный вклад автора заключается в участии разработки конструкции и создании модульного плазменного реактора и камеры активации для изучения процессов переработки энергетических углей в среде низкотемпературной плазмы, непосредственном проведении экспериментов, расчетов и обработке результатов, формулировке выводов по работе.
Апробация работы. Основные результаты диссертации
докладывались и обсуждались на II и III Международной научно-
практической конференции «Энергосберегающие и
природоохранные технологии» (Улан-Удэ, 2003, 2005);
Всероссийской научно-технической конференции молодых
ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2004);
Всероссийской молодежной научно-технической конференции
«Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ 2004); Международной
научно-практической конференции «Глобальный научный
потенциал» (Тамбов, 2005); Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием «Повышение
эффективности производства и использования энергии в условиях
Сибири» (Иркутск, 2005); Міжнародної науково-практичноі
конференції «Динаміка наукових досліджень 2005»
(Дніпропетровськ, 2005); Итоговой международной научно-
практической конференции «Наука: теория и практика», (Белгород, Днепропетровск, 2005); I Международном форуме (VI Международной конференции молодых ученых и студентов) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2005); научной конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов ВСГТУ (Улан-Удэ, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006), научно-практической конференции преподавателей, научных работников и аспирантов БГУ (Улан-Удэ, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006).
Публикации: основные научные результаты работы изложены в 8 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения. Содержит 21 рисунков и 15 таблиц. Список цитируемой литературы включает 90 наименований.
