Введение к работе
Актуальность работы. В связи с необходимостью повышения аф фективности процессов сжигания и газификации углей и одновременно решением актуальных экологических вопросов, представляется особенно важным решение ряда задач по определению оптимальных параметров процессов, защите окружающей среды от глобального потепления, связанного с увеличением выбросов со2, а также выбросов оксидов серы и азота.
В настоящее время в СНГ и за рубежом проблема экологически чистой энергетики стоит в центре внимания исследователей. Однако создание технологии "чистого" угля может быть достигнуто только при комплексном изучении взаимосвязи структуры углей и параметров процессов их топливного использования. В связи с этим исследование процессов сжигания а газификации угля необходимо проводить с учетом следущих факторов: влаги и минеральной части угля; состава и количества дутья; различного типа добавок.
Целью работы являлось исследование взаимосвязи физико-химических характеристик углей со структурными параметрами; определение термодинамических функций через структурные параметры; изучение методами химической термодинамики влияния различных факторов на степень связывания оксидов углерода и серы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИГИ по темам "Исследование взаимосвязи химического строения и реакционной способности органической массы угля с цэльв создания фундаментальных основ его переработки" (Л гос. регистрации 01920019764); "Выполнить исследования по сокращению выбросов COg при сжигании углей и топлив, получаемых в процессах его переработки" (Я гос. регистрации 01920017011), а также в соответствии с координационным планом НИР АН РФ по проблеме 2.10 "Химия углей, торфа и горючих сланцев".
Научная новизна работы. Разработан новый вариант метода расчета температурной зависимости термодинамических функций (теплоемкости, энтропии, энтальпии и свободной анергии Гиббса) от структурных параметров органических молекул произвольной структуры. В отличие от других методов, предложенный вариант применим к сложным системам, когда отсутствует информация о конкретной химической структуре вещества (например, к органической массе угля). Получена эмпирическая формула для расчета энергий межмолекулярных взаимодействий в структуре углей по данным о молекулярной массе и отношению н/с для структурных единиц витринита. Определены вклады спекающих и отощавших петрографических компонентов в формирование
-.2 -
характеристик vdaf, н/с, о/с и термопластичных свойств углей в интервале показателя отражения витринита 0,6-1,45 ж установлены взаимосвязи между характеристиками структуры и термопластичными , свойствами спекающих и отощащих компонентов углей. С учетом структурных параметров углей методами химической термодинамики определена температурная зависимость равновесных составов продуктов горения' и газификации углей. Проведен комплексный анализ влияния влаги и минеральной части углей, различного типа добавок и изменения состава и количества дутья на степень уменьшения вредных выбросов в атмосферу с уходящими газами при топливном использовании углей. Оценена эффективность предлагаемых мер по защите окружающей среды.
Практическое значение работы. Подученные результаты методического характера могут-, быть использованы при исследованиях в области органической химии z углехимии. Результаты прикладного характера по сжиганию и газификации могут быть использованы как основа для разработки экологически чистых технологий при топливном использовании углей.
Основные положения, выносимые на защиту:
выбор и физическое обоснование структурных параметров, отражавших основные структурные особенности ОМУ, используемых для расчета средних значений физико-химических показателей органической массы угля;
разработка нового варианта метода расчета температурной зависимости термодинамических функций (теплоемкости, энтропии, энтальпии и свободной анергии Гиббса) от структурных параметров для органических молекул произвольной структуры, содержащих гетероатоми N, о и s, а также сложных молекул, выделяемых из ОМУ;
методы расчета энергии межмолекулярных взаимодействий и температуры кипения органических молекул с помощь» структурных параметров;
- установление взаимосвязи между характеристиками структуры и
термопластичными свойствами спекающих и отощавших компонентов уг
лей в зависимости от степени метаморфизма;
установление зависимости теплоты сгоравля углей от структурных и: параметров;
результаты термодинамического расчета равновесных составов продуктов газификации углей с учетом влияния температуры, давления, влаги, минеральных компонентов и составов дутья;
установление степени связывания минеральными компонентами окси-
дов углерода, сери при топливном использовании углей;
- оценка эффективности путей сокращения выбросов со2 в атмосферу
при топливном использовании углей.
Апробация работа. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на VI Всесоюзном совещании "Химия и технология твердого топлива" (Москва, сентябрь 1992 г.); Ученом совете ИГИ (октябрь 1992 г.); симпозиуме "Новые технологии утилизации угля" ООН ЕЭС, Хельсинки, Финляндия (май 1993 г.); международной конференции "Использование угля и проблема окружающей среды", Орландо, штат Флорида, США (май, 1993 г.); XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Республика Беларусь, Минск, май 1993 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Объем работы. Диссертация изложена на 4ЛУ страницах машинописного текста, вклвчая ЯФ рисунка, Я? таблиц, списка литературы из {Z9найменований,.-. .: ...
Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав и выводов. Во введении конкретизируются задачи исследования и кратко излагается содержание работы. Первая глава является литературным обзором современного состояния проблем топливного использования углей. Во второй главе описана методика расчета термодинамических функций ОМУ, показана взаимосвязь структурных параметров угля с энергией меямолехулярных взаимодействий, термопластичными свойствами, теплотой сгорания. В третьей и четвертой главах рассматриваются, соответственно, процессы газификации и скитания углей Канско-Ачинского месторождения, Подмосковного бассейна и вол-росы, связанные с экологическими проблемами.
