авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка аппаратурнотехнологического процесса утилизации угольных шламов кузбасса

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЖБЫРЬ ЕЛЕНА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ КУЗБАССА

Специальность: 05.17.08 – Процессы и аппараты

химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Томск 2009

Работа выполнена в Государственном учреждении “Кузбасский государственный технический университет”.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Папин Андрей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сечин Александр Иванович

доктор технических наук, профессор

Немова Татьяна Николаевна

Ведущая организация ОАО «СибНИИ углеобогащение»

г. Прокопьевск

Защита диссертации состоится «10» марта 2009 г. в «14 00» ч., на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.08 при Томском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, корп. 2, ауд. 117.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан «16» января 2009 г.

Ученый секретарь по защите

докторских и кандидатских

диссертаций Д 212.269.08,

кандидат технических наук, доцент Петровская Т.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В будущем прогнозируется повышение роли угля в энергетике, что обусловлено его крупными запасами и истощением месторождений нефти и газа. Поскольку с ростом добычи, а также, вследствие ухудшения горно-геологических условий и широкой механизации производства, ухудшается качественная характеристика углей по зольности, гранулометрическому составу, влажности и сернистости, следовательно, практически весь добываемый уголь требуется подвергать обогащению. В связи с чем, значительно увеличивается количество шламовых вод и угольных шламов в гидроотвалах и шламонакопителях, приводящих к загрязнению окружающей среды, поэтому разработка аппаратурно-технологического процесса утилизации угольных шламов Кузбасса является весьма актуальной.

Данная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Кузбасского государственного технического университета и в рамках федеральной целевой программы «Повышение эффективности энергопотребления в Российской Федерации».

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью диссертационной работы является разработка аппаратурно-технологического процесса утилизации угольных шламов коксующихся марок угля для получения угольного концентрата и очищенных шламовых вод.

В соответствии с общей целью работы в диссертации решались следующие основные задачи:

- исследование основных физико-химических закономерностей процессов подготовки угольных шламов коксующихся марок угля для обогащения методом масляной агломерации;

- разработка технологии получения из угольных шламов концентратов для процесса коксования;

- разработка математической модели процесса обогащения угольных шламов методом масляной агломерации;

- разработка технологии очистки шламовой воды с целью возврата ее в технологический цикл обогащения и использования в системах теплоснабжения;

- разработка технологической схемы утилизации угольных шламов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе для решения поставленных задач изучены теоретические и экспериментальные работы отечественных и зарубежных исследователей в данной области; проведены натурные наблюдения и эксперименты; использованы физико-химические методы: потенциометрия; метод прямого титрования; гравиметрический метод; а также технический анализ углей, пластометрия, спекаемость по методу Рога, седиментационный анализ, математическое планирование экспериментов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

установлен механизм процесса масляной агломерации угольных шламов, который интенсифицируется за счет перемешивания пульпы с помощью гравитационных сил с образованием эмульсии, что объясняется равновесием поверхностных сил, действующих на границе раздела фаз (вода-масло-уголь);

достигнуто снижение содержания общей серы в угольных шламах ( с 0,5 до

0,25 мас.%), путем удаления пирита, входящего в состав минеральной части угля, за счет применения технологии масляной агломерации;

выполнено математическое моделирование процесса обогащения угольных шламов методом масляной агломерации, что позволило установить время образования углемасляного концентрата с учетом его диаметра с точностью до 96%.

впервые из угольных шламов угля марки К получен коксовый королек с соотношением ОУК =50 мас.%, Г =25 мас.% и Ж =25 мас.%, обладающий максимальной прочностью 50,1 Н/см2 при статических условиях.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ:

Разработан альтернативный способ обогащения угольных шламов методом масляной агломерации с использованием в качестве реагента отработанного машинного масла с эксгаустеров машинного зала коксохимических производств.

Получены и исследованы зависимости влияния на процесс обогащения угольных шламов, их зольности и крупности.

Предложена технология умягчения шламовых вод с целью последующего их использования в системах теплоснабжения.

Предложена технологическая схема процесса утилизации угольных шламов в сырье для коксования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

- разработанные и обоснованные технологические способы подготовки угольных шламов (сгущение и обогащение методом масляной агломерации), позволяющие получать угольные концентраты с низким содержанием зольности и сернистости, а также использование их в технологии коксования;

- разработанная математическая модель процесса обогащения угольных шламов методом масляной агломерации;

- использованное в качестве связующего реагента отработанного машинного масла для обогащения угольных шламов методом масляной агломерации;

- разработанная технология очистки шламовых вод от механических примесей и растворенных веществ с последующим возвращением очищенной воды в технологический цикл, а также разработанную технологию умягчения очищенных шламовых вод с целью последующего применения воды в системах теплоснабжения предприятий.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертации были доложены на конференциях:

- международных: «Химия – ХХI век: новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2006, 2008), «Энергия молодых – экономике России» (Томск, 2006), «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2007), «Кузбасский международный угольный форум – 2007» (Кемерово, 2007).

- межвузовских: 52-й научно-практической конференции КузГТУ (Кемерово, 2007); 53-й научно-практической конференции КузГТУ (Кемерово, 2008).

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы изложено в 11 научных публикациях, в том числе 3 работы опубликованы в журналах рубрикатора ВАКа. По результатам исследований получено: 2 акта об опытно-промышленных испытаниях, 1 акт о внедрении, оформлена заявка на патент.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения. Ее содержание изложено на 126 м.с. и включает в себя 22 таблицы, 28 рисунков и библиографию, состоящую из 144 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи, а также основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе систематизированы сведения по развитию и использованию технологий переработки угольных шламов в нашей стране и за рубежом. Приведен аналитический обзор научных работ, описывающих достигнутые и современные направления по данной тематике. Проведен анализ технологических схем переработки угольных шламов и основные способы их переработки, потребительские свойства и практическая значимость, получаемой продукции, область ее применения.

Вторая глава посвящена процессам подготовки к обогащению угольных шламов методом масляной агломерации, получению угольных концентратов и коксового королька из них. Для исследования процесса утилизации угольных шламов Кузнецкого бассейна объектами исследования экономически целесообразным было выбрать шламы средней зольности углей марок К (ЦОФ «Березовская») и Г (ОАО шахта «Заречная), так как известно, что увеличение зольности влечет за собой повышение затрат на ее удаление. Кроме того, в гидроотвалах и отстойниках сосредоточено большое количество тонкодисперсных угольных шламов этих марок, применение которых в качестве исходного сырья для коксования позволит получить высокий экономический и экологический эффекты.

В табл.1. приведена характеристика исходных угольных шламов.

Таблица 1

Технический анализ исходных угольных шламов

Наименование показателя Шлам угля марки К Шлам угля марки Г
Влага аналитическая, Wа, % Зольность, Аd, % Высшая теплота сгорания, Qsr, кДж/кг Выход летучих веществ, Vdaf, % 1,44 34,5 35500 27,85 1,35 38,0 34250 40,85

Сущность процессов переработки угольных шламов заключалась в их сгущении с последующим обогащением методом масляной агломерации (т.к. другие методы обогащения не приемлемы в виду низкой селективности этих процессов при обогащении из-за тонкодисперсного состояния угольных частиц). Сгущение угольных шламов производилось на экспериментальной установке гравитационного сгущения, представленной на рис. 1.

 Принципиальная схема установки-2

Рис. 1. Принципиальная схема установки сгущения

Изначально угольные шламы представляли собой водные суспензии с концентрацией твердой фазы приблизительно 100-150 г/л. Поэтому первоначальным этапом подготовки (перед обогащением) угольных шламов к использованию в технологии коксования являлось их сгущение. Полученная водно-угольная суспензия имела 5660 мас.% твердой фазы, т.е. с концентрацией около 600 г/л, и далее подвергалась обогащению по методу масляной агломерации.

Сгущенный угольный шлам направлялся на установку обогащения, по своей работе основанной на методе масляной агломерации, для получения глубоко обогащенных угольных концентратов (рис.2).

 Принципиальная схема установки-3

Рис. 2. Принципиальная схема установки обогащения

методом масляной агломерации

1 – пульт управления; 2 – емкость; 3 – мешалка;

4 – преградители для разрушения воронки ; 5 –двигатель

В результате выполненных исследований по обогащению было установлено, что оптимальным связующим реагентом из использованных в данной работе (отработанное машинное масло, поглотительное масло, газойль) является отработанное машинное масло с эксгаустеров коксохимических производств (табл.2.).

Расход связующего был определен потребностью для формирования агломерированного концентрата с минимально возможной зольностью и зависел от зольности исходного угольного шлама.

Таблица 2

Обогащение угольного шлама марки К и Г различными реагентами

Название реагента Аd, % Wa, % Vdaf, % Qsr, ккал/кг
Отработанное машинное масло 5,4-9,0 8,5-10,5 25-28 8150-8600
Поглотительное масло 8,0-10,0 16,8-17,5 35,0-39,0 7650-7850
Газойль 6,5-7,5 16,2-18,0 35,5-37,5 7900-8050

Обогащенные с помощью этого реагента угольные шламы имели наименьшую по сравнению с другими реагентами зольность (Аd), хороший выход концентрата (82-84 мас.%), более высокий выход летучих веществ (Vdaf) и теплоты сгорания (Qбt).

Полученные результаты показали высокую селективность процесса масляной агломерации и возможность получения низкозольного концентрата.

В табл.3. представлены данные экспериментов обогащения угольных шламов (углей марок К и Г).

Таблица 3

Данные экспериментов обогащения угольных шламов

Наименование продукта Ad, мас.% Выход продукта, мас.% Период опыта, мин
К Г К Г К Г
Концентрат 5,4 9,0 84 82 24 28

Для коксования зольность (Ad) исходного угля согласно технологическим регламентам не должна превышать 10 мас.%. Увеличение зольности приводит к получению некачественного кокса и отрицательно влияет на технологию коксования в целом.

Из данных приведенных в табл.3. видно: зольность полученных концентратов не превышает 10 мас.%, что говорит о приемлемости полученных угольных концентратов для технологии коксования и энергетики; высокий выход продукта и более низкая зольность концентратов обусловлены полнотой разделения органической и минеральной частей угольных шламов в процессе обогащения масляной агломерации.

Весьма важным было проследить зависимости распределения зольности по фракциям исходного угля и концентрата, перераспределения общей серы через зольность в исходных угольных шламах и концентратах, т.к. она является нежелательной примесью при переработке углей.

При обогащении угольных шламов марок К, Г и их крупности (-1,6 мм; -0,4 мм; -1,0 мм) при расходе связующего реагента (отработанного машинного масла) 15% от массы исходного угля в процессе масляной агломерации были получены низкозольные углемасляные концентраты с выходом 82-84 мас.%.

Зависимость зольности и сернистости исходных углей (марок К и Г) от среднего размера частиц по фракциям представлены в табл.4.

Таблица 4

Зависимость зольности и сернистости исходных

угольных шламов (марок К, Г) от среднего размера частиц по фракциям

Средний диаметр частиц по фракциям, мм Зольность (Аd), мас.% Содержание серы (Sобщ.), мас.%
К Г К Г
0,160 38,0 43,0 0,50 0,55
0,4 32,0 35,0 0,45 0,50
1,0 34,0 37,0 0,40 0,46

Зависимость зольности и сернистости концентрата от среднего размера частиц по фракциям представлены в табл.5.

Таблица 5

Зависимость зольности и сернистости концентрата от среднего размера частиц по фракциям

Средний диаметр частиц по фракциям, мм Зольность (Аd), мас.% Содержание серы (Sобщ.), мас.%
К Г К Г
0,160 7,0 10,0 0,3 0,35
0,4 5,4 9,0 0,25 0,3
1,0 6,5 9,5 0,22 0,25

Результаты анализа показали, что промежуточные фракции в угольных шламах обладают наименьшей зольностью и сернистостью. Указанная зависимость сохраняется и в концентратах после обогащения. Данная закономерность распределения минеральной части угля по фракциям обусловлена тем, что при измельчении раздробление угольных частиц происходит по наиболее слабым зонам, между органической и минеральной составляющими угля. Так как размер минеральных частиц очень мал, происходит отделение породных частиц от крупных и средних фракций, переходящих в тонкие.

Снижение зольности концентрата после обогащения исходного угля объясняется более глубоким разделением органической части угля от породной (благодаря разным их взаимодействием с маслом), вследствие чего, уменьшается содержание высокозольных частиц.

Снижение общего содержания серы объясняется тем, что сера, содержащаяся в угле, находится в виде пирита (FeS2), имеющего значительно более высокую плотность по сравнению с углем, вследствие чего, в процессе масляной агломерации угля происходит более полное отделение пиритной серы, уходящей в отходы.

Для выполнения основных исследований и возможности получения приемлемого концентрата для коксования из отходов обогащения углей коксующихся марок, был выбран угольный шлам марки К с ЦОФ «Березовская» (г. Березовский).

Требуемые качественные показатели шихты для коксования и полученного угольного концентрата отражены в табл.6.

Таблица 6

Качественные показатели шихты и угольного концентрата

Наименование Обозначение Требования к показателям шихты по технологическому регламенту Показатели обогащенного угольного концентрата угля марки К
Толщина пластического слоя, мм У не менее 14 14
Пластометрическая усадка, мм Х не менее 30 33
Выход летучих веществ, мас. % Vdaf 25-28 28,0
Зольность, мас. % Ad не более 9,2 5,4
Сера общая, мас.% Sобщ. не более 0,5 0,25
Влага в рабочем состоянии, мас.% Wtr 8-10 10,5
Содержание классов 0-3 мм (помол), мас.% не менее 74 98


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.