МОРОЗОВ Алексей Борисович Разработка автотермической технологии производства полукокса и активированного угля : МОРОЗОВ Олексій Борисович Розробка автотермічний технології виробництва напівкоксу і активованого вугілля MOROZOV Alexey Borisovich Development of autothermal semi-coke production technologies and activated carbon

Краткое содержание

Во введении определен объект, сформулирована актуальность исследова¬ния, изложена суть поставленной научной задачи и новых разработок. Опре¬делена цель исследования, направления и методы решения, научная новизна и краткое содержание работы по разделам.
В первом разделе приведен обзор и анализ отечественных и зарубежных промышленных технологий производства полукокса и адсорбента из угля, из¬ложены тенденции развития термической переработки твердых топлив, что позволило выявить технологические принципы, которым должно удовлетво¬рять современное углеперерабатывающее производство.
Интерес к термооблагороженному топливу вызван обострением экологи-ческих проблем в развитых странах, так как использование таких топлив в энергетике и различных термических процессах позволяет существенно сни-зить выбросы вредных веществ в атмосферу. В США в 90-е годы были реали-зованы два проекта промышленного масштаба для производства термооблаго-роженного твердого топлива - процессы АССР и LFC, использующие алло-термический принцип нагрева угля. В России в 60-80-е годы было создано не¬сколько аллотермических опытно-промышленных и экспериментальных уста¬новок для термообработки низкосортных топлив, самая известная из кото¬рых - ЭТХ-175 (г. Красноярск), но коммерческого применения эти технологии не получили.
Аллотермические способы переработки угля экологически опасны из-за сложности утилизации побочных продуктов пиролиза угля и поступления в атмосферу отработанного газообразного теплоносителя. Приведение таких производств в соответствие природоохранным нормативам требует инвести-ций сопоставимых со стоимостью основного оборудования. Жидкие продукты пиролиза угля по токсичности, мутагенной и канцерогенной активности в сот¬ни раз превосходят нефтепродукты. В последние десятилетия наблюдается ус¬тойчивая тенденция увеличения интереса к твердым продуктам термической переработки угля и снижения - к жидким, так как целевые продукты, произ-
5

водимые из жидких компонентов переработки угля, большей частью заме-щены аналогами из нефти и природного газа. В ряде производств отказались от технологической переработки побочных продуктов, и сжигают их для гене¬рации электрической и (или) тепловой энергии.
Автотермические способы переработки угля предпочтительнее, по-скольку при генерации тепловой энергии за счет окисления органической мас¬сы угля происходит полное или частичное "огневое обезвреживание" летучих продуктов пиролиза, заключающееся в их расщеплении на менее токсичные компоненты - Яг, Н20, СО, С02, СН4, НгЗ и др. Единственная промышленная технология, использующая автотермический аппарат для получения термооб-лагороженных твердых продуктов из угля, - коксование бурого угля в кольце¬вой подовой печи. Тепловая энергия в ней образуется за счет сжигания лету¬чих веществ в подсводовом пространстве, и единственным побочным продук¬том является низкопотенциальная тепловая энергия в виде горячих дымовых газов. Конструкция печи разработана в 60-70-е годы в США компанией Salem Corporation и реализована в промышленном масштабе в 80-е годы в Германии (Rheinbraun AG) и Канаде (Lascar Ltd).
Систематические исследования и разработка способов автотермической переработки угля начались в 20-40-е годы XX века, и приоритет в этой области принадлежит Германии. Большинство современных технологий переработки угля созданы с использованием немецких разработок тех лет. В 40-60-е годы XX века были сформулированы основные теоретические представления о фи¬зико-химических процессах, происходящих при химическом реагировании уг¬ля с газами, и выполнены фундаментальные исследования, не потерявшие ак¬туальности до настоящего времени. В данном направлении неоспоримо ли¬дерство советских ученых: А.С. Предводителева, Л.Н. Хитрина, Я.Б. Зельдо¬вича, М.Б. Школлера, Н.Н. Семенова, Н.В. Лаврова, Д.А. Франк-Каменецкого, Б.В. Конторовича, Л.А. Вулиса, Г.Ф. Кнорре, А.Б. Резнякова, Б.В. Померанце¬ва, С.Д. Федосеева, З.Ф. Чуханова, И.А. Яворского.
Производство недорогих углеродных сорбентов для природоохранных технологий и промышленного использования - одно из наиболее перспектив-ных направлений переработки угля. Лидерами в этой области являются Rhein¬braun AG (Германия) и Australian Char Pty Ltd (Австралия), выпускающие со¬ответственно 200 и 150 тыс. т в год буроугольного полукокса с относительно высокой адсорбционной активностью (адсорбционная активность по йоду) 23-30% и низкой стоимостью - 250-300 долл./т. В России исследовательские работы в этом направлении ведут ВУХИН, ЭНИН, ИГИ, ИХХТ СО РАН и другие организации, но дальше опытных установок дело не продвинулось, хо¬тя в ряде случаев по качественным показателям получаемые углеродные сор¬бенты не уступают продукции Rheinbraun AG и Australian Char Pty Ltd.
Углеродные сорбенты с высокой адсорбционной активностью (йодное число 500 мг/г и выше) традиционно получают по двухстадийной технологии - "карбонизация + активация". Обе стадии энергоемки и экологически опасны, поскольку реализуются при 600-1000 °С, и в качестве активирующих агентов используется смесь дымовых газов и водяного пара или одного водяного пара.
6

Большую долю материальных и энергетических затрат получения активиро-ванных углей занимает стадия обезвреживания и утилизации газов активиро-вания. Эти газы содержат оксид углерода, водород и пыль при этом они забал¬ластированы до 50% водяным паром. Чтобы дожечь газы активирования, не¬обходимо их предварительно нагреть, для чего требуется дополнительная теп¬ловая энергия, или использовать дорогостоящие катализаторы. Поэтому ши¬рокому применению углеродных адсорбентов препятствуют высокая энерго¬емкость получения, относительно высокая цена на сырье (в России это прежде всего каменноугольный полукокс и древесный уголь), низкий выход целевого продукта и большие удельные капитальные затраты. Это обусловливает высо¬кую стоимость углеродных адсорбентов и, следовательно, снижает их конку¬рентоспособность по сравнению с другими методами обезвреживания. По этим причинам в России не сооружаются новые производства углеродных ад¬сорбентов (активированных углей), и их производят практически только на двух предприятиях в г. Перми и г. Дзержинске.