Экологические аспекты переработки твердых топлив Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ЭКОЛОГИЯ

INSTRUMENTATION TECHNOLOGY, METHODS OF CONTROL

AND ECOLOGY

УДК 665.7.032.57

О.Н.ГЛУЩЕНКО, канд. хим. наук, доцент А.М.СТРУЕВ, аспирант, stryuev@mail.ru

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург

O.N.GLUSHCENKO, PhD in chem. sc., associate professor

A.M.STRUEV, post-graduate student, stryuev@mail.ru

National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

Рассмотрены современные технологии переработки твердых топлив с позиций системного подхода, особое внимание уделено низкосортным топливам. Приведены технические характеристики - конфигурации реторт и используемых теплоносителей. С помощью технических и экологических критериев проведена оценка экологической опасности наземных термических методов переработки низкосортных твердых топлив.

Ключевые слова: твердое топливо, технологии переработки, экологическая опасность, инженерные и экологические критерии, плазмохимическая технология.

ENVIRONMENTAL ASPECTS OF TREATMENT OF SOLID FUELS

The modern technology for solid fuels with the system approach, it focuses on low-grade fuel. The technical specifications - Configuration and retorts used coolants. With the help of technical and environmental criteria assessed environmental risk terrestrial thermal methods of low-grade solid fuels.

Key words: solid fuel processing technology, environmental hazards, engineering and environmental criteria, plasma-chemical technology.

Основные источники топлива и энергии в современном мире - природные углеводородные газы, жидкие нефти и твердые топлива (каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесина). Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом - содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и

серы. В основном твердое топливо применяют для получения теплоты и других видов энергии. Из твердого топлива при его соответствующей обработке (перегонке) можно получить более 300 различных химических соединений. Большое значение имеет переработка в ценные виды жидкого топлива -бензин и керосин.

Анализ показывает, что современные научно-технические разработки направлены, прежде всего, на повышение эффективности процессов сжигания, газификации и комплексной переработки твердых топлив, в том числе с их плазменной и кислородной активацией. Особое внимание уделяется новым технологиям сжигания, которые вызывают много споров, но считаются весьма перспективными, - вихревым технологиям и котлам с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) [3]. Среди основных современных («чистых») технологий переработки твердых топлив специалисты отмечают:

• Сжигание в факеле с системами серо-и азотоочистки.

• Сжигание в других модификациях кипящего слоя при атмосферном давлении: фонтанирующий слой (ФС), низкотемпературный кипящий слой (НКС), высокотемпературный кипящий слой (ВКС).

• Сжигание в кипящем слое под давлением для парогазовых установок на твердом топливе (КСД).

• Газификация в потоке, плотном и кипящем слоях при атмосферном давлении.

• Газификация в потоке и плотном слое под давлением для парогазовых установок на твердом топливе.

Изучение современных технологий переработки твердых топлив с позиций системного подхода позволяет провести оценку экологической опасности термических методов переработки твердых топлив с учетом используемой технологии.

С этой целью ранее было предложено использовать две группы критериев:

• инженерные (выход целевых продуктов; коррозионная безопасность; универсальность технологического процесса; эффективность теплоносителя);

• экологические (требования к сырью: возможность переработки горючего сланца определенного фракционного и химического состава, использования других видов углеводородного сырья; зависимость технологического процесса от качества сырья; образование дополнительного объема твердых и газообразных отходов; возможность замыкания в технологических циклах газо-

образных и твердых потоков; потребление водных ресурсов; надежность и безаварийность в работе).

На основании выбранных критериев установлено, что наиболее продвинутой в настоящее время является плазмохимическая технология переработки твердого топлива.

Плазмохимическая технология имеет более широкие возможности, поскольку температура теплоносителя может достигать значений 3000-5000 К, а при высокой температуре ускоряются химические превращения углеводородов. В этом процессе деструкция органических веществ осуществляется за счет энергии низкотемпературной плазмы восстановительного газа (водород, смеси водорода с метаном).

Кроме того, системы плазменного розжига и плазменной подсветки факела в будущем позволят отказаться от использования мазута на станциях, сжигающих любые виды угля. Специалисты отмечают, что данная технология имеет много недочетов и тонких моментов, которые при внедрении заявляют о себе [3]. Тем не менее, системы плазменного воспламенения позволяют обойтись без дорогостоящих газа и мазута, которые традиционно используют для растопки котлов и стабилизации горения пыле-угольного факела. Они обеспечивают стабильное воспламенение, снижение механического недожога топлива и температурного уровня в камере охлаждения котла. Благодаря двухступенчатому режиму сжигания топлива снижаются выбросы N0^

Предложенная авторами методика, включающая инженерные и экологические критерии, позволила также провести сравнительный анализ термических технологий переработки горючего сланца.

Процесс «Галотер». Сланец (0-25 мм в диаметре) смешивают с горячей золой при 800 °С, полученной путем сжигания отработанного горючего сланца (полукокса). Смесь перемещают в герметичную вращающуюся печь, где тепло передается от горячей золы на частицы сланца, происходит пиролиз (температура 520 °С). Полученные пары сланцевой смолы и газ очищают и переводят в систему конденсации [4].

-117

Санкт-Петербург. 2014

Процесс «Энефит» - модификации процесса «Галотер». Основное изменение - замена печей полукоксования «Галотер» на печи ЦКС (с циркулирующим кипящим слоем). По сравнению с традиционными «Гало-тер», «Энефит» обеспечивает полное сгорание углистого остатка.

Процесс «Петросикс». Горючий сланец (12-75 мм) поступает через верхнюю часть реторты, в то время как горячие газы вводят в середину реторты. Движущимся противотоком горячего газа происходит нагрев сланца до 500 °С. Парогазовую смесь переводят в систему конденсации. Парогазовая смесь после циклонной очистки поступает в электрофильтр, пары сланцевого масла направляются в отделение конденсации, а газ сжимают в компрессоре и разбивают на три части [1]. Одну часть сжатого газа нагревают в печи до температуры 600 °С и возвращают обратно в середину реторты для нагрева горючего сланца, а другая часть холодного газа циркулирует в нижней части реторты, охлаждает полукокс, нагревается сама и поднимается в секции пиролиза как дополнительный источник тепла для нагрева горючих сланцев. Третья часть подвергается дальнейшему охлаждению, а затем направляется в блок подготовки газа, где производят горючий газ, сжиженный нефтяной газ и восстанавливают серу.

Процесс «Кивитер». Крупнокусковой сланец поступает в шахту выгонки, где навстречу движению сланца проходят горячие потоки горючих газов. Образовавшиеся при выгонке масляные, водяные пары и низкокалорийный газ выходят из верхней части генератора и направляются на узел конденсации. Частично генераторный газ направляется обратно в процесс на сжигание для производства необходимого теплоносителя [2].

На основании выбранных критериев установлено, что наиболее продвинутым является «Энефит», так как в этом процессе минимальное влияние на окружающую среду и максимальный выход целевых продуктов (90-95 %). Очевидно, минимальное воздействие на окружающую среду объясняется использования потенциального тепла золы

уноса, возможностью переработки горючего сланца мелкой фракции при добыче, достигающей 30 %, высоким выходом сланцевого масла, незначительным потреблением водных ресурсов. Полное сгорание углеродистого остатка обеспечивает относительную безопасность грунтовых вод и приводит к возможности использования золы, способной заменить клинкер при производстве цемента. Использование отработанного тепла для производства электричества также позволяет предотвратить выбросы диоксида углерода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зюба О.А. Обзор современных термических методов переработки горючих сланцев и экологические аспекты их применения [Электронный ресурс] / О.А.Зю-ба, О.Н.Глущенко // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2012. Т.7. № 4. http://www.ngtp.ru/rub/9/ 52_2012.pdf (дата обращения: 05.12.2012)

2. Справочник сланцепереработчика / Под ред. М.Г.Рудина, Н.Д.Серебрянникова. Л., 1988. 255 с.

3. Golubev N. Solid heat carrier technology for oil shale retorting [Электронный ресурс]: // Oil Shale. 2003. Vol.20. No.3. P.324-332. http://kirj.ee/public/oilshale/ 6_golubev_2003_3s.pdf (дата обращения: 05.12.2012)

4. Johnson H.R., Crawford P.M., Bunger J.W. Strategic significance of America's oil shale resource. Vol.II: Oil shale resources, technology and economics. [Электронный ресурс]: http://www.fossil.energy.gov/programs/reserves/ npr/publications/npr_strategic_significancev2.pdf (дата обращения: 05.12.2012)

REFERENCES

1. Zyuba O.A., Glushchenko O.N. Overview of mod-ernmethodsof thermalprocessingof oil shaleand environmental aspects oftheir applications[electronic resource] // Petroleum Geology. Theory and practice. 2012. Vol.7. N 4. Http://www.ngtp.ru/rub/9/52_2012.pdf (reguest date: 12.05.2012)

2. Directoryslantsepererabotchika / Ed. M.G.Rudin, N.D.Serebryannikova. Leningrad, 1988. 255 p.

3. Golubev N. Solid heat carrier technology for oil shale retorting [electronic resource]: // Oil Shale. 2003. Vol.20. N 3. P.324-332. http://kirj.ee/public/oilshale/ 6_golubev_2003_3s.pdf (reguest data: 05.12.2012)

4. Johnson H.R., Crawford P.M., Bunger J.W. Strategic significance of America's oil shale resource. Vol.II: Oil shale resources, technology and economics. [Johnson H.R., Crawford P.M., Bunger J.W. Strategic significance of America's oil shale resource. Volume II: Oil shale resources, technology and economics. [electronicresource]: http:// www.fossil.energy.gov/programs/reserves/npr/publications/ npr_strategic_significancev2.pdf (request data: 05.12.2012)