CC BY
19XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ТВЕРДЫХ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОГЛОЩЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ ПРИ ФИЛЬТРАЦИОННОМ ГОРЕНИИ СЕРНИСТЫХ УГЛЕЙ
Цветкова1 Ю.Ю. молодой учёный, Кислов1 В.М., Цветков1 М.В, Пилипенко1 Е.Н., Салганская1'2 М.В.
1- Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка,
iulyu@icp.ac.ru
2-Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва 001:10.24411/9999-004А-2019-10026
Сера содержится во всех видах твердых топлив, таких как каменные и бурые угли, горючие сланцы, а также в некоторых видах торфа. Но если содержание серы в торфе обычно не превышает 1.2%, то в углях оно может составлять до 10%, а в некоторых видах сланцев - до 12-14%.
Содержащаяся в топливе в относительно небольшом количестве (до 1.5%) сера является нежелательной, а при больших количествах - вредной частью топлива. При термической переработке твердых топлив она выделяется в виде газообразных соединений (в восстановительной атмосфере преимущественно в виде И23, в окислительной - 302), загрязняя и отравляя окружающую среду, и вызывая коррозию металлических конструкций, соприкасающихся с газообразными продуктами сгорания. Именно поэтому при выборе путей использования тех или иных твердых топлив решающим фактором нередко оказывается содержание в них серы.
Отчасти указанную проблему помогают решить использующиеся на промышленных предприятиях различные системы газоочистки от вредных компонентов, в том числе соединений серы, однако они довольно дороги и громоздки. В связи с этим, в настоящее время идет поиск более простых и дешевых способов нейтрализации кислых газов при помощи добавки сорбентов в газифицируемый материал.
Целью работы являлось на примере углей Подмосковного угольного бассейна (Тульского угля) экспериментально показать возможность поглощения серы с помощью добавок в шихту кальцийсодержащих материалов и поиск оптимального количества этих добавок.
В качестве твердой добавки в одной серии экспериментов использовали инертные в химическом отношении фарфоровые кольца Рашига (5-10 мм), в другой - частицы мрамора, способные реагировать с соединениями серы. Количество вводимой твердой добавки определяли с учетом двух факторов: оно должно быть достаточным для поглощения существенного количества серы, но не должно приводить к значительному снижению энергетических характеристик процесса газификации
XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
Эксперименты проводили в лабораторном кварцевом реакторе периодического действия диаметром 45 мм.
После прогрева электроспиралью нижней части реактора, в него начинали подавать воздух, что приводило к формированию волны горения, распространяющейся снизу-вверх. Расход воздуха в реактор во время эксперимента поддерживался постоянным и составлял примерно 550 м3/(ч*м2). Образующиеся продукты газификации, состоящие из смол пиролиза и газообразных продуктов, сжигали в верхней части реактора, для чего в нее подавали дополнительное количество воздуха.
Загрузка газифицируемого материала осуществлялась небольшими порциями послойно: вначале загружали порцию угля, затем - порцию негорючего материала, в результате чего в реакторе было загружено 8-10 перемежающихся (чередующихся) слоев угля и негорючего материала.
При послойной загрузке в установившемся режиме даже при добавке 50% негорючей компоненты процесс идет стабильно, его параметры практически не меняются. При использовании в качестве негорючей компоненты колец Рашига температура горения в центре реактора слабо растет примерно с 1270 до 1400 оС. По-видимому, из-за влияния теплопотерь температура горения у стенки реактора оставалась практически постоянной и составляла всего примерно 910 оС. При разгрузке наблюдалось оплавление заметной части образующегося зольного остатка
При использовании в качестве негорючей компоненты частиц мрамора температура горения у стенки реактора слабо снижалась примерно от 910 до 750 оС. Потеря массы мрамора после сгорания во всех экспериментах составляла примерно 1/3 от его первоначального веса. Плавления золы во всех случаях, когда мрамор добавляли в газифицируемый уголь, не происходило.
С увеличением содержания обоих видов негорючей добавки, доля горючих компонентов (СО и Н2) снижается, а негорючих (С02) - увеличивается. Если при добавлении колец Рашига теплота сгорания газообразных продуктов снижается с примерно 3.6 до 2.8 МДж/м3, то для составов с мрамором -снижается примерно до 2.2 МДж/м3.
Эксперименты показали, что добавка к газифицируемому Тульскому углю до 50 % масс. химически инертных колец Рашига приводит к снижению содержания серы в золе примерно с 12 до 2 %. Добавка того же количества мрамора ведет к увеличению содержания серы в зольном остатке примерно с 12 до 37 %. Увеличивать количество мрамора выше 40-50 % масс. нецелесообразно из-за сильного снижения эффективности газификации.
Измерения элементного состава горючих материалов и образующихся продуктов горения выполнены в АЦКП ИПХФ РАН.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Государственного задания № 0089-2019-0018.
