Исследование процесса газификации углей Южно якутского бассейна Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

------------------------------- © Ю.А. Шипицын, В.М. Никитин,

Н.Н. Г риб, А.В. Литвиненко, 2009

УДК 622.278 (571.56 - 13)

Ю.А. Шипицын, В.М. Никитин, Н.Н. Гриб,

А.В. Литвиненко

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ ЮЖНО - ЯКУТСКОГО БАССЕЙНА

И я одземная газификация углей (ПГУ) является прогрес-

-Ж.Л. сивным способом переработки угля путем превращения твердого топлива в газообразный энергоноситель непосредственно на месте залегания угольного пласта.

Изучением вопроса возможности применения технологии подземной газификации углей залегающих в условиях многолетней мерзлоты в Техническом институте (филиале) ЯГУ начали заниматься около 13 лет назад.

Один из этапов исследований включал в себя создание лабораторной установки для физического моделирования процесса ПГУ в целях оценки пригодности к технологии газификации углей ЮжноЯкутского бассейна (рис. 1).

Установка позволяет установить зависимость параметров процесса газификации от:

• Марочного состава углей;

• Влажности и водонасыщенности угля;

• Криогенных условий месторождения;

• Угла залегания пласта

• Г орно-геологических условий месторождения;

• Расположения скважин;

• Длины канала газификации;

• Подачи кислорода и воздуха;

• Температуры окружающих пород и окружающего воздуха;

• Температуры процесса и др.

Основной целью проведенных лабораторных исследований являлась, прежде всего, оценка углей разных марок на способность к газификации, моделирование процессов, происходящих в угольном канале подземного газогенератора, оценка

Рис. 1. Схема опытной установки для моделирования процесса подземной газификации угля: 1 - компрессор; 2 - газораспределительный пункт; 3 - кислородный баллон; 4 - окно для разжигания угля; 5 - зона выгазовывания; 6 - корпус; 7 - подвод кислорода и воздуха; 8 - гидрозатвор; 9 - трубка отвода газа; 10 - датчики температуры

влияния изменения температуры и влажности угля на протекание процесса газификации.

В процессе экспериментальных работ установлено, что угли марки К не окисленные (Алдано-Чульманский угленосный район) плохо поддаются газификации из-за того что при температурном воздействии спекаются и текут, что влечет за собой закупорку каналов по которым подается воздух и отводится газ (рис. 2).

Дальнейшие эксперименты проводились с окисленными углями марок К и Ж, так как предполагаемый потребитель находится на расстоянии возможной подачи газа. Угли марки Г Усмунского угленосного района, в связи с удаленностью от потребителя, не рассматривались. В ходе лабораторно-экспери-ментальных работ было проведено несколько десятков экспериментов, которые, кроме основной цели позволили провести отработку методики розжига, стабилизации процесса газификации угля.

Рис. 2. Образец спекшегося угля, полученного в процессе газификации

При проведении экспериментальных работ отбирались пробы газа с последующим покомпонентным анализом химического состава. Средний состав газа из отобранных проб, характеризуется следующими диапазонами изменения содержания отдельных компонентов газа (рис. 3)

При проведении экспериментов процесс газификации можно условно поделить на три этапа: первый этап - становление процесса газификации, второй этап - установившийся процесс и третий этап - затухание процесса.

Влияние температуры очага горения на состав газа отображено на рис. 4, а на теплотворную способность на рис. 5.

Как видно из рисунков 4 и 5 интервал температур 0-500 0С является неустановившимся. В интервале 500-900 0С процесс газификации углей является установившимся и характеризует оптимальный состав технологического газа.

Рис. 3. График зависимости состава технологического газа от времени проведения эксперимента

0:10:30 *

Рис. 4. Зависимость состава газа от температуры очага горения

17.06

16.94 «(*

16.03 ^ 16'13

♦ 15.62

* 1482 14.07

200

400

600

Температура, °С

800

12.56

12.11^ Ц.82

1143 \1109 ■ 10.61

1000

♦ Овысш ■ Онизш —Овысш

* — Онизш

Рис. 5. Зависимость теплотворной способности от температуры очага горения

1200

—■> • С02 —А—N2 —К* -СО

• углеводороды

Температура, С0

Рис. 6. Зависимость состава газа от температуры очага горения в интервале температур 800-8600С

Температура, °С

Рис. 7. Зависимости высшей и низшей теплотворной способности от температуры очага горения в интервале температур 800-840 0С

Номер пробы

Рис. 8. Зависимость теплотворной способности от вида дутья при установившемся процессе газификации

Составы технологического газа по литературным источникам и полученные в процессе экспериментальных исследований

Компонент Южно-Абинская станция «Подземгаз» [1] Газ полученный в процессе исследований

Кислород, % 0,2-0,25 3,6-3,65

Водород, % 12,1-16,2 0

Углеводороды, % 2,1-4,7 21,7-22,1

Угарный газ, % 10-14 58,1-58,5

Углекислый газ, % 12,0-15,3 7,6-7,65

Азот, % 55,0-60,0 8,6-8,7

Теплотворная способность, ккал/м3 1070 4100

В интервале температур 900-1100 0С наблюдается резкое снижение горючих компонентов, что связано со сгоранием полученного газа вследствие высоких температур.

Для определения температуры, при которой происходит образование оптимального состава газа, более подробно рассмотрим интервал температур 800-860 0С представленный на рис. 6. Кроме того, рассмотрим изменение теплотворной способности в интервале температур 800-840 0С на рис. 7.

Как видно из рисунков 6 и 7 оптимальная температура процессов подземной газификации для углей марок К и Ж находится в пределах 800-840 0С.

Сравнительный анализ полученного газа с литературными данными представлен в таблице.

Как видно из таблицы. полученный в ходе лабораторных исследований процессов газификации газ пригоден для использования в качестве первичного энергоносителя

Кроме того, в процессе экспериментальных работ было определено, что при установившихся процессах подземной газификации угля воздушное дутье предпочтительнее кислородного, так как теплотворная способность полученного газа при воздушном дутье выше и стабильнее, чем при кислородном дутье, что отражено на рис. 8.

Таким образом, после проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Для газификации южно-якутских углей пригодны марки К и Ж окисленные.

Процесс газификации южно-якутских углей этих марок предпочтительнее вести при температуре 800-840 0С с воздушным дутьем.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мясников А.А., Лазаренко С.Н. Перспективы развития подземной газификации углей в Кузнецком бассейне. - Новосибирск: Наука. Сиб-е отд-ние, 1991. - 87 с.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------

Шипицын Ю.А . - кандидат технических наук,

Никитин В.М. - доктор геолого-минералогических наук, профессор, Гриб Н.Н. - доктор технических наук, профессор,

Литвиненко А.В.,

Технический институт (филиал) ГОУ ВПО «Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова» в г. Нерюнгри.

E-mail: [email protected]