Комплексная СВЧ-переработка высокозольного бурого угля для нужд энергетической и металлургической отраслей

Abstract

Актуальность исследования обусловлена потребностью Томской области в ценных энергетических ресурсах, получаемых из местных низкосортных ресурсов, для разработки имеющихся в регионе железорудных месторождений и покрытия энергетических нужд. Цель: исследование газообразных и твердых продуктов, получаемых из низкосортного бурого угля Томской области (Таловское месторождение) в условиях СВЧ-пиролиза, применительно к использованию в энергетической и металлургических отраслях. Объекты: бурый уголь Таловского месторождения (Томская область). Методы: аттестованные методики ГОСТ для определения теплотехнических характеристик и элементного состава органической и минеральной частей угля, метод «передачи-отражения» для измерения мнимой (ε'') и действительной (ε') составляющих комплексной диэлектрической проницаемости, физический эксперимент, газовый анализ, метод Брунауэра-Эммета-Теллера для измерения текстурных характеристик. Результаты. Бурый уголь Таловского месторождения имеет высокие значения влажности и зольности на рабочее состояние, что обуславливает низкое значение его теплоты сгорания. Такие характеристики позволяют отнести уголь к низкосортному топливу, что указывает на нецелесообразность его применения в качестве сырья для энергетической и металлургической отраслей. Термическая переработка посредством СВЧ-пиролиза позволяет получить из низкосортного таловского угля высококалорийное (теплота сгорания свыше 21 МДж/м3) и экологичное (доля водорода более 29 %) газообразное топливо. Образующийся при этом твердый углеродный остаток имеет зольность свыше 48 %, что явилось причиной проведения его химической обработки в растворе HF и HCl. В результате обработки твердого углеродистого остатка значение его зольности снизилось более чем на 38 %, содержание серы - более чем в 1,5 раза. Полученный продукт по своим характеристикам соответствует используемым на данный момент углеродным продуктам - полукоксу, коксу и углеродному восстановителю для ферросплавного производства.

Relevance. The need of the Tomsk region for valuable energy resources obtained from local low-grade resources to develop iron ore deposits available in the region and cover energy needs. Aim. To study gaseous and solid products obtained from low-grade brown coal of the Talovsky deposit (Tomsk region) under microwave pyrolysis conditions in relation to the energy and metallurgical industries. Objects. Brown coal of the Talovsky deposit (Tomsk region). Methods. Certified SS methods to determine thermal characteristics and elemental composition of coal organic and mineral parts, the "transmission-reflection" method for measuring imaginary (ε'') and real (ε') components of the complex dielectric permittivity, physical experiment, gas analysis, Brunauer-Emmett-Teller method for measuring texture characteristics. Results. Brown coal of the Talovsky deposit has high values of moisture and ash contents for operating conditions, which leads to a low calorific value. Such characteristics make it possible to classify coal as a low-grade fuel, which indicates the inexpediency of its use as a raw material for the energy and metallurgical industries. Thermal processing by means of microwave pyrolysis makes it possible to obtain a high-calorie (heat of combustion over 21 MJ/m3) and environmentally friendly (hydrogen content over 29%) gaseous fuel from the low-grade brown coal of the Talovsky deposit. The resulting solid carbonaceous residue has an ash content of over 48%, which required its chemical treatment in a solution of HF and HCl. As a result of the solid carbonaceous residue treatment, its ash content decreased by more than 38%, the sulfur content - by more than 1.5 times. According to its characteristics, the resulting product corresponds to the currently available carbonaceous products - semi-coke, coke and carbon reducing agent for ferroalloy production.