способ обработки угля с высоким содержанием серы

Формула изобретения

1. Способ обработки угля с высоким содержанием серы, включающий измельчение угля и увлажнение, отличающийся тем, что после увлажнения уголь нагревают до температуры плавления серы, затем осуществляют осаждение серы на стальные электроды, помещенные в уголь, на которые одновременно подают постоянный ток.

2. Способ обработки угля с высоким содержанием серы по п.1, отличающийся тем, что увлажнение угля осуществляют водным раствором NaCl.

3. Способ обработки угля с высоким содержанием серы по п.1, отличающийся тем, что осаждение осуществляют при перемешивании угля.

4. Способ обработки угля с высоким содержанием серы по п.1, отличающийся тем, что измельчение угля осуществляют до крупности частиц менее 2 мм.

5. Способ обработки угля с высоким содержанием серы по п.1, отличающийся тем, что увлажнение угля осуществляют до 15-20%.

6. Способ обработки угля с высоким содержанием серы по п.1, отличающийся тем, что на стальные электроды подают напряжение до 60 В.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к угольной промышленности и может использоваться для предварительной обработки угля перед сжиганием с целью уменьшения выбросов серы и серосодержащих соединений в окружающую среду.

Уголь представляет собой один из наиболее распространенных источников топлива в мире. Уголь, как правило, добывают в виде материала, сходного с графитом, цветом от темно-коричневого до черного, который формируется из окаменевшего растительного материала. Уголь содержит аморфный углерод, объединенный с некоторыми органическими и неорганическими соединениями. Марки углей изменяются от высококачественного антрацита (уголь, имеющий высокое содержание углерода с малым количеством летучих примесей и горение с ясным пламенем) до битумного (угли с высоким процентом летучих примесей, сгораемые с дымным пламенем) и до лигнита (угли более мягкие, чем битумный, содержащие растительный материал, не полностью преобразованный в углерод, сгораемые с дымным пламенем). Уголь сжигают в угольных тепловых электростанциях по всему миру для получения энергии в форме электричества и тепла. В течение ряда лет было известно, что определенные примеси в угле могут оказывать значительное влияние на типы выбросов, производимых во время горения угля. Особенно много проблем доставляет такая примесь, как сера. Общее содержание серы в углях может достигать 10-12%. При сжигании углей содержащаяся в них сера превращается в сернистый газ (в виде сернистого ангидрида SO₂), который действует на здоровье человека, особенно на респираторные органы. При попадании ангидрида в атмосферу он продолжает окисляться до триоксида серы (SO₃) и, соединяясь с дождевой водой, образует серную кислоту, которая вместе с дождем проливается на землю.

В США на угольные электростанции приходится около двух третей общего выброса сернистого газа (SO₂ ). Сернистый газ реагирует с атмосферной влагой, вызывая кислотные дожди, и вносит вклад в загрязнение воздуха твердыми частицами, чем обусловлены тысячи преждевременных смертей от легочных заболеваний.

Сера может присутствовать в угле от очень малых количеств 0,001% до 12% и находиться в различных формах, например, как органическая, так и неорганическая: пиритная или сульфатная сера.

В Российской Федерации, Соединенных Штатах Америки установлены стандарты для углей, которые ограничивают выбросы SO₂ от угольных тепловых электростанций.

Хотя в Российской Федерации и Соединенных Штатах уголь добывают во многих регионах страны, большая часть его добывается открытым способом, часто содержит высокое содержание серы, что приводит к увеличению выбросов SO₂ в газах горения больших, чем это позволено ЕРА. Таким образом, угольные тепловые электростанции часто должны покупать уголь более высокого качества из месторождений, которые могут быть расположены на больших расстояниях от электростанций, и несут значительные транспортные и другие расходы. Со временем было разработано значительное количество технологий для понижения количества SO₂ в газах горения, возникающих от горения углей с высоким содержанием серы. Эти технологии включают в себя различные виды обработки угля перед горением, во время горения и после горения. Однако такие обработки, как правило, не достигают удовлетворительного сочетания эффективности при понижении выбросов SO₂ и экономической доступности при применении.

Известен способ обработки угля с высоким содержанием серы и серосодержащих соединений из угля, основанный на биотехнологическом методе с использованием тионовых бактерий, Бедрань Н.Г. Обогащение углей. Москва, Недра, 1988 г., с.131. Однако данный метод длителен по времени. Обработка одной партии угля происходит в течение 1-2х суток.

Известен способ извлечения серы и серосодержащих соединений из углей мелких классов на концентрационных столах, имеет низкую производительность и высокую трудоемкость, описан в том же источнике на с.130.

Известен способ извлечения серы и серосодержащих соединений из углей в трехпродуктовых тяжелосредных гидроциклонах, где процесс низко продуктивен и неэкономичен, описан в том же источнике на с.130.

Ближайшим аналогом является способ обработки угля с высоким содержанием серы по патенту РФ № 2280677, в котором для уменьшения выбросов двуокиси серы при сжигании угля его помещают в среду пониженного давления, достаточного для трещинообразования в части угля, путем извлечения атмосферных флюидов, захваченных внутри угля. Затем приводят содержащий трещины уголь в контакт с водной композицией коллоидной окиси кремния, перенасыщенной карбонатом кальция, и удаляют большую часть водной композиции из контакта с углем. После чего воздействуют высоким давлением на уголь, обработанный водной композицией, в среде двуокиси углерода, в течение периода времени, достаточного для проникновения карбоната кальция в трещины в угле, полученные на первой стадии. Однако данный способ достаточно сложен и трудоемок, т.к. связан с созданием пониженного и повышенного давления, необходимого для «раскрытия угля».

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в упрощении процесса обработки угля при сохранении достаточно высокого извлечения серы из угля.

Новый технический результат обеспечивается за счет того, что в способе обработки угля с высоким содержанием серы, включающем измельчение угля и увлажнение, после увлажнения уголь нагревают до температуры плавления серы, затем осуществляют осаждение серы и серосодержащих соединений на стальные электроды, помещенные в уголь, на которые одновременно подают постоянный ток.

Воздействие напряжения на влажный уголь в воздушно-водной среде при повышенной температуре до температуры плавления серы (119, 4°С) в течение периода времени достаточно для того, чтобы сера, имеющая полярную электроотрицательность, перешла на железный электрод анода. Это дало возможность исключить операции, связанные с созданием пониженного и повышенного давления, и тем самым удалось значительно упростить способ обработки угля. При этом обеспечивается высокая степень извлечения из угля серы и серосодержащих соединений (до 90%).

Для повышения электроотрицательности серы и увеличения электропроводности водоугольного состава увлажнение осуществляют водным раствором NaCl.

Осаждение осуществляют при перемешивании для ускорения процесса извлечения серы из угля.

Измельчение угля осуществляют до крупности частиц менее 2 мм для создания наиболее плотной среды в реакторе с целью наибольшего раскрытия угля. Увлажнение угля осуществляют до 15-20% для создания среды, способной осуществить электролитический процесс.

На стальные электроды подают напряжение до 60 вольт для того, чтобы использовать серу в переходе ее на железный электрод.

Способ осуществляют следующим образом. Измельченный до крупности менее 2 мм уголь помещают в реактор, в котором установлены стальные электроды. Уголь увлажняют водой до влажности 15-20% либо в реакторе, либо загружают в реактор уже увлажненный уголь. После этого уголь нагревают до температуры плавления серы 120°С и одновременно подают на стальные электроды постоянный ток с напряжением до 60 вольт. Для ускорения процесса одновременно массу угля перемешивают.

Пример 1

Были проведены опыты по обработке угля. Опыты проводились в марте месяце 2007 г. в лаборатории ОТК ОАО «Разрез Тугнуйский», расположенной в п.Саган-Нур, республики Бурятия, в следующей последовательности: в навеске угля крупностью 0,02 мм определялась влажность, которая составила 15%. Процентное содержание серы в навеске определялось на приборе фирмы "Lecco" и составило 2,58%. Далее навеска помещалась на фаянсовую пластину, обильно смачивалась артезианской водой, далее в угольный слой поместили два стальных электрода и поместили уголь в муфельную печь с температурой 120°С на 10 минут, одновременно подавая на электроды напряжение постоянного тока 12 В. После остывания проба доводилась до первоначальной влажности, определялось процентное содержание серы, которое составило 1,78%. При диффузионном проникновении и размешивании через определенное время сера органического и неорганического остатка оседает на железный электрод.

Пример 2

В июле месяце 2007 г. в условиях химической лаборатории ООО «Касьяновская ОФ», расположенной в г.Черемхово, Иркутской обл., эксперименты были усложнены: навеска угля крупностью 0,02 мм с содержанием серы в угле 2,81% и влажностью 15% помещалась в термостойкий стакан, по краям которого крепились железные электроды. Стакан помещался в муфельную печь, температура в которой поднималась 120°C, а на электроды одновременно подавалось напряжение 60 В с током до 1А, время воздействия 5 мин.

После остывания проба доводилась до первоначальной влажности, процентное содержание серы в угле составило 0,28% и на положительном электроде наблюдался характерный желтый налет серы.

Приборы, используемые при эксперименте:

Мельница - истиратель пальчиковый ИПС-2×4 мелкого помола, электронные лабораторные весы, прибор для определения содержания серы фирмы «Lecco», источник постоянного тока ВСА-110, анализатор серы и углерода Leco SC-144DR.

При диффузионном проникновении и размешивании через определенное время сера органического и неорганического остатка оседает на железный электрод.

В настоящее время угли с высоким содержанием серы находятся в забалансовых запасах и месторождения таких углей не принимаются к разработке. Предлагаемый способ обработки угля позволит обеспечить снижение серы и серосодержащих элементов в угле на 90%, что в свою очередь позволит внести в разработку угольные месторождения порядка 500 млн т только по России.