Перспективы получения брикетированного бездымного топлива из углей открытой добычи месторождений Казахстана

Рассмотрены распространенные способы получения брикетированного топлива; приведен обзор основных угольных месторождений Казахстана, а также представлены результаты экспериментальных исследований по получению бездымных топливных брикетов путем термоокислительного коксования углей с последующим прессованием полукокса. Показано, что большинство казахстанских углей открытой добычи можно рассматривать как качественное и доступное сырье для получения брикетированного бездымного топлива без применения связующих веществ. Преимущество предлагаемого способа заключается в предварительной термообработке угля, что по сравнению с традиционными процессами термической переработки является автотермичным и энергосберегающим. Низкая спекаемость и наличие летучей составляющей в углях, добытых в таких районах, как Куу-Чек, Борлы, Сарыадыр, Экибастуз, Шубарколь, Майкубе, позволяет проводить их полукоксование в аппаратах периодического действия — ретортах. Удаление в процессе термообработки большей части наиболее вредных токсичных соединений обеспечивает экологическую чистоту брикетированного топлива по сравнению с углем в сфере потребления, то есть при сжигании в бытовых топочных устройствах. Получены опытные образцы топливных брикетов с теплотворной способностью не менее 5100 ккал/кг. Зольность брикетов составляет 21–30%. Вследствие меньшего выхода летучих веществ при сгорании брикетов выброса дыма визуально не наблюдается, что позволяет классифицировать этот продукт как экологически безопасное бездымное топливо с высокими потребительскими свойствами.

Ким С. В., Богоявленская О. А., Кударинов С. Х., Орлов А. С., Орлова В. В. Перспективы получения брикетированного бездымного топлива из углей открытой добычи месторождений Казахстана // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 9. – С. 147–158. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-147-158.

Работа выполнена по теме «Разработка технологии производства бездымного топлива и создание экспериментальной установки коксования угля» программно-целевого финансирования О. 0787 (2018—2020 гг.) ИРН: BR05236708.

Ким Сергей Васильевич¹ — канд. техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: sergey_kim@inbox.ru,
Богоявленская Ольга Анатольевна¹ — старший научный сотрудник, e-mail: o-bogoyavlenskay@mail.ru,
Кударинов Сагинтай Хинаятович¹ — старший научный сотрудник, e-mail: kudarinovs@mail.ru,
Орлов Алексей Сергеевич¹ — младший научный сотрудник, магистр техн. наук, e-mail: wolftailer@mail.ru,
Орлова Вера Васильевна¹ — младший научный сотрудник, магистр техн. наук, e-mail: vera_v09@mail.ru,
¹ Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, Караганда, Казахстан.

Богоявленская О.А., e-mail: o-bogoyavlenskay@mail.ru.

1. Бажин В. Ю., Кусков В. Б., Кускова Я. В. Проблемы использования невостребованных угольных и других углеродсодержащих материалов в качестве энергетических брикетов // Уголь. — 2019. — № 4 (1117). — С. 50—54.

2. Массаро М. М., Сын С. Ф., Гровен Ж. Ж. Тепловой и механический анализ брикетированной угольной мелочи с использованием твердых бытовых отходов / PCC 2012: 29-я ежегодная международная конференция по Питтсбургскому углю. Т. 2. — Питтсбург, 2012. — С. 1288—1301.

3. Лиштван И. И., Фалюшин П. Л., Дударчик В. М., Кожурин В. Н., Ануфриева Е. В. Пиролиз бурых углей Бриневского месторождения Республики Беларусь // Химия твердого топлива. — 2009. — № 3. — С. 19—25.

4. Малолетнев А. С., Гюльмалиев А. М., Мазнева О. А. Химический состав дистиллятных фракций каменноугольной смолы ОАО «Алтайкокс» // Химия твердого топлива. — 2014. — № 1. — С. 12—22.

5. Хрусталева Г. К., Медведева Г. А. Современные направления и способы экологически чистого использования углей в России и за рубежом // Разведка и охрана недр. — 2006. — № 11. — С. 33—39.

6. Matuszek K., Hrycko P., Stelmach S., Sobolewski A. Carbonaceous smokeless fuel and modern small-scale boilers limiting the residential emission. Part 1. General aspects // Przemysl Chemiczny. 2016. Vol. 95. No 2. Pр. 223—227.

7. Matuszek K., Hrycko P., Stelmach S., Sobolewski A. Carbonaceous smokeless fuel and modern small-scale boilers limiting the residential emission. Part 2. Experimental tests of a new carbonaceous smokeless fuel // Przemysl Chemiczny. 2016. Vol. 95. No 2. Pр. 228—230.

8. Николаева Л. А. Разработка и структурные исследования окускованного топлива из угольных отходов // Отходы и ресурсы. — 2017. — Т. 4. — № 4. https://resources.today/ PDF/06RRO417.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. DOI: 10.15862/06RRO417.

9. Евстифеев Е. Н. Новая технология производства бытового бездымного топлива // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2011. — № 6. — С. 51—53.

10. Иванов И. П. Получение брикетированного и бездымного топлива из канско-ачинских углей с использованием биосвязующих: автореф. … канд. техн. наук. — Красноярск: ИХХТ СО РАН, 1998. — 20 с.

11. Нифонтов Ю. А. Научные основы создания ресурсосберегающих технологий использования отходов добычи и переработки углей Печорского бассейна: диссертация ... докт. техн. наук. — СПб., 2000. — 308 с.

12. Николаева Л. А., Попов С. Н. Связующие композиции для брикетирования буроугольных отходов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2013. — № 3. — С. 127—132.

13. Nwabue F. I., Unah U., Itumoh E. J. Production and characterization of smokelessbiocoalbriquettesin corporating plastic waste materials // Environmental Technology & Innovation. 2017. Vol. 8. Pp. 233—245.

14. Фомин А. П., Еник Г. И., Маймур Б. Н. и др. Факторы процесса термобрикетирования плотных бурых углей // Химия твердого топлива. — 1993. — № 5. — С. 71—77.

15. Кулагин Р. А., Кулагин О. Р. Подготовки бурого угля для брикетирования без связующих / Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: сборник трудов XVI Международной научно-практической конференции. — Кемерово, 2014. — С. 277.

16. BP Statistical Review of World Energy 2015 [Electronic resource]. Mode of access: http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energy-economics/statistical-review-2015 (дата обращения 23.08.2018).

17. Венжега Р. В. Угольная промышленность Китая и стран СНГ: Проблемы функционирования в контексте современных вызовов // Экономика промышленности. — 2016. — № 2 (74). — С. 91—123.

18. Едильбаев А. И., Страхов В. М., Чокин К. Ш., Музгина В. С., Суровцева И. В. Комплексное исследование углей Казахстана как углеродистого сырья для прямого восстановления железа // Кокс и химия. — 2013. — № 9. — С. 20—27.

19. Колышкина Т. А., Королева А. А. Экономические аспекты развития угольной промышленности в Республике Казахстан / Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: сборник научных трудов XVI Международной конференции. — Кемерово, 2016. — С. 75—76.

20. Сысков К. И., Машенков О. Н. Термоокислительное коксование углей. — М.: Металлургия, 1973. — 176 с.

21. Ким В. А., Ахмеров М. Ж., Надырбеков А. К. Промышленные испытания технологии термоокислительного коксования угля Шубаркольского разреза // Промышленность Казахстана. — 2001. — № 2. — С. 101—103.

22. Ким С. В., Кударинов С. Х., Орлова В. В., Орлов А. С., Богоявленская О. А. Заявка на изобретение (патент) № 2019/0933.1, 19.12.2019. Республика Казахстан. Способ и устройство для получения полукокса из мелочи энергетических углей.

23. ГОСТ 27314-91 (ИСО 589-81) Методы определения влаги. Введ. 1993.01.01. — М.: Изд-во стандартов, 1992. — 10 с.

24. ГОСТ 6382-2001 (ИСО 562-1-97) Топливо твердое минеральное. Методы определения выхода летучих веществ. Введ. 2003.01.01. — М.: Изд-во стандартов, 2002. — 14 с.

25. ГОСТ 11022-95 Топливо твердое минеральное. Методы определения зольности. Введ. 1997.01.01. — М.: Изд-во стандартов, 1996. — 8 с.

26. ГОСТ 10538-87 (СТ СЭВ 5776-86) Топливо твердое. Методы определения химического состава золы. Введ. 1988.01.01. — М.: Изд-во стандартов, 1987. — 15 с.

27. Kim S. V., Kim V. A., Sariev O. R., Kudarinov S. Kh., Bogoyavlenskaya O. A., Orlov A. S., Orlova V. V., Zhdanov A. V. Influence of coal heat treatment parameters on physical-chemical properties of smokeless fuel // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. 2018. No 4. Pр. 62—67.

28. Ким С. В., Богоявленская О. А., Кударинов С. Х., Орлова В. В., Орлов А. С. Заявка на изобретение (патент) № 2019/0922.1, 18.12.2019. Республика Казахстан. Способ получения бездымного бытового топлива из мелочи энергетических углей.

29. Выполнение укрупненно-лабораторных и опытных испытаний технологии получения низкофосфористого спецкокса: отчет о НИР. Инв. № 0112РК00169. — Караганда: ХМИ им. Ж. Абишева, 2013. — 46 с.