Способ переработки твердого топлива
Использование: переработка угольных залежей и отходов угледобычи. Сущность: способ переработки твердого топлива осуществляют обработкой твердого топлива раствором, содержащим природный метаногенный консорциум бактерий, в термофильных условиях. Процесс анаэробный. 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 43/295
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4888872/13 (22) 06.12.90 (46) 07.05.93. Бюл. М 17 (71) Научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (72) Г.А, Шаршовец, З.В. Горохова и Ю.В. Демидов (73) КатэкНИИуголь (56) Патент США М 3640846, кл. С 12 DЗ/10,1987.
Изобретение относится к горному делу, а именно к способам переработки. угольных залежей и отходов угледобычи с получением газообразного топлива и диспергированного угольного продукта, и может быть использовано при выемке экологически невыгодных для добычи обычным способом угольных залежей, утилизации породных отвалов на терриконах угольных шахт и обогатительных фабрик, а также в энергетической промышленности и сельском хозяйстве, Цель изобретения — повышение эффек. тивности процесса за счет получения ценного топлива — метана.
Способ осуществляют следующим образом.
Перерабатываемый массив при необходимости разбивают на участки. Любым из известных способов создают противофильтрационный контур участка переработки.
Взрыванием камуфлетных зарядов разрыхляют перерабатываемый материал, вскрывают участок скважинами, устанавливают обсадные трубы с перфорацией по всей вы„„Я2„„1814686 А3 (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДОГО
ТОПЛИВА (57) Использование: переработка угольных залежей и отходов угледобычи. Сущность: способ переработки твердого топлива осуществляют обработкой твердого топлива раствором, содержащим природный метаногенный консорциум бактерий, в термофильных условиях. Процесс анаэробный. 3 табл.
l соте. рабочей зоны для лучшей подготовки твердого топлива к переработке и равномерного распределения бактерийсодержащей среды в зоне переработки. При необходимости прогревают перерабатываемый материал до 50 С, например, перегретым паром, подаваемым в скважины под давлением, позволяющим наиболее полно раскрыть трещины, повысить проницаемость и пористость твердого топлива. После снижения давления в зоне переработки че- 0© рез скважины нагнетают среду, содержа- 0
1цую природный метаногенный консорциум бактерий. При необходимости корректируют рН среды до 7,2 — 7,7. Скважины герметизируют, создавая тем самым анаэробные условия для бактерий, По истечении определенного времени контакта бактерий с питательной средой в результате их интенсивной работы наблюдается значительное образование биогазат состоящего в основном из метана, и перевод твердого топлива в диспергированное состояние.
1814686
О начале выделения биогаза судят по показаниям манометров, установленных в устье скважин. Скважины расгерметизируют и отводят биогаз на утилизацию.
Процесс считается законченным по окончании выделения биогаза. К этому моменту перерабатываемое твердое топливо диспергируется до текучей суспензии, которую выдают на поверхность через скважины с помощью насосов, 10
Процесс переработки твердого топлива моделировали в лабораторных условиях.
Эксперименты проводили в колбе Эрленмейера емкостью 500 мл. В качестве исходного сырья брали угли каменные, угли бурые 15 и их шламы (характеристики исходного сырья представлены в табл. 3).
В качестве среды, содержащей природный консорциум метаногенных бактерий, использовали сброженную навозную жижу 20 крупного рогатого скота (влажность
98,66Я разведение рубца крупного рогатого скота (влажность 67,77ь), активный ил, взятый с биологических очистных сооружений аэротенков г. Красноярск (влажность 25
97,79 ).
Измельченное до крупности 0,5 мм исходное сырье в количестве 290 г помещали в колбу, добавляли 200 г либо сброженной навозной жижи крупного рогатого скота, ли- 30 бо разведения рубца крупного рогатого скота, либо активный ил. рН смеси регулировали добавлением 10 йаНСОз либо 5 ф HCI. При создании анаэробных условий для метаногенных бактерий колбу за- 35 крывали резиновой пробкой, в которую были вставлены две стеклянные трубки диаметром 10 мм. Одна трубка опускалась в смесь и использовалась для деаэрации угля потоком аргона, другая оставалась в газо- 40 вом пространстве и служила газоотводом.
На концы стеклянных трубок надевали резиновые вакуумные трубки с зажимами. Через трубку, входящую в рабочую смесь, производили отсос кислорода до — 0,4 атм, после 45 чего через эту же трубку пропускали аргон в течение 30-60 с до создания давления в колбе+0,1 ати. Зажимы в этом время были открыты. Создав анаэробные условия, зажимы закрывали. Колбу помещали в термостат 50 с заданной температурой (30 и 50й2 С).
Итак, процесс вели в анаэробных условиях, без перемешивания,с одноразовой загрузкой сырья и бактерийсодержащей среды, варьируя рН от 6 5 до 8,0 и темйера-55 турный режим (30 и Бб С).
Через определенный промежуток времени начинается интенсивное газовыделение. К моменту окончания газовыделения исходное твердое топливо диспергируется до текучей суспензии, Результаты экспериментов представлены в табл. 1, 2 и 3. Как видно из табл. 1, в термофильном режиме процесс протекает более интенсивно, чем мезофильном: наблюдается более высокий выход биогаза с большим содержанием в нем метана; максимум выхода биогаза приходится на 10 сутки (при мезофильном — на 40 сутки).
В табл. 2 показана зависимость содержания метана в биогазе от рН перерабатываемой среды. Наибольшее содержание метана в биогазе наблюдается при рН 7,27,7.
Анализ выделившегося биогаза проводили газохроматографическими методами на хроматографе ЛХМ-8, колонка с порапоком, газоноситель — аргон, детек1;ор — катарометр, температура 40 С, для анализа брали 1 мл газа.
В табл. 3 представлены характеристики перерабатываемого твердого топлива, смеси твердое топливо — бактерийсодержащая среда (навозная жижа крупного рогатого скота) и твердого продукта переработки. Как видно из табл. 3, твердый продукт переработки обогащен гуминовыми кислотами и подвижными формами минеральных и органических компонентов, легко усваиваемых растениями, что позволяет использовать полученный продукт в сельском хозяйстве как удобрение, Кроме того, в результате переработки твердого топлива заявленным способом происходит значительное обессеривание перерабатываемого материала.
Предложенный способ позволяет получить биогаз, который представляет собой интерес как дополнительный источник метана — одного из богатых энергией, легко транспортируемого вида топлива и сырья.
В процессе переработки твердого топлива наряду с биогазом получают продукт, обогащенный гуминовыми кислотами и подвижными формами минеральных и органических компонентов, хорошо усваиваемых растениями, В предложенном способе воздействие бактериальной среды на твердое то1ливо позволяет частично удалить из него органическую среду, что имеет немаловажное значение.
Технология предложенного спо "оба исключает аэрацию рабочей среды, чт значительно упрощает осуществление пг.оцесса, особенно при переработке угольных пластовв.
Предложенный способ исключает необходимость введения в рабочую среду допол1814686 6
Формула изобретения
Способ переработки твердого топлива, предусматривающий вскрытие участка пе5 реработки скважинами, нагнетание через скважины бактерийсодержащей среды, выдерживание ее в пласте топлива и выдачу продуктов переработки на поверхность, о тличающийся тем,что,вкачестве
10 бактерийсодержащей среды используют метаногенный консорциум бактерий в виде сброженной навозной жижи и разведения рубца крупного рогатого скота, при этом рН среды обитания бактерий поддерживают в
15 интервале 7,2-7,7.
Таблица1
Зависимость выхода биогаза от температуры и времени перер ботки т,"с
Твердое топливо бактерийсодержащая среда
Выход объем газа, л/кг(Ч1 сут ря среды
В реня переработки, сут газа
; Состав,3 СН прочие
Сброженная. навозная 30 жижа крупного рогатого скота
0,6 20
0,8 28
Каменный уголь
7,2 1О
72
68
82 г,о
3,5 зг
4о
Шлам каменного То же угля
ЗО
7,г 10 г7
35,5
35,5
20
73
64,5
64,5
78
82
6Е
50
7,2 10 бурый уголь
30.
30
52
36,4
55 ео
63,6
45 со
Сброженная навозная жижа крупного рогато» го скота
72 10
Каменный уголь го
80
27
50
5Р
Шлам каменного угля
То же
5,7
7г lo
5,2
4,8 4,0
30
4о
3,0
Сброженная навозная 50 жижа крупного рогатого скота
7,2 1О
5,7 бурый уголь
5,0
4,5
4,2
2,8
30
50
ll p и н е ч а н и е. y — л на 1 кг сухого вецества в сутки (твердое топливо + сброженная навозная жижа) нительно питательных элементов для активной жизнедеятельности бактерий.
Для введения процесса по предложенной схеме отпадает необходимость в покупке или специальном выращивании культур бактерий, так как в предложенном способе используют природный консорциум бактерий.
Предложенный способ позволяет перерабатывать не только экономически невыгодные для добычи традиционными способами залежи угля, но и утилизовать отходы угледобычи на терриконах угольных шахт и углеобогатительных фабрик, а также отходы животноводческих ферм, предприятий по переработке жвачного скота и илы аэротенков промышленных предприятий.
З,2
0,5 о,е
1,85
З,е
3,5
0,5
0,82
1,9
З,7
3,2
6,2
6,0
4,8
4,2
3,4
73
6о . 65
52
ЗЕ,6
53,5
71
63
48
61,4
46,5
29
37
1814686
Таблица2
Состав биогаза рН среды
Т.емпература, Т,c
Время переработки, сут
Бактерийсодержвщая среда
Твердое топливо
СН4 Сов прочие
Каменный уголь
65,7
11,8
Сброженная навозная жижа крупного рогатого скота
22,4
28,0
37,6
17,0
7,2
7,5
8,0
6,5
7,2
7,5
7,7
8,0
6,5
7,2
7,5
7,7
8,0
6 5
7,2
13,0
8,0., 12,2
35,0
40,2
10,8
l0,0
37,7
40,8
39,3
8,0
40 30
То же
Илам каменного угля
40 30
Бурый уголь
Каменный уголь
18,о
40,0
19,0
18, 13
7,5
7,7 ч,О о
6,5
7,2
22,0
15,0
27,3
26,0
28,2
14,6
12,4
10 50
Илам каменного угля
7 г
7,7
8,0
6,5
7,2
7,5
7,7
8,0
7,5
10
Бурый уголь
39,0
27,6
27,0
14,8
18,5
Каменный уголь
10 разведение рубца крупного рогатого скота
7,5 73,0 26,0 1,0
Илам каменного угля
10 50
То же
70,0
72,0
27,0 3,0
26,0 2,0 о
7 5
Бурый уголь
Каменный уголь 50
7,5
Активный ил аэротенков
26,5 2,5
7,5 71,0
Шлам камеи- То we ного угля
10
26,2 4,6
69,2
7,5
Бурый уголь
ЗависимостЬ содержания метана в биогазе от температуры и pll среды
22,5
40,0
55,0
28,0
18,4
35,0
50,0
8,2
16,8
20,0
52,0
55,9
54,0
27,8
28,0
55,0
80,0
80,0
38,6
27,5
6,5
72, 4
70,0
30,0
25,0
53,5
71,0
69,2
30,4
80,0
59,0
73,6
52,8
15!0
1,6
72,4
70,0
10 3
3,3
6,7 . 64,2
54,0
5,0
1,0
1,7
39,4
57,5
7,7
1,6
1,8
55,4
62,6
7,5
1,4
3,8
54,8
1,5
1814686
Т а бл и ц а
Характеристика твердого продукта переработки
< Агрохимический анализ
Твердое топливо
Твердое топливо Ф бактерийсодерващая среда (н.я.к. р.с.) Твердое топливо
Ш-1Жз . Рт.Ог КзО мг/кг мг/100г мг/100г
18 2 5 6 82 3 1 36 8 3 0 0 21 0 03
Уголь" каменный
0,3 6,8 83,0 2,8 8,3 13,2
0,4 7, 02 79, 1 3, 1 12,2 12,8
0,34
198 52 785 184 121 0
0,03
Уголь бурый 16,2 4,0 76,6 2,49
0 4 5, 8 ?7,3 4, 02 16, 1 33,8
I !
16,0 23,0 0,22
Шлгм бурого угля 16 7 5 2 74,8 1 67
0,2 6,0 7523,1 24,2 31 2
24,0 21 8
0,12
l . Продолжение табл.З
Твердое топливо
Агрохимический анализ
Н > С, $, О, (НА ) Е-НОз РзО, Кз0
Ф Ф Ф Ф 2 мг/кг мг/100г мг/100r
Уголь камен33,5 15,63 52,6
75 О 0 75 - 47
48,2
32,8 8,4
Шлам каменного угля
73,6 0,81 - 39
68,2 1,67 . -. 57
33,2 8,6 48,8
34,0 15,65 53,0
15,08 уголь бурый 32,8
Шлам бу-, рого угля 31,6
31,6 9,0
53,4
52,1
63,8 0,98 - . 49,5 30,4 9,2
16, 1
53,1
62,6
П р и м е ч а н и е. 1. Н.ж. к. р.с - навозная ьтиьта крупного рогатого скота
2. Определение подвикных форм Н, P K вели по Чирикову
Составитель Г.Шаршовец
Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðîâà
Редактор
Заказ 1843 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Шлам каменного угля
