автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка способов и технических средств обеспечения фазовых преобразований бурых углей для их комплексного использования

Акционерное общество "КАТЭКНИИуголь"

РГБ ОД

2 7 ЯНВ 1997 На правах рукописи.

ДЕМИДОВ Юрий Васильевич

УДК 622.271.3

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФАЗОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ БУРЫХ УГЛЕЙ ДЛЯ ИХ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Специальность 05.15.11. -"Физические процессы горного производства"

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада.

Москва 1996

Работа выполнена в акционерном обществе "КАТЭКНИИуголь"

Официальные оппоненты :

докт. г-м. наук, проф. ЕРЕМИН И.В. докт. техн. наук, проф. ВАСЮЧКОВ Ю.Ф. докт. техн. наук, проф. КУЗЬМИЧ И.А.

Ведущая организация - ИПКОН РАН , г.Москва

Защита состоится "_"_1997 г. в_час. на заседании

диссертационного совета Д - 053.12.06 Московского государственного горного университета :

117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана"_"_1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт.техн.наук, проф.БАКЛАШОВ И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Переход к рыночным отношениям выдвигает необходимость рационального использования топливно-энергетических ресурсов. Запасы разнообразных по качеству углей России делают возможным обеспечение твердым топливом энергетического комплекса страны.

Заметную роль в выходе страны из кризисного состояния может сыграть Канско-Ачинский бассейн, который в отличие от известных на сегодня перспективных топливно-добывающих баз, имеет значительно лучшие условия разработки - мощные до 90 м пласты почти горизонтального залегания при коэффициенте вскрыши 0,5-2,5 мЗ/т, без заметного ухудшения в течение длительного периода развития ( более 100 лет ). Сочетание благоприятных условий с наличием огромных запасов углей -более 112 млрд. т., пригодных к разработке прогрессивным открытым способом, определили во всех ранее принятых программах и планах создание крупнейших - 40-60 млн.т/год - высокомеханизированных разрезов, обеспечивающих высокие удельные экономико-экологические показатели на тонну условного топлива. Низкая зольность канско-ачинских углей ( 8-12%), незначительное содержание серы ( 0,3-0,5% ) , а также отсутствие других вредных элементов , в том числе и естественных радионуклидов, при относительно высокой теплоте сгорания рабочего топлива ( 15-16 МДжУкг), позволяют весьма эффективно использовать их для получения тепло- и электроэнергии, причем себестоимостью в 3-4 раза ниже отраслевой.

Вместе с тем, в условиях ориентации регионов на самобаланс ранее принятая стратегия использования канско-ачинских углей на местах их добычи за счет строительства большого ( до 27 штук ) количества ТЭС оказалась нереальной. Уже сегодня возникли серьезные диспропорции в развитии угольной части КАТЭКа и предприятий, использующих канско-ачинские угли. Это прежде всего касается разреза "Березовский-1" и Березовской ГРЭС.

Обеспечение надежной работы разрезов и вовлечение добытых канско-ачинских углей в народное хозяйство других регионов России требуют своевременного решения вопросов гарантированного вывоза этих углей. Однако рост затрат на транспортирование и трудности с передачей электроэнергии на большие расстояния делают проблематичным и этот вопрос.

Кроме того, традиционная ориентация использования канско-ачинских углей только на сжигание в энергетических целях значительно снижает их ценность и сферы возможного применения. Развитие подотрасли глубокой переработки, в том числе за счет фазового преобразования углей, создание углепроводных систем для транспортирования угля в виде суспензий позволяет уменьшить

зависимость работы угледобывающих предприятий от работы объектов тепло- и электроэнергетики, а такж'е обеспечить конкурентноспособность продукции и стабильное развитие Канско- Ачинского бассейна с условиях рыночных, отношений.

Не менее важным в жизни страны является сельскохозяйственный аспект преобразования углей в направлении получения органо-минеральных удобрений, в том числе из некондиционных углей и отходов углепроизводства, что позволяет решать и социальный аспект создания высокоэффективного производства за счет снижения загрязнения окружающей среды, создание методов и средств улучшения экологической обстановки в бытовых и производственных условиях. Поэтому рациональное использование ископаемых энергоносителей, в частности угля, является актуальной первоочередной научной, технической и экологической (социальной) проблемой, диктующей необходимость комплексного подхода к созданию экологически чистых безотходных технологий угледобычи и углепользования топливного и нетопливного назначения.

Цел ь работы - создание способов и средств преобразования углей для повышения конкурентноспособности за счет экономической и экологической эффективности, на базе которой возможно расширение области их применения. .

Идея работы - многоцелевое использование органических, минеральных и органоминеральных компонентов углей путем целенаправленного преобразования их состояния.

Методы исследований - для достижения поставленной Цели использован комплекс методов, включающий анализ и обобщение данных научно-технической литературы по исследуемому направлению, математическое описание задач и математическое моделирование процессов, методы математической статистики, экспериментальные работы в лабораторных и производственных условиях, анализ промышленной эксплуатации разработанного оборудования.

Основные научные положения, представленные на защиту:

1. Фазовое преобразование бурых углей в жидкие, твердые и газообразные продукты вместе с изменением физико-технических свойств обеспечивает комплексное использования этих углей. ( 1,3,16,17,18,22)

2. Использование бурых углей в процессе подготовки, транспортировки и сжигания водоугольных суспензий в смесях с каменными углями улучшает физико-механические, гидродинамические и энергетические свойства этого вида топлива.( 2,4,5,11,13,15,19)

3.Процесс фазового преобразования углей путем прямой биотехнологической трансформации является регулируемым и зависит от качественных показателей углей, степени их метаморфизма, подбора штаммов микроорганизмов и режимов биоконверсии для

целенонаправленного получения из бурых углей продуктов топливного и нетопливного назначения^ 1,14,20,23,25,32,34,35,36,37 )

4. Фазовое преобразование углей возможно как в специальных установках, так и непосредственно в пласте, что повышает экологичность извлечения кондиционных и некондиционных запасов. ( 6,12,30,32)

5. Регулируемая биоконверсия низкосортных бурых углей и отходов углеобогащения обеспечивает вовлечение их в добычу для получения органоминеральных удобрений с одновременным обезвреживанием органических отходов в сельском хозяйстве. Пригодность исходного сырья для выпуска удобрений можно прогнозировать по качественным характеристикам и элементному составу углей. (7,37,38 )

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается :

высокой сходимостью лабораторных исследований с практическими показателями при реализации новых технологий в прЬмышленных условиях;

- методическими предпосылками работы, основанными на корректном использовании математического аппарата;

сопоставимостью данных численного моделирования и аналитических расчетов с фактическими данными;

- большим объемом экспериментальных исследований в натурных и лабораторных условиях;

использованием результатов исследований в практике проектирования и в промышленности.

Научная новизна работы:

1. На основе использования физических и химических свойств бурых углей обосновано их использование в смесях с каменными углями и антрацитом для улучшения реологических и энергетических свойств водоугольных суспензий и разработан критерий для оценки качества ВУС

2. Селективным скринингом выделен комплекс штаммов, под воздействием которого в аэробных условиях происходит частичное окисление угольных макромолекул с разрывом ряда химических связей и с разрушением угольной псевдорешетки, что превращает уголь в горючую суспензию с регулируемыми свойствами.

3.Установлены зависимости скорости взаимодействия микроорганизмов на границе раздела фаз уголь-жидкость с целью фазового преобразования угля в промышленных установках, а также угольных пластах.

4. Глубокой жидкофазной переработкой угля получен продукт, по агротехническим свойствам аналогичный природному почвенному гумусу, который способствует рекультивации земель, нарушенных

горными работами и может служить связующим при брикетировании бурых углей.

5. Сформулированы направления фазового преобразования бурых углей с целью их комплексного использования.

Практическая ценность работы :

разработана технология и режимы получения высококонцентрированных, водоугольных суспензий из бурых углей для гидротранспортирования и сжигания их;

разработана технология и режимы " получения высококонцентрированных водоугольных суспензий из углей различной степени метаморфизма;

- разработана технология биотрансформации углей с целью получения котельного и моторного топлива и связующего для брикетов;

- разработана технология и режимы биопереработки углей с целью получения жидко- и твердофазных удобрений и обезвреживания животноводческих стоков;

- разработана технология биотрансформации углей в массиве, что способствует эффективности извлечения угля и разработке месторождений в целом;

- разработана технология получения газообразных продуктов и адсорбентов из углей путем их биопереработки.

Реализация работы. Результаты исследований реализованы в ряде промышленных установок, государственных и отраслевых документах:

- проектирование, строительство и эксплуатация комплекса приготовления и транспортирования водоугольной суспензии на Ачинском глиноземном комбинате;

- установки по производству удобрений на основе биосуспензий на разрезе "Назаровский", в Кузбассе и фирме "Северо-венгерский Центр (Парк) Инноващш"(Венгрия); <

- государственные стандарты на "Удобрение органоминеральное "Биогум" и "Удобрение комплексное органоминеральное";

- проект промышленной установки для фазового преобразования углей непосредственно в пластах применительно к разрезам Канско-Ачинского угольного бассейна;

• опытно-промышленная установка по брикетированию угля со связующим на основе биосуспензий;

- научные положения и практические рекомендации использованы при разработке Концепции развития открытого способа добычи угля в Российской Федерации на период до 2010 года.

- используются проводимые под руководством автора разработки по направлению "Энергетика и технология угольных суспензий"

Государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика" на опытно-промышленном углепроводе Белово-Новосибирс;;.

Апробапия работы. Основные положения работы докладывались на Всесоюзно!! конференции "Проблемы использования канско-ачинскип углей в энергетике" ( Красноярск, 1991 г. ), отраслевых научно-технических совещаниях по повышению эффективности работы ОПУ " Белово-Новосибирск" ( Новосибирск, Белово, 1992, 1994 г.г. ), в РАО "ЕЭС России" и Комитете электроэнергетики Минтопэнерго РФ по оценке роли КАТЭКа в энергетике России ( Москва, 1993 г. ), секции открытых разработок НТС компании "Росуголь" ( Люберцы , 1993 г., п.Ильинское Московской обл.,1994 г. ), научно-техническом совещании по вопросу глубокой переработки бурого угля месторождения "Кара-Жыра" ( Семипалатинск, 1993 г. ), ХУ Менделеевском съезде по общей и прикладной химии ( Минск, 1993 г. ), Международной деловой встрече "Уголь - стратегия развития и деловое.партнерство" ( Москва, 1993 г. ), конференциях "Неделя- горняка" и "Экологические проблемы горного производства"в МГГУ ( Москва, 1994, 1995 г.г. ), совещаниях экспертов по чистым технологиям Европейской экономической комиссии ООН ( Женева, 1994, 1996 г.г. ), XI1 Международном конгрессе по обогащению угля ( Краков, 1994 г.), ХУ1 Всемирном горном конгрессе ( София, 1994 г.), Международной встрече IEA - CLM Workshop , 94 по водоугольным суспензиям ( Цукуба, Япония, 1994 г. ), Международном Симпозиуме по вопросам устойчивого развития районов открытых угольных месторождений (Красноярск, 1995 г. ), Международной научно-практической конференции "Переработка углей КАТЭКа в жидкое топливо (Красноярск, 1996 г. ), 11 Международной конференции по открытым горным работам ( Москва, 1996 г. ), У1 Международной энергетической конференции Energex 96 (Пекин, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 научных работ, включая изобретения.

Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Трубецкому К.Н. и д.т.н., академику РИА и РАЕН Щадову М.И. . за ценные советы и консультации, которые способствовали проведению и подготовке работы. Глубокую признательность за практическую помощь в работе, техническое оснащение экспериментов и активное внедрение результатов в практику автор выражает сотрудникам института "КАТЭКНИИуголь", специалистам разрезов Канско-Ачинского бассейна и Кузбасса, Опытно-промышленного углепровода "Белово-Новосибирск", компашш"Росуголь", Алешину Б.Г., Бруеру Г.Г., Бирюкову A.C., Гуськову В. А..Русскому В. А. и др.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1 - Методологические направления фазового преобразования углей_.

В настоящее время в Канско-Ачинском бассейне в эксплуатации находятся три месторождения : Бородинское, Назаровское и Березовское. Данные технического, элементного , химического состава золы и микробиологического анализов свидетельствуют о сходстве углей этих месторождений : углерод С^ - 70-72%, водород Н^ - 4,8-5,0%, золаА^-7-12%, выход легучих - 44-48%, азот М^1 - 1-1,2%, кислород 0е* -20,8-23,4%. Теплота сгорания от 27,2 МДж/кг - у назаровских

углей до 29,5 МДж/кг - у бородинских. Все три месторождения характеризуются повышенным содержанием окиси кальция ( 26-43%).

Традиционным пугем повышения конкурентноспособности канско-ачннских углей является получение сортового и брикетированного тоилив и замена ими основных топлив (каменных углей ), сжигаемых на объектах тепло- и электроэнергетики России.

Проведенная технико-экономическая оценка показала, что затраты на создание промышленных производств по получению брикетов сравнима с затратами на реконструкцию железных дорог дня увеличения их пропускной способности, при значительном улучшении качественных характеристик топлив. Альтернативным вариантом может служить получение продуктов фазового преобразования углей и, прежде всего, высококонцентрированныхводоугольныхсуспензий (табл. 1).

Таблица 1.

Направлсшг-Я исследовании по фазовому преобразование \rjicii.

Уголь

Твердые продукты Бездымное топливо

Удобрения

Сорбенты

Жидкие продукты Высококонцентрированные водоуголь-ные суспензии

Биосуспензии Топливо

Удобрения

Химическое сырье

Газообразные продукты Биогаз

Синтез-хаз

Кроме того, несмотря на повышение качественных характеристик, облагороженное твердое топливо в виде сорта и брикетов, как и замена бурыми углями других более дорогих и экологически более опасных углей, а также высококонцентрированные угольные суспензии предполагает их использование в качестве топлива.

В то же время имеющиеся научные опыты по фазовому преобразованию канско-ачинских углей дают возможносгь предполагать получение более широкого спектра продуктов различного народохозяйственного применения.

Прежде всего не потеряла своей актуальности проблема получения и использования синтезгаза , а также жидких топлив и химического сырья из бурых углей. Эта проблема, наряду с традиционными способами, решается методом биотехнологического преобразования углей, благодаря которому может быть получено наибольшее число конкурентоспособных продуктов.

Значительный вклад в развитии биотехнологии углей внесли ученые Аверина Г.М., Васючков Ю.Ф., Ильин Н.П., Красавин А.П., Кухаренко Т.А., Омелянский В.А., Семенов Л.В.,Тишкович A.B., Христева Л.А., Шпирт М.Я., Шумков С.И и др.

Pirc.l Направления бнотеыю.тогического преобразования 5тлей.

Направления биотехнологического преобразования углей развиваются по трем основным направлениям:

- энергетика;

- сельское хозяйство;

- экология.

Энергетическое направление предполагает использование продукции, полученной посредством биотехнологической переработки углей, в качестве связующего для брикетов и гранул. На основе полученных брикетов и гранул получают бездымное брикетированное топливо и гранулированный полукокс, обладающий теплотой сгорания более 27,2 МДж/кг.

Получаемые в результате биотехнологической переработки углей биосуспензии предполагается напрямую использовать в качестве топливных суспензий. Проведенные исследования по сжиганию ВУС, полученных путем биопереработки бурого угля, показали, что основные процессы - выгорание летучих и горение коксового остатка протекает активнее и быстрее, чем для ВУС на основе березовского угля, полученной обычным способом, и в два раза быстрее, чем ВУС на основе кузнецкого угля марки Д. Это можно рассматривать, как свидетельство повышения химической активности угольного вещества в процессе его биотрансформации.

Следующими подразделом энергетического направления использования углей является получение на их основе моторных топлив и химического сырья.

Сельскохозяйственное направление использования продукции биотехнологического преобразования бурых углей является на сегодняшний день наиболее продвинутым. Проведенные исследования по использованию биопереработанных углей, как в жидком, так и в твердофазном виде показали, что они являются экологически чистыми высокоэффективными органо-минеральными удобрениями. В настоящее время налажен серийный выпуск биореакторов для получения удобрений из углей и торфов с использованием биотехнологии.

С использованием биотехнологического способа преобразования органического вещества углей возможна реализация технологии преобразования технологических стоков животноводческих производств.

Экологическое направление использования продукции биотехнологического преобразования углей также имеет практическую степень реализации.Разработанная технология внутрипластовой биопереработки обеспечивает выемку забалансовых и некондиционных запасов угля. Получаемые жидкофазные и твердофазные удобрения широко используются при рекультивации нарушенных земель на разрезах КАТЭКа.

Для получения удобрений также возможно использование некондиционных и забалансовых углей. Продукты микробиологического преобразования углей обладают эффективной сорбционной емкостью по отношению к тяжелым металлам и углеводородам.

Развитие подотрасли глубокой переработки углей в значительно]'! степени уменьшает зависимость работы угледобывающих предприятий от работы объектов тепло- и электроэнергетики.

Широкое освоение промышленных производств по получению конкурентоспособной продукции обеспечит стабильное развитие Канско-Ачинского угольного бассейна в условиял рыночных отношений.

2. Исследование по получению и • использованию высококонцентрированных водоугольных суспензий.

Получение высококонцентрированных водоугольных суспензий (ВВУС) из каменных углей освоено в промышленных масштабах. В настоящее время в работоспособном состоянии находится углепровод протяженностью 262 км по передаче суспензий из кузбасского каменного угля шахты " 'Инская" (г.Белово ) до Новосибирской ТЭЦ -5 мощностью до 3 млн.тони сухого угля в год.

За рубежом в 1992 г. сдано японо-китайское предприятие "ЯНРН ВТУ Ко ЛТД ", которое занимается приготовлением суспензии ( 250 тыс. т/г ), транспортированием ее водным путем на расстояние около 1500 км до г.Осака ' и сжиганием без обезвоживания.Известен опыт транспортирования угля, руд и цветных металлов и других материалов по трубопроводу на большие расстояния.

В теоретическом плане перемещение твердых частиц в потоке жидкости при различных режимах можно отнести к классическим задачам механики.

В последнее десятилетие исследования проводились в ИГД им.А.А.Скочинского, ДонУГИ, ВНИИгидроуголь, ИГИ, ИПКОН РАН , НПО "Гидротрубопровод", НПО'Экотехника".

Известны работы проф., д.т.н.В,В.Трайниса, А.П.Юфина, Н.Е.Офенгендена, А.Е.Смолдырева, Г.Н.Делягина.

Установлено, что угольные суспензии, полученные из каменных углей, обладают неньютоновскими свойствами, приближающимися к свойствам вязко-пластичных тел. Однако, угольные суспензии могут представлять собой разнообразные дисперсные системы, которые изменяют свои свойства от степени метаморфизма угля, условий приготовления, хранения и движения, что определяет различные режимы транспортирования их по трубопроводу.

Это обстоятельство обусловило необходимость проведения исследований с конкретными метаморфическими типами углей.

Экономическую целесообразность определили следующие направления исследований:

приготовление, транспортирование и сжигание ЬУС, приготовленных из каменных угле«, бурых углей, антрацита и смесей;

- приготовление на месте сжигания н сжигание ¿УС при железнодорожных перевозках сухого угля;

- определение физико-механических и технических характеристик ВУС с использованием различных промышленных источников г.оды.

Исследование и отработка основных технических решений, параметров, режимов работы и оборудования трубопроводного транспорта ВУС осуществлялись па опытне-промышленном трубопроводе Белово-Новосибирсх, а также на экспериментальных стендах, в частности - на Ачинском глиноземном комбинате, имеющем размольное оборудование производительностью до 21 т/час.

При приготовлении высокохонцешрпрованный водоугольной суспензии ( ВВУС ) применялись традиционные технологии переработки угля и оборудование. Уголь подвергался глубокому помолу с получением крупных ( менее 1 мм. ), мелких ( менее 250 мкн.) и сверхмелких ( менее 40 мкн.) частиц угля.

Ранее получение суспензий из бурых углей не было освоено в связи с тем, чзо они содержат 30-40% влаги, причем при влажности 30% - уголь пылит, т.к. влага содержится внутри макромолекул угля.

Реологические свойства таких суспензий также не были изучены.

Для определения реологических характеристик ВВУС, режимов течения и параметров гидротранспортирования была создана установка, представляющая собой испытательное кольцо протяженностью 120 м., включающее трубопроводы диаметром 100, 150, 200 и 400 мм., оснащенное аппаратурой для измерения падения давления и расхода.(рис.2 ) Одновременно проводились исследования свойств ВВУС на ротационном вискозиметре.

50М 5

1 - пробоотборник

2,3,4,5 - грубы диаметром соогистствашо 200,150,100 400 мм

6 - расходомер ÍÍP-61

7 - гаситель пульсации Н - насос 6 ФШ

Piic.2 Принципиальная схсма испыта гсльного кольца

Исследовались суспензии, приготовленные из угля, добываемого на. разрезах "Бородинский" и "Березовский". Уголь с исходной влажностью 28-30% и зольностью 6,2-18'% проходил обработку-в стержневой или нильпебсной и шаровой мельница.;.

В результате измельчения крупных частиц угля в опытных партиях ВВУС по фракциям была в следующих пределах : более 1мм - 0-2.6%; 10.2 мм - 1-14%; 0,2-0,05 мм - 15-40%; 0-0,005 мм - 48-83%.

В качестве пластифицирующей добавки использовался технический лигносульфанат ( ЛС ), комплексные щелочные добавки на основе модибициоованных лигносулъфанатов (МЛС), углещелочные реагенты (УЩР). '

Расход пластифицирующих добавок составш. : ЫаОН - 0,2%, ЛС - 0,5%, МЛС + ЫаОН - 0,3%, УЩР + ЫаОН -0,6 %,

МЛС увеличивали вязкость суспензии с 1,5 до 4,5-9 Пас.

ЛС снижали структурную вязкость с 1,5 до ОД Па.с. и предельное напряжение сдвига с 20 до 9 Па при хорошей стабильности суспензии.

Цикл исследований на опытно-промышленной установке, а также на лабораторной установке с трубопроводами диаметром 36, 52, 81 мм позволяет сделать вывод о том, что суспензии из бурых углей вязкопластичные тела, при движении которых имеет место псевдоламинарный режим в диапазоне скорости от 0,1 до 2,4 м/с.

Изменение потерь давления соответствует зависимости Букингама в ее упрощенном виде :

32 V рст 16 Т0

I = .............. + ................( 1 )

ЗБ

где рст и т'о - структурная вязкость (динамическая ) и динамическое напряжение сдвига, Па.с и Па.

У - скорость течения, м/с О - диаметр трубопровода, м.

При транспортировании суспензии после пребывания ее в потоке в течении 27 часов вязкость изменяется с 0,22 Пас до 0,15 Па с после движения по трубопроводу в течении 3-х часов. Таким образом, пссле длительного хранения суспензия восстановила вязкопластичные свойства.

Высокие качества ВВУС были получены при использовании длиннопламенных углей Кузбасса, характеризующихся выходом летучих на сухое беззольное состояние до 39-44% и зольностью до 12%. Трудности с достижением указанных показателен качества угля в необходимых для Новосибирской ТЭЦ-5 объемах, с одной стороны, а также необходимость использования различных отсевов и шламов сделали необходимым исследование ВВУС из смесей углей.

■ п

Для частичной замены каменных углей менее дефицитными и дешевыми было проведено исследование возможности получения и целесообразности использования ВВУС из смеси каменных и бурых углей, а также отсева антрацита и бурых углей.

Серии опытов проведены при широком диапазоне качественных и теплотехнических показателей углей, что дало возможность исследовать ВВУС с различными характеристиками^ табл.2 )

Таблица 2.

Диапазоны изменения показателей углей и характеристик ВВУС.

Состав ВВУС Ст Со,2 А<1 НА^ К:Б или А:Б

Березовский 36,5-40,5 0,99-0,86 4,4-27,6 28,7-47,8 0:100

Березовский + каменный 50-55,2 0,92-0,86 4,4/11,619,7 31,8/- от 10:90 до 95:5

Березовский -+ анграцит 48-54,0 0,9-0,92 4,4/20,7 31,8/- от 5:95 до 25:75

Бородинский 44-50,6 0,87-0,92 9,2/- 27/- 0:100

Бородинский-1-каменный 49-55 0,88-0,98 9,2/11,6 21М- от 10:90 до 5,0:50

Бородинский+ антрацит 52-57 0,9-0,93 9,2/20,7 27,1 / - от 10:90 до 25:75

где : Ст - концентрация твердых частиц в ВВУС, % .

С0 2 - содержание частиц твердого менее 0,2 мм, доли ед. А^ - зольность,%

- содержание гуминовых кислот,'/,

42 46 50 54 58

-Н-+

38 42

-Ч-Ь

48 50

Рис. 3 Зависимость структурно» вязкости Мер. для углей и их смесей от обобщенной характеристики хачсства ВВУС К.

Рис. 4 Зависимость динамического напряжения то ддя углей и их смесей от обобщенной характеристики качества ВВУС К.

Установлено, что главные реологические характеристики ВВУС, влияющие на гидравлические сопротивления при движении по

трубопроводу, - структурная (динамическая ) вязкость Петр. ( рис.3

динамические напряжение сдвига То (рнс.4) зависят от показателя качеств;) ВВУС - К, который может быть представлен в следующем виде:

К=Ст-\|С^2'.[Хкл/йАка'+(1-Лк)У1-Абс1 / ЬНА^аГ],

(2)

где: л,,: - содержание каменного угля, доли ед.

АКЛ и АбЛ - зольность каменного и бурого углей, доли ел.

Статистический анализ результатов опытов показал, что Петр н '¿О подчиняются экспоненциальным зависимостям:

(.^еО,24^-12,3,^ (3)

,Го^З + е0,4К-18.8,П,. (4)

при достаточно высоких коэффициентах корреляции г=0,923 и г=0,897 соответственно для Д^рр и 'С,

Исследования проводились с бурыми углями группы 2Ь Бородинского и Березовского месторождений Канско-Ачинского бассейна, а также каменными углями марки Д и антрацитом марки Л Листвянского месторождения Кузбасса, с теплотой сгорания 17,2 и 20,7

Вязкостные характеристики ВВУС определялись на ротанионно;.: вискозиметре.

Концентрация угля в ВВУС была доведена до предельной, при которой прекращалось течение по трубам. (таблЗ)

Предельные значения ВВУС.

Табтщя 3

Концентра- Вязкость Динамичес- Теплота

Наименование ция статическая кое напряже сгорания

(массовая) цст, Па с ние сдвига

Ст, % ТГ0 , Па <3,МДж / кг

Уголь березовский 46

Уголь бородинский 50

Кузнецкий - бородинский 50:50 50-54 30:70 50-54

4,2 4,0

3,5 3,7

53 50

56 50

10 8 11.2

11.3-12.3

11.4-12.3

Кузнецкий-березовский

50:50 50-54 3,7 50 11.8-12.9

30:70 50-53 4,2 50 11.8-12.0

Антрацит-бородинский

25:75 52-55 3,4 16 12.2-12.9

20:80 52-55 3,0 20 12.0-12.8

10:90 52-54 4,5 15 11.8-12.4

Антрацит- березовский

25:75 51-53 3,3 12 12.4-13.0

20:80 50-53 4,4 12 11.7-12.7

Проведенные лабораторные и полупромышленные исследования и полученные зависимости позволили разработать технико-экономическую модель использования ВВУС в качестве топливного сырья.(ф 4.1)

3.Фазовое преобразование угля путем биологической трансформации.

В работе проведены исследования по формированию биоценоза для направленного фазового преобразования углей в целевые продукты, путем биотрансформации органической массы угля.

Первостепенное значение в вопросах биотрансформации углей имеет его реакционность, определяемая неоднородностью его структуры, петрографическими, химическими характеристиками и степенью метаморфизма, что требует индивидуального изучения каждого вида углей.

В зависимости от вида исходного угля и требуемого качества конечного продукта могут быть реализованы следующие виды фазового преобразования углей с использованием отдельных видов микроорганизмов : десульфуризация, биоожижение, биогазификация.

Концепция исследований биотехнологии может быть представлена в следующем виде:

- формирование биоценоза микроорганизмов для направленной трансформации угольного сырья;

- отработка технологических условий осуществления процесса биопереработки ;

регулирование направленности и глубины процесса биопереработки для получения продуктов и сырья топливного ( угольные суспензии , связующие для брикетирования, биогаз и др.) и нетопливного

( органоминеральные удобрения, химическое сырье, сорбенты и др. ) назначения;

- адаптация процесса биопереработки применительно к условиям угольного пласта и техногенных угольных образований.

Установлено, что в результате воздействия микроорганизмов твердый уголь трансформируется в угольную суспензию,содержащую комбинацию веществ, образующихся в процессе биологической переработки угля.

Трансформация угольной массы в суспензию разделяется на три стадии. Первая - индукционный период, когда микроорганизмы и их метаболиты проникают внутрь , разрушая структуру угля и снижая его механическую прочность. Вторая стадия - собственно диспергирование угля в жидкой фазе, образование суспензии. Третью стадию можно определить как своего рода " равновесное состояние", суспензия достигает насыщения я содержание твердого вещества в жидкой фазе остается постоянным.

В качестве биологических агентов конверсии бурых углей были использованы штаммы Pseudomonas denitrificans, Pseudomanas longa, acinetobacter calcoaceticus, выделенные и идентифицированные сотрудниками института "КАТЭКНИИуголь".

Штаммы выращивались на специальных питательных средах и в дальнейшем использовались как инокулят для преобразования углей уже в нестерильных условиях ферментации.

Установлено,что спонтанная микрофлора, присутствующая в буром угле, способна оказывать значительное влияние на трансформацию угля.

Однако процесс образования устойчивой суспензии длится неопределенно долго по причине слабой ферметационной активности ее. Предложенные штаммы - значительно ускоряют процесс деструкту р из а ции.

Изучая рост численности микроорганизмов по действию каждого штамма, а также по совокупному воздействию их, параллельно наблюдалась деструктуризация по выходу гуминовых кислот.

Максимальная скорость деструкции отмечена на 16-ти часовой стадии ферментации.

Оптимальные параметры процесса трансформации угля в разработанной технологической схеме определялись с помощью методов математического моделирования, которые позволили изучить действие нескольких факторов на процесс роста бактерий в частности, от кислотности среды pH и интенсивности перемешивания и подачи воздуха (аэрации).

Установлено ( рис 5), что оптимальные параметры аэрации соответствуют рН=7 и скорости вращения смесителя V= 160 об/мин., т.е. при скорости поступления кислорода 6,145 мг 02 л/мин. Время лаг-фазы 21 час.

2 -р 1,5 -1

0,5-0

-У1

......У2

----уЗ

---у4

Г I I I I I 1 I I I I I I I I I 0 10 20 30 40 50 60 70 60

I (час)

Рис. 5 Динамика роста оактернй при деструкции бурых ynicii.

у) - V = 160 оо/мип.

Рн = = 7

У 2 - v = 60 об/мин.

pH = S

уЗ - V = 60 об/мнн.

pH = 5

у4 - V = 160 об/шш.

pH = 8

Уровень стационарной фазы для Ps. denitrificans получен на 30 часу культивирования, Ps. longa - 34 часу, для Ac.calcoaceticus - на 54 часу. Количество биомассы увеличилось с начала культивирования соответственно до 4.6 млрд. кл./мл., до 5,67 млрд.кл./мл. и до 11,87 млрд. кл./мл. при первоначальном концентрации 5 млрд.кл./мл.

На определенных промежутках при биоконверсии углей с применением штаммов микроорганизмов: № 1 - Pseudomonas denitrificans, № 3 - Acinetobactcr calcoaceticus, № 2 - Pseudomonas longa выделяются ферменты фенолоксидазы, играющие важную роль в окислительно-восстановительных процессах гумусообразования, а также оксидаза, пероксидаза, ксилаза и щелочная фосфатаза. Накопление выделенных ферментов меняется при подборе состава питательной среды для инокулята, условий культивирования ( скорости подачи кислорода, температуры, значения pH, времени ). Первая стадия роста культур ( 1-3 ) часа характеризуется резким увеличением концентрации до содержания 0,1 - 0,25 мг/мл., далее процесс стабилизируется на 15 - 20 час. до времени tH после чего происходит интенсивный рост концентрации ( формула D0=....), далее период составляет примерно 50 часов. Динамика роста культур при оптимальных условиях ( pH = 7, обороты импеллера п=160 об/мин.) описываются зависимостью (после развития до момента Тн):

D0= 1-ехр(-а t0b), (5)

где, D0 -относительное содержание культур D0 =Di/DM

D; - содержание в i -й час. DM - максимальное содержание, мг/мл t0 - относительное время роста Ъ = 41 ^н

tH - начальное время роста ( для различных штаммов - 21 час, при их коллективном росте - 18 час.)

а и Ь - эмпирические коэффициенты, равны соответственно: штамм № 1 - 0,1 и 5; штамм № 2 - 0,06 и 4,5; штамм № 3 - 0,055 и 3,5. Коллективны!! рост штаммов - 0,13 и 5,5.

В процессе исследований установлен выход гуминовых кислот в суспензии в зависимости от времени культивирования и активной реакции ' среды ( рН ). Установлено, что за первые 12 часов культивирования ( на качалке ) микрофлора наиболее активно проводит деструкцию с накоплением гуминовых кислот до 53,5%. В дальнейшем синтез гуминовых кислот продолжается, но уже с меньшей скоростью.

Наилучшим условием деструкции бурого угля и накопления гуминовых кислот для ассоциации» спользуемых штаммов создаютя при смещении значения рН в кислую среду, в противном случае выход кислот снижается.

Результаты, исследований свидетельствуют о том, что угли, прошедшие биопереработку, обогащены биологически активными веществами, которые представляют интерес с практической точки зрения. Доказана возможность планирования выхода конечного продукта путем варьирования параметра процесса.

Параллельно с ростом культур изменяются физические и химические характеристики углей.

При исследовании биопереработк» бурых углей установлены характерные тенденции за период до 70-75 часов:

- происходит уменьшение свободной влаги с 71 до 62%;

- зольность (А^) увеличивается с 7 до 10%;

- содержание азота резко возрастает в первые 10 часов процесса, оставаясь практически в дальнейшем на одном уровне при этом

. его количестве почти в 2 раза выше чем в исходном угле;

- содержание углерода снижается, а содержание кислорода (О^аГ) пропорционально растет с 18% до 23%;

- содержание водорода (Н^аГ) остается практически постоянным;

- содержание серы (Б^аГ) снижается с 0,56 до 0,49%>;

динамическая вязкость суспензии растет по сложной закономерности : после 10 часов обработки значение вязкости 80-90 Па е., при обработке до 70-80 часов значение вязкости достигает 200-220 Пас;

- содержание кислородосодержатцих групп ( на сухую массу ) -карбонильных, карбоксильных и фенольных - увеличивается и достигает максимума в период 10-20 часов и составляет соответственно 0,9; 1,9 и 3,40 мл-экв/г.

4.Использование способов фазового преобразования углей в в промышленных условиях.

Повышение конкурентноспособности бурых углей за счет фазового преобразования их в широкий спектр продуктов топливного и нетопливного назначения доказывается результатами экономико-

Ввод исходных данных:

- производительность по ВУС

- длина трубопровода

- характеристика углей

- стоимостные показатели

Определение временного режима и часовой производительности

Выбор начального диаметра трубопровода Р

Выбор начальной концентрации Ст

Расчет реоло!тпесю!х характеристик ВУС ; Мг-гг» 11

Расчет скорости движения гидросмеси у

Расчет гидравлических потерь напора и мощности для перекачки ! _гидросмеси_I

Выбор насоса и числа перекачных сташрщ

Расчет толщины стенок трубопровода и выбор труб

Определение потребности угля и воды

Определение теплоты сгорания ВУС

Определение суммарных и удельных затрат

Определение наименьшего значе11ия уде.тьиых затрат

д.

Су •- Ст +аСт

О = О +аГ>

Э—

Вывод резутьтатов расчета :

- концентрация и калорийность ВУС

- тип и «арка насосов

- характеристика труб

- схема гндротранспортной установки

- суммарные и удельные затраты на транспортирование

Рис. 6 Укрупненная блок-схема алгоритма расчета гидротранспорта ВУС.

математического моделирования, промышленного освоения, опытно-промышленными испытаниями и лабораторными исследованиями.

4.1 Анализ модели гидротранспортирования ВУС.

Эффективность гидравлического транспортирования ВУС зависит от большого числа факторов, среди которых важнейшими являются гидравлические параметры режима гидротранспорта и стоимостные показатели. С установлением оптимальных режимов при проектировании разработана технико-экономическая модель определения затрат на гидротранспортирование ВУС (рис.6)

Проведенные исследования затрат ( рис.7 ) на транспортирование •показывают, что при концентрации ВУС из бурых углей в пределах 3642% удельные затраты на транспортирование ( руб./гккал ) составляют незначительную часть общих затрат на ВУС, доля затрат на уголь и его подготовку и воду в десятки раз выше, однако теплота сгорания. ВУС низкая.

Рис.7 Затраты на гидротранспортирование ВУС.

При увеличении концентрации ВУС до 46-48% затраты резко возрастают с одновременным увеличением теплоты сгорания гидросмеси.

При скорости движения гидросмеси 0,5-0,6 м/с минимальное значение затрат находится в пределах концентрации 45-47%, при увеличении скорости до 1,8-2,2 м/с и, соответственно, увеличении диаметра пульповода минимум затрат смещается в сторону уменьшения концентрации до 4244%. Аналогичная тенденция выявлена при увеличении длины трубопровода с 20 до 160 км.Оптимальное значение удельных затрат перемещается в сторону более низких значений концентрации - с 46% до 43-44%.

С помощью модели выполнены сравнительные технико-экономических расчеты вариантов проектных решений для

гидротранспорта ВУС на основе рядового бурого угля Канско-Ачинского бассейна и выявлена эффективность его использования при дальности транспортирования 40 км( 1991 г.)

В 1995 году выполнено обоснование эффективности гидротранспорта угля Огоджинского каменноугольного месторождения на расстояние до 107, 140 и 640 км., а также варианты смеси огоджинского и ерковецкого углей: при соотношении бурых ерковецких углей (<3]Г=11,5 МДж/кг) и каменных огоджинских (<3]г= 19,7 МДж/кг) -1:1 теплота сгорания ВУС составила 10,9 МДж/кг при концентрации 54,6%.

4.2 Технологические особенности фазового биопреобразования углей.

Биотехнологическое преобразование углей возможно как путем • аэробной, так и анаэробной трансформации. Установлено, что технологические условия осуществления процесса в основном определяются доступностью поверхности частиц угля для контакта с воздухом и поддержанием в состоянии необходимой активности микрофлоры, исходя из чего условия аэробной биотрансформации углей определяются следующими требованиями :

- хороший контакт поверхности частиц угля с воздухом, что достигается измельчением угля и активным перемешиванием с одновременной подачей воздуха ;

- присутствие необходимого количества биогенных элементов при их сбалансированности, недостаток которых компенсируется добавкой ;

- наличие воды в количестве, обеспечивающем седиментационное равновесие при перемешивании ;

- поддержание температуры в пределах ог + 10°С до + 40° С.

Обеспечение указанных выше требований возможно осуществить

аппаратным способом и в натур ных условиях.

Одним из возможных вариантов оснащения процесса является использование флотационных машин. Экспериментальные исследования в различных режимах проводились на установках со специально изготовленными машинами с вместимостью 2,5; 1600; 6300 л. (рис.8)

I - рабочая емкость;

2- перемешивающее устройство;

3- электропривод перемешивающего устройства;

4- загрузочное устройство для угля;

5- виггиль для слива готового продукта;

6- заглушка для псрсодическон очистки установки;

7- емкость для выгрузки неперерабогашшх остатков;

8- емкость доя приема готового продукта. Рис.8 Схема промышленной установки для жидкофазной биотехнологичсской переработки угля.

- <:

1 -4 Л ^

Установка включает две камеры,снабженные импеллерами, обспечивающимл автономную подачу воздуха в каждую камеру.

Аэробная биотрансформация состоит в следующем. Формируется исходная водоугольная смесь, состоящая из компонентов : измельченный уголь - 40%, инокулят адаптированных микроорганизмов в виде водоугольной смеси - 30%, фосфоритовая мука для корректировки питания микроорганизмов - 1 -2%, остальное - вода.

При подаче воздуха осуществляется перемешивание, продолжительность которого зависит от дальнейшего использования биосуспензин. После окончания процесса производится разгрузка аппаратов на 75%, остаток продукта является инокулятом последующих циклов.

Аналогичные технологические требования аэробной биотрансформации могут быть реализованы в натурных условиях - в угольных пластах, а также в техногенных образованиях с большим содержанием угля - шламоотстойниках.

Первая стадия биотрансформации протекает за 5-10 часов и является наиболее производительной.

За это время снижается механическая прочность угля и происходит его диспергирование. При этом дисперсность угля изменяется в сторону увеличения объема частиц более мелкого диаметра : за 15 часов деструкции количество частиц размером 0,2 мм уменьшается с 2,9 ед. до 1,5 ед., а количество частиц размером 0,05 мм вырастает с 0,15 ед. до 0,66 ед., с увеличением плотности суспензии с 1,1 г/смЗ до 1,66 г/смЗ.

Вторая стадия, протекает более длительный период и характеризуется, главным образом, активным образованием гумусоподоб-ного вещества, аналогичного по свойствам природному гумусу. Здесь происходят также преобразования некоторых химических элементов (Ы,Р, К).

На этой стадии эффективно получение удобрений.

Высушенная угольная биосуспензия оказалась хорошим связующим веществом для брикетирования канско-ачинских углей. При ее использовании получаются топливные брикеты с прочностью не ниже 10 МПа.

При более глубокой биоконверсии процессы преобразования стабилизируются. ■

Анаэробная биопереработка угля направлена на создание технологий получения продуктов непосредственно в пласте. Продукция этого направления представляется как в виде угольных суспензий,так и в газообразно!! виде. Образующаяся водоугольная суспензия может использоваться аналогично получаемой суспензии при аэробном способе биопереработки, а получаемый в результате анаэробной биопереработки газ, содержащий 60-70% метана, может быть использован как в качестве энергетического топлива, так и в качестве сырья для химического синтеза.

4.3 Биопреобразование угля в топливные угольные суспензии для энергетики.

Технологические условия процесса заключаются в приготовлении водоуголъной смеси в соотношении 1:1 , добавлении меганогенного консорциума в виде бактериесодержащей среды в количестве до 1% массы, выдерживании смеси в течении 10-40 суток с постоянным контролем рН. Температурный режим при этом зависит от вида используемых метаногенных микроорганизмов, имеющих максимум активности при комнатной температуре или повышенной (до 60°С) температуре. При этом аэробное суспендирование, увеличивающее окисленность угля, понижает исходную теплоту сгорания органической массы угля. Анаэробное преобразование может повышать теплоту сгорания за счет удаления кислорода из органической массы угля в виде С02, однако процесс преобразования длится от 10 до 40 суток.

Были получены угольные топливные суспензии из бородинских углей путем аэробной биотрансформации отсевов (табл.4).

Таблица 4.

Энсрготехнологические характеристики биосуспенши из бородинских }глей.

Класс, мм Время' биопереработки, час. Плотность угольной суспензии, г/см 3 Зольность, А<1, % <2^, МДж/кг МДж/кг

0-0,63 0 - 10,9 27,1 -

4 1,15 10,3 27,0 7,6

7 1,23 10,0 26,3 7,6

10 1,21 11,4 26,4 7,8

15 1,38 13,6 27,4 8,1

0-1 0 - 10,8 27,1 -

4 1,15 10,3 27,4 8,4

7 1,2 10,5 27,4 8,4

10 1,34 11,5 28,3 9,8

15 1,52 12,5 27,5 9,4

0-1,6 0 - 10,6 26,8 -

4 1,18 10,6 26,9 8,3

7 1,22 10,5 26,5 7,9

10 1,35 11,0 26,9 9.3

15 1,41 10,9 27,0 9,5

0-2,5 . 0 - 8,8 26,7 -

4 1,18 9,0 26,8 7,9

7 1,22 8,7 26,8 7,0

10 1,27 8,9 27,4 7,0

15 1,47 9,9 26,9 8,4

Анализ данных показывает, что варьирование параметров переработки в сравнительно узком диапазоне приводит к существенному изменению энерготехнологических свойств угольных суспензий.

Рабочая теплота сгорания в зависимости от выбранных условий изменяется от 6,3 до 9.В МДж/кг.

Учитывая высокую стабильность образующихся суспензий, снижение содержания в них серы (относительно угля в среднем на 15%), а также возможность применения различных видов углей для подобного преобразования, область использования данного способа для получения суспензированных энергоносителей может распространиться на среднекалорийные малозольные угли.

Однако, если теплота сгорания образующихся суспензий низкая, они могут служить сырьем анаэробного преобразования с целью повышения рабочей теплоты сгорания, либо подвергаться термолизу для получения химического сырья.

Исследование процессов воспламенения и горения капель топливных суспензий, полученных из березовских углей, подвергшихся и не подвергшихся биопереработке, а также ВУС, образованных из кузнецких длиннопламенных углей, показало, что биотрансформация повышает химическую активность коксовых остатков капель по отношению к газам реагентам - 02, СО2, Н2О и коксовые остатки биосуспензии выгорают на 30% быстрее, чем ВУС.

4.4 Получение связующих для производства брикетов.

Получение связующих состоит из двух стадий : на первой осуществляется процесс биопереработки, на второй - высушивание угольной суспензии до остаточной влажносга 16-18%, в результате чего получается продукт , который может быть использован в качестве связующего.

Эксперименты по биопереработке были проведены в лабораторной установке объемом 2,5 л и стендовой установке объемом 1600 л с использованием аэробных систем. Продолжительность биопереработки варьировалась в пределах 4-15 и 10-70 часов с одновременным контролем рН, температуры и плотности суспензии.

Критерием для определения качества связующих свойств продуктов биопереработки угдя была выбрана прочность брикетов на сжатие.

Результаты процесса генерации связующей способности продуктов переработки углей Бородинского месторождения классов 0-2,5; 0-1,6; 0-1,0; 0-0,63 мм , осуществленного с добавлением идентичного инокулята в объеме 25% при постоянстве условий аэрирования ( 60 ил/л мин.) и перемешивания, приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Связующая способность продуктов биоп.рерзСкпки бородшккнх углей.

Номер Время Влажность, Давление Прочность,

эксперимента переработки, % прессования, МПа

час. МПа

1 10 14,4 100 18,9

140 23.6

200 36,7

2 20 12,2 100 18,5

140 23,5

200 40,5

3 30 15 ¡00 18,4

140 26

200 40,7

4 40 13,6 100 15,7

140 30,S

200 36,1

5 50 15,4 100 20,8

140 25,5

200 42,6

6 60 13,2 100 17,7

140 23,5

200 42,2

7 70 14,3 100 18,2

140 26,1

200 36,2

Необходимо отметить снижение содержания серы почти вдвое при переработке классов 0-0,63-1,6 мм, что можно отнести к биологическому воздействию используемых ассоциаций аэробных микроорганизмов.

Теплота сгорания биотрансформируемого угля в расчете на органическую массу близка к исходному углю.

Зольность биотрансформируемого угля по сравнению с исходным несколько увели чивается, вследствии добавления при переработке фосфоритовой муки.

Увеличение времени биопгрерабопш свыше 10 часов практически кг увеличивают связующую способность биотрансформированного угля.

Отработаны основные технологические параметры и схемы приозводства брикетов из бородинского угля со связующими на основе биотрансформированного угля в сочетании с торфом и опилками.

Прочность брикетов обеспечивалась при давлениях прессования 100120 МПа:

При относительно небольшой массе брикетов ( ЗОг ) длительность сгорания при 800° С была достаточно высокой ( 20-25 мин.)

.4.5 Биогазификация углей.

Принципиальное отличие разработанной технологии газификации угля от других технологий состоит в том, что для реализации процесса газификации используются природные консорциумы микроорганизмов.

Исследования по газификации бурого угля проведены на экспериментальной установке объемом 1 мЗ с рабочим объемом реактора 0,6 м . Загрузка реактора производилась в соотношении компонентов (%) - уголь : инокулят : вода : корректирующая добавка - 40:15:35:10.

Газификация осуществлялась в анаэробных условиях в мезофильном и термофильном режимах.

Проведение исследований по газификации бурого угля ( бородинского месторождения ) в мезофильном режиме предполагало ориентацию технологии биопереработки штаммами микрорганизмов при температуре от 20 до 40°С, как наиболее приближенной к естественным условиям.

Рлс.9 Интегральная зависимость выхода биогаза.

Из приведенной на рис.9 интегральной зависимости выхода биогаза в условиях мезофильного режима видно, что процесс генерации газа начинается на 3-4 сутки после загрузки реактора. Загем происходит постепенное увеличение выделения биогаза, с максимальным газовыделением на 18-22 сутки. Контрольными замерами на газожидкостном хроматографе установлено, что состав генерируемого

биогаза не претерпевает значительных отклонений от среднего и содержание компонентов следующее.: метан - 64-66%, двуокись углерода и азот - 34-35%, окись- углерода менее 1 %, Расчетная теплота сгорания 20 МДзк/кг показывает на возможность использования газа для непосредственного сжигания.

Проведение исследований по отработке технологических параметров процесса газификации бурого угля в условиях термофильного режима имело целью изучения возможности получения максимального выхода биогаза и использования его для энергетических нужд или в качестве сырья для химического синтеза.Температура режима составила от 40 до 60°С.

Анализ качественных и количественных характеристик генерируемого биогаза осуществлялся на хроматографе "Хром-5", оснащенном газоаналитическими -колонками с фазами СКТ 4 и модифицированной окисью алюминия.

Процесс генерации газа при термофильном режиме начался на 2-3 сутки после загрузки реактора, т.е. раньше, чем при мезофильном режиме. Максимальное выделение газа приходится на 14-16 сутки.

Состав генерируемого газа и его теплотворная ' способность практически не отличалась от газа, полученного при мезофильном режиме. Поэтому осуществление процесса газификации в естественных условиях, т.е. непосредственно в пласте угля, более реально и прогнозируемое время выхода процесса на рабочий режим не столько актуально, в связи с тем, что одновременно реализуется другая технология - получение стабильной биоугольной суспензии.

4.6 Внутрипластовая переработка угля.

Для определения границ применимости биотехнологической переработки углей, в основе которой лежат активность и жизнеспособность адаптированных к данному виду угля специфических ассоциаций микроорганизмов, проведены полупромышленные испытания предлагаемой технологии непосредственно в угольных пластах разрезов "Бородинский".и "Назаровский" (рис.Ю )

Основные задачи, которые предстояло решить в процессе натурных экспериментов, сводились к следующему :

- проведение адаптации микробного биоценоза к условиям угольного массива;

- проверка влияния трещиноватости и проницаемости угольного пласта на процесс биоконверсии;

- определение воспроизводимости процесса и скорости суспендирования угля в реакционной среде;

- оценка качества полученного продукта.

Еюлдул

Р:-1С.10 Схема усиигч'КН по потучсшоо суспсшни в пласте угля.

1.3,4 - - нагнетательные насосы типа ФГ-16/27

2- всасывающим насос ФГ-16/27

5 - компрессор СО-7 Б

6- выравну1вающая емкость с мешалкой, рабочий обьем 2.5 м-1

7,8 - емкости ео;ц,1 с ннокуля-том 1 м^

Для решения перечисленных задач на участке"Восточный" разреза "Бородинский" с кровли пласта было пробурено 8 скважин диаметром 120 мм и глубиной 2,5-8 м ; на участке "Ачинский" разреза "Назаровский" пробурено 26 скважин диаметром 160 мм и глубиной до 4,6 м.

После нагнетания в скважины инокулята • микроорганизмов, содержащего корректирующие добавки для поддержания стабильности микробиоценоза, и необходимого количества воды в скважины компрессором подавали сжатый воздух для аэрации и одновременного обеспечения температуры жидкой среды в пределах 22-27°С за счет теплоты подаваемого воздуха.

Микроскопическими исследованиями микрофлоры из скважины установлено, что ее адаптация наступила через 10 суток после введения инокулята в скважину. Плотность образующейся водоугольной суспензии достигала значений порядка 1,32 г/смЗ.Однако при плотности суспензии выше 1,25 г/смЗ ее вязкость сравнительно быстро увеличивается ( в течении получаса ), реакционная масса переходит в пластилиноподобное состояние, особенно в пристенной зоне скважины.

На 11-е сутки работы скважины был начат отбор угольной суспензии плотностью 1,25 г/смЗ с возобновлением прежнего уровня

жидкой фазы в скважине с добавлением воды в количестве, равном количеству отобранной суспензии. Дальнейший интервал отбора продукции зависел от рабочего объема скважины ( от 0,6 до 2,0 час. ) Суточная производительность скважины по суспензии достигала 6-8 рабочих объемов скважины.

Данные натурных экспериментов позволили связать скорость взаимодействия микроорганизмов на границе раздела фаз уголь-жидкость с некоторыми параметрами реакционной среды уравнением :

Ро -Г [ Б ]

У = К..................... , кг/м^час (6)

8

где: К - константа, определяемая видом угольного сырья;

Р0 - реакционная поверхность взаимодействия фаз, доли ед;

I.- фактор интенсивности массообмена, кг/час;

[Б] - концентрация биомассы микроорганизмов, кг/м^ ;

¡3 - седиментационная характеристика, кг/м.

Качественные показатели полученной биосуспензии позволяют со всей определенностью сделать вывод, что продукты биоконверсии угля непосредственно в пласте по ряду признаков существенно улучшают свойства перерабатываемого сырья (некондиционные и кондиционные угли):

' - теплотворная способность продуктов биопереработки, отнесенная на органическую массу, демонстрирует возможность их использования в качестве эффективного энергетического топлива;

- продукты биоконверсии угля могут служить сырьем для последующего получения искусственного жидкого топлива и других химических материалов в более мягких условиях по сравнению с существующими технологиями;

реологические свойства получаемой биосуспензии дают возможность осуществлять ее транспортировку трубопроводным транспортом.

4.7 Биопреобразование угля в суспензии для производства удобрений.

Аэробная биотрансформация угля с целью получения удобрений исследовалась с помощью флотационных машин на углях с различной степенью метаморфизма. Были проведены эксперименты по биотрансформации углей с антрацитом, каменными и бурыми углями и торфами ряда отечественных и зарубежных месторождений с 29 образцами.

В качестве сырья были использованы конднцонные угли, окисленные угли, с зольностью до 65%, а также смеси различных углей .и торфа.

Процесс контролировался путем выполнения технического, элементного и агрохимического анализов исходного сырья и угольной суспензии, полученной в результате биотрансформации.

В результате обработки экспериментальных данных установлено, что образование в суспензии гуминовых кислот (НА)^ - одного из важнейших компонентов удобрения - Зависит от содержания в исходном сырье кислорода 0^, влаги ^/<1, выхода летучих У^аГ и беззольной массы 1-0,01 А<1.

(НА)4ааГосп.,%

I I 1-1-1-1-Г—1-1—т—Г"

О 10 20 30 40 50 €0 70 80

(0"а| + \У)( 1-0,01 Аа)

1-0,01 У1181

Рис.11 Корреляционная связь между выходом гуминовых кислот и параметрами качества углей.

Наиболее тесная корреляционная связь между (НА^аГ в суспензии и параметрами качества углей получены в виде :

(Ос1аГ+\у^)(1 -0,01 А^)

(НА)^ сусп. = 1,07.................................... 0,84,% (7)

1 - 0,01

где: , - в %.

Коэффициент корреляции г =0,915 (рис.11)

При значении правой части уравнения, которое представляет собой характеристику угля с точки зрения протекания процесса биотрансформации , в пределах 35-40%, значение количества гуминовых кислот достигает 30-35%, что соответствует стандартам на удобрения.

При использовании антрацитов с нулевым содержанием кислорода процесс биотрансформации практически не протекает.

В результате экспериментальных, работ установлено, что происходит изменение содержания агрохимических элементов 14, Р2О5 , К2О .важнейший показатель удобрений ЫРК.

Между содержанием азота валового ( N Еал.сусп.) Б суспензии и параметрами качества углей ( исключая антрацит, где процесс не пошел) получена корреляционная зависимость вида :

N н а

N вал. сусп. = 0,195 + 0,063 ....................... , % (8)

1 -0,01 \rdaf

где: N. Н , V - параметры качества исходного угля в % (рисЛ2)

N вал.сусп.Х

0 4 8 12 16 20 24 23 32 30 40 !-0,01У

Рис. 12 Корреляцно1шая связь между содержанием азота в суспензии и параметрами качества утлей.

При значении правой части уравнения 8-10 в суспензии содержание Квал.сусп. составляет 0,7-0,8 %.

Содержание в суспензии Р2 О5 регулируется добавками.

Содержание К2О в суспензии определяется содержанием К2О в исходном угле и превышает его, как правило, на 10% .

Выполненные экспериментальные работы позволяют сделать вывод о том, что многие угли, в том числе шламы и некондиционные, могут быть использованы в процессе биотрансформации для получения удобрений. По характеристикам угля, используя зависимости, возможно прогнозировать пригодность его для выпуска удобрений.

На основании исследований налажен выпуск удобрения!"'Биогум" с характеристикой, представленной в табл.6 ( для сопоставления в таблице приведена характеристика "Биогумуса", выпускаемого с использованием калифорнийских червей).

Таблица 6.

Характеристика удобрении.

Показатели "Биогум" "Биогумус"

Реакция среды, рН,% 4-7 6,2-7,5

Органическое вещество, % 60-90 35

Содержание влаги, не менее, % . 65-80 50

Зольность, не более, %> 65

Азот общий, % 0,8 0,7-1,6

Фосфор общий, %> 1,0 1,0-2,5

Калий общий, %о 0,1 0,6-1,2

Кальций обменный,% 4,0-6,5

Марганец, не более, мг/кг 1500

Гуминовые кислоты, % на сухое 40

вещество

Водорастворимая фракция, % 30

Аммонийный азот, % 0,2

Плотность при 20°С, т/мЗ 1,05

. Розничная цена, руб/г

(Московская область, 01.01.96) 1000000 3400000

По своим агрохимическим свойствам к жидкому "Биогуму" близок и "Биогум- Т", полученный способом твердофазной ферментации. Она заключается в перемешивании размолотого сухого угля с жидким инокулятом, расфасовке смеси в полиэтиленовые пакеты на объем 40-50% для сохранения возможности газообмена, запаивании пакетов и выдержке их при температуре не ниже 25°С в течении 7 суток. При этом происходит анаэробный процесс восстановления - гумификация.

Агрохимическая характеристика "Биогума", полученного при твердофазной ферментации приведена в таблице7:

Таблица 7

"А1рохлмическая характеристика "Биогума - Т".

Наименование образца рН водного раствора Влажно -стъ Результаты химического анализа

мг/кг валовый в % в %

нач. конечная % N. N02 N. ИНд рго5 к2о Р2Р5 као N Гуминовые Гумус в/р Фуль- во- к-ты

Жидкий Биогум 7.0 6.3 70 70.0 61.6 820 570 0.86 0.13 0.13 34.8 0.07 12.1

Твердый Биогу4 7.0 6.6 50 93.0 80.0 880 472 0.78 0.12 отз 35.8 0.08 12.0

Уголь 5.8 12 0.18 6.1 9.0 10.0 0.74 0.01 0.08 38.2 0.02 5.4

4.8 Утилизация шламог.

Учитывая ежегодные объемы образования углеотходов обогащение, которые как правило, сбрасываются в шламохранилища, представляющие источник загрязнения среды, а также диспергированное состояние угл;;, были проведены экспериментальные работы по выявлению возможном к использования угольных шламов путем биоперерайотки.

Объектом экспериментальных работ явились отхода углеобогащения Ангренского месторождения ( Узбекистан ).

Пробы углеотходов ( шламов ) были отобраны из гидроотвалоь разреза "Ангренский" с различным периодом заполнения : четыре голга и семь лет. Процесс биопереработки шламов проводмся на флотационнь:;-. установках, а измерение - различными аналитическими способами.

Установлено, что в угле и углеотходах Ангренского месторожденн" присутствуют различные группы микроорганизмов , характерные д;^. почвенных ценозов, причем в различных зонах численность п.. неодинакова. Благоприятный гидротермический режим и шлам;:, содержащие микроэлементы, способствуют развитою микрофлоры .; соответствующему процессу почвообразования. Так, наприм^, количество актнномицетос увеличивается с 80-200 (уголь) до 4400. (гидроотвал с периодом после камыва - 4 года) и до 176000 (гидроотвал с периодом после камыза -'/ лет) е&/1 •

В результате биопереработки, имеющей в основе метод микробиологического окисления углей, процесс происходит за 10-?-часо,~.

В "КАТЭКНИИуголь" разработан способ осуществлен»/ биоконверсии непосредственно е шламовых отстойниках с использованием водоугольной пульпы в качестве полуфабриката (рис. 13)

Рис. 13 Схема биопереработки шламов непосредственко в отстоишь.

Шламоотстойнтс 1 с помощью дамб разбивают на зоны 2, 3, 4. В соответствии с объемом перерабатываемого материала в шламоотстойник добавляют почвенные культуры микроорганизмов и

фосфоритовую муку. Гидромонитором б в зоне переработки 2 подают водовоздушную струю, обеспечивающую активное перемешивание перерабатаваемого материала и аэрацию, необходимую для активной жизнедеятельности микроорганизмов. Забор воды для гидромонитора производят из дальнего участка 4 насосом 6. Избыточная вода из зоны 2, переливаясь через дамбы, поступает в зону переработки 2. Процесс считается законченным при достижении максимальных значений содержания в продукте гуминовых кислот. Готовый продукт представляет собой сажистую гомогенную стабильную в течении 5-10 суток суспензию, выдачу которой из зоны переработки осуществляют с помощью насоса 7.

4.9 Бнотехнологлческое обезвреживание и переработка жидких отходов животноводческих ферм.

Пруды-накопители для сбора жидких отходов представляют собой постоянную экологическую угрозу, из-за вредности отходов их нельзя использовать в качестве удобрений.

Под воздействием штаммов низкосортный бурый уголь претерпевает частичное деструктивное окисление с превращением органической массы угля в гумусоиодобное вещество, аналогичное по свойствам природному почвенному гумусу. Внесение этого продукта в почву существенно улучшает ее структуру и повышает плодородие. Для увеличения содержания основных питательных элементов в продукте биоконверсии угля в качестве одного из вариантов жидкой фазы в реакции биоконверсни использовалась навозная жужа из прудов-накопителей свиноводческих комплексов. Полученный продукт представляет собой порошкообразную массу, содержащую большие количества гумуса, усвояемых форм фосфора, азота, калия, биологически необходимые микроэлементы. Конечный продукт отвечает всем санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к удобрениям. Он не имеет зловонного запаха, не слеживается, не смерзается. Изменяя условия проведения биоконверсии, можно регулировать соотношение питательных веществ в продукте в соответствии с требованиями потребителя.

Прелагаемая технология предполагает не только обезвреживать жидкие отходы животноводческих комплексов, но и перерабатывать их в ценное сельскохозяйственное удобрение с одновременной утилизацией низкосортных бурых углей, практически непригодных для энергетики.

Полевые испытания показали высокую эффективность продуктов для рекультивация земель, нарушенных горными работами, для закрепления песчаных и пылеватых почв. Большое содержание гумусного вещества обеспечивает длительность агротехнического воздействия при

однократном внесении продукта биоконверсии в почву и способствуем лучшему усвоению растениями минеральной подкормки. Внесение продукта в почву осуществляется обычными сездкги*

В таблице 3 приведена агрохимическая характеристика готовок: продукта пои различном соотношении навозной жижи и угля пц" выдержке в течении 1 сухо'.-.

Таблица

Характеристика комплексно! о ор! аномипералыюго удобрения.

Соот-ноше - А грохпмическая хар актеристика Выход \ гумино-

кие навоз: Подвижные формы, мг/кг Валовые формы, % вых кислот

уголь N-N03 N-N«4 Р205 К20 Р205 К 20 N %

2:1 331 1543 3123 2179 0,55 0,20 0.84 26,8

1:1 176 662 1863 1252 0,24 0,12 0,8!) 31.0

2:3 108 553 1477 952 0,20 0,10 0,70 30,2

4:3 206 1087 2682 1755 0,37 0.15 0,99 30,9

4:5 129 687 1727 1152 0,22 0.11 0,78 30,7

4:7 117 |572 1569 1028 0.21 0,10 0,80 26,6

На основании проведенных исследований разработан ГОСТ Р50611-93 "Удобрение комплексное органомиперальное.Технические условия."

4.10 Получение сорбентов из бурых углей.

Развитая пористая поверхность сухого биопродукта ( Биогум ) и повышенное содержание кислорода в карбоксильных группах послужили основанием для использования порошкообразного и гранулированного центрифугатз блосуспензий в качестве сорбентов. Процесс сорбции осуществляете? частицами углей и иммобилизованными на них микроорганизмами. Переработка углей в сорбент производится с помощью этих же микроорганизмов, а их иммобилизация осуществляется одновременно с переработкой.

В результате проведенных исследований по возможности применения биогума как сорбента для удаления органических загрязнителей (нефтепродуктов) и ионов тяжелых металлов из сточных вод установлено, что биогум порошкообразный удаляет нефтяные пленки с поверхности водоемов. При этом образуется коркообразный материал, пропитанный нефтью , который хорошо удаляется- с поверхности и может служить котельным топливом.

с:'- -■•-•: , лл, :л,л:, ■ '' з ^; : ■; я; • л;;-;

г.. э^^ст":! ст С'ч .•.'.л,1.гсл1','!;* * л. ;л), КО"'

... ' лл; лло'Л! ми глл..:^ гг. л:лл." :-ег.'л/:г'; :гс ; :сл

л 'Г'СЛГ г::1", ГГЛСГТ,;:! ; с;:.*""..""".;! :'С;%Л;т ПЧ Г.'С'ГСТ:1 'СО

^ . ,,гг,.. . ... 1

9.

,'■ * I пи сгс:,:-. ч 1 ¡пке.и.!\ ' *-■! . ? ' '' 1 чг.? Л.

П'ЛГ "ОГ'ГГ: . К.ГССГ-. | СЛЛЛСЛНЛ] "(;• ; ЛЛГЛИМ > ЛСЛ'ЛЛСЧ "ГОЛЛОЛ I

] оп'л ллшд, >!ас I : :пл_______ _ '

: .лгггл; о: ;г;<:'Л

. ''с':с,л;;ап .техцентр лили 0,012 о/лн;

о,сон; :'/О

: ■) 1 '¡.сои 0,1,03 '.'¡О

(!,С()10 с.сэз л/о

(1Д К з сточных водах 1,0 0Л 0,03

л 1 Рекультивация нарушенных земель.

Слрошелъслзо н эксплуатация угольных разрезов Канско-Ачннско,' о бассейна повлекли за собой изъятие 9093 га земли, в т.ч. пахотных 5300 га. Уроаян» нарушения зечель горными работами к 2000 г. охчлаетпя до 16.4 тмс.га. В структуре земельных отводов преобладают пашпн (до 63%) п кормовые угодья (свыше 20%). На лес, кустарники и прочие земли приходится только 15% отводов.

При вскрышных работах гумусный слой мощностью до 50 см снимается и складируется в бурты, которые хранятся в течении 5-7 лет. Гумус в буртах состоит из гумусовых горизонтов почв черноземного типа с небольшой примесью лессовидных пород. Среднее содержание общего гумуса составляет 11,33%. В составе органического вещества преобладают гуминовые кислоты, езязанные с Са. Последующая вскрыша ведется неселективно, и отвалы представляют собой смеси песчаников, супесен, суглинков, глин, аргиллитов и алевролитов, рН близок к нейтральному, содержание легкорастворимых солен не превышает 0,2%.

При проведении рекультивации отвалы планируются, затем на них размещается ранее снятый гумусовый горизонт. Неоднократное перемешивание гумусового горизонта и подстилающих его пород при вскрышных работах и последующий этап горно-технической рекультивации приводят к ухудшению физических свойств рекультивированных земель в сравнении зональными почвами.

Пористость вскрышных пород одинаково небольшая (35-38%), что обуславливает затруднение водопроницаемости и газообмена между

породами и атмосферой. Одним ю главных лимитирующих фашгороа в режиме питания растении на рекультивируемых землях являете;; азст, затем фосфор и реже - калий.

В условиях высоко;'! стоимости азотных удобрении (2,0 млк. пуо'т; широкое использование их для биологической рекультивации отваго.:-нереально. В условиях разреза "Березовский" проведены испытания жидкофазного удобрения "Биогум" для последующего засева плошаду; отвала донником. ''Биогум" наносился поливом из а/цистерны ки Белаз-543 на спланированную поверхность отвала, сформированного смесью глин, тяжелых и средних суглинков, вкраплений арпшштоо, галечников, песчаников и примесью некондиционных бурых угле,!.

Изменение агрохимических показателей рекультивированные площадей в сравнении с -просто спланированным отвалом представлены и таблице 10.

Табл-ш ю.

Лгр'.'.мгп.гкс^',:- показатели рекулътийировагшэго отззлз разреза "Ьсрезойс;^.Г.''.

Подви; кные, Обеспе-

Участки рН мг/100г. Валовое содержа- чен-

рекуль- вод Гумус, ш:г, Уо ность

тивации нып % азотом

Р2О5 К20 азот N углерод С С:Ы

Спланиро-

ваннал

поверхность

отвала 8,3 0,8 6,8 1,33 0,05 0.9 15,0

Рекульти■

вированный

участок

"Биогумом" 7,3 25,0 10,7 6,9 0,32 4,0 12,5

Рекульти-вированный

участок ПСП 6,9 11,0 10,0 7,9 0,16 4,6 28,6

Результаты агрохимического анализа показывают, что использование "Биогума" и донника в качестве биоценоза способствует активации почвообразовательных процессов.

Для снижения влияния ветровой эрозии на отвалы, сложенные мягкими породами ( разрез "Березовский" ), предложена и освоена схема формирования пологого откоса отвала с сетью противоэрозийных гребн?и, с обработкой жидким "Биогумом" полос между гребнями и засеванием их многолетними травами ( рис.14 ).

Рис.14 Схема горнотехнической и биологической рекультивации отвала.

Н0 - высота отвала (12 м); Р - угол естественного откоса (35° ); а - угол выположенного откоса ( 10° ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, на основе разработки способов и технических средств, обеспечивающих фазовое преобразование оурых углей с целью их комплексного использования при подготовке водоугольных суспензий заданных концентраций, а также путем биотехнологичсскоГ; трансформации их специально выделенными штаммами при получении гумуса и органических удобрений.

Основные научные и практические результаты заключаются а следующем:

1. Выявлены требования и изучены режимы приготовлешы и транспортирования водоугольных суспензий, пригодных для прямого сжигания, из бурых углей и их смесей с каменными углями и антрацитов. Наиболее предпочтительной является смесь кузнецкого каменного п бурых углей Березовского ь;есторовдешш. Определены зависимости вязкости, стабильности и потерь давления при перемещении суспензии от качественных показателей используемых углей и диаметра трубоппосо-:;.

Наиболее приемлемы по вязкости и стабильности суспензии с концентрацией 50- 55% , при содержании каменного углд 30-50% , и беле^ концентрированные смеси с содержанием антрацита до 25%. Низшей теплота сгорания 9,5-15 МДкЛ;г.

Из бурого углл с исходной влажность» 33% целесообразно приготовление суспензий с концентрацией по сухому веществу 42-42% и удельной теплотой сгорания 9,2-10,5 МДж/кг, а после специальной обработки угля до 16,7 МДж/кг.

Доказана целесообразность .строительства крупномасштабных комплексов БУС.

2. Доказано, что фазовое преобразование угля путем прямой биотехнологической трансформации тремя специально выделенными штаммами позволяет получить суспензию как в промышленных установках, так и в угольном массиве, пригодную для транспортирования по трубопроводам, что является новым научным результатом.

Получены зависимости скорости взаимодействия микроорганизмов на границе фаз уголь-жидкость ( инокулят ) от поверхности взаимодействия, интенсивности массообмена, концентрации биомассы и седиментационных характеристик. Натурными экспериментами достигнута суточная производительность скважин внутрипластовой биопереработки 6-8 рабочих объемов скважин. При этом получены суспензии с теплотой сгорания 9,8 МДж/кг, что конкурентно с водоуголь-ными суспензиями из бурых углей , и плотностью 1,25 г/смЗ, обеспечивающую транспортирование биосуспензии по трубам.

j.Доказана воможность многоцелевого нспольчованнч углей как топливного, так н нетопливного характера в результате регулируемого фазового преобразования их. Выявлены .механизмы преобразования углей на различных стадиях и сформированы принципы переработки.

Освоена технология получения связующих для производства брикетов под действием специфической ассоциации мит;роор1 лшпмов и аэробных условиях. В зависимости or крупности фракций угля , времени и температурного режима биоподгогорки енчзующего прочность брикетов изменяется от 6,8 до 40 МДж/кг. _

Исследованы процессы получения газообразных продуктов ; биогаз с ориентировочным содержанием СЩ - 57-81% , COj • 43-19% помучается при времени переработки 10-40 суток и соотегсгвенно температуре 50-30°С.

Получен эффект от применения твердофазного продукта бисшереработки в качестве адсорбента гто очистке сточных вод от тяжелых металлов : меди, цинка, марганца, егчшиа.

4.Методом направленного скрининга почвенных микроорганизмов выделено сообщество специфических штаммов, пот вопействнем которого низкосортный бурый уголь претерпевает частичное-деструктивное окисление с преврашепием органической массы п гу м у с о г 1 о до б) i о е n ei цест н о.

Для увеличения содержания питательных элементов и качестве одного из вариантов жидкой фазы о реакцию биоконперсии следует добавлять органические отходы, в частности, навозную жижу из прудов -накопителей свииогодческих комплексов. Конечным продукт- отвечает всем санитарно-гигиеническим нормам, соотношение питательных веществ регулируется. В итоге получается эффект обезвреживания отходов, утилизации низкосортных углей, а также от использования удобрения с высокими агротехническими параметрами, необходимость которых весьма высока при рекультивации земель, закреплений песчаных и пылепатых гючв. Соотношение компонентов ( Н:У ) колеблется от 1:1 до •1:7 в зависимости о г требуемого содержания N , Р , К , в готовом продукте. Также определены временные и другие параметры процесса.

Разработан государственный стандарт ГОСТ Р50611-93 "Удобрение комплексное органоминеральное. Технические условия." на продукт, полученный биоконперсией углесодержашего сырья с- жидкими и твердыми остатками животноводческих ферм.

5. В процессе биоконверсии достигнуто глубокое преобразование угля и углеогходов, в результате которой получается ценный и дефицитный для сельского хозяйства гумус - экологически чистое удобрение, исключающее возможность передозировки. Эффект

достигается за счет высвобождения гуминовых кислот, содержание которых увеличивается с 1 дэ .43%, содержание водорастворимых фракций с 22% до 34/1.

Натурные наблюдения на сельскохозяйственных станциях Красноярского крал, Тульской и Тюменской областей за использованием этих удобрений показали повышение урожая ячменя, зеленой массы и др. на 23-37/1.

Разработан государственный стандарт ГОСТ Р 50335-92"Удобрение органоминеральное"Биогуы". Технические условия." на продукт жидкой п твердофазной ферментации.

6. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований научно обосновывают новые решения по созданию способов и средств обеспечения фазовых преобразований углей с различной глубиной изменения их физического состояния, химического состава 1!, как следствие, технологических свойств, регулируемых ь зависимости от назначения : энергетика ( моторное топливо и химическое сырье, котельное топливо, связующие для брикегов ), сельское хозяйство (жидко- и твердофазное удобрения, обезвреживание животноводческих стоков), экология ( сорбенты, рекультивация, извлечение некондиционных углей).

7. Технические и технологические решения; рекомендации по параметрам процессов преобразования углей внедрены на разреза;, Канско-Ачинского , бассейна и Кузбасса, Ачинском глиноземном комбинате, углепроводе"Белово-Новосибирск".

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ В ВИДЕ НАУЧНОГО ДОКЛАДА ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ

РАБОТАХ:

1. Демидов Ю.В., Друждж П.В. Перспективы развития биотехнологии бурых углей. - Москва : ЦНИЭИуголь. - 1991. с.55.

2..Демидов Ю.В., Бруер Г.Г., Колесникова С.М. Получение высококонцентрированных водоугольных суспензии из бурых углей Канско-Ачинского угольного бассейна. - Москва: ЦНИЭИуголь, 1993.с. 24 .

3. Демидов Ю.В. Биокаталитическая конверсия как основа новых технологий добычи, транспортировки и использования углей. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 1993. - № 1. с. 38

4. Демидов Ю.В., Бруер Г.Г., Борзов А.И., Колесникова С.М., Владимцева И.И., Баранова М.П., Лазарева Л.В., Рогачевскнй Ф.П. Технология получения высококонцентрированной водоугольнон суспензии'на стенде производительностью 10 т/ч. // Химия твердого топлива, 1993. - № 5. -с.92-95.

5. Демидов Ю.В., Бруер Г.Г., Борзов А.И., Колесникова С.М., Баранова М.П., И.И., Лазарева Л.В.. Рогачевскнй Ф.П., Космич Л.М. Получение высококонцеитрировашюй водоугольной суспензии из утлей Березовского разреза Канско-Ачинского бассейна.// Химия твердого топлива, 1993. - № 5. -с. 78-84.

6. Демидов Ю.В. Биотехнологическое преобразование угля в пласте. //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1993. - № 1. - с.86-88.

7. Демидов Ю.В., Шаршовец Г.А. Биотехнологическое обезвреживание и переработка жидких отходов животноводческих комплексов. // ХУ Менделеевский съезд по общей и прикладной химии 24-29 мая 1993 г. - Минск, 1993. - Т.1. - с.320-321.

8. Демидов Ю.В., Сорокин М.В., Осколков С.Г. Актуальные проблемы проектирования и строительства магистральных углепроводов. //Строительство трубопроводов. - 1993. - №6. - с.7-9

9. Гуськов В.А., Демидов Ю.В. Перспективы развития Канско-Ачинекого бассейна в условиях рыночных отношений. //Международная деловая встреча "Уголь - стратегия развития и деловое партнерство" 6-9 декабря 1993 г. - Мсэсква, 1993.

10. Демидов Ю.В. Биотехнология в добыче и транспортировке угля. //Тез. докл. на Неделе горняка в Московском государственном горном университете 31 января - 4 февраля 1994г. -Москва, 1994,-с. 194-195.

11. V.A. Zaidenvarg, K.N. Trubetskoy, V.A. Chanturia, Y.K. Nekhoroshy, Y.V.Demidov.The influence of coal guality on efficiency of preparation, pipe transport and baming of highly concentrated water - coal suspensions at thermal power stations. // X11 Международный конгресс no обогащению углей 23-27 мая 1994 г. - Краков, 1994. - с.327-332.

12. Демидов Ю.В. Биотехнология - перспективный путь к экологически чистым технологиям добычи, транспортировки, переработки угля. // Горная промышленность на пороге XXI века. - София, Болгария, 1994. - с.515-523.

13.Y.V.Demidov. Preparation, storage and transportation of high-concentrated coal-water slarry based on higher rank coal and on blend of higher and lower rank coals.//YEA-CLM Work-shop'94. Tokiyo. 1994 p.

14. Демидов Ю.В. Биотехнология - перспективный путь к экологически чистым технологиям добычи, транспортировки и переработки угля. // Уголь, 1995. -№5. -с.41-43.

15. Демидов Ю.В., Бруер Г.Г., Колесникова С.М., Владимцева И.И., Мошкин И.Н. Улучшенный состав твердого топлива для водоугольной суспензии на основе бурых углей Канско-Ачинского бассейна. И Химия твердого топлива , 1995.- №5. - с.3-6.

16. Демидов Ю.В., Иванов И.П. Экологически чистые технологии - путь повышения конкурентноспособности канско-ачинских бурых углей. // Конференция " Экологические проблемы горного производства". МГГУ. -Москва. 1995. с. 68-71.

17. Демидов Ю.В., Нетрадиционные технологии получения конкурентноспособных продуктов из угля. " Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ. Москва. 1996 - № 3. - с.54.

18. Демидов Ю.В. Биотехнология - перспективный путь к экологически чистым технологиям добычи, транспортировки и переработки угля. //Сборник докладов Международной конференции "Переработка углей Канско-Ачинского бассейна в жидкие продукты". 23-25 апреля 1996. -Красноярск. 1996. -. с.73-75.

19. Демидов Ю.В., Бруер Г.Г.,Колесникова С.М. Получение высококонцентрированных топливных угольных суспензий из бурых углей Канско-Ачинского бассейна. // Международная конференция "Переработка углей Канско-Ачинского бассейна в жидкие продукты". 23-25 апреля 1996. Красноярск. 1996. - с.79-81.

20. Иванов И.П., Демидов Ю.В. Получение бездымного окускованного топлива из канско-ачинских бурых углей с использованием биосвязующего. Там же. с.76-78.

21. Demidov Yu.V. Smokeless briguetted fuel from browll coals of the Kansk-Achinsk coal basin . // Материалы совещания экспертов по чистым угольным технологиям. 1-3 апреля 1996. - Женева.1996.

22. Demidov Yu.V. Environmental features of phase modi fication of coals. // Сборник докладов 11 Международной конференции по открытым горным работам 19-22 мая 1996.-Москва, 1996, с.26-35.

23. Demidov Yu.V. Biotechnology as a basis of ecologically clean technologies of mining and transrortation of fossial coals. // Материалы У1 Международной энергетической конференции 3-7 июня 1996. - Пекин, 1996. -с. 43-46.

24. Демидов Ю.В. Экологические аспекты фазового преобразования углей. //Горный журнал. 1996. № 9-10.

25. Демидов Ю.В. О расширении области применения продуктов биопереработки бурых углей. // Мировая горная промышленность. Интермин. Москва, 1996 ■- №3 - с. 31-32

26. Демидов Ю.В., Ригин В.В. Физико-химическое 'обеспечение использования биотехнологических водоугольных суспензий, II Тезисы докладов VI 1 Конференции по химии и технологии твердого. Топлива Российской Федерации и стран СНГ. Москва, МГУ, 1996.

27. Демидов Ю.В., Желукевич Р.Б. Насосное оборудование для транспортирования водоутольного топлива. // Горная техника на рубеже XXI века. Москва, МГГУ, 1996, с.438-441.

28. Демидов Ю.В., Певэнер Л.Д. Проблемы автоматизации магистрального углепровода для транспортирования водоугольной суспензии. // Горная техника на рубеже XXI века . Москва, МГГУ, 1996,

с. 446-452.

29. A.c. 1278445 СССР, МКИ Е21В43/24. Способ подземной переработки угля. / Успенский A.C., Кирилец В.М., Буткин В.Д., Демидов Ю.В. КАТЭКНИИуголъ. - 3814959/22-03. Заявл. 19.11.84. Опубл. в БИ. 1986. -№4.

i

30. A.c. 1639130 СССР, МКИ Е21В43/295. Способ подземной переработки угля. / Успенский A.C., Друждж П.В., Демидов Ю.В. КАТЭКНИИуголъ. - 4618197/03. Заявл. 12.12.88.

31. A.c. 1810381 СССР, МКИ С1025/10. Способ производства влагостойких топливных брикетов. / Иванов И.П.. Демидов Ю.В. КАТЭКНИИуголъ. - 4762092/04. Заявл. 24.11.89. Опубл. в БИ, 1993.-№15.

32. A.c. 1600433, СССР, МКИ Е21В43/295. Способ добычи угля. / Демидов Ю.В., Друждж П.В., Горохова З.П. Заявл. 17.02.89.

33. A.c. 1626671, СССР, МКИ СЮ 1/32. Способ получения топливной суспензии. / Демидов Ю.В., Успенский A.C., Горохова З.В. Заявл. 22.08.89.

34. Патент № 1814686 РФ', Б 21 В 43/295. "Способ переработки твердого топлива." / Шаршовец Г.А., Горохова З.В., Демидов Ю.В. Заявл. 06.12.90.

35. Патент № 2030372, CI 6C05F 11/02. Способ получения гуминовых удобрений. / Серебряков В.Н., Шаршовец Г.А., Демидов Ю.В. Заявл. 14.06.91.

36. Патент №2042645, CI 6C02F 1/62, 1/28. Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов. / Демидов Ю.В., Серебряков В.Н., Бруер Г.Г., Ковалев B.C. Заявл. 12.03.92.

37. Патент 2041865, CI 6C05F 3/90. Способ обработки навоза. /Шумилов В.Н., Демидов Ю.В., Шаршовец В.П., Лисконов А.Т., Серебряков В.Н., Шаршовец Г.А. 3аявл.23.03.92.

38. ГОСТ Р50335-92 "Удобрение органоминеральное "Биогум".Технические условия." Разработчики Демидов Ю.В., Шаршовец Г.А. /Госстандарт России. Москва. 1992. 7 с.