Способ переработки твердого топлива Советский патент 1993 года по МПК E21B43/295 

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 исполь- зовано 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 эффективности процесса за счет получения ценного топлива-метана.

Способ осуществляют следующим образом.

Перерабатываемый массив при необходимости разбивают на участки. Любым из известных способов создают противофиль- трационный контур участка переработки. Взрыванием камуфлетных зарядов разрыхляют перерабатываемый материал, вскрывают участок скважинами, устанавливают обсадные трубы с перфорацией по всей высоте рабочей зоны для лучшей подготовки твердого топлива к переработке и равномерного распределения бактерийсодержа- щей 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 проницав мость и пористость твердого топлива. После снижения давления в зоне переработки через скважины нагнетают среду, содержа- }дую 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 биогаза, состоящего в основном из метана, и перевод твердого топлива в диспергированное состояние.

00

Ј ск

00 Os

GJ

О начале выделения биогаза судят поисходное твердое топливо диспергируется

показаниям манометров, установленных вдо текучей суспензии,

устье скважин. Скважины расгерметизиру-Результаты экспериментов представлеют и отводят биогаз на утилизацию.ны в табл. 1, 2 и 3. Как видно из табл. 1, в

Процесс считается законченным по5, термофильном режиме процесс протекает

окончании выделения биогаза. К этому мо-более интенсивно, чем мезофильном: наменту перерабатываемое твердое топливоблюдается более высокий выход биогаза с

диспергируется до текучей суспензии, кото-большим содержанием в нем метана; максирую выдают на поверхность через скважинымум выхода биогаза приходится на 10 сутки

с помощью насосов.10 (при мезофильном - на 40 сутки).

Процесс переработки твердого топливаВ табл. 2 показана зависимость содермоделировали в лабораторных условиях.жания метана в биогазе от рН перерабатыЭксперименты проводили в колбе Эрлен-ваемой среды. Наибольшее содержание

мейера емкостью 500 мл. В качестве исход-метана в биогазе наблюдается при рН 7,2ного сырья брали угли каменные, угли бурые15 7,7.

и их шламы (характеристики исходногоАнализ выделившегося биогаза провосырья представлены в табл. 3).дили газохроматографическими методами

В качестве среды, содержащей природ-на хроматографе ЛХМ-8, колонка с порапоный консорциум метаногенных бактерий,ком, газоноситель - аргон, детектор - катаиспользовали сброженную навозную жижу20 рометр, температура 40°С, для анализа

крупного рогатого скота (влажностьбрали 1 мл газа.

98,66%), разведение рубца крупного рогато-В табл. 3 представлены характеристики

го скота (влажность 67,7%), активный ил,перерабатываемого твердого топлива, смевзятый с биологических очистных сооруже-си твердое топливо - бактерийсодержащая

ний аэротенков г. Красноярск (влажность25 среда (навозная жижа крупного рогатого

97,79%).скота) и твердого продукта переработки. Как

Измельченное до крупности 0,5 мм ис-видно из табл. 3, твердый продукт перера- ходное сырье в количестве 290 г помещалиботки обогащен гуминовыми кислотами и в колбу, добавляли 200 г либо сброженнойподвижными формами минеральных и орга- навозной жижи крупного рогатого скота, ли-30 нических компонентов, легко усваиваемых бо разведения рубца крупного рогатого ско-растениями, что позволяет использовать та, либо активный ил. рН смесиполученный продукт в сельском хозяйстве регулировали добавлением 10% NaKCOaкак удобрение. Кроме того, в результате пе- либо 5% HCI. При создании анаэробных ус-реработки твердого топлива заявленным/ ловий для метаногенных бактерий колбу за-35 способом происходит значительное обессе- крывали резиновой пробкой, в которуюривание перерабатываемого материала, были вставлены две стеклянные трубки ди-Предложенный способ позволяет поп- аметром 10 мм. Одна трубка опускалась вучить биогаз, который представляет собой смесь и использовалась для деаэрации угляинтерес как дополнительный источник ме- потоком аргона, другая оставалась в газо-40 тана - одного из богатых энергией, легко вом пространстве и служила газоотводом.транспортируемого вида топлива и сырья. На концы стеклянных трубок надевали рези-В процессе переработки твердого топ- новые вакуумные трубки с зажимами. Черезлива наряду с биогазом получают продукт, трубку, входящую в рабочую смесь, произ-обогащенный гуминовыми кислотами и поводили отсос кислорода до - 0,4 атм, после45 движными формами минеральных и органи- чего через эту же трубку пропускали аргон вческих компонентов, хорошо усваиваемых течение 30-60 с до создания давления врастениями.

колбе +0,1 эти. Зажимы в этом время былиВ предложенном способе воздействие

открыты. Создав анаэробные условия, зажи-бактериальной среды на твердое топливо

мы закрывали. Колбу помещали в термостат50 позволяет частично удалить из него органис заданной температурой (30 и 50±2°С).ческую среду, что имеет немаловажное знаИтак, процесс вели в анаэробных уело-чение.

виях, без перемешивания.с одноразовой за-Технология предложенного способа иск- грузкой сырья и Эактерийсодержащейлючает аэрацию рабочей среды, чтт значи- среды, варьируя рН от 6,5 до 8,0 и темпера-55 тельно упрощает осуществление процесса, турный режим (30 и 5d±2°C).особенно при переработке угольных плэЧерез определенный промежуток вре-стов.

мени начинается интенсивное газовыделе-Предложенный способ исключает необние. К моменту окончания газовыделенияходимость введения в рабочую среду дополнительно 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.

Зависимость выхода биогаза

0

Формула изобретения

Способ переработки твердого топлива, предусматривающий вскрытие участка переработки скважинами, нагнетание через скважины бактерийсодержащей среды, выдерживание ее в пласте топлива и выдачу продуктов переработки на поверхность, о т- личающийся тем, что, в качестве 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 интервале 7,2-7,7.

Таблица I от температуры и времени переработки

Использование: переработка угольных залежей и отходов угледобычи. Сущность: способ переработки твердого топлива осуществляют обработкой твердого топлива раствором, содержащим природный мета- ногенный консорциум бактерий, в термофильных условиях. Процесс анаэробный. 3 табл.

Твердое топливо

Бактерийсодержащая среда

Каменный уголь

Сброженная.навозная 30 (жйаэ. крупного рогатоШлам каменного угля

То же

Бурый уголь

Каменный уголь

СЬ роженная навозная 50 жижа крупного рогатоШлам каменного угля

То же

Бурый уголь

Сброиенная навозная 50 жижа крупного рогатого скота

Примечание. V - л на 1кг сухого вещества в сутки (твердое топливо + сброженная навозная жижа)

. с

Р среды

бремя переработки, сут

Выход газа

объем газа, л/кг(У) сут

0

Состав,;

;--|-----j CK j прочие

-1...

30

7,2

30

7,2

30

7,2

0

7,2

0

7,2

-f

7,2

10

20

30

1)0

50

10

20

30

4о

50

20

30

4о SO 10 20 30

ьо 50

10

20

30

40 50 10 20 30 ЦО SO

0.6 0,8 2,0 3,5 3,2 0,5 - 0,8 1,85 3,8

3,5 0,5

0,82

1,9

3,7

3,2

6,2

6,0

4, 8

4,2

3,4

5,7

5,2

4,8

4,0

3,0

5,7

5,0

45

42

2,8

20

26

32

40

40

. 18

27

35

. 35,5

35,5

22

8 32

52

36,4

55

80

80

73

60

.65

70

70

52

38,6

53,5

71

63

60

57

60

72

68

60

60

82

73

65

64,5

64,5

78

82

68

48

63,6

45

20

20

27

40

35

30

30

48

61,4

46,5

29

37

ku

43

Зависимость содержания метана в биогазе от температуры и pll среды

Таблица2

11

181468612

ТаблицаЗ . Характеристика твердого продукта переработки

5,6 82,3 1,36 8,3 0

.5,2 78,5 1,84 1.2,1 0 0,3

4,0 76,6 2,49 16,0 23,0 0,22

5,2 74,8 1,67 2,0 21,8 0,12

Твердое

топливо Твердое топливо бактерийсо- держзщая среда (н.ж.к.р.с.)

н-мо,- p«(v. .кгоHrf, Tce ,TP То5 нд ,Тк

мг/кг| «r/100rj мг/ЮОг % I JS I иг/кг 1нг/100г1 HI

нг

15,63 52,6

15,65 53,0

15,08 53,4

16,1 53,1

Примечание. 1, Н.ж.к.р.с - навозная жижа крупного рогатого скота

0,03 0,36,8 83,0 2,8 8,313,2

0,03 0,47,02 79,1 3,1 12,212,8

0,45,8 77,3 «,02 16,133,8

0,26,0 75,2 3,1 24,2 31,2 |

.-.«-.--«-.«.-------«- ---- ---- -.-.--. J

.Продолжение табл.3

Агрохимический анализ Твердый продукт переработки

к

HI

40 нг/1 ООг

75,0 0,75-«732,88,А48,2

73,6 0,81-3933,28,6 48,8

68,2 1,67-5731,69,052,1

63,8 0,98- . 1«Э,530,4Э,262,6