Разработка и оптимизация реакторного блока для комплексной энерготехнологической переработки сернистых горючих сланцев в псевдоожиженном слое тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат наук Морев, Александр Александрович

• Морев, Александр Александрович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Морев, Александр Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ ПОВОЛЖЬЯ

Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ

2.1 Использование псевдоожиженного слоя для подготовки и термической обработки твёрдых топлив перед сжиганием

2.2 Использование псевдоожиженного слоя для полукоксования горючих сланцев

2.3 Выводы

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПОЛУКОКСОВАНИЯ СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ В

ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ

3.1 Характеристики сернистого горючего сланца карьерной добычи как твёрдой фазы псевдоожиженного слоя. Структура псевдоожиженного слоя

3.2 Теплообмен в псевдоожиженном слое при термическом разложении горючего сланца

3.3 Кинетические характеристики процесса полукоксования сернистого горючего сланца в реакторе с псевдоожиженным слоем

3.4 Комплексное математическое описание процесса полукоксования сернистого сланца в псевдоожиженном слое и сопоставление с экспериментальными данными

3.5 Выводы

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ БЛОКА ПОЛУКОКСОВАНИЯ СЛАНЦА В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ

4.1 Математическое описание процесса догорания сланцевого полукокса

в циклонной топке

4.2 Математическое описание рекуперативного теплообменника с движущимся плотным слоем зольного теплоносителя

4.3 Математическое описание сушилки горючего сланца с псевдоожиженным слоем

4.4 Выводы

ГЛАВА 5. ОБОБЩЕННОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТОГО СЛАНЦА

5.1 Обоснование критерия технико-экономической оптимизации

5.2 Обобщённый алгоритм расчёта и оптимизации реакторного блока

для полукоксования в псевдоожиженном слое

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и оптимизация реакторного блока для комплексной энерготехнологической переработки сернистых горючих сланцев в псевдоожиженном слое»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Россия занимает третье место в мире по запасам горючих сланцев, общие геологические ресурсы которых оцениваются более чем 700 млрд. тонн. До настоящего времени эти запасы являются невостребованными. Начавшаяся зарождаться в СССР сланцеперерабатывающая отрасль не смогла пережить последствия распада Советского Союза и экономический кризис, полностью прекратив своё существование в современной России. В немалой степени этому способствовало и увеличение объемов добычи нефти и природного газа, экспорт которых является главной составляющей бюджета нашей страны. Однако истощение запасов нефти и газа диктует необходимость использования новых источников углеводородного сырья, в частности горючих сланцев, запасы которых в пересчете на эквивалентное топливо в десятки раз превышают ресурсы нефти и природного газа.

За последние пять лет в мире наблюдается значительное повышение интереса к использованию потенциала горючих сланцев. Колоссальные темпы добычи сланцевого газа в странах Северной Америки, начало освоения сланцевых месторождений в странах Европы и Китае позволили говорить о начале «сланцевой революции». Тем не менее значительные экологические проблемы добычи сланцевого газа и его относительно высокая себестоимость требуют поиска новых технологий добычи и методов переработки горючих сланцев.

В России на территории Поволжского региона сосредоточены крупнейшие месторождения горючих сланцев. Главной отличительной особенностью волжских сланцев является высокое содержание серы в составе органического вещества, которая не может быть удалена при обогащении. Это обстоятельство ограничивает применение сернистых горючих сланцев в качестве топлива, однако их огромный экономический потенциал может быть

реализован путем использования сланцев как сырья для получения ценных химических веществ, в том числе тиофена.

Создание новых, экологически чистых технологий переработки сернистых горючих сланцев и вовлечение их потенциала в экономику Саратовской области и России в целом, позволило бы сократить отставание РФ в этом вопросе от ведущих мировых держав, а также уменьшило зависимость бюджета нашей страны от объемов экспорта нефти и природного газа, что является актуальной на данный момент проблемой, требующей незамедлительного решения.

Создание современных технологий переработки твердых топлив немыслимо без применения методов математического моделирования процессов термодеструкции органического вещества, позволяющих решить проблему аппаратурного оформления головных процессов. Решению этих задач и посвящена данная работа.

Степень разработанности темы исследования. Существенный вклад в изучение проблемы переработки сернистых горючих сланцев внесли ученые кафедры Промышленной теплотехники (ПТ) СГТУ. Необходимо особо отметить фундаментальный вклад профессора В.Г. Каширского в изучение процессов и создание новых технологий комплексной переработки сернистых горючих сланцев. Многолетние экспериментальные исследования, выполненные коллективом кафедры ПТ, отражены в многочисленных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работах по вовлечению в хозяйственную деятельность месторождений горючих сланцев, расположенных на территории Саратовской области.

Однако следует отметить, что большая часть этих исследований была выполнена в конце прошлого столетия и не отражает современных тенденций в области переработки твердых топлив. Работы, выполненные коллективом кафедры ПТ, не могут быть в чистом виде применены для описания кинетики разложения органического вещества сернистых сланцев, так как не содержат

глубоких исследований процессов термодеструкции с применением современных методов термического анализа.

Недостаточная научная проработанность вопросов математического моделирования полукоксования сернистых горючих сланцев с использованием псевдоожиженного слоя обусловила необходимость создания математического описания этого процесса и определила выбор цели, задач и предмета исследования.

Цель работы: разработка и научное обоснование схемы реакторного блока теплотехнологической установки для комплексной переработки сернистых горючих сланцев на основе головного процесса в реакторе полукоксования с псевдоожиженным слоем.

Объект исследования: теплотехнологическая установка для комплексной переработки сернистых горючих сланцев на основе реактора полукоксования с псевдоожиженным слоем.

Задачи исследования:

1. Разработка и апробация комплекса математических моделей: головного процесса полукоксования сернистых горючих сланцев в реакторе псевдоожиженного слоя; догорания сланцевого полукокса в объеме циклонной топки; сушки сырья карьерной добычи и утилизации теплоты зольного теплоносителя в рекуперативном теплообменнике с движущимся плотным слоем золы.

2. Обоснование принципиальной схемы предлагаемой теплотехнологической установки для комплексной переработки сернистых горючих сланцев на основе реактора псевдоожиженного слоя с разработкой обобщенной математической модели, учитывающей структурные взаимосвязи между элементами.

3. Технико-экономический анализ и оптимизация рабочих параметров оборудования реакторного блока полукоксования сернистого горючего сланца в псевдоожиженном слое на экономико-математической модели.

4. Выявление диапазона возможных изменений основных конструктивных и эксплуатационных характеристик реакторного блока в зависимости от цен на сырьё, энергоносители и материалы на основе многовариантных оптимизационных расчетов.

Научная новизна:

1. Представлена научная гипотеза, объясняющая механизм интенсивного термического разложения органического вещества сернистого горючего сланца в аппаратах псевдоожиженного слоя под воздействием высокой скорости нагрева, которая является одним из главных факторов, влияющих на количественный и качественный состав конечных продуктов термодеструкции.

2. Получены зависимости, позволяющие определить качественный и количественный состав продуктов термопереработки сернистого горючего сланца в условиях высокоскоростного нагрева в псевдоожиженном слое, и описаны стадии процесса разложения природного высокополимера сернистого горючего сланца с точки зрения формальной химической кинетики.

3. Разработаны математические описания условий реализации основных физико-химических процессов при полукоксовании Поволжского сланца в реакторе псевдоожиженного слоя, учитывающие характеристики горючего сланца карьерной добычи и величину эндотермического эффекта разложения, а также изменяющиеся в процессе термодеструкции теплофизические параметры частиц сланца и кинетику разложения органического вещества.

4. Разработана экономико-математическая модель и реализована процедура многофакторной оптимизации рабочих параметров реакторного блока полукоксования сернистого горючего сланца в псевдоожиженном слое, на основе которой обоснованы экономически целесообразные параметры оборудования.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Разработаны математические модели и методика расчета комплекса взаимосвязанных физико-химических процессов применительно к условиям

термического разложения сернистых сланцев в реакторе псевдоожиженного слоя, которые могут служить научной основой для обоснования расчетных параметров реакторного блока в предлагаемой технологической схеме.

2. Предложена принципиальная технологическая схема для комплексной энерготехнологической переработки сернистых горючих сланцев на основе головного процесса в аппарате псевдоожиженного слоя, позволяющая значительно сократить капиталовложения в оборудование реакторного блока по сравнению с реактором УТТ.

3. Раскрыты закономерности влияния температуры и времени процесса полукоксования на качественный и количественный состав продуктов термодеструкции сернистого горючего сланца в условиях высокоскоростного нагрева в псевдоожиженном слое, на основе которых получены расчетные зависимости.

4. На основе многофакторной оптимизации определены оптимальные значения рабочих параметров оборудования реакторного блока в зависимости от цен на сырьё, энергоресурсы и материалы.

Методология и методы исследования

Методологической основой диссертации являются методы формализации и математического моделирования последовательных и параллельных процессов, происходящих в реакторе псевдоожиженного слоя при полукоксовании сернистого горючего сланца, а также процессов во вспомогательном оборудовании реакторного блока. В диссертации были применены фундаментальные законы тепломассообмена, термодинамики и химической кинетики. Использование метода численного эксперимента на математической модели и дальнейшее сравнение результатов математического моделирования с опубликованными экспериментальными данными других авторов позволило подтвердить достоверность выдвинутых предположений о закономерностях термодеструкции органического вещества сернистого сланца.

Положения, выносимые на защиту: схемные решения блока полукоксования сернистых горючих сланцев в псевдоожиженном слое; кинетические закономерности процесса разложения органического вещества сернистого сланца в условиях скоростного нагрева в псевдоожиженном слое; методика технико-экономической оптимизации оборудования и рабочих параметров полукоксования сланцев Поволжья в псевдоожиженном слое, адаптированная к особенностям предлагаемой технологической схемы; результаты численных исследований и оптимизации блока полукоксования.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на конференции с международным участием «VIII Всероссийский семинар вузов по теплофизике и энергетике» (Екатеринбург, 2013); Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, 2010); VI Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2011); XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-24» (Саратов, 2011); XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-25» (Саратов, 2012).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 7 в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в следующем:

1. Разработка и обоснование схемного решения блока полукоксования сернистого горючего сланца на основе реализации головного процесса в реакторе с псевдоожиженным слоем.

2. Разработка обобщенного математического описания и математическое моделирование процесса полукоксования сернистых горючих сланцев в псевдоожиженном слое с учетом влияния комплекса сопутствующих физико-

химических процессов, происходящих во всех дополнительных элементах предложенной схемы реакторного блока.

3. Разработка методики и алгоритма оптимизации рабочих параметров и характеристик оборудования предложенной схемы реакторного блока.

4. Выполнение многовариантных оптимизационных расчетов, определяющих характеристики оборудования и рабочие параметры основного и всех вспомогательных процессов в элементах предложенной схемы в зависимости от цен на сырьё, энергоресурсы и материалы.

5. Подготовка и публикация основных результатов выполненной работы, написанных единолично либо в соавторстве с научным руководителем; апробация результатов исследования на международных и всероссийских научных конференциях и семинарах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 132 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников. Работа содержит 23 рисунка, 10 таблиц. Список использованных источников включает 77 наименований.

Работа выполнена на кафедре «Промышленная теплотехника» в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» под руководством доктора технических наук, профессора Симонова Вениамина Федоровича, которому автор выражает благодарность за внимательное руководство и неоценимую помощь при выполнении работы. Автор признателен коллективу кафедры «Промышленная теплотехника» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» за ценные советы и замечания, высказанные в процессе подготовки и обсуждения диссертации.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ ПОВОЛЖЬЯ

Потребность мировой экономики в первичных энергоресурсах возрастет за 2010-2035 годы на 54%. Такой прогноз содержится в распространенном ежегодном докладе ОПЕК о среднесрочных и долгосрочных перспективах развития мирового нефтяного рынка. Вместе с тем в начале XXI века перед человечеством возникла огромная проблема, обусловленная быстрым исчерпанием мировых запасов нефти и природного газа. Особенно этот вопрос актуален для России, поскольку для экономической стабилизации в стране приходится увеличивать экспортную долю в добыче природного газа и нефти.

В соответствии с Энергетической стратегией России на период до 2020 года предполагается уменьшение доли газообразного топлива и нефти и увеличение доли твёрдых видов топлива в топливно-энергетическом балансе страны. Определяющим условием для расширения области использования твердого топлива является экономическая целесообразность его транспортировки. Поэтому для региональной энергетики актуальным является использование местных видов твердого топлива.

Для Поволжья определённое внимание следует уделить горючим сланцам, по запасам которых Россия занимает третье место в мире, уступая лишь США и Бразилии. Крупнейшими по потенциальным запасам являются месторождения Волжско-Печорской сланценосной провинции [29], простирающейся от Саратовской области до республики Коми. Горючие сланцы здесь залегают на глубине от 10 до 300 метров, а пласты расположены практически горизонтально. Мощность пластов колеблется от 0,7 до 5 метров, количество пластов в разрезе продуктивной толщи изменяется от 2 до 12.

Крупнейшими месторождениями Волжского бассейна являются: Перелюбское, Коцебинское, Чаганское, Дергуновское и др. Из всех перечисленных месторождений выделяется Коцебинское, запасы горючих

сланцев которого, по категориям A+B+Ci оцениваются в 40927 тыс. тонн [28]. Коцебинское месторождение является наиболее разведанным, позволяет вести карьерный метод добычи и имеет выгодное географическое положение. Необходимо отметить также высокое качество горючего сланца Коцебинского месторождения. Именно оно, таким образом, представляется наиболее перспективным. По административному положению площадь Коцебинского месторождения входит в состав Саратовской, Самарской, Оренбургской областей РФ и Уральской области Казахстана. Непосредственно участок предварительной разведки Коцебинского месторождения находится целиком на территории Перелюбского района Саратовской области. Восточной и северной границами этого участка служит граница Саратовской и Самарской областей.

Коцебинское месторождение расположено на площади 24,4 км (рис. 1.1). Географические координаты участка 51°39' - 51°48' северной широты и 50°35' -50°43' восточной долготы [28]. Ближайший административный районный центр с. Перелюб (Саратовская область) находится на расстоянии 20 км от западной границы Коцебинского месторождения. Районный центр Большая Черниговка (Самарская область) расположен в 20 км к северо-востоку от объекта работ. Областные центры г. Саратов и Самара находятся на значительном удалении от месторождения, а именно г. Саратов - 430 км к юго-западу, г. Самара - 180 км к северу.

В 1998 г. ООО 1ИШ «Горняк» были проведены технико-экономические расчеты по возможности освоения и открытой (карьерной) добыче горючего сланца на Коцебинском месторождении [27]. Карьерное поле под открытую разработку горючих сланцев выбрано на участке «Россыпновский» в контуре разведочных скважин 1017, 1018, 1022г, 1023. На участке сланец залегает в пяти пластах мощностью по полезной горной массе соответственно 1 м, 1,7 м, 4 м, 0,9 м и 1,2 м.

Рис. 1.1. Схема Коцебинского участка недр

Горно-геологические условия залегания сланцев позволяют отрабатывать в карьере все 5 пластов со средним показателем вскрыши около 3,5 м3 вскрышных пород на 1 м3 полезной карьерной массы. Качественные характеристики полезной карьерной массы по пластам представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1- Качественные характеристики полезной карьерной

массы сланца Коцебинского месторождения

Пласт QHP, МДж/кг Выход смолы, % Зольность, %

I 14,15 19,7 47

II 7,16 8,7 70

III 9,38 9,7 63

IV-V 8,00 10,4 67

Горно-геологические условия участка «Россыпновский» позволяют вести добычу сланца с одной внешней вскрышей (около 20 м, включая почвенно-растительный слой) и одной внутренней вскрышей между III и IV пластами (4,5м).

При этом I добычный уступ будет иметь мощность 12,3 м, второй - около 4,3 м. Принята транспортная система разработки с перемещением вскрышных пород во внешние и внутренние отвалы автомобильным транспортом.

Гидрогеологические условия карьера характеризуются обводненностью, начиная с пласта III. При этом годовая амплитуда колебания уровня воды составляет 0,4-0,9 м. Согласно расчетам, общий суточный водоприток в начальный период эксплуатации составит 6,84 м3/км2 площади карьера, в конце

3 2

эксплуатации - около 20 м /км . В связи с этим должны быть предусмотрены водоотливные решения и затраты на них.

При годовой производительности карьера по полезной горной массе 250 тыс. т (в расчете на установку для последующего полукоксования УТТ-500) капитальные расходы на организацию производства (без затрат на приобретение оборудования) составляют около 30 млн. руб., включая оформление горного и земельного отводов, лицензирование, детальную разведку месторождения, проектные монтажные и пусконаладочные работы. При определении затрат на оборудование учитывалось приобретение для работы карьера экскаваторов, бульдозеров, самосвалов типа БелАЗ, вспомогательного и хозяйственного транспорта, станков для буровых работ, насосов для водоотлива, элементов электроснабжения. Общие затраты на эти цели составляют ориентировочно по современным ценам около 60 млн. руб.

Общая численность промышленно-производственного персонала карьера составит около 50 человек при средней месячной зарплате 20 тыс. руб.

Себестоимость карьерной добычи горючего сланца составляет порядка 100-250 руб./т [28].

Для улучшения качества полезной карьерной массы по содержанию органического вещества, удельной теплоте сгорания, выходу смолы возможен вариант карьерной разработки месторождения на участке «Россыпновский» в 3 добычных уступах при двух внутренних вскрышных. В этом случае себестоимость сланцевой горной массы несколько возрастет (в пределах 5%) за

счет увеличения количества экскаваторов (на 1) и обслуживающего персонала для них, увеличения платы за оформление земельного отвода и налога на землю.

Таким образом, на основании технико-экономических расчетов ООО 111111 «Горняк» можно сделать вывод о возможности освоения и открытой (карьерной) добыче горючего сланца на Коцебинском месторождении с высокими экономическими показателями. По сравнению с шахтным способом добычи, где себестоимость достигает 3000 руб./т, открытый (карьерный) способ позволяет существенно снизить затраты на добычу горючего сланца.

Горючие сланцы представляют собой минеральную породу осадочного происхождения, в которой относительно равномерно распределено органическое вещество сапропелевой природы (кероген). Органическое вещество волжских сланцев имеет относительно постоянный химический состав и отношение С/Н (в пределах 8-8,85). Отличительной особенностью волжских сланцев является высокое содержание серы (от 2 до 6-10 %), большая часть которой входит в состав органического вещества сланца. Это обстоятельство является определяющим при разработке направлений и способов переработки сернистых сланцев Поволжья.

Исследования горючих сланцев Поволжья и их качественных характеристик позволили в 30-е годы прошлого столетия осуществить их крупномасштабное применение в двух направлениях. Во-первых, был сооружен и в 1932 г. введен в эксплуатацию сланцеперегонный завод в окрестностях г. Сызрани. Во-вторых, в г. Саратове в октябре 1934 г. пущена ТЭЦ-1, рассчитанная на применение горючих сланцев Поволжья в качестве топлива.

Зародившаяся в Поволжье сланцехимическая промышленность не получила широкого развития. Сланцеперерабатывающий завод в г. Сызрани потреблял ежегодно не более 50 тыс. т сланца Кашпирского месторождения. На протяжении нескольких последних десятилетий ассортимент выпускаемой этим заводом продукции оставался неизменным. Это препараты медицинского

(ихтиол) и ветеринарного (натрий-ихтиол) назначения, а также пластификатор для изготовления полихлорвиниловых изоляционных лент и мягчитель для резины. Вместе с тем из-за больших выбросов оксидов серы, азота и летучей золы, связанных с высоким содержанием серы и устаревшей технологией сжигания сернистого сланца, применение его в качестве энергетического топлива на крупных энергогенерирующих установках было прекращено. Тем не менее опыт сжигания сланцев Поволжья в шахтно-мельничных топках положительно повлиял на развитие использования этого вида топлива в энергетике [51].

С начала промышленного освоения горючих сланцев это ископаемое рассматривалось и как топливо, и как технологическое сырье. Соответственно основными направлениями использования сланца являются энергетическое, технологическое и энерготехнологическое.

Исследованиями, выполненными в СГТУ ранее и в последнее время, обоснована возможность использования сернистых горючих сланцев как местного топлива. При этом, по прогнозам, сохранение темпов роста мировых цен на газ позволяет уже к 2025-2030 гг. создать в Заволжье экономически конкурентоспособные и экологически безопасные тепловые электрические станции на основе парогазовых установок с внутрицикловой газификацией сланца под давлением и получением побочных сернистых лёгких смоляных продуктов сложного состава [52]. В силу качественных особенностей газификация сланцев на паровоздушном (парокислородном) дутье под давлением методом Лурги (в плотном слое) наиболее полно отвечает условиям использования низкосортных многозольных топлив [69].

Также интерес представляет технология пирогазификации пылевидного (до 50 мкм) горючего сланца с целью использования сернистых сланцев Поволжья для нужд малой энергетики. Анализ экспериментальных данных [40] по исследованию процесса пирогазификации волжского сланца в восходящем потоке газовзвеси на стендовой и пилотной установках позволил сделать вывод

о возможности использования данного метода для термической переработки сланца. Существенным недостатком подобной технологии является проблема экологической безопасности, так как ещё недостаточно хорошо изучен процесс связывания сероводорода оксидом кальция, содержащимся в минеральной части коксового остатка, образующегося при термической переработке сланца.

Более радикальное и экономически целесообразное направление использования сернистого горючего сланца связано с его переработкой как органоминералъного сырья [52]. Термическая обработка сланца в режиме полукоксования позволяет перевести большую часть органического вещества в смолу с содержанием серы до 7-8%. Этот продукт служит исходным материалом для производства востребованных на внутреннем и международном рынках веществ: ихтиола (в экспортном варианте - сульфо-ихтиола), натрий-ихтиола, пластификатора, мастики типа СБН, битума [54].

Химический потенциал органического вещества Саратовских сланцев в большей степени реализуется при более глубоком термокаталитическом разложении смоляных продуктов парогазовой смеси (ПГС), полученной при полукоксовании [36]. В этом случае появляется возможность промышленного производства сераорганических соединений - тиофена, 2-метилтиофена, 2-5-диметилтиофена. Указанные продукты в настоящее время в Российской Федерации и странах СНГ не производятся. Вместе с тем эти вещества находят широкое применение за рубежом при синтезах медицинских и ветеринарных препаратов, гербицидов, пестицидов, фунгицидов. Важным направлением использования тиофена и его гомологов является получение кремнийорганических полимеров. В кремнийорганических соединениях, содержащих тиофеновое кольцо, появляются новые и усилены известные важные технические свойства. Потребность в таких полимерах очень велика, и в ближайшем будущем это направление использования тиофеновых соединений может стать одним из крупнотоннажных производств.

В настоящее время разработаны удобные для промышленного использования способы получения различных марок смазочных масел, гидравлических и охлаждающих жидкостей с присадками на базе тиофена. Масла обладают улучшенными смазывающими свойствами, могут использоваться в более широком температурном интервале, низколетучие.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Морев, Александр Александрович, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Агеев, М. А. Оптимизация схем и рабочих параметров систем глубокой очистки дымовых газов при модернизации твердотопливных промышленных энергоустановок : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.04 / Агеев Михаил Александрович. - Саратов, 2010.- 160 с.

2. Алаев, Г. П. Кинетика взаимодействия петрографических микрокомпонентов энергетических углей Кузбасса с молекулярным кислородом / Г. П. Алаев, Б. В. Нелюбин, Л. А. Арзаева // Горение твердого топлива. - 1974. - С. 101-107.

3. Атоян, Э. М. Влияние фракционного состава на свойства горючих сланцев / Э. М. Атоян, Н. М. Галишникова, И. А. Клейменова // Исследования в области комплексного энерготехнологического использования топ лив : межвуз. науч. сб. / Сарат. политехи, ин-т. - Саратов, 1989. - С. 34-37.

4. Аэров, М. Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем : Гидравлические и тепловые основы работы / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. - Л. : Химия, 1979. - 176 с.

5. Аэров, М. Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес. - Л. : Химия, 1968.-512 с.

6. Басаргин, А. П. Исследование сжигания угля в плазменно-циклонной топливной системе : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.04 / Басаргин Антон Петрович. - Чита, 2010. - 140 с.

7. Боттерилл, Дж. Теплообмен в псевдоожиженном слое: гидродинамические характеристики псевдоожиженного газом слоя и их влияние на его теплообменные свойства / Дж. Боттерилл ; пер. с англ. А. Ф. Долидовича ; под ред. С. С. Забродского. - М. : Энергия, 1980. - 344 с.

8. Бретшнайдер, С. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета / С. Бретшнайдер ; пер. с польск. ; под ред. П. Г. Романкова. - М.-Л. : Химия, 1966.-535 с.

9. Валдек, Р. Г. О теплоте разложения органического вещества эстонских горючих сланцев / Р. Г. Валдек, Н. Л. Луцковская, Ю. Эйзен // Известия АН ЭССР. Сер. техн. и физ.-мат. науки. - 1961. - № 2.

10. Викторов, М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты / М. М. Викторов. - Л. : Химия, 1977. - 360 с.

11. Гельперин, Н. И. Основы техники псевдоожижения / Н. И. Гельперин, В. Г. Айнштейн, В. Б. Кваша. - М. : Химия, 1967. - 664 с.

12. Горбис, 3. Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков / 3. Р. Горбис. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергия, 1970. - 424 с.

13. Горбис, 3. Р. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями / 3. Р. Горбис, В. А. Календерьян. - М.: Энергия, 1975. - 296 с.

14. Забродский, С. С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое / С. С. Забродский. - М.-Л. : Госэнергоиздат, 1963. - 488 с.

15. Захарин, А. Г. Методы экономического сравнивания вариантов в энергетике по принципу минимума приведённых затрат / А. Г. Захарин, В. П. Браилов, В. И. Денисов. - М. : Наука, 1971. - 266 с.

16. Изыскание новых направлений термической переработки мелкозернистого сланца: технико-экономический доклад / Иоонас Р. Э. -Кохтла-Ярве : НИИСланцев, 1973. - 26 с.

17. Исаченко, В. П. Теплопередача: учеб. для вузов / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. - 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоиздат, 1981. - 415 с.

18. Исследование и оптимизация теплогидродинамических условий реализации процесса каталитического преобразования парогазовой смеси (ПГС), полученной при полукоксовании, в не имеющей аналогов технологической схеме комплексной переработки волжских сланцев : отчет о НИР / Семенов Б. А. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2010.-178 с.

19. Камнева, А. И. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых / А. И. Камнева, В. В. Платонов. - М. : Химия, 1990. - 287 с.

20. Каширский, В. Г. Экспериментальные основы комплексного энерготехнологического использования топлив / В. Г. Каширский. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1981. - 144 с.

21. Когерман, П. Химия эстонских сланцев / П. Когерман, К. Лютс, И. Хюссе ; пер. под ред. Я. И. Хисина. - М. : ОНТИ, 1934. - 139 с.

22. Колодцев, X. И. Исследования процесса горения твердого топлива и методов его интенсификации : авт. докл. по опубл. работам ... д-ра техн. наук / Колодцев Христофор Иосифович. - М.-Л., 1962. - 47 с.

23. Косова, О. Ю. Разработка и моделирование установки для термической обработки горючих сланцев : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.04 / Косова Ольга-Юрьевна. - Саратов, 2008. - 149 с.

24. Котлер, В. Р. Специальные топки энергетических котлов / В. Р. Котлер. - М. : Энергоатомиздат, 1990. - 104 с.

25. Логинов, Д. А. Автотермическая переработка угля в кипящем слое с комбинированным производством энергоносителей : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.14.04 / Логинов Дмитрий Александрович. - Красноярск, 2012. - 19 с.

26. Лыков, М. В. Сушка в химической промышленности / М. В. Лыков. -М. : Химия, 1970.-432 с.

27. Мадянов, В. М. Возможности разработки северного участка Коцебинского месторождения горючих сланцев открытым способом / В. М. Мадянов // Горючие сланцы - альтернативный источник топлива и сырья. Фундаментальные исследования. Опыт и перспективы : сб. тр. Междунар. науч. конф. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 2007. - С. 14-16.

28. Малые формы экологически безопасной добычи трудноизвлекаемых горючих сланцев, комплексная, безотходная переработка их на базе собственных энергоносителей : инвестиционный проект. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2010.- 106 с.

29. Месторождения горючих сланцев мира / М. В. Голицын, Л. М. Прокофьева, Б. Н. Андросов и др.; отв. ред. В. Ф. Череповский. - М.: Наука, 1988. - 262 с.

30. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. - М. : Информэлектро, 1994. - 81 с. (в редакции, утвержденной Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999 № ВК 477)

31. Опытная переработка мелкозернистого волжского сланца на установке с псевдоожиженным слоем : отчет о НИР / Дойлов С. К. - Кохтла-Ярве : НИИСланцев, 1991. - 16 с.

32. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. ; под ред. Ю. И. Дытнерского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Химия, 1991. - 496 с.

33. Печенегов, Ю. Я. Теплообмен и теплоносители в процессах термической обработки измельченного твердого топлива : монография / Ю. Я. Печенегов. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1983. - 116 с.

34. Попов, А. И. Критерии сопоставления и оптимизации энергосберегающих решений в рыночных условиях / А. И. Попов, В. Ф. Симонов, Р. А. Попов // Межвузовский научный семинар по проблемам теплоэнергетики : сб. тр. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 1996. - С. 87-91.

35. Прейс, М. О. Теплота разложения органического вещества прибалтийского сланца при полукоксовании / М. О. Прейс, М. А. Голубинская // Труды ВНИИПС. - 1955. - № 3.

36. Прелатов, В. Г. Термические процессы переработки горючих сланцев для получения энергоносителей и ценных сераорганических соединений : дис.... канд. техн. наук : 05.14.04 / Прелатов Владимир Германович. - Саратов, 2002.- 188 с.

37. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / А. М. Бакластов, Б. Г. Борисов, В. М. Бродянский и др. ; под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина. - 2-е изд., перераб. - М. : Энергоатомиздат, 1991. - 588 с.

38. Прузнер, С. Л. Экономика энергетики СССР / С. Л. Прузнер, А. Н. Златопольский, А. М. Некрасов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1984.-424 с.

39. Псевдоожижение / В. Г. Айнштейн, А. П. Баскаков, Б. В. Берг и др. -М. : Химия, 1991.-400 с.

40. Разработка научных основ пирогазификации пылевидного сернистого сланца Поволжья для использования в малой энергетике : отчет о НИР / Семенов Б. А. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2011. - 124 с.

41. Расчеты аппаратов кипящего слоя : справочник / под ред. И. П. Мухленова, Б. С. Сажина, В. Ф. Фролова. - Л. : Химия, 1986. - 352 с.

42. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей : справ, пособие / Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд ; пер. с англ. под ред. Б. И. Соколова. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л. : Химия, 1982. - 592 с.

43. Ромаденкина, С. Б. Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев : дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / Ромаденкина Светлана Борисовна. - Саратов, 2005. - 170 с.

44. Романков, П. Г. Сушка во взвешенном состоянии / П. Г. Романков, Н. Б. Рашковская. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Химия, 1968. - 360 с.

45. Сабуров, Э. Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом / Э. Н. Сабуров. -Архангельск : Сев.-Зап. кн. изд-во, 1995. - 341 с.

46. Сажин, Б. С. Основы техники сушки / Б. С. Сажин. - М. : Химия, 1984.-320 с.

47. Семенов, Б. А. Инженерный эксперимент в промышленной теплотехнике, теплоэнергетике и теплотехнологиях : учеб. пособие / Б. А. Семенов. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - 288 с.

48. Сидорович, Я. И. Изучение сжигания кашпирских сланцев на опытной установке с твердым теплоносителем / Я. И. Сидорович, Е. В. Мартынец, А. В.

Перепелкин, В. В Мартанов, А. В. Борзов // Горючие сланцы. - 1989. - № 6/1. -С. 95-99.

49. Симонов, В. Ф. Влияние условий выгорания полукокса на состав оборудования реакторного блока при энергоэффективной переработке сернистых сланцев Поволжья / В. Ф. Симонов, А. А. Селиванов // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2011. - № 1/2. - С. 18-27.

50. Симонов, В. Ф. О влиянии скорости нагрева горючих сланцев на динамику выделения летучих продуктов и их качественный состав / В. Ф. Симонов, А. А. Морев // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 4 (59). - С. 182-186.

51. Симонов, В. Ф. Проблемы развития сланцевой промышленности Поволжья / В. Ф. Симонов, В. Г. Каширский // Проблемы развития сланцевой промышленности России : материалы Между нар. науч.-техн. конф. / Сарат. гос. техн. ун-т. - Саратов, 1995. - С. 10-12.

52. Симонов, В. Ф. Современные проблемы энергосбережения и использования местного органоминерального сырья / В. Ф. Симонов // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (61). -С. 200-204.

53. Создание методологии расчета и оптимизации теплотехнологических процессов полукоксования в не имеющей аналогов малоотходной технологии переработки волжского сернистого сланца : отчет о НИР / Семенов Б. А. -Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - 145 с.

54. Создание пилотной установки производительностью 25 кг/сут. для исследования и получения исходных данных по составу оборудования и технологическим параметрам переработки горючих сланцев Саратовской области : отчет о НИР / Атоян В. Р. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. - 110 с.

55. Справочник по теплообменникам : в 2 т. / пер. с англ. под ред. О. Г. Мартыненко и др. - М. : Энергоатомиздат, 1987. - 352 с.

56. Справочник химика. Т.1. / под ред. Б. П. Никольского. - M.-J1. : Химия, 1966. - 1072 с.

57. Теория топочных процессов / Г. Ф. Кнорре, К. М. Арефьев, А. Г. Блох и др. - M.-J1. : Энергия, 1966. - 461 с.

58. Термическая переработка сланца-кукерсита / под ред. М. Я. Губергрица. - Таллин : Валгус, 1966. - 356 с.

59. Технические предложения по созданию предприятия по переработке сланца Коцебинского месторождения : отчёт о НИР / Каширский В. Г. -Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 1988. - 62 с.

60. Тодес, О. М. Аппараты с кипящим зернистым слоем : гидравлические и тепловые основы работы / О. М. Тодес, О. Б. Цитович. - JI.: Химия, 1981. - 296 с.

61. Филипповский, Н. Ф. Гидродинамика и тепломассоперенос в аппаратах с псевдоожиженным слоем : дис. ... д-ра техн. наук : 05.14.04 / Филипповский Николай Федорович. - Екатеринбург, 2002. - 306 с.

62. Фомина, А. С. Природа керогена Прибалтийского горючего сланца-кукерсита и его химические сырьевые качества / А. С. Фомина, JI. Я. Побуль, 3. А. Дегтерева. - Таллинн : Академия наук Эстонской ССР, 1965. - 215 с.

63. Фундаментальные и прикладные исследования по созданию головных процессов переработки горючих сланцев : отчет о НИР / Симонов В. Ф.Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 1994. - 40 с.

64. Цветков, Ф. Ф. Тепломассообмен : учеб. пособие для вузов / Ф. Ф. Цветков, Б. А. Григорьев. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд. дом МЭИ, 2005. - 550 с.

65. Чернышев, А. Б. Полукоксование мелкозернистого сланца в кипящем слое / А. Б. Чернышев, Н. Н. Руссиновская // Горючие сланцы. - 1956. - № 11.-С. 27-32.

66. Чуханов, 3. Ф. Энерготехнологическое использование топлива / 3. Ф. Чуханов, Л. Н. Хитрин. - М. : Изд-во АН СССР, 1956. - 127 с.

67. Шестаков, С. М. Расчет выгорания частиц твердого топлива в прямоточной части факела топки с низкотемпературным вихрем / С. М.

132 V^

Шестаков, В. В. Померанцев, Ф. $*-Финкер и др. // Горение твердого топлива. -1974.-С. 42-48.

68. Энерготехнологическая переработка топлив твердым теплоносителем / А. И. Блохин, Г. П. Стельмах, М. И. Зарецкий и др. - М.: Светлый СТАН, 2005. - 336 с.

69. Янов, А. В. Оптимизация состава оборудования и рабочих параметров газификации сернистых сланцев Поволжья для использования с ПТУ : дис. ... канд. техн. наук : 05.14.04 / Янов Алексей Владимирович. - Саратов, 2005. - 167 с.

70. Aboulkas, A. Study of the kinetics and mechanisms of thermal decomposition of Moroccan Tarfaya oil shale and its kerogen / A. Aboulkas, K. el Harfi // Oil Shale. - 2008. - T. 25. № 4. - P. 426-443.

71. Al-Ayed, O. S. Oil shale pyrolysis in fixed-bed retort with different heating rates / O. S. Al-Ayed, A. Al-Harahsheh, A. M. Khaleel, M. Al-Harahsheh // Oil Shale. - 2009. - T. 26. №2. - P. 139-147.

72. Kaljuvee, T. Formation of volatile organic compounds at thermooxidation of solid fossil fuels / T. Kaljuvee, E. Edro, R. Kuusik // Oil Shale. - 2007. - T. 24. №2.-P. 117-133.

73. Luts, K. Der estlandische Brennschiefer Kukersit, seine Chemie, Technologie u Analyse / K. Luts. - 2 Aufl. - Rewal, 1943.

74. Qing, W. Study on pyrolysis characteristics of Huadian oil shale with isoconversional method / W. Qing, L. Hongpeng, S. Baizhong, L. Shaohua // Oil Shale. - 2009. - T.26. №2. - P. 148-162.

75. Siitcii, H. Pyrolysis kinetics of oil shale from Uluki§la, Turkey / H. Siitcti, S. Pi§kin // Oil Shale. - 2009. - T. 26. № 4. - P. 491-499.

76. Vaizene, V. High selective oil shale mining / V. Vaizene, I. Valgma, R. Iskul, M. Kolats, M. Nurme, V. Karu // Oil Shale. - 2013. - T. 30. №2S. - P. 305-325.

77. Xue Hua-Qing. Pyrolysis kinetics of oil shale from northern songliao basin in China / Xue Hua-Qing, Li Shu-Yuan, Wang Hong-Yan, Zheng De-Wen, Fang Chao-He // Oil Shale. - 2010. - T. 27. № 1. - P. 5-16.