Основные направления использования горючих сланцев

19.03.2020

Горючий сланец по вещественному составу и практической ценности занимает особое положение среди природных твердых топлив. Органическое вещество в сланцах отдельных месторождений составляет лишь 15—35% и реже больше. Остальная часть приходится на минеральную массу. Горючие сланцы имеют теплоту сгорания от нескольких сотен до 4000 ккал/кг и более. По своим свойствам горючие сланцы — комплексное сырье, пригодное как для энергетических целей, так и для производства химических продуктов и разнообразных строительных материалов. Эту особенность горючих сланцев нельзя не учитывать при промышленной оценке любого месторождения.

Комплексное использование горючих сланцев в зависимости от их состава и свойств может быть осуществлено по энергетической или энерготехнологической схеме.

Чистые сапропелитовые сланцы отличаются однородностью органического вещества, повышенным содержанием его и малой зольностью (50—60%). Теплота сгорания таких сланцев (Qбс) до 3500— 4000 ккал/кг. Выход смолы на сланец достигает 20—24%. Этот тип сланцев наиболее высококачественный, и термическая переработка его с успехом может быть осуществлена по энерготехнологической схеме, точнее энергогазохимической, с получением разнообразных продуктов: газ бытовой, сланцевое масло, вяжущие и другие продукты.

Сапропелито-гумусовый тип сланцев пользуется большим распространением, чем сапропелитовый. Он по сравнению с сапропелитовым многозолен (60—70%). Выход смолы на сланец небольшой — 10—12%, реже больше. По содержанию органического вещества такие сланцы неоднородны. Теплота сгорания сланцев изменяется в широких пределах — от 700—800 до 2500—2800 ккал/кг и больше. Сланцы отдельных месторождений в зависимости от их состава прежде всего могут использоваться по энерготехнологической схеме, т. е. по энергогазохимической или энергоклинкерной переработке. Термическая переработка сланцев позволяет получать химические продукты для медицинских нужд — ихтиол, альбихтоловая паста и т. д.

Наиболее распространены в природе сланцы, бедные органическим веществом, многозольные (Aс 70—90%). Выход смолы обычно не превышает 8—10%. Теплота сгорания колеблется от 500 до 2000 ккал/кг и реже до 2500 ккал/кг. Большая часть таких сланцев не имеет промышленного значения. Ho отдельные пласты с теплотой сгорания не менее 1500 ккал/кг, возможно, могут быть использованы преимущественно для производства электрической и тепловой энергии.

Россия располагает большими геологическими запасами горючих сланцев, что создает предпосылки для развития в крупных масштабах добычи, сжигания и переработки данного полезного ископаемого. Удельные капиталовложения (в руб. на 1 т ц. т. в год) в сланцевую промышленность, например, в Прибалтике почти в 2 раза меньше капиталовложений в нефтяную промышленность и мало чем отличаются от капиталовложений в угольную промышленность.

Роль и значение горючих сланцев особенно возрастает в тех экономических районах страны, где нет угля, нефти и газа. Добыча горючих сланцев из года в год возрастает. Если в 1960 г. в Прибалтийском бассейне добывалось около 12 млн. т, то в 1975 г. эта цифра увеличится почти в 4 раза. Ho в сферу промышленного освоения очень слабо вовлекаются горючие сланцы новых месторождений.

Большая часть добываемых горючих сланцев в нашей стране используется для энергетических нужд: по Ленинградскому месторождению 48%, по Эстонскому — 55% и по Кашпирскому — 94%. Как местное дешевое топливо в отдельных районах горючие сланцы с успехом заменяют дорогой привозной уголь.

В настоящее время тепловые электростанции используют горючие сланцы с теплотой сгорания (Qбс) 2500 ккал/кг. При благоприятных горнотехнических и экономических условиях, крупных масштабах добычи сланцев и совершенствовании конструкции топок котельных агрегатов не исключается возможность в отдельных случаях сжигания сланцев с меньшей теплотой сгорания.

В Советском Союзе на сланце с теплотой сгорания 2300— 2500 ккал/кг работают многие ТЭЦ. Сызранская ТЭЦ ежегодно сжигает около 1,4 млн. т сланца и вырабатывает 264,5 тыс. квт*ч и тепло-энергии 1 305 900 кал. ТЭЦ и ЦЭС Ленинградского комбината «Сланцы» сжигают более 1,2 млн. т сланца и вырабатывают 424,2 тыс. квт*ч электроэнергии и 698 700 кал теплоэнергии.

Прибалтийская ГРЭС работает исключительно на горючем сланце Эстонского и Ленинградского месторождений Прибалтийского бассейна. Она имеет мощность 1 млн. квт. В перспективе предусматривается строительство второй и третьей очередей Прибалтийской ГРЭС с доведением общей мощности до 3,4 млн. квт.

Имеются предпосылки строительства ТЭЦ на базе Болтышского (Тясменского) месторождения сланцев, которые характеризуются теплотой сгорания 2000—3000 ккал/кг. Интерес представляют сланцы Байсунского месторождения с теплотой сгорания 2200—2500 ккал/кг.

Менилитовые сланцы Карпат в основной своей массе бедны органическим веществом. Ho не исключена возможность выделения среди продуктивной толщи промышленных пластов сланца с теплотой сгорания выше 1500 ккал/кг. В этом случае на базе такого сырья может быть организовано значительное энергетическое хозяйство.

Важным условием использования горючего сланца как энергетического сырья является совмещенное производство электрической и тепловой энергии. Ho при этом не следует забывать, что если электроэнергия от источника питания может передаваться на большие расстояния, то радиус передачи тепловой энергии весьма ограничен.

Сжигание сланца в современных топках котельных агрегатов тепловых электростанций создает значительные трудности в их эксплуатации вследствие высокой зольности и высокой абразивности золы. Все это приводит к износу поверхности нагрева, понижает нагрузку котельных агрегатов из-за сильного шлакования. Кроме того, возникают большие трудности с золоудалением и немалые затраты на транспортировку золы в отвал.

В настоящее время научно-техническая мысль направлена на разработку прогрессивной технологии сжигания и переработки горючих сланцев.

Минеральная часть горючих сланцев некоторых месторождений (Ленинградского, Эстонского и др.) богата окисью кальция и по химическому составу приближается к портланд-цементной сырьевой смеси. Сжигание таких сланцев в вихревых или циклонных топках с жидким шлакоудалением обеспечивает максимальное использование как органической, так и минеральной части сланцев.

Энергетическим институтом АН России им. Г.М. Кржижановского разработана новая схема энергоклинкерного сжигания прибалтийских сланцев с добавкой известняков в специальных высокоинтенсивных энергетических топках, работающих с жидким шлакоудалением. При комплексном энергоклинкерном сжигании сланцев достигается получение тепловой, электрической энергии и плавленого гранулированного цементного клинкера как попутного продукта. Применение этого метода позволит сжигать горючий сланец с теплотой сгорания 2000 ккал/кг и даже меньше, избавит от капитальных затрат на сооружение специальных цементных заводов и содержание карьеров по добыче известняков.

Экспериментальными исследованиями МВТУ им. Баумана были проведены опыты по получению плавленого клинкера при сжигании ленинградских сланцев в циклонной камере диаметром 800 мм. Л.Л. Калишевский считает, что получение плавленого клинкера из карбонатизированных сланцев возможно при содержании в золе окиси кальция 58—60% и теплоте сгорания сланцев порядка 2100 ккал/кг, подогреве воздуха до 650° С и обогащении его кислородом до 25—30%.

Переход на жидкое шлакоудаление при сжигании сланцев в сочетании с использованием гранулированных шлаков может дать значительный экономический эффект.

Разрешение вопросов комплексного энерготехнологического использования горючих сланцев имеет важное значение для повышения эффективности сланцевой промышленности. Совмещение процессов интенсивного сжигания сланцев с процессами образования плавленого цементного клинкера непосредственно в котельных топках рассчитано на высокую степень использования как органической, так и минеральной части сланцев с получением энергии и жидкого шлака. В том случае, когда минеральная часть сланцев по своему химическому составу близка к портланд-цементному сырью, можно рассчитывать на организацию массового производства дешевого и высококачественного портланд-цемента.

Использование горючего сланца как местного топлива выгодно отличается от угля, торфа и других видов топлива по прямым трудовым затратам и полным издержкам средств при подземной добыче. 3.Ф. Чуханов считает, что подземная добыча горючего сланца по прямым трудовым затратам и полным издержкам средств в пересчете на условное топливо обходится дешевле, чем, например, угля и торфа.

Добыча сланцев открытым способом обходится в 1,5—2 раза дешевле подземной разработки.

Горючий сланец как энергетическое топливо не только в настоящее время, но и в будущем будет играть заметную роль в энергетическом хозяйстве нашей страны. Его энергетический потенциал особенно возрастает в дальнейшем при более ограниченном балансе нефти и газа и более рациональном использовании последних в народном хозяйстве для получения химических продуктов.

Использование сланца для энергетических целей, как это установлено расчетами института «Гипрошахт», экономически более выгодно, например для Ленинграда, чем привозное топливо. Себестоимость условного топлива различных видов франко-Ленинград составит:
Основные направления использования горючих сланцев

He менее перспективным направлением является комплексное энергохимическое использование горючих сланцев с получением жидкого сланцезольного расплава за счет минеральной части сланцев и различных химических продуктов за счет их органической части.

Изучению свойств сланцезольных расплавов и шлаков посвящены работы Института строительства и строительных материалов Госстроя Эстонии под руководством Н.Л. Дилакторского. Шлаки, содержащие от 42 до 46% CaO, могут использоваться для производства портландцемента. Такие шлаки отвечают минеральной части сланцев, сжигаемых в топках электростанций. Температура плавления шлаков находится в интервале 1450—1550°, следовательно, для получения расплава не потребуются подогрев воздуха и обогащение его кислородом.

При совместном помоле 85% гранулированного шлака и 15—20% клинкера с добавкой 5% гипса получается шлако-портланд-цемент. Себестоимость 1 т сланцешлакового портланд-цемента будет в два раза меньше стоимости выпускаемого цемента, например, заводом Пунане-Кунда (ЭССР).

Жидкое шлакоудаление на электростанциях, работающих на сланцах, открывает широкие перспективы получения минеральной ваты, аглопорита, термозита, каменных литых изделий, стеклокристаллического материала и т. д.

Горючие сланцы, как уже было сказано выше, представляют собой комплексное органо-минеральное сырье. При сжигании и термической переработке ленинградских и кашпирских сланцев ежегодно за счет минеральной части образуется огромное количество зольных остатков (табл. 1).

Минеральная часть горючих сланцев неоднородна по своему химическому составу. Месторождения сланцев одного и того же возраста и аналогичного состава исходного органического вещества не всегда имеют одинаковый химический состав. Присутствие или преобладание в составе сланцевой золы тех или иных химических компонентов и отдельных элементов зависит как от минеральных примесей, содержащихся непосредственно в органическом веществе, так и от привноса их в водоем, а также от обменных реакций, происходивших в водоемах. Все это оказывает влияние на химический состав золы при сжигании сланцев в топочных агрегатах тепловых электростанций (табл. 2).

Зола с более высоким модулем основных (например, Ленинградского, Эстонского и Кашпирского месторождений) при незначительной подшихтовке извести может быть использована для энергоклинкерного производства. Такие золы обладают вяжущими свойствами.

Зола с силикатным модулем более 4 и глиноземным модулем выше 2 пригодна для каменного литья.

Почти все разновидности сланцевой золы могут использоваться для производства легких заполнителей типа аглопорита.

Как показали научные разработки ВНИИТ, института строительства и строительных материалов Госстроя ЭССР, сланцезольные отходы представляют большую ценность для народного хозяйства по производству вяжущих и строительных материалов, изделий и деталей.

Сланцевая циклонная зола прибалтийских сланцев содержит до 18—20% свободной окиси кальция, обладает вяжущими свойствами и пригодна для производства ячеистых и плотных бетонов, дренажных и канализационных труб, легкого заполнителя бетона — аглопорита и аглопорито-бетона. Себестоимость этих изделий на основе цементного бетона и качество их не уступают последнему.

Сланцевая циклонная зола, как показали опыты Всесоюзного института растениеводства, пригодна для известкования почв. Зола представляет тонкодисперсный материал с размером зерен менее 56 р. и не требует затраты денежных средств на обработку. Практически не содержит влаги. В состав ее входят: SiO2 (34), Al2O3 (8), Fe2O3 (4), CaO (36,5), MgO (3), R2O (4), SO3 (3,5). В золе присутствуют также микроэлементы — марганец, титан, стронций, ванадий, свинец, галлий, никель, иттрий, хром и др. Содержится фосфорная кислота в количестве 0,12%.

Внесение сланцевой золы в почву от 2,5 до 4 т на 1 га повышает урожайность отдельных культур до 20%.

Сланцевая циклонная зола указанного химического состава может полностью заменить специально изготовляемую известковую муку в количестве до 400 тыс. т в год.

По разработанной ВНИИТом технологии производства термореактивных и термопластичных прессматериалов на сланцезольном наполнителе — силизоле — и заменяются полностью или частично такие дорогостоящие наполнители, как тальк, барит и древесная мука.

Потребность в строительных материалах в каждом экономическом районе огромна, особенно если учесть строительство в колхозах и совхозах. Она в значительной степени может быть удовлетворена за счет производства панелей и блоков, ячеистого и плотного сланцезольного бетона. Технико-экономический расчет, выполненный трестом «Оргтехстрой» Министерства строительства РСФСР, показал, что радиус перевозок сланцезольных строительных конструкций экономически оправдывается на расстояние 500 км. Только для строительных организаций Главзапстроя в ближайшие годы потребуется сланцезольных строительных изделий сотни тысяч кубических метров.

Кокс сланцевый камерных печей, как показали заводские опыты, проведенные ВНИИТом, Гипроцементом и Сланцевским цементным заводом, пригоден для производства портланд-цемента марки «500». Сланцевский цементный завод ежегодно будет потреблять не менее 300 тыс. г сланцевого кокса.

ВНИИТом на основе сланцевого кокса разработана технология производства высококачественной минеральной ваты и изделий из нее — матов, полужестких и жестких плит.

Практическое значение горючих сланцев не ограничивается только органическим веществом. Из минеральной части их в отдельных случаях может быть организовано извлечение многих ценных химических элементов.

Наука о химии твердых ископаемых, в том числе и горючих сланцев, в нашей стране сыграла большую роль в создании и развитии сланцеперерабатывающей промышленности. По технологическим разработкам советских ученых на базе сланцев создана крупная сланцевая газо-химическая отрасль. Выполнение программы по развитию химии высокополимеров и других важнейших химических продуктов немыслимо без химико-технологической переработки горючего сланца.

Термическая переработка сланцев камерными печами обеспечивает получение бытового сланцевого газа с теплотой сгорания 4000 ккал/м3 в потребных количествах. Только на газосланцевом заводе комбината «Сланцы» камерными печами вырабатывается более 500 млн. v3 бытового газа, большая часть которого идет на снабжение Ленинграда. Сланцевский цементный завод в ближайшее время переходит на использование генераторного газа в количестве 150 млн. м3.

Получаемое в больших количествах сланцевое масло перерабатывается на различные химические продукты — газовый бензин, бензол, толуол, дубитель, сольвений, фенолы, нафталин, алькидно-ситрольный лак, сера, шпалопропиточное масло, битум, мазут, пиробитум и т. д.

Из сланцевого масла получаются медицинские препараты — ихтиол, альбихтоловая паста, сульфихтол, нашатырный спирт и пр.

ВНИИТом разработана технология производства электродного кокса из сланцевой смолы. Из обогащенного сланца получен кероген с концентрацией до 70% органического вещества. Кероген используется для изготовления пресспорошков пластмасс.

Горючие сланцы — это комплексное энергохимическое сырье. Значение их особенно велико в районах, не располагающих местной сырьевой базой нефтехимической промышленности.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна