Инновационные разработки ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» для угольной промышленности
ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» основано в 1991 году и является разработчиком и патентообладателем оборудования и технологий, направленных на энергосбережение, повышение эффективности и безопасности технологических производств, а также на защиту окружающей среды.
Созданное фирмой инновационное оборудование нового поколения по технико-экономическим показателям превосходит лучшие образцы отечественного и зарубежного оборудования аналогичного назначения и успешно внедряется в промышленность.
На основе использования созданного оборудования нового поколения разработаны высокоэффективные энергосберегающие, экологически чистые технологии для многих отраслей промышленности, в том числе для энергетики, для добычи и переработки нефти и газа, для угольной промышленности и др.
Внедрение новых технологий по переработке угля непосредственно в местах его добычи, утилизация шахтного газа и других газов, выбрасываемых из угольных шахт с получением целевых товарных продуктов, пользующиеся стабильным спросом на внутреннем и мировом рынках, позволит повысить эффективность угледобывающей отрасли промышленности. При этом будут решены задачи, связанные с постоянно меняющейся конъюнктурой рынка угля, проблемами его сбыта, транспортировки к местам его потребления, сохранением рабочих мест.
Реализация новых высокоэффективных отечественных разработок будет способствовать развитию отечественной экономики, повышению ее конкурентоспособности, позволит решить многие проблемы моногородов, создаст тысячи новых рабочих мест во многих отраслях промышленности. Одновременно будут решены вопросы, связанные с оздоровлением экологической обстановки окружающей среды.
Еще в 2012 году на совещании у Председателя Правительства РФ Д.А. Медведева по вопросам инновационного развития отраслей экономики (в частности АПК и ТЭК) (Ростов на Дону 17.08.12г.) Министр энергетики РФ А.В. Новак отметил:
«… я хотел обозначить приоритетные технологические положения, которые по оценке Министерства энергетики, будут определять будущее топливно-энергетического комплекса на 10-15 лет в нефтяной отрасли.
… важное направление – это технология глубокой переработки угля, то есть производство синтетического жидкого топлива и других продуктов углехимии. Внедрение данной технологии, на наш взгляд, позволит создать новые продукты, открыть новые современные рынки сбыта».
Создание новых технологий неразрывно связано с техническими средствами, оборудованием, применяемым для реализации этих технологий.
Многовековый опыт развития показывает, что новые технологии появляются только тогда, когда появляются принципиально новые технические средства. Нельзя создать новые высокоэффективные экологически чистые технологии эффективной переработки угля с применением традиционно применяемого оборудования.
Созданные ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» теплообменные и массообменные аппараты, каталитические реакторы, беспламенные горелки, а также другое оборудование нового поколения, а также способ эффективного сжигания топлива на беспламенной горелке с поддержанием заданной адиабатической температуры горения топлива, позволили разработать высокоэффективные, энергосберегающие, экологически чистые технологии утилизации газовых выбросов угольных шахт и эффективные технологии переработки угля с получением целевых товарных продуктов востребованных и конкурентоспособных на внутреннем и мировом рынках. Ряд новых технологий с применением новых конструкций оборудования успешно опробованы на лабораторных и пилотных установках, а также в промышленности.
Ниже представлены некоторые инновационные разработки ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» предлагаемые для использования в угледобывающей промышленности.
Предлагаемые к реализации инновационные разработки основаны на созданных реальных промышленных или лабораторных установках, прошедших успешные многостадийные испытания и подтвердившие высокую эффективность применяемого оборудования и технологий.
Созданные массообменные и теплообменные аппараты и другое оборудование нового поколения уже многие годы успешно работают в промышленности, как в России, так и за рубежом. Производство таких аппаратов по лицензии ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» освоено рядом машиностроительных заводов России.
На созданное оборудование и технологии нового поколения имеются патенты РФ на изобретения, авторские права на которые принадлежат ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ».
Как и любые другие реальные инновации, созданные ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» высокоэффективные технологии и оборудование, при внедрении часто сталкиваются с консерватизмом потребителей и скепсисом конкурентов. Тем не менее, наши разработки внедряются в промышленность, чаще всего, когда нет альтернативы для решения конкретной технической проблемы, или при необходимости замены неудовлетворительно работающего импортного оборудования.
Утилизация метано-воздушной смеси, откачиваемой из угольных шахт
Количество выделяемого из угольного пласта метана и время его выделения трудно прогнозировать, так как оно зависит от многих, не контролируемых и не управляемых факторов. Концентрация метана в воздухе шахты допускается не более 2%. Смесь метана и воздуха взрывоопасна при концентрации метана 5-16% об. Основным способом предотвращения образования взрывоопасных смесей метана и воздуха является хорошая вентиляция. Особенно опасны закрытые подземные выработки, где концентрация метана в воздухе может подниматься до взрывоопасных значений. Вентиляционный воздух, содержащий до 2% метана, выбрасывается в атмосферу, при этом известно, что метан является газом, обладающим парниковым эффектом во много раз превосходящим диоксид углерода. Насыщенный метаном воздух из подземных выработок, а также шахтный газ не пригодный для использования на газопоршневых и газотурбинных двигателях должны сбрасываться в атмосферу на факеле.
Для предотвращения сброса метана в атмосферу и сжигания его на факеле может быть использован созданный ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» способ эффективного сжигания топлива®, который обеспечит эффективную его утилизацию. Сжигание метана, не зависимо от его концентрации в воздухе, будет проходить на беспламенной горелке®. Полученное от сжигания тепло можно использовать или для нагрева воды для отопления и горячего водоснабжения, или для получения водяного пара требуемых параметров. Сущность способа заключается в том, что сжигание метана осуществляется на зернистом слое катализатора при адиабатической температуре горения не выше 1100-1200°С и пониженном содержании кислорода в метано-водушной смеси. Это достигается тем, что в сжигаемую метано-воздушную смесь дозируется отходящий дымовой газ, снижающий концентрацию кислорода. Такой способ сжигания топлива обеспечивает практически полное сжигание горючих компонентов, поддержание заданной температуры горения и практически полное отсутствие вредных веществ СО и NOх в отходящих дымовых газах. Беспламенная каталитическая горелка позволяет использовать в качестве топлива газовые смеси с низкой концентрацией метана, которые невозможно сжечь на факельной горелке без дополнительного расхода топлива.
На рис. 1. представлены принципиальные технологические схемы утилизации метана в сбрасываемых газах.
а) б)
Рис. 1 – Принципиальные технологические схемы сжигания метана в сбрасываемых газах угольных шахт.
а) при содержании метана в метано-воздушной смеси не более 8%,
б) при содержании метана в метано-воздушной смеси более 8%.
Очистка шахтного газа от пыли и капельной влаги при
использовании его в газопоршневых и газотурбинных двигателях
Откачиваемый из угольных пластов шахтный газ содержит примерно 25-40% метана. Этот газ успешно используется в качестве топлива на газопоршневых или газотурбинных установках для выработки электроэнергии. Основными требованиями, предъявляемыми к шахтному газу, являются как можно более высокая концентрация метана, а также очистка его от пыли и удаление капельной влаги (если откачка газа производится водокольцевыми насосами). При низкой концентрации метана в шахтном газе значительно ухудшаются характеристики работы газопоршневых и газотурбинных двигателей, а иногда, при низких концентрациях метана в шахтном газе его применение становится проблематичным.
Повысить концентрацию метана в шахтном газе можно, однако выполненные ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» исследования показали, что экономически реализация такого проекта нецелесообразна.
Обычно для очистки газа от твердых частиц устанавливают фильтры, представляющие собой сменные картриджи, которые периодически меняют по мере их забивки. При наличии в топливном газе больших количеств пыли, влаги или паров газового конденсата такие фильтры быстро выходят из строя и требуют замены.
Очистка шахтного газа от пыли и капельной влаги до требований, которые предъявляются применяемыми двигателями, была успешно решена на базе использования созданных ООО «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» массообменных и теплообменных аппаратов нового поколения и внедрена на шахте Северная ОАО «Воркутауголь».
Процесс массообмена осуществляется в пенном режиме. Турбулизация газожидкостной системы сопровождается образованием нестабильной, сильно подвижной пены за счет кинетической энергии газа. В качестве рабочей пенообразующей жидкости в данном случае используется вода. Извлечение пыли из очищаемого газа осуществляется путем смачивания частиц водой с последующим осаждением твердых частиц и выводом их в виде пасты из системы.
Исследование качества топливного газа после установки очистки проводило ОАО «Гипротюменнефтегаз». В результате сравнения требований к топливному газу для газовых двигателей MWM с характеристиками топливного газа, полученного после установки очистки, было установлено, что характеристики газа после очистки полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к топливному газу для газовых двигателей MWM.
Успешная реализация проекта установки очистки топливного газа подтвердила ее высокую эффективность и преимущества по сравнению с традиционно применяемыми установками – компактность, низкое гидравлическое сопротивление, надежность при эксплуатации, возможность работы в широком диапазоне нагрузок.
Ниже приведен пример массообменного аппарата очистки шахтного газа следующих параметров:
- расход ШГ 3600 нм3/ч
- давление 1,3 ата
- температура 293 К
Состав, % об.:
Метан 35
Кислород 11
Азот 52,5
Углекислый газ 1,5
Принципиальная схема массообменного аппарата на указанные параметры и его характеристики представлены на рис. 2.
В верхней части аппарата встроен теплообменник для обеспечения влажности очищенного газа не более 80% и гарантированного исключения попадания капельной влаги в двигатель. Теплота к теплообменному аппарату подводится от системы охлаждения двигателя.
В качестве рабочей пенообразующей жидкости используется вода. При использовании установки очистки шахтного газа в регионах с холодными климатическими условиями в качестве рабочей пенообразующей жидкости могут использоваться другие жидкости, не замерзающие при условиях низких температур соответствующего региона.
На рис 3 и 4 представлены фотографии массообменного аппарата очистки шахтного газа и аппарата воздушного охлаждения совмещенного с сепаратором конструкции ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®.
Рис. 2 – Массообменный аппарат очистки шахтного газа
конструкции ФАСТ ИНЖИНИРИНГ® на производительность 3600 нм3/ч
Рис. 3 – Массообменный аппарат очистки шахтного газа Рис. 4 – Аппарат воздушного
охлаждения шахтного газа,
совмещенный с сепаратором
Газификация угля с получением топливного газа для теплоэнергетики или
синтез-газа для последующей переработки его в синтетические жидкие топлива
Рост мирового потребления энергии побуждает интерес во всем мире к старой проблеме – получения газообразных и синтетических жидких топлив (СЖТ) из угля. Крупнейшие угледобывающие компании мира проводят интенсивную работу по созданию и реализации проектов на основе CTL-технологии (Coal to Liquid) в регионах, обладающих значительными ресурсами угля.
Газификация угля является одним из наиболее универсальных и чистых способов получения газа, пригодного для использования в качестве топлива для теплоэнергетических установок - генерирования тепловой и электрической энергии или получения синтез-газа, пригодного для его переработки в СЖТ, в том числе в моторные топлива, соответствующие стандарту ЕВРО-5.
Основной задачей при разработке новых технологий газификации угля и эффективной переработки полученного газа в целевые продукты является обеспечить востребованность и конкурентоспособность получаемых товарных продуктов на рынке, не уступающих по качеству аналогичным продуктам, производимым из нефти или природного газа.
Для газификации угля по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ применен аллотермический процесс подвода тепла. В качестве газифицирующего агента используется вода. Аллотермический процесс газификации угля в отличие от автотермических процессов газификации позволяет значительно уменьшить содержание азота и диоксида углерода в полученном газе, повысить теплотворную способность газа и отказаться от применения чистого кислорода как газифицирующего агента.
Новое техническое решение газификации угля сокращает потребление топлива для собственных нужд и обеспечивает экологически чистый выброс отходящего дымового газа практически без содержания в нем СО и NОх. Кроме того, такое решение обеспечивает высокую надежность при эксплуатации газификатора, исключая возможность повышения температуры теплоносителя (дымового газа) выше заданной.
Принципиальная технологическая схема установки газификации угля по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ® представлена на рис. 5.
Рис.5 – Принципиальная технологическая схема установки газификации угля
по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®
Преимущества новой технологии и установки газификации угля:
- Установка непрерывно действующая. Загрузка сырья, выгрузка шлама и выдача товарного газа осуществляется непрерывно.
- Новая технология, а также конструкция газификатора и другого применяемого оборудования пригодны для проведения процесса газификации любого вида твердого топлива.
- Исключено применение кислорода.
- Установка автономна. При газификации требуется потребление извне только воды и минимального количества электроэнергии, расход которых зависит от вида и состава газифицируемого топлива.
- На установке газификации угля может быть получен топливный газ для использования его в теплоэнергетике, удовлетворяющий требованиям потребителя.
- На установке газификации угля может быть получен синтез-газ, пригодный для переработки его в высококачественные СЖТ.
- Подвод тепла от теплоносителя – дымового газа к газифицируемому топливу осуществляется через теплопроводящую стенку, благодаря чему исключается попадание в топливный газ или в синтез-газ азота, а также других компонентов, содержащихся в дымовом газе.
- В качестве окислителя и газифицирующего агента в процессе газификации используется вода.
- Процесс газификации осуществляется без доступа воздуха, благодаря чему в получаемом газе минимизировано содержание азота.
- Утилизация тепла дымовых газов и других технологических потоков осуществляется в компактных теплообменных аппаратах конструкции ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®, что позволяет снизить расход топливного газа и повысить полезный выход получаемого газа.
- Использование беспламенной горелки и окислителя топлива в виде смеси воздуха и дымовых газов позволяет поддерживать процесс устойчивого горения при адиабатической температуре не выше 1200°С, что обеспечивает практически полное отсутствие в продуктах сгорания СО и NOx.
- В качестве топлива при газификации используется часть очищенного от вредных веществ полученного газа, благодаря этому в дымовых газах, сбрасываемых в атмосферу, отсутствуют вредные вещества.
- Для очистки полученного газа от примесей и вредных компонентов используются массообменные аппараты конструкции ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®, успешно работающие в промышленности.
- Режим газификации при температуре не выше 1000°С практически исключает образование вредных веществ в получаемом газе и в шламе, выводимом из установки, что облегчает решение вопроса его утилизации.
Проведенные экспериментальные исследования на созданной лабораторной установке газификации твердых топлив подтвердили правильность принятых технических и технологических решений и позволяют создать головную опытно-промышленную установку.
Лабораторная установка газификации твердых топлив по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ® представлена на рис. 6.
Рис.6 – Лабораторная установка газификации твердых топлив
по технологии «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ»®
Новая технология газификации твердых топлив создает возможность эффективной переработки этих топлив или в топливный газ или в синтез-газ с последующей переработкой его в высококачественные моторные топлива по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®.
Так, например, при газификации 1 т угля содержащего 70% углерода может быть получено или 1400 м3 топливного газа для использования в качестве топлива в теплоэнергетике, или – 200 кг (250 литров) СЖТ, содержащих примерно 22% бензина и 78% дизельного топлива соответствующих стандарту ЕВРО-5.
На рис. 7 представлена принципиальная блочная технологическая схема переработки твердых топлив в синтетические жидкие моторные топлива по технологии ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®.
Рис. 7 – Принципиальная блочная технологическая схема переработки твердых топлив в синтетические жидкие моторные топлива по технологии
ФАСТ ИНЖИНИРИНГ®
Твердый остаток после газификации угля (шлам) может быть использован в строительстве, в том числе для производства железобетонных и других изделий, что также даст дополнительную прибыль и создаст новые рабочие места.
Количество и состав вредных веществ, содержащихся в шламе, зависят от состава газифицируемого топлива и от температуры его сжигания. Часто это обстоятельство при традиционно применяемых газификаторах создает проблемы по утилизации шлама. Очистить отходящие дымовые газы и шлам от образующихся вредных веществ, применяя известные системы очистки, часто является трудно выполнимой задачей.
Головная опытно-промышленная установка газификации угля может быть создана в течение 1,5 - 2-х лет. При этом на установке можно будет газифицировать любой вид твердого топлива.
