Қазақстан көмір кешендері Сарыадыр (Қоржынкөл бассейні, Шоптыкөл (Майкөбен бассейні), Богатыр (Екібастұз бассейні), Қаражыра (Шығыс Қазақстан облысы)

Көмірді және күл төгінділерді терең өңдеу арқылы жоғары қосылған құны бар өнімдерді өндіру технологиясын әзірлеу және енгізу

Газдандыру, карбонизациялау және активтендіру әдістері, синтетикалық газды, нанокатализаторларды, көміртегі сорбенттерді, көміртегі наноталшықтарды және нанотүтікшілер алу, көмір күлін өңдеу әдістері.

Алғаш рет біз көмірді жер беттік газдандырудың шайырсыз әдісін дамыту басталды. Осы мақсатта үш аймақтық түрлендірілген типтік газ генераторлар әзірленді. Электрлік импульстік жарылыс арқылы көмір пластында модельді реакторда газдандырудың зертханалық зерттеулері жүргізілді. Сұйық көмірсутектерді, жанармай газын, кокс, шалакоксты (түтінсіз отын), брикеттерді, адсорбенттерді, КНТ және КНТ негізінде нанокомпозиттік материалдар, сирек жерасты металдары өндіруге арналған пиролиз және карбонизация процестерінің технологиялық параметрлері оңтайландырылды.

Жұмыста бастапқы көмірдің кешенді өңдеуі ұсынылған, яғни көмірдегі органикалық және минералды бөліктерінде пайдалы компоненттерді толығымен бөліп алу. Бұл – сирек және сирек жерасты металлдарды бөлу, тас көмір шайырынан көміртекті наноталшықтар, СО және СО2 көміртекті нанотүтікшелерді алу, сонымен қатар осылардың негізінде нанокомпозиттік материалдар алу.

Біз жоғарыда көретілген өнімдерді шығаратын өнеркәсіптік-өндіріс қондырғыларын жасаймыз

Осы объектілерде өндірістік қондырғыларды құру үдерісінің технологиялық параметрлері әзірленеді. Алынған өнімдер уәкілетті органдардың талаптарына сәйкес сертификатталады

Көмір өнеркәсібі, ЖКХ (елді мекендерді, тұрғын үйлерді газдандыру, су тазалау), экология және табиғатты қорғау саласындағы ұйымдар, медицина және фармацевтика, құрылыс.

Қазақстан көмір кешендері Сарыадыр (Қоржынкөл бассейні, Шоптыкөл (Майкөбен бассейні), Богатыр (Екібастұз бассейні), Қаражыра (Шығыс Қазақстан облысы).

Көмірді және күл төгінділерді терең өңдеу арқылы қосымша құны жоғары өнімдерді өндіру технологиясын әзірлеу және өндіріске енгізу.

Көмірді газдандыру,пиролиздеу, карбонизациялау, белсендіру, көмірді электрофизикалық принцип бойынша жылумен ыдырату температурасына дейін қыздыру, электрофизикалық әсермен көмірден және көмір қабатынан газдандыру әдісімен синтетикалық газ алу; көмір нанотүтікшелерін, күйе және көмірден көміртекті нанокомпозиттік материалдар алу; көмірсутегі шикізаттардан нанокатализаторлар; көмірден сирек жер металлдарын алу технологиясын жасау; тас көмір шайырынан көміртекті наноталшықтар алу.

Біз алғаш рет шайырсыз жанғыш газды алуға мүмкіндік беретін үшзонды газ генераторы құрастырылды, дайындалды, құрастырылды және сыналды. Жұмыс институттың ғылыми - өндірістік цехында жүргізілді. Бірінші рет Екібастұз көмір бассейнінде Богатырь көмір разрезінде көмір қабатындағы (көкжиек-80) электримпульстік жарылыспен тас көмірді жер астында газдандыру бойынша далалық сынақтар жүргізілді. Сұйық көмірсутектерді, жанғыш газды, коксты, жартылай коксты (түтінсіз отын), брикеттерді, адсорбентті, УНТ және УНВ негізіндегі нанокомпозитті материалдарды, сирек жер металдарын өндіру мақсатында пиролиз және карбонизациялау процестерінің технологиялық параметрлері оңтайландырылды. Нанокатализаторлардың белсенді қасиеттері анықталды. Наноқұрылымды катализаторларды сынау жүргізілді. Нанофазды со2о3-СеО2/СаА және CuO –ZnO/СаА катализаторлары синтезделген. Тәжірибе нәтижелерін статистикалық өңдеу арқылы экспериментті математикалық жоспарлауды қолдана отырып, көмір күлінен кремний диоксидін және құрамында металл бар өнімді алуға технологиялық параметрлер мен химиялық реагенттердің әсерін зерттеу жүргізілді. . Осы өнімдерді алу процесінің оңтайлы параметрлері анықталды.

Фишер-Тропш синтезінің оңтайлы шарттары (температура, реакция жылдамдығы, қысым, бастапқы реакциялық қоспадағы газдардың арақатынасы) және құрамында нанокатализаторлардың Со - және Cu белсенділігі зерттелді.

Тәжірибелік-өнеркәсіптік қондырғыны монтаждау, іске қосу жұмыстары жүргізілді және алғаш рет "Богатырь" қимасында, №5 учаскеде, көмір қабатының ішінде газдандыру технологиясы бойынша "Богатырь" қимасында көмір қабатында жерасты газдандыру технологиясына сынақ жүргізілді, электр зарядтау тәсіліне негізделген. Осы технологияның көмегімен құрамында жоғары жанғыш компоненттер бар газ синтезі алынды: H2 – 40-70%, CO – 20-35%, CH4 – 7-15%. Ғылыми-тәжірибелік цехтың тәжірибелік-жартылай өнеркәсіптік қондырғысында ИХУТ ЖШС базасында Қазақстан көмірі негізінде белсендірілген адсорбенттер алынды, олар "Астана – Су Арнасы" АҚ ағынды суларын тазарту үшін, сондай-ақ газ фазасын қышқыл компоненттерден тазарту үшін сынақтан өтті. Қазіргі уақытта алынған сорбенттер сертификаттау рәсімінен өтуде. Шөптікөл көмірінен адсорбентті алудың техникалық-экономикалық көрсеткіші есептелген. "Ақмол" кентіндегі қазандық аумағында (Ақмола облысы) күлді түрлі фракцияларға бөлетін өнімділігі сағатына 4 тонна (құрғақ шикізат бойынша) жартылай өнеркәсіптік импульстік - инерциялық қондырғыны монтаждау және іске қосу аяқталды (сынау актісі ҒЗЖ есебінің Ц қосымшасында қосылды). Көмірдің күлінен (Майкөбен бассейнінің күл-қоқысы, ГРЭС-2-ден күл-қоқысы)

Жерасты конверсиясының артықшылықтары: - шахталар салынбай және жынысты жер бетіне алмай; - қатты аппаратурамен безендірусіз; - қуаты аз қабаттарды әзірлеу мүмкіндігі; - әр түрлі кен орындары мен электрод аралық қашықтықтарға арналған тәсілдердің әмбебаптығы. Қолдану саласы: көмір өндіруші кәсіпорындар, газохмия, халықты газдандыру үшін синтез қолдану, кәсіпорындардың мұқтаждықтары мен тұрмыста. Әзірленген технологиялардың экономикалық тиімділігі бәсекеге қабілетті, өйткені қазіргі уақытқа дейін ұқсас өндірістер жоқ. Технологиялық сызбаға наносорбенттердің жаңа түрлерін енгізу, УНТ, УНВ Дайын бұйымдардың өзіндік құнын төмендетуге мүмкіндік береді. Көміртекті адсорбенттердің жөнге салынған өндірісі су шаруашылығын, ТКШ мен ҚР әуе бассейнін тиімді және арзан сорбенттермен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Зерттеудің экологиялық әсері қайталама шикізатты (тас көмір шайыры және т. б.) өңдеуге негізделген экологиялық таза технологияны құру болып табылады. көміртекті талшықтар мен олардың негізінде композиттер алуға арналған. Осы технологияны құру экономикалық рентабельді өнім ала отырып, қалдықтардың осы түрін кәдеге жаратудың экологиялық аспектісін шешуге мүмкіндік береді.

Көміртекті композитті материалдарды синтез-газдан сутегіні бөлу және тазалау, ауадан азотты бөлу; ауаны метаннан, монооксидтен және көміртегі диоксидінен тазарту; Ағынды суларды уытты қоспалардан тазарту, литий-ионды аккумуляторлар үшін суперконденсаторлар және катализатор үшін тасығыштар дайындау үшін пайдалануға болады. Көміртекті талшықтарды қолданудың әлеуетті салалары: медицина, құрылыс, электроника, информатика, материалтану, энергетика, ғарыштық технологиялар, машина жасау, биология, ауыл шаруашылығы және экология. УНТ газ тәрізді, сұйық немесе тіпті қатты күйдегі заттарды сақтауға арналған бірегей сыйымдылық ретінде қарастыруға болады. Көмірдің күлін өңдеудің әзірленген технологиясы көмір кен орындарында, ЖЭО және ГРЭС күл-қож үйінділерінде енгізілуі мүмкін. Көмір күлінен алынатын өнімдер (кремний диоксиді және құрамында металл бар өнім-глинозем) өнеркәсіптің мынадай салаларында пайдаланылуы мүмкін: радиотехника және микроэлектроника; құрылыс; сантехникалық жабдықтар; резеңке өндірісі; Тамақ өнеркәсібі; медицина; косметика; тоқыма өнеркәсібі; зергерлік бұйымдар; құрылыс индустриясы (бетонға, цементке, кірпіштерге және т. б. қоспалар) және т. б.

Зерттеу объектісі Қазақстан көмір кешендері: Сарыадыр (Қоржынкөл бассейні, Шоптыкөл (Майкөбен бассейні), Богатыр (Екібастұз бассейні), Қаражыра (Шығыс Қазақстан облысы), Шұбаркөл (Қарағанды көмір бассейні).

Бағдарлама мақсаты - көмірді және күл төгінділерді терең өңдеу арқылы жоғары қосымша құны бар өнімдерді өндіру технологиясын әзірлеу және сынақтан өткізу.

Зерттеу тақырыбы – газдандыру процестері, пиролиз, карбонизация, активтендіру, электрофизикалық әсермен көмірден және көмір қабатынан газдандыру әдісімен синтетикалық газ, көмір нанотүтікшелерін (КНТүт) және наноталшықтар (КНТал), күйе және көмірден көміртекті нанокомпозиттік материалдар; көмірсутегі шикізаттардан нанокатализаторлар; көмірден сирек жер металлдарын; тас көмір шайырынан көміртекті талшықтар алу.

Алғаш рет көмірді үш сатылы газ генераторында газдандыру арқылы шайырсыз газ алу әдісін жүзеге асырылды. Осы мақсатта үш сатылы түрлендірілген типтік газ генераторы әзірленді. Сонымен қатар электрлі импульстік жарылыс арқылы көмір қабатынан жанғыш газ алатын тәжирбелік қондырғысы Екібастұз бассейндегі Богатыр көмір разрезінде сынақтан ойдағыдай өтті.

Шағын елді мекендер мен шағын қалалардың қазандықтарындағы көмірдің орнына табиғи газдың орнына көмір сингаларын тұрмыстық газбен ауыстыру үшін Қазақстанның шалғай тұрғындарының қажеттіліктерін газдандыру арқылы көміртектің органикалық массасынан (ОМУ) синтетикалық газ алу өте маңызды. Қазақстанның көмірінен алынған кейбір өнімдердің нарығы өте үлкен. Мысалы, көміртекті нанокомпозитті материалдар 20 миллиард, көміртек талшығы 2,5 миллиард, сорбенттер, гумат тыңайтқыштары - 5 миллиард 25 миллиард АҚШ доллары.

Сондай-ақ, осы жоба аясында жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстары күл мен қож қалдықтарын сирек, сирек жер металдарын алу үшін шикізат ретінде тартудың өзекті мәселесін шешеді. Институт микросфераларды, магнетитті, кремний оксидтерін, алюминийді, көміртегі қара және сирек кездесетін металл концентратын күлден, күл мен шлак қалдықтарынан және көмірдің өзінен өндіру технологиясын жасады. Экономикалық көрсеткіштер көрсеткендей, құны 1000 теңгені құрайтын 1 тонна күл мен шлак қалдықтарын өңдеген кезде сіз бірнеше есе артық өнім шығара аласыз. Энергия көздерін: отын элементтерін, көміртек-көміртекті конденсаторлар мен аккумуляторларды, сондай-ақ графенді көмірден, көміртекті нанотүтікшелерден, наноталшықтардан, графен кванттық нүктелерден, ультра таза наносиликадан және оларға негізделген ветеринариялық-медициналық препараттардан алынатын балама көз ретінде перспективалы бағыт.

Сонымен, химиялық өнімдердің жекелеген түрлері үшін соңғы комір өнімнің өзіндік құны шикізат құнынан 17 есе, ал көміртекті материалдар түрлері үшін өнімнің өзіндік құны (сорбент асып кетеді) 450 еседен асады. Бұл көмірді терең өңдеу технологиясын жасау және нарыққа қосымша құны жоғары отын мен жанармай емес өнімдерді сату тиімді дегенді білдіреді.

Жоғарыда аталған өнімді алудың технологиялық регламенттері мен алу әдістері әзірленді. Осы объектілерде өндірістік қуаттарды салу процесінің технологиялық параметрлері жасалды. Жасалған технологиялардың экономикалық тиімділігі есептеледі. Алынған өнімдер мемлекеттік органдардың талаптарына сәйкес сертификатталады. Жұмыс барысында көмір өнімдеріне арналған 9 (тоғыз) технологиялық регламент әзірленіп, таныстырылды. Біз Қазақстандағы көмір өндіру және көмір химия кәсіпорындарымен ынтымақтастық туралы келісім бойынша тәжірибелік-өндірістік сынақтарды өткіздік.