Оцінка впливу раптового теплового впливу на виділення летких газів під час процесу газифікації слабометаморфізованого вугілля

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.331223

Ключові слова:

слабометаморфізоване вугілля, раптове нагрівання, енергія деформації, термогравіметричний аналіз, термічна напруга

Анотація

Об'єктом дослідження є низькотемпературна технологія газифікації слабометаморфізованого вугілля. Одним з невирішених питань низькотемпературної технології газифікації слабометаморфізованого вугілля залишається тривалий період обробки через те, що слабка енергія активації вугілля безпосередньо залежить від виділення летких газів, які залежать від ізотропного стану вугілля. Вирішена проблема полягає у збільшенні енергії активації вугілля за рахунок раптового нагрівання під час термічної обробки. Отримані результати показують зміщення початку виділення летких газів з температури 410°C на таку ж величину, як і при поступовому нагріванні до температури 500°C. Крім того, раптове нагрівання сприяє зменшенню викидів CO2 на 12%, що свідчить про покращення екологічних показників. Ці результати пояснюються тим, що різка різниця температур 20°C та 400°C створює умови для появи енергетичних спотворень в ізотропних зонах нагрівання вугільного тіла. Ця енергія послаблює та руйнує внутрішні зв'язки між частинками вугілля та створює умови для виділення нових летких елементів при нижчих температурах. Основними особливостями отриманих результатів, які дозволили вирішити досліджувану задачу, є результати щодо перетворення термічних напружень в енергію деформації при раптовому нагріванні у взаємозв'язку між механікою та фізикою анізотропного вугілля. Обсяг та умови практичного використання отриманих результатів дозволять коригувати методи газифікації вугілля з низьким ступенем метаморфізму та встановлювати режими газифікації з урахуванням конструкції та потужності газогенераторів

Біографії авторів

Alexandra Atyaksheva, S. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

PhD

Department of Thermal Power Engineering

Anastassiya Dashevskaya, "Samruk-Energy" Joint-Stock Company

Chief Manager

Department of Corporate Governance and Sustainable Development

Almagul Mergalimova, S. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

PhD

Department of Heat Power Engineering

Sultan Ybray, S. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Doctoral Student, Researcher

Department of Heat Power Engineering

Maralgul Aitmagambetova, S. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Doctoral Student, Researcher

Department of Heat Power Engineering

Ruslan Umirzakov, S. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Doctoral Student, Researcher

Department of Heat Power Engineering

Zhenis Sultanbek, S. Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Master’s Student, Researcher

Department of Heat Power Engineering

Посилання

  1. Wang, Y., Schaffers, W. C., Tan, S., Kim, J. S., Boardman, R. D., Bell, D. A. (2020). Low temperature heating and oxidation to prevent spontaneous combustion using Powder River Basin coal. Fuel Processing Technology, 199, 106221. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2019.106221
  2. Wang, Y., Sun, Y., Dai, L., Wang, K., Cheng, G. (2023). Mechanisms of CO and CO2 Production during the Low-Temperature Oxidation of Coal: Molecular Simulations and Experimental Research. Fire, 6 (12), 475. https://doi.org/10.3390/fire6120475
  3. Song, H., Liu, G., Zhang, J., Wu, J. (2017). Pyrolysis characteristics and kinetics of low rank coals by TG-FTIR method. Fuel Processing Technology, 156, 454–460. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2016.10.008
  4. Zhu, Y., Li, K., Wang, Q., Cen, J., Fang, M., Luo, Z. (2022). Low-rank coal pyrolysis polygeneration technology with semi-coke heat carrier based on the dual-fluidized bed to co-produce electricity, oil and chemical products: Process simulation and techno-economic evaluation. Fuel Processing Technology, 230, 107217. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107217
  5. Zang, C., Zhou, J., Chen, M., Bai, F., Zhao, Z. (2023). Study on the Instability Mechanism of Coal and Rock Mining under a Residual Coal Pillar in Gently Inclined Short-Distance Coal Seam with the Discrete Element. Sustainability, 15 (7), 6294. https://doi.org/10.3390/su15076294
  6. Zhou, H., Yao, J., Chen, S., Li, H., Chen, Y., Wu, X. (2024). Effect of moisture content on charging and triboelectrostatic separation of coal gasification fine ash. Separation and Purification Technology, 333, 125976. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125976
  7. Liu, H., Li, M., Zhao, S., Jiang, L., Xu, Q., Majlingová, A. (2024). Applications of distributed activation energy model on the pyrolysis of green renewable wood. Fuel, 359, 130457. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130457
  8. Zhang, T., Zhang, C., Ren, H., Huang, Z., Feng, J., Liu, N. et al. (2025). Co-pyrolysis of coal-derived sludge and low-rank coal: Thermal behaviour and char yield prediction. Fuel Processing Technology, 267, 108165. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2024.108165
  9. Xu, D., Yang, L., Liu, H., Sun, S., Ma, M., Zhi, Y. (2024). Co-pyrolysis characteristics and kinetics of rice straw and low rank coal. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 183, 106741. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2024.106741
  10. Аtyaksheva, А., Rozhkova, O., Sarsikeyev, Y., Atyaksheva, A., Yermekov, M., Smagulov, A., Ryvkina, N. (2022). Determination of rational parameters for heat treatment of concrete mixture based on a hollow aluminosilicate microsphere. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (115)), 64–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.251004
  11. Zhang, L., Wang, G., Xue, Q., Zuo, H., She, X., Wang, J. (2021). Effect of preheating on coking coal and metallurgical coke properties: A review. Fuel Processing Technology, 221, 106942. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106942
  12. Zhang, J., Zhu, J., Liu, J. (2023). Experimental Studies on Preheating Combustion Characteristics of Low-Rank Coal with Different Particle Sizes and Kinetic Simulation of Nitrogen Oxide. Energies, 16 (20), 7078. https://doi.org/10.3390/en16207078
  13. Mergalimova, A., Atyaksheva, A., Sultan, Y., Nursultan, S. (2024). Identification of the low-rank coals thermal heating behavior. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (128)), 39–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.299538
  14. Atyaksheva, A. V., Atyaksheva, A. D., Ryvkina, N. V., Yermekov, M. T., Rozhkova, O. V., Smagulov, A. S. (2022). Effectiveness analysis of Maikuben brown coal combustion in the heating boiler “Kamkor-300.” Journal of Physics: Conference Series, 2211 (1), 012003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2211/1/012003
  15. Fu, D., Yu, Z., Gao, K., Duan, Z., Wang, Z., Guo, W., Yang, P. et al. (2023). Thermodynamic Analysis on In Situ Underground Pyrolysis of Tar-Rich Coal: Secondary Reactions. ACS Omega, 8 (14), 12805–12819. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c08033
  16. Zhang, W., Zeng, Q. (2023). Characteristics of coal oxidation and spontaneous combustion in Baishihu Mine, Xinjiang, China. Frontiers in Earth Science, 11. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1208803
  17. Kijo-Kleczkowska, A., Szumera, M., Gnatowski, A., Sadkowski, D. (2022). Comparative thermal analysis of coal fuels, biomass, fly ash and polyamide. Energy, 258, 124840. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124840
  18. Deng, H., Zhou, H., Li, L. (2022). Fractional creep model of temperature-stress-time coupled damage for deep coal based on temperature-equivalent stress. Results in Physics, 39, 105765. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2022.105765
  19. Chao, J., Liu, S., Pan, R., Yuan, Y., Hu, D. (2024). Study on the thermal effect of coal oxidation under different stresses. Science of The Total Environment, 915, 169843. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169843
  20. Wang, X., Qi, X., Ma, H., Li, S. (2023). Experimental Investigation on the Influence of Temperature on Coal and Gas Outbursts. Processes, 11 (6), 1687. https://doi.org/10.3390/pr11061687
  21. Ul’yanova, E. V., Malinnikova, O. N., Pashichev, B. N., Malinnikova, E. V. (2019). Microstructure of Coal before and after Gas-Dynamic Phenomena. Journal of Mining Science, 55 (5), 701–707. https://doi.org/10.1134/s1062739119056063
  22. Rothleutner, L. (2018). Distortion during heating. Minimizing distortion involves more than just optimizing cooling. Thermal processing. Available at: https://thermalprocessing.com/metal-urgency-distortion-during-heating
  23. Bryan, W. A., Calvert, C. R., King, R. B., Nemeth, G. R. A. J., Greenwood, J. B., Williams, I. D., Newell, W. R. (2010). Quasi-classical model of non-destructive wavepacket manipulation by intense ultrashort nonresonant laser pulses. New Journal of Physics, 12 (7), 073019. https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/7/073019
  24. Kou, B., Shi, Q., Wang, S., Sun, Q., Cui, S., Yang, X. et al. (2025). Axial pressure impact on pyrolysis behavior of Xinjiang coal: An inspiration for in-situ pyrolysis of tar-rich coal. Fuel Processing Technology, 267, 108175. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2024.108175
  25. Su, C., Qiu, J., Wu, Q., Weng, L. (2020). Effects of high temperature on the microstructure and mechanical behavior of hard coal. International Journal of Mining Science and Technology, 30 (5), 643–650. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2020.05.021
  26. Donskoy, I. G. (2014). Modelirovanie i optimizaciya rezhimov raboty gazogeneratora plotnogo sloya dlya parogeneratorov mini-TES. FBGUN. Irkytsk.
  27. Ybray, S. (2022). Otchet po nauchnoj stazhirovke v Institute uglekhimii i himicheskogo materialovedeniya Federal'nogo issledovatel'skogo centra uglya i uglekhimii SO RAN.
  28. Li, W., Yu, Z., Guan, G. (2021). Catalytic coal gasification for methane production: A review. Carbon Resources Conversion, 4, 89–99. https://doi.org/10.1016/j.crcon.2021.02.001
  29. Mishra, A., Gautam, S., Sharma, T. (2018). Effect of operating parameters on coal gasification. International Journal of Coal Science & Technology, 5 (2), 113–125. https://doi.org/10.1007/s40789-018-0196-3
Оцінка впливу раптового теплового впливу на виділення летких газів під час процесу газифікації слабометаморфізованого вугілля

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-17

Як цитувати

Atyaksheva, A., Dashevskaya, A., Mergalimova, A., Ybray, S., Aitmagambetova, M., Umirzakov, R., & Sultanbek, Z. (2025). Оцінка впливу раптового теплового впливу на виділення летких газів під час процесу газифікації слабометаморфізованого вугілля. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6 (135), 22–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.331223

Номер

Том 3 № 6 (135) (2025): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Аlexandra Аtyaksheva, Anastassiya Dashevskaya, Almagul Mergalimova, Sultan Ybray, Maralgul Aitmagambetova, Ruslan Umirzakov, Zhenis Sultanbek

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.