ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Ханипова Р.Р.¹, Королев Э.А.²

¹Студент, ²кандидат геолого-минералогических наук, доцент Институт геологии и нефтегазовых технологий, КФУ

ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Аннотация

В статье рассмотрены физико-химические свойства и состав угольных сланцев, распространенные по территории Республики Татарстан и Ульяновской области. На основании проведенных исследований была проведена оценка перспективы использования этих пород в качестве альтернативного топлива.

Ключевые слова: горючие сланцы, состав, технологические свойства.

Hanipova R.R¹, Korolev E.A.²

¹Student,  ²PhD in geological-mineralogical Sciences ,Associate Professor, Institute of geology and oil and gas technologies, KFU

EVALUATION OF ENERGY VALUE OF OIL SHALE OF THE MIDDLE VOLGA REGION

Abstract

Physicochemical properties and composition of coal shales which are spreaded on the territory of the Republic of Tatarstan and the Ulyanovsk region are examined in the article. Prospects of using of these rocks as an alternative fuel have been assessed to base on the research results.

Keywords: oil shale, composition, tecnological properties.

Каменный уголь традиционно является одним из основных энергетических ресурсов для предприятий теплоэнергетического комплекса (ТЭК). Несмотря на попытки газофикации в этой отрасли, твердые виды топлива остаются все так же востребованными. Однако, изменившаяся экономическая доктрина страны требует новых подходов к снабжению региональных ТЭС топливными ресурсами с учетом вовлечения в оборот местного сырья [2]. С этой точки зрения одним из перспективных видов являются горючие сланцы, запасы которых составляют более 900,0 млн.т.

Целью работы является комплексное изучение горючих сланцев, распространенных на территории Татарстана и Ульяновской области и оценка перспективы использования этих пород в качестве альтернативного энергетического топлива. Учитывая, что энергетическая ценность сырья определяется его составом и теплофизическими свойствами, было проведено комплексное исследование углисто-глинистых пород с привлечением рентгенографического и термического анализов. Все лабораторные исследования проводились в лабораториях Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета.

Изучение физико-механических свойств пород показало, что сланцы характеризуются относительно небольшой пористостью (6,0-10,6%), влажностью (6,0-12,0%) и плотностью (1,72-1,9 г/см³) при сравнительно высоких прочностных параметрах (R_c= 34,36 МПа; R_t= 1,37 МПа).

Поскольку основные показатели качества и технологические свойства углистых сланцев связаны с содержанием в них органического и минерального вещества, было проведено определение этих составляющих. По данным химического анализа общее содержание органического вещества в сланцах колеблется от 8 до 40%. Согласно работе [1] летучие вещества, образующиеся при сжигании пород, представлены: СО₂ – до 20,7%; O₃ – до 3,7%; N₂ – до 14,9%; CO – до 0,8%; H₂ – до 10,6%; CH₄ – до 49,6%; тяжелые углеводороды – до 1,3%.

Минеральная компонента составляет большую часть горючих сланцев. Проведенные рентгенографический анализ и оптико-механические исследования показали, что минеральная часть характеризуются  поликомпонентным составом. Во всех изученных образцах преобладают глинистые частички, в  меньших количествах присутствуют аллотигенные зерна кварца и альбита, а также кальцит, который представлен обломками раковин морских животных. Из аутигенных минералов отмечается пирит.

Термический анализ показал, что теплота сгорания горючих сланцев колеблется в широких пределах: от 2,4 до 9 МДж/кг. На территории Татарстана преобладают преимущественно низкокалорийные разности (650-2134 кал.), в Ульяновской области энергоемкость пород увеличивается (1400-3200 кал.). Зольность горючих сланцев меняется от 60 до 80%. В составе золы преобладают кварц (SiO₂), волластонит (CaSiO₃), геленит (Ca₂Al₂SiO₇), ангидрит (CaSO₄), оксид кальция (СаО), в меньших количествах присутствует гематит (Fe₂O₃).

По своему составу сланцевые золы являются основными (содержание СаО превышает 10%). По совокупности показателей, золы Поволжских горючих сланцев относятся к группе активных, т.е. обладающие свойством самостоятельно твердеть на воздухе. Технологии сжигания всех видов топлива подразумевают высокий выход газообразных компонентов, некоторые из которых представляют проблему для производства. Одним из таких компонентов является сера. Поэтому сернистости твердого минерального топлива уделяется особое внимание. Согласно РФА в составе горючих сланцев содержится до 3,0% общей серы, большая часть из которых приходится на пирит. Значительные размеры пиритовых конкреций (1-6 см) позволяют считать, что сернистость обусловлена наличием в породе извлекаемого серного колчедана.

Учитывая вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

1. Горючие сланцы на территории Татарстана и Ульяновской области имеют преимущественно низкую теплоту сгорания. В целях повышения их эффективности, можно проводить сжигание пород совместно с каким-нибудь другим органическим или органо-минеральным энергетическим топливом.
2. Высокая зольность подразумевает целесообразность использования данного топливного ресурса вблизи от места его добычи. Приемлемое расстояние до потребителя снизит непроизводительные транспортные расходы на перевозку большой массы золы и влаги.