Multi-criteria evaluation of coal properties in terms of gasification

This paper presents a comparative analysis of two types of coal taken from the ZG Janina and ZG Wieczorek coalmines. The aim of this study has been to analyze the suitability of the coal in the context of the gasification process. The types of coal vary considerably in terms of their characteristics. Each of them was subjected to treatment in a ten-ringed annular jig. A particle size of 0-18 mm constituted the feed. The separated coal was divided into five layers, each of them containing material from two additional annular jigs. Analysis of their characteristics was carried out for each of the five layers and for both types of coal obtained, taking into account both their physicochemical properties as well as chemical ones. Each of these characteristics was then presented in three-dimensional surface diagrams, where the ordinate (or Y-axis) and abscissa (X-axis) was the particle size and height in which the material ended up in the jig (expressed as a percentage of the total height of the device). On the basis of observations, it was found that the types of coal have different potential for gasification, although both types are within the limits specified on the basis of previous studies. A correlation analysis between particle size and remaining characteristics of coal was carried out for each of the layers, allowing to determine which of the studied characteristics induced changes significant from the point of view of the coal gasification process. The entire research and observation was supported by conclusions and findings, which shall form the basis for further, in-depth analysis of coal.

Proces zgazowania węgla technologią naziemną jest coraz częściej rozważanym rozwiązaniem na całym świecie. Przyczyną tego stanu jest zarówno kwestia ochrony środowiska, jak i logistyki zagospodarowania produktów przeróbki węgla. Nie inaczej jest również w Polsce, gdzie od kilku lat proces zgazowania jest jednym z głównych tematów badawczych w dziedzinie polskiego górnictwa węglowego. Efektem tego jest szereg badań i doświadczeń, jak również publikacji naukowych. W artykule dokonano analizy porównawczej dwóch typów węgla kamiennego, które pobrane były w Zakładach Górniczych Janina (typ węgla 31.2) oraz Zakładach Górniczych Wieczorek (typ węgla 32). Węgle te znacząco się różnią pod względem charakterystyk. Każdy z nich został poddany rozdziałowi w osadzarce pierścieniowej o 10 pierścieniach. Nadawę stanowił węgiel o uziarnieniu 0-18 mm. Rozdzielony węgiel został podzielony na 5 warstw, z których każda zawierała materiał z dwóch kolejnych pierścieni osadzarki. Dla każdej z otrzymanych w ten sposób pięciu warstw dla obu typów węgli dokonano następnie analizy ich charakterystyk, biorąc pod uwagę zarówno cechy fizykochemiczne, jak i czysto chemiczne. Do tych pierwszych zaliczono takie parametry, jak zawartość węgla pierwiastkowego, zawartość popiołu oraz ciepło spalania, do drugich zaś zawartość azotu, zawartość chloru, zawartość siarki oraz zawartość wodoru. Szczegółowe dane dla dwóch skrajnych warstw przedstawiono w tabelach 1-4. Każdą z omawianych cech przedstawiono następnie na trójwymiarowych wykresach powierzchniowych, gdzie osiami rzędnych i odciętych były wielkość ziarna oraz wysokość, na której znalazł się materiał w osadzarce (wyrażona w procentach wysokości urządzenia). Wykresy te (rys. 1-8) stanowiły bazę do analizy porównawczej obu węgli pod kątem ich przydatności do procesu zgazowania naziemnego. Wyraźnie widać, że węgle te mają inny potencjał do zgazowania, choć oba typy mieszczą się w granicach wartości ograniczających (tab. 5), określonych na podstawie wcześniejszych badań. Następnie dokonano jeszcze analizy korelacji pomiędzy wielkością ziarna a pozostałymi charakterystykami badanych węgli dla każdej z warstw. Wyniki zobrazowano w tabeli 6. Przykładowo stwierdzono, że: – wraz ze wzrostem wielkości ziaren w warstwach zmieniają się ich związki z charakterystykami pierwiastkowymi węgli (w kolumnach (warstwach) następuje zmiana znaku współczynnika korelacji oraz miary jego istotności); – zasadnicze różnice występują dla siarki – dla KWK Wieczorek współczynniki te są ujemne, co świadczy o tym, że siarka w tym węglu jest prawdopodobnie siarką organiczną (w warstwach najcięższych poziom siarki maleje). Przeciwnie jest w ZG Janina, gdzie dla najcięższych warstw zawartość siarki nie zmienia się (co może być spowodowane znaczącym udziałem zrostów pirytowych). Chlor w ZG Janina koncentruje się zwłaszcza w klasach najdrobniejszych niezależnie od warstwy. Inaczej układają się współczynniki dla ZG Janina, ich istotność spada a dla warstw najcięższych ilość chloru nieznacznie wzrasta wraz z wielkością ziaren. Stopień uwęglenia w warstwach najlżejszych rośnie wraz ze wzrostem wielkości ziaren dla warstw najcięższych maleje. Można powiedzieć, że w KWK Wieczorek tylko ostatnia warstwa zawiera niewielkie zrosty węgla. Analiza współczynników korelacji dla ciepła spalania i zawartości popiołu prowadzi do analogicznych wniosków (ze względu na naturalne powiązania fizyczne tych właściwości). Współczynniki korelacji pomiędzy wielkością ziarna a zawartościami azotu w obu kopalniach układają się podobnie, przy czym zależności te są bardziej znaczące dla węgli z ZG Janina; dla obu węgli współczynniki są dodatnie dla trzech najlżejszych warstw i ujemne dla warstw najcięższych (azot występuje w większych i cięższych kawałkach węgla). Na podstawie dokonanych analiz można stwierdzić, iż oba węgle są dostatecznie dobre aby można je było poddać procesowi zgazowania, choć więcej cech sprzyjających temu procesowi posiada węgiel z KWK Wieczorek. Dalsze badania w tym aspekcie trwają i będą przedmiotem kolejnych publikacji.