научная статья по теме ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ УГЛЕЙ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МОНГОЛИИ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ УГЛЕЙ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МОНГОЛИИ»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2015, № 4, с. 35-39

УДК 662.74:552

ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ УГЛЕЙ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

МОНГОЛИИ

© 2015 г. А. С. Малолетнев*, Д. Ю. Рябов**, О. А. Мазнева*

* Московский горный институт НИТУ "МИСиС" Е-mail: Anatoly-Maloletnev@ rambler.ru ** Забайкальская углехимическая корпорация, Москва Е-mail: riabov@ mail.ru Поступила в редакцию 20.08.2014 г.

Приведены результаты экспериментальных исследований по гидрогенизации углей перспективных месторождений Монголии (Овдогхуддаг, Талбулаг и Таван-Толгой) под невысоким давлением водорода в присутствии высококипящих нефтепродуктов. Оценена пригодность указанных углей в качестве сырья для получения жидких продуктов.

DOI: 10.7868/S0023117715040064

В настоящее время в связи с ростом цен на нефть, сокращением ее запасов, высокими затратами на разведку новых месторождений во многих странах мира продолжают проводиться научно-исследовательские и опытно-промышленные работы по совершенствованию и улучшению показателей отдельных стадий разрабатываемых процессов гидрогенизационной переработки углей и продуктов ожижения, что значительно повышает эффективность метода в целом. Исследования проводятся в Китайской Народной Республике, Германии, Испании, Индонезии, Колумбии, Пакистане, США, Японии и др. странах [1, 2].

Китай проводит широкомасштабные работы в области получения жидкого топлива гидрогенизацией углей. В Автономном округе Внутренняя Монголия на севере страны функционирует промышленный завод (8И-1, 1.6 млн т угля в год) по гидрогенизации углей в моторные топлива под давлением водорода 17 МПа производительностью 591900 т дизельного топлива и 174500 т бензина в год. По имеющимся планам в ближайшее время на заводе будут пущены четыре производственные линии, которые ежегодно будут перерабатывать 15 млн т угля.

В Монголии разведанные запасы угля составляют свыше 10 млрд т, а прогнозные ресурсы — 163 млрд т [3]. Основную часть запасов составляют бурые и низкометаморфизованные каменные угли. В центральном экономическом районе Монголии расположен крупный угольный бассейн, в который входят месторождения Овдогхуддаг, Баганур, Шивээ-Овоо и другие, пригодные для крупномасштабной разработки открытым спо-

собом. В южной части Монголии в 400 км от ближайшей железной дороги находится крупнейшее месторождение — Таван-Толгой (запасы 6.5 млрд т, около 40% из которых — высококалорийный коксующийся уголь). В настоящее время уголь этого месторождения в значительном количестве экспортируется в Китай для переработки.

Располагая крупнейшими угольными запасами, Монголия испытывает постоянный дефицит в жидких углеводородах, поэтому в стране придается большое значение перспективному развитию отечественных перерабатывающих отраслей по обогащению, коксованию, полукоксованию, газификации и ожижению углей.

В последние годы в Монголии построено несколько установок небольшой мощности по переработке углей, в частности в Улан-Баторе по полукоксованию угля, в Дайхане по производству бездымного твердого топлива. На юге Гоби компания Energy Resources построила обогатительную фабрику для флотационного обогащения. Про-мышленно-технологическая компания Sain-shand планирует строительство завода по коксованию, компания MAK — завода по ожижению угля месторождения Адуунчулуун.

Для масштабного развития углеперерабатыва-ющих производств необходимы детальные сведения о реакционной способности и технологических свойствах углей крупных и перспективных месторождений. Угли ряда буроугольных месторождений изучали в процессах пиролиза [4], ожижения [5, 6] и газификации [4]. Некоторые сведения о коксующихся свойствах и обогатимости каменного угля месторождения Таван-Толгой опубликованы в работах [7, 8], в [9] представлены

35

3*

Таблица 1. Характеристика углей

Показатель Месторождение

Талбулаг Таван-Толгой Овдогхуддаг

1. Технический анализ, мас. %:

Содержание влаги воздушно-сухого угля, Wa 2.54 1.62 14.09

Зольность, Ла 5.93 9.64 9.88

Выход летучих веществ, Уаа/ 44.05 34.58 46.07

2. Элементный состав, мас. %:

С^а/ 70.80 81.03 70.87

Н^а/ 4.92 5.49 5.15

Б 0.56 0.66 2.86

Nаа 0.92 2.00 0.85

0Лааа (по разности) 22.80 10.82 20.27

3. Петрографический состав, об. %:

Содержание микрокомпонентов:

витринит VI 95.0 66.0 94.0

семивитринит 2.0 - -

инертинитI 1.0 26.0 5.0

липтинит L 1.0 8.0 1.0

микстинит М 1.0 - -

Отражательная способность витринита, Яг, мас. % 0.25 0.63 0.32

Теплота сгорания, ^, МДж/кг 26.8 34.5 -

результаты исследования состава угля месторождения Хоот, оценки его технологических свойств в реакциях термической и термохимической деструкции и паровой газификации.

В настоящей статье приведены результаты экспериментальных исследований по гидрогенизации углей перспективных месторождений Монголии (Овдогхуддаг, Талбулаг и Таван-Тол-гой) под давлением водорода 10 МПа в присутствии высококипящих нефтепродуктов и оценена пригодность указанных углей в качестве сырья для получения жидких продуктов.

Характеристика проб углей приведена в табл. 1. Невысокое содержание золы (5.93—9.88%) и повышенное содержание петрографических компонентов группы витринита (до 95%), а также водорода (4.92—5.49%) позволяют рассматривать угли месторождений Талбулаг, Таван-Толгой и Овдог-худдаг как благоприятное сырье для гидрогениза-ционной переработки в жидкое топливо. По содержанию серы угли Талбулаг и Таван-

Толгой относятся к низкосернистым (Б? - 0.560.66 мас. %), а в угле месторождения Овдогхуддаг содержание серы достаточно высокое и составляет 2.86 мас. %.

По данным петрографического анализа, органическая масса углей (ОМУ) характеризуется

низкой степенью углефикации и различным содержанием микрокомпонентов группы инерти-нита (1.0-26.0%). Мацералы группы витринита представлены остатками растительных тканей, различных по структуре и степени сохранности. Группа липтинита (1.0-8.0%) представлена спо-ринитом, резинитом и суберинитом.

Дериватографический анализ показывает, что основная потеря массы ОМУ происходит в области 403-415°С. Большой экзотермический эффект в этой же температурной области свидетельствует о том, что продукты разложения подвергаются рекомбинации с образованием вторичных продуктов. В связи с тем что эти преобразования происходят при более низкой температуре, чем осуществляется гидрогенизация (425-435°С), в реагирующей массе могут накапливаться высокомолекулярные соединения, трудно подвергающиеся деструкции. Для предотвращения протекания этих нежелательных реакций в сырье необходимо, как это будет показано далее, вводить специальные добавки.

В минеральной части углей (табл. 2) преобладают соединения кремния (26.5-57.9% БЮ2), алюминия (14.7-21.3% А1203), железа (5.1-17.1% Fe203) и кальция (14.5-21.1% СаО). Повышенное содержание соединений кальция в углях место-

рождений Талбулаг и Овдогхуддаг по сравнению с углем Таван-Толгой должно отрицательно сказываться на степени ожижения этих углей, так как в их присутствии наблюдается дезактивация применяемого в процессе Мо-катализатора, и для достижения положительных результатов потребуется применение его больших количеств. Уголь месторождения Овдогхуддаг содержит в своем составе больше Fe, Мп, Со и N1 по сравнению с другими углями. Эти компоненты при гидрогенизации могут выполнять положительную роль активных каталитических систем, содействующих деструкции угольного вещества. Микроэлементы в минеральной части всех углей (табл. 2) не содержатся в количествах, значимых для практического и промышленного использования.

Гидрогенизацию углей проводили во вращающемся автоклаве объемом 0.5 л. В качестве пасто-образователя применяли остаток дистилляции смесей нефтей Западной Сибири с т.кип. > 260°С со следующими характеристиками: плотность при 20°С 0.964 г/см3; вязкость 9.7 Сст; фракционный состав, мас. %: до 260°С выкипает — 1.5; 260— 300°С - 3.7; выше 300°С - 94.8; содержание, мас. %: С 86.30; Н 11.76; 8 1.34; N 0.18; асфальте-нов 2.8. Приведенные данные свидетельствуют о том, что нефтепродукт, применявшийся при гидрогенизации углей Монголии в качестве пастооб-разователя, представляет собой подвижную жидкость с преобладанием высококипящих фракций (с т.кип. выше 300°С) и незначительным содержанием асфальтенов (2.8%). В то же время он значительно обогащен водородом (11.76%) и в его углеводородном составе практически половину (43.8%) составляют соединения насыщенного характера (парафиновые и нафтеновые), которые в процессе гидрогенизации могут проявлять до-норно-акцепторные свойства. Таким образом, можно констатировать, что нефтепродукт, выбранный в качестве пастообразователя, обладает свойствами, необходимыми для качественного растворителя, применяющегося при гидрогенизации угля.

Для приготовления пасты уголь, измельченный до крупности 0.1 мм и предварительно высушенный при 80°С под вакуумом (остаточное содержание влаги 1.2%), смешивали с нефтяным пастообразователем в соотношении 1:1. Предварительно Мо-содержащий катализатор (0.05% Мо в расчете на металл) эмульгировали в нефтепродукте. Полученную пасту с Мо-катализатором диспергировали (3-4 раза) в пластинчатом дис-пергаторе Пушкина-Хотунцева с зазорами между пластинами 1.0 мм при скорости вращения подвижной пластины 1420 об/мин.

Автоклав с загрузкой пасты продували азотом и заполняли водородом при начальном давлении 5.0 МПа. Рабочее давление водорода составляло 10 МПа, температура 425°С; скорость нагрева и

Таблица 2. Химический состав минеральной части углей

Месторождение

Компонент Талбулаг Таван-Тол-гой Овдогхуддаг

в102 35.5 57.9 26.5

А1203 15.9 21.3 14.7

Бе20э 5.1 5.4 17.1

СаО 21.1 1.1 14.5

МБО 8.2 6.3 7.5

во3 11.4 - 16.2

Содержание токсичных элементов, г/т

НЕ - <0.5 -

РЬ 1 4 3

С1 - 80 -

Б - <20 -

А5 - 7 -

Мп 230 300 300

V 12 - 19

N1 3 - 12

Со 0.7 - 1.3

Ва 98 - 69

В 59 - 72

Си 5 - 8

Ga 2 - 7

Ве 0.4 - 5

охлаждения автоклава 5°С/мин; продолжительность опытов 120 мин. В экспериментах применяли электролитический водород (ТУ 6-20-00209585-2697) чистотой 99.98 об. % (остальное - азот с примесью кислорода и аргона). В пасту добавляли 2% промотора (элемен

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химическая технология. Химическая промышленность»