ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2015, № 5, с. 10-13
УДК 662.74:552
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРИГОДНОСТИ УГЛЕЙ МОНГОЛИИ ДЛЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ ПО СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ОРГАНИЧЕСКОЙ МАССЫ УГЛЕЙ
© 2015 г. А. С. Малолетнев*, О. А. Мазнева*, А. М. Гюльмалиев**
* Московский горный институт НИТУМИСиС Е-таИ: АпаЫу-Ма1вШпе^@ rambler.ru ** Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН, Москва Е-таИ: Gyulmaliev@ips.ac.ru Поступила в редакцию 01.09.2014 г.
Структурный показатель углей 8, который характеризует степень ненасыщенности органической массы, использовали для прогнозирования степени превращения бурых и каменных углей перспективных месторождений Монголии в процессе гидрогенизации. Приведены результаты экспериментальных исследований по гидрогенизации выбранных на этой основе наиболее подходящих углей (месторождений Талбулаг и Баянтэг) с целью получения жидких продуктов.
БО1: 10.7868/80023117715050072
В настоящее время Монголия занимает 10 место в мире по запасам угля. Основную часть запасов составляют бурые и низкометаморфизован-ные каменные угли [1]. В последние годы в стране придается большое значение перспективному развитию отечественных перерабатывающих отраслей по обогащению, коксованию, полукоксованию, газификации и ожижению углей.
Для масштабного развития углеперерабатыва-ющих производств необходимы сведения о реакционной способности и технологических свойствах углей. С целью прогнозирования пригодности углей для того или иного технологического процесса можно применять разработанную в [2] взаимосвязь структурных показателей углей (8 — степень ненасыщенности структуры, В — степень восстановленности) и элементного состава органической массы углей (ОМУ), которая может также служить основой при разработке единой промышленной классификации твердых горючих ископаемых.
В настоящей статье использовали структурный показатель углей (8 — степень ненасыщенности структуры) для оценки физико-химических свойств бурых и каменных углей 11 перспективных месторождений Монголии и прогнозирования возможности их применения в процессе гидрогенизации. Приведены результаты экспериментальных исследований по гидрогенизации под давлением 10 МПа выбранных на этой теоретической основе наиболее подходящих углей с
целью оценки их пригодности в качестве сырья для получения жидких продуктов.
Характеристика проб углей основных перспективных месторождений Монголии приведена в табл. 1. Невысокое содержание золы (5.93— 9.88%) и достаточно высокое содержание петрографических компонентов группы витринита (до 95%), а также водорода (4.92—5.49%) позволяют рассматривать угли месторождений Талбулаг, Овдогхуддаг, Таван-Толгой и Хаашатхудаг как благоприятное сырье для гидрогенизационной переработки в жидкое топливо. По содержанию серы угли Талбулаг, Таван-Толгой и Хаашатхудаг
относятся к низкосернистым ^ 0.42—0.66 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 незначительным содержанием микрокомпонентов группы инер-тинита (1.0—16.0%). 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.
Анализ склонности к гидрированию углей, приведенных в табл. 1, проводили с помощью структурно-химических показателей их органической массы. Для органической массы углей параметр ненасыщенности структуры 8 по элемент-
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРИГОДНОСТИ УГЛЕЙ МОНГОЛИИ 11
Таблица 1. Характеристика углей
Месторождение Монголии
Показатель Буроугольные Каменноугольные
Талбулаг Багануур Овдо-гхуддаг Чандган- тал Шарын- Гол Таван-Толгой Шивээ овоо Баянтэг Хашаат-худаг
Содержание влаги Я3, % 2.54 6.46 14.09 7.02 9.53 1.62 19.95 4.95 19.04
Зольность Ле, % 5.93 13.60 9.88 12.67 17.51 9.64 11.62 19.91 8.39
Выход летучих веществ Vееа/, % 44.05 48.44 46.07 44.63 42.03 34.58 43.29 50.52 44.28
Элементный состав, мас.%:
70.80 72.38 70.87 71.43 73.74 81.03 72.89 78.31 71.89
4.92 4.65 5.15 4.72 5.34 5.49 4.19 5.95 4.58
0.56 0.76 2.86 0.75 1.39 0.66 0.61 0.67 0.42
^а/ 0.92 1.26 0.85 0.90 1.10 2.00 0.93 1.67 1.42
Оеа/ (по разности) 22.80 20.96 20.27 22.20 18.43 10.82 21.38 13.40 21.69
Петрографический состав, об.%:
Витринит VI 95.0 66.0 94.0 71.0 90.0 76.0 66.0 77.0 94.0
Семивитринит 8у 2.0 Следы - 2.0 1.0 - - 10.0 -
Инертинит I 1.0 29.0 5.0 25.0 3.0 16.0 32.0 1.0 9.0
Липтинит L 1.0 5.0 1.0 2.0 2.0 8.0 2.0 12.0 Следы
Микстинит М 1.0 - - Следы 4.0 - - - -
Отражательная способность Я,, мас.% 0.25 0.39 0.32 0.32 0.41 0.63 0.37 0.51 0.34
Теплота сгорания &, МДж/кг 26.8 28.3 - 27.7 29.7 34.5 - 32.3 -
Отношение па1/С 1.937 2.007 2.112 2.041 2.076 1.937 1.924 2.062 2.010
Структурный па-раметр,8 6.946 7.221 7.503 7.249 7.029 6.722 8.024 7.221 7.503
исследованных углей значения пат на один углеродный атом (пат/С) и 8 приведены в табл. 1. Видно, что наибольшие значения параметра ненасыщенности структуры 8 у углей месторождений Шивээ овоо (8.024), Овдогхуддаг и Хаашатхудаг (7.503), а также Чандгантал (7.249). Наименьшие значения 8 — у углей месторождений Баянтэг и Багануур (7.221), Талбулаг (6.946) и Таван-Толгой (6.722). Эти данные свидетельствуют о том, что угли месторождений Талбулаг и Баянтэг (содержание инертинита 1.0%, соответственно, у каждого) могут показать достаточную высокую реакционную способность при гидрогенизации по сравнению с углями месторождений Таван-Тол-гой (содержание инертинита 16%) и Багануур (содержание инертинита 29%).
ному составу (С, Н, N О, 8) на 100 г массы определяется следующим образом [2, 3]:
С ^тг N О в /и
пят = — + Н + — + — + — , (1)
12 14 16 32
псв = - + — + — + — + — , (2)
6 2 28 16 32
8 = 2(Псв - пат), (3)
где пат — общее число грамм-атомов всех элементов; псв — число всех химических связей в гипотетической молекуле с молекулярной массой 100 ед. мас.
В [2] предложена методика построения классификационной диаграммы органической массы горючих ископаемых в координатах 8 и пат/С. Для
12
МАЛОЛЕТНЕВ и др.
па/С 2.15
2.10
2.05
2.00 1.95 1.90
6.5
.112
у = -0.1351* + 3.0251 К2 = 0.9791
2.089 ^2.076 „ 2.062
:.041
2.01
2.007
1.924 ^
♦ 1.937
7.0
7.5
8.0
8.5 5
Непревращенный остаток, % 141-
12 10 8 6 4 2
у = 7.1765* - 46.289 К2 = 0.8021
♦ 10.6
6.5
7.0
7.5
+ 12.7
8.0
8.5 5
Рис. 1. Положение углей на классификационной диаграмме в координатах (5, пат/С).
Рис. 2. Зависимость непревращенного остатка гидрогенизации углей от структурного параметра 5.
На рис. 1 приведены положения углей на классификационной диаграмме в плоскости (8, пат/С). Угли с большим значением параметра 8 — более метаморфизованые (месторождения Ши-вээ овоо, Овдогхуддаг, Хаашатхудаг и Чандган-тал). Из рис. 1 следует, что по величине параметра 8 (по степени метаморфизма) исследованные угли Монголии хоть незначительно, но различаются. Можно предположить, что при гидрогенизации выход твердого непревращенного остатка будет больше у высокометоморфизованных углей (месторождения Шивээ овоо, Овдогхуддаг, Хаашатхудаг и Чандгантал), чем у низкометамор-физованных (месторождения Талбулаг, Баянтэг, Багануур, Таван-Толгой). Согласно рис. 2, такая зависимость действительно имеется, поэтому угли этих месторождений не были рекомендованы для экспериментальных исследований по гидрогенизации, а на основании изложенных выше рассуждений были выбраны угли месторождений Талбулаг и Баянтэг.
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. 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 нефтепро-
дукте. Полученную пасту с Мо-содержащим катализатором диспергировали (3-4 раза) в пластинчатом диспергаторе 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 охлаждения автоклава 5°С/мин; продолжительность опытов 120 мин. В экспериментах применяли электролитический водород (ТУ 6-20-00209585-26-97) чистотой 99.98 об. % (остальное — азот с примесью кислорода и аргона). В пасту добавляли 2% промотора (элементарная сера) и 2% ингибитора (лигнин) реакций радикальной полимеризации, который имел следующие характеристики (мас. %): - 3.9%; А4 - 3.1%; СйаГ - 56.25%; НйаГ - 6.29%; Б? - 0.46%.
Результаты исследований приведены в табл. 2, из данных которых следует, что уголь месторождения Талбулаг превращается в жидкие продукты достаточно глубоко. Выход дистиллятных жидких продуктов в расчете на ОМП составляет 83.8% при степени превращения угля 96.8%. Следует отметить, что процесс гидрогенизации протекает с умеренным газообразованием (13.9%), незначительным расходом водорода (1.8%) и образованием воды (1.9%).
Хорошие результаты были получены также при гидрогенизации угля месторождения Баянтэг (табл. 2), из которой следует, что под давлением 10 МПа ОМУ превращается в жидкие продукты и газ на 91.8 и 10.7% соответственно. Процесс протекает при расходе водорода 2.3% и образованием воды 4.0%.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРИГОДНОСТИ УГЛЕЙ МОНГОЛИИ
13
Таблица 2. Материальный баланс гидрогенизации углей месторождений Талбулаг и Баянтэг (425°С, 10
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.