ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 4, с. 61-63
УДК 662.67 + 536.662
ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ, БИТУМА И ИХ СМЕСЕЙ
© 2008 г. В. М. Аббасов, Ф. Ф. Мамедов, Т. А. Исмаилов
Институт нефтехимических процессов им. ЮГ. Мамедалиева НАН Азербайджана, Баку
E-mail: ff_mamedov@rambler.ru Поступила в редакцию 19.10.2006 г.
В калориметрической установке измерены величины низшей теплоты сгорания (НТС) горючих сланцев, гудрона, битума и их смесей. Показано, что наибольшие значения НТС отмечены для смесей горючих сланцев с гудроном (или битумом) и коксом. Установлено понижение зольности этих смесей. Предложены направления использования смесевых компонентов в качестве топлива, а зольных отходов - в строительстве.
Потребление нефти и продуктов ее переработки во всем мире непрерывно возрастает, поэтому в последние годы активно развиваются работы на получение топлива из альтернативного сырья. Сюда относятся каменный и бурый угли, торф, горючие сланцы, другие виды твердого топлива и продукты их переработки. Однако экспериментально показано [1], что, по сравнению с жидкими аналогами, все представители твердого топлива обладают более низкой калорийностью, меньшей низшей теплотой сгорания (НТС).
Повышение калорийности твердого топлива (ТТ) можно достичь за счет создания смесевых композиций с различными продуктами переработки как ТТ, так и нефти. Цель настоящей работы - установление возможности успешного топливного использования высокозольных (70.7%) горючих сланцев (ГС) месторождения Джанчи-гай (Азербайджан) путем получения определенных композиций с другими топливными компонентами.
В качестве смесевых компонентов были выбраны гудрон (Г), битум (Б), кокс (К). Испытания проводили в калориметрической установке В-08МА, используя методики ГОСТ 147-74, подробное описание которых приведено в [2]. Характеристика ГС и исследованных смесевых образцов представлена в табл. 1 и 2, а свойства использованных битума, гудрона и кокса - в табл. 3 и 4.
Из табл. 1 следует, что ГС имеют (в МДж/кг) наименьшую НТС (5.60); кокс характеризуется средней величиной (31.34), а в случае гудрона (41.63) и битума (40.95) эти показатели приближаются к НТС для мазута, поэтому эксперимент показал, что смесь равных частей ГС и Г привела
к положительным результатам: количество золы снизилось вдвое (до 34.86%), а НТС достигла достаточной величины (25.32 МДж/кг).
Таблица 1. Физико-химические характеристики ГС (по [3, 4])
Характеристика Показатель
Плотность, , г/см3 2.25
Влажность рабочая, Шр, % 2.62
Влажность аналитическая, Ша, % 2.84
Зольность, Ар, % 70.69
Летучие, Vг, % 22.63
Элементный состав, % на рабочую массу
С 21.93
Н 2.56
N 0.92
Б 3.24
Смола пиролиза, мас. % 14.75
в том числе:
асфальтены 10.05
мальтены 89.95
из них:
ароматические соединения 58.92
парафины 20.28
полярные соединения 10.75
Газ + потери, мас. % 11.09
СО 3.43
СО2 14.51
СН4 45.46
С2-С4 3.60
62
АББАСОВ и др.
Таблица 2. Калорийность исследованных образцов
Номер образца Образец Состав компонентов образца, % НТС, ен, МДж/кг Водород, Нр, мас. % Зола, Ар, мас. %
1 ГС 100 5.60 3.08 70.69
2 Б 100 40.95 11.17 -
3 К 100 31.34 9.80 0.25
4 Г 100 41.63 12.10 0.04
5 ГС + Г 50 + 50 25.23 6.49 34.86
6 ГС + К 50 + 50 18.97 6.52 34.49
7 ГС + Г 70 + 30 17.55 5.08 49.68
8 ГС + Г + К 40 + 30 + 30 26.52 7.10 28.49
9 ГС + Г + К 30 + 30 + 40 28.83 7.80 20.93
10 ГС + Г + К 40 + 40 + 20 26.08 7.05 28.99
11 ГС + Г + К 40 + 20 + 40 24.73 7.54 23.84
12 ГС + Г + К 20 + 20 + 60 30.52 8.52 13.52
13 ГС + Б + К 30 + 30 + 40 26.17 7.24 26.98
14 ГС + Б + К 30 + 40 + 30 26.59 7.22 27.17
15 ГС + Б + К 20 + 30 + 50 30.69 8.60 12.60
16 ГС + Б + К 20 + 20 + 60 29.93 8.64 12.25
Таблица 3. Физико-химические характеристики гудрона и кокса (по данным НПЗ "Азернефтяг")
Характеристика Гудрон Кокс
Плотность, , г/см3 0.9587 2.10
Влажность рабочая, Шр, % - 10.0
Влажность аналитическая, Ша, % - 3.25
Сера, 8об, % 0.45 0.59
Зольность, А р, % 0.042 0.25
Летучие, Vг, % - 7.3
Смола пиролиза, мас. % 7.8 -
Механические примеси, мас. % 2.86 -
Количество мелких частиц, мас. % - 5.8
Углеводороды, мас. %:
нафтены и парафины 33.3 -
легкая ароматика 14.0 -
средняя ароматика 6.4 -
тяжелая ароматика 37.9 -
асфальтены 0.6 -
Элементный состав, % на рабочую массу:
С - 96
Н - 2
N - 0.6
0 + N - 1.4
Содержание металлов, мас. %:
ванадий 0.0004 0.007
железо 0.013 0.003
кремний 0.0004 0.001
никель 0.0002 -
Температура вспышки, °С 300 -
Коксовое число 7.8 -
ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ, БИТУМА И ИХ СМЕСЕЙ 63
Таблица 4. Физико-химические свойства битума БНБ 70/30 (по данным НПЗ "Азернефтяг"; соответствует AZS 050-2001)
Характеристика Показатель
Температура размягчения по КиШ, °С Глубина проникновения иглы (0.1 мм) при 25°С, мм Температура хрупкости, °С Растяжимость при 13°С, см Зольность, Ар, % Плотность, , г/см3 Вязкость при 135°С, МПа ■ с Температура вспышки, °С Вода, мас. % Растворимость в бензине, мас. % 75 30 -8 8 0.5 1.027 230 240 Следы 99.5
Среди смесевых образцов ГС и Г (образцы № 5, 7-12 в табл. 2) выделяется смесь № 9, характеристики которой наилучшие как по величине НТС (28.83 МДж/кг), так и по зольности (20.93%). Хорошие результаты получены и с образцом № 12, свойства которого определяет высокое содержание кокса в смеси (60%). Такое влияние кокса проявляется и в других смесевых композициях.
Высокие результаты по величине НТС дали и смеси ГС с Б и К (образцы № 13-16 в табл. 2). И в этом случае показатель зольности падает с увеличением содержания кокса в смеси. При замене гудрона на битум (образцы № 15 и 16) получены наиболее высокие показатели НТС (~30 МДж/кг) и низкие значения зольности (~12%).
Все рассмотренные смесевые композиции по величине НТС сравнимы с найденным значением НТС для каменного угля (27.66 МДж/кг), поэтому по своей теплотворной способности они во многих случаях могут заменить каменный уголь.
Оценка отношения величин НТС исходных компонентов и смесевых составов на их основе показывает, что эти соотношения практически не меняются. Это свидетельствует о том, что при выборе композиций (с точки зрения их теплотворной способности) следует ориентироваться на величины НТС отдельных компонентов.
Исследованные смесевые композиции имели разное физическое состояние: от жидкого до пастообразного и твердого. А образцы № 15 и 16 можно использовать для изготовления брикетов.
Полученные результаты показывают, что выбор конкретных смесевых композиций во многом будет зависеть от наличия определенного вида сырья в выбранном регионе. Следует отметить, что при сжигании таких смесевых топлив на основе горючих сланцев удается получить различные легкие продукты, являющиеся хорошим сырьем для производства бензинов, ароматических соединений, масел и других продуктов [5]. Зольные остатки от сжигания целесообразно использовать для производства кирпича, цемента и подобных строительных материалов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочник / Под ред. Школъникова В.М. М.: Техинформ, 1999. 600 с.
2. Мамедов Ф.Ф. // ХТТ. 2006. № 5. С. 90.
3. Керимов Х.М. // ХТТ. 2004. № 1. С. 18.
4. Керимов Х.М. // Азерб. неф. хоз-во. 2005. № 5. С. 40.
5. Папок К.К., Рагозин H.A. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. М.: Химия, 1976. 392 с.
Heats of Combustion of Oil Shale, Bitumen, and Their Mixtures
V. M. Abbasov, F. F. Mamedov, and T. A. Ismailov
Mamedaliev Institute of Petrochemical Processes, Academy of Sciences of Azerbaijan, Baku, 370025 Azerbaijan
e-mail: ff_mamedov@rambler.ru Received October 19, 2006
The net calorific values of oil shale, tar oil, bitumen, and their mixtures were measured in a calorimetric bomb. It was found that the mixtures of oil shale with tar oil (or bitumen) and coke exhibited the greatest net calorific values. A decrease in the ash content of these mixtures was found. The use of mixture components and ash residues as fuel and building material components, respectively, was proposed.
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.