научная статья по теме СТРУКТУРА ПРОДУКТОВ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ, ПОЛУЧЕННЫХ В ПРИСУТСТВИИ НЕФТЯНОГО И УГОЛЬНОГО ПАСТООБРАЗОВАТЕЛЕЙ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «СТРУКТУРА ПРОДУКТОВ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ, ПОЛУЧЕННЫХ В ПРИСУТСТВИИ НЕФТЯНОГО И УГОЛЬНОГО ПАСТООБРАЗОВАТЕЛЕЙ»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 4, с. 40-42

УДК 662.74:552

СТРУКТУРА ПРОДУКТОВ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ, ПОЛУЧЕННЫХ В ПРИСУТСТВИИ НЕФТЯНОГО И УГОЛЬНОГО ПАСТООБРАЗОВАТЕЛЕЙ

© 2013 г. А. С. Малолетнев*, А. М. Гюльмалиев**

*Московский государственный горный университет Е-mail: Anatoly-Maloletnev@ rambler.ru **Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Москва E-mail: Gyulmaliev@ips.ac.ru Поступила в редакцию 05.02.2013 г.

Проведен анализ структурных параметров гидрогенизатов в зависимости от состава нефтяного и угольного (собственного) пастообразователей, применяемых в процессе гидрогенизации угля под невысоким давлением водорода (6—10 МПа). Показано, что при близких значениях параметра структурной ненасышенности 8 структурные характеристики продуктов ожижения существенно различаются, что, по-видимому, связано с различием вещественного состава растворителей (кроме ароматических структур).

DOI: 10.7868/S0023117713040099

Большое значение для показателей ожижения угля при гидрогенизации имеет характеристика пастообразователя. Во-первых, смесь угля и жидкого продукта легко транспортируется в реакционную систему; во-вторых, продукты деструкции угля растворяются в пастообразователе и таким образом выводятся из реактора гидрогенизации; в-третьих, пастообразователь является транспортной средой для водорода, который обычно дабавляют к нефтеугольной пасте в количестве 1.5—3.0 м3/кг, и наконец, пастообразователь — это, химический реагент — донор атомарного водорода, что очень важно для ведения процесса гидрогенизации.

При осуществлении процесса гидрогенизации угля пастообразователь должен иметь температуру кипения выше 260—300°С для того, чтобы находиться в жидкой фазе при нагреве пасты до температуры 400—450°С.

В качестве пастообразователей-доноров водорода могут применяться дистиллятные нефтяные фракции и остаточные нефтепродукты, а также продукты ожижения угля (собственный пастообразователь), прошедшие предварительное гидрирование в мягких условиях для придания им до-норно-водородных свойств.

По российской технологии (ФГУП ИГИ) гидрогенизации угля под невысоким давлением водорода в качестве пастообразователя принята смесь исходных высококипящих угольных дистиллятов с т. кип. выше 400—425°С и фракции с т. кип. 300—400°С после ее предварительного гид-

рирования в отдельной стадии для придания до-норно-водородных свойств [1].

В соответствии с указанными положениями при реализации технологии на Опытном заводе СТ-5 [2, 3] в качестве пастообразователей при гидрогенизации бурых углей Канско-Ачинского бассейна применяли нефтепродукт с т. кип. выше 260°С (нефтяной пастообразователь) и смесь (70 : 30) высококипящих угольных дистиллятов и предварительно гидроочищенных угольных фракций указанного выше фракционного состава (угольный пастообразователь, табл. 1).

Естественно, что из-за различия химического состава пастообразователей получаемые гидроге-низаты по своему составу также будут различаться. Сопоставление данных по составу жидких продуктов гидрогенизации угля Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна, полученнных на Опытном заводе СТ-5 при гидрогенизации пасты на нефтяном и угольном пастообразователях, свидетельствует о том, что в гидрогенизате, полученном на угольном пастообразователе, содержится в 2 раза больше фенолов и азотистых оснований, а также отмечается повышенное содержание серы, ароматических углеводородов и асфальтенов по сравнению с гидрогенизатом, полученным на нефтяном пастообразователе (табл. 2).

В настоящей статье по экспериментальным данным, полученным на Опытном заводе СТ-5, проведен анализ структурных параметров гидро-генизатов в зависимости от состава нефтяного и угольного (собственного) пастообразователей, применяемых в процессе гидрогенизации угля.

СТРУКТУРА ПРОДУКТОВ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ

41

Таблица 1. Характеристика пастообразователей

Показатель Пастообразователь

нефтяной угольный

Плотность при 20°С, г/см3 0.9061 0.9294

Фракционный состав, мас. %:

начало кипения, °С 260 190

180—300°С 5.2 15.7

300—400°С 16.4 12.5

выше 400° С + потери 78.4 71.8

Элементный состав, мас. %:

С 86.30 86.47

Н 11.76 11.70

8 1.34 1.49

Содержание асфальтенов во фракции, мас. % 2.8 2.4

Вязкость кинематическая, Па ■ с:

при 20°С 0.21 0.68

при 50°С 0.04 0.08

при 70°С - 0.04

Структурные параметры:

5 2.61 2.71

«ат 19.00 18.95

«св 20.31 20.31

Иат/Ис 2.64 2.63

Структурные параметры вычисляются по элементному составу гидрогенизата [4, 5]:

С + Н + О + N + 8 = 100.

(1)

По данным элементного анализа вычисляются следующие структурные параметры:

параметр степени ненасыщенности (8):

5 = С - н + N. 6 14

(2)

= С + Н + О + N + .8

12

16 14 32

(3)

суммарное число химических связей на единицу массы («св):

= С + Н + 3N + О + А.

6 2 28 16 32

(4)

Таблица 2. Характеристика гидрогенизатов (9.5 МПа, 430°С, подача циркуляционного водородсодержащего газа 800—1000 м3/ч, эмульгированный Мо катализатор (0.05% Мо в расчете на уголь)

суммарное число грамм-атомов на единицу массы («ат):

Пастообразователь

Показатель нефтя- уголь-

ной ный

Плотность при 20°С, г/см3 0.8760 0.8780

Содержание, об. %:

фенолов С6-С8 4.5 9.2

азотистых оснований 2.2 4.8

Йодное число, г /2/100 г топлива 24.7 7.2

Групповой углеводородный со-

став, мас. %:

парафиновые + нафтеновые 62.1 50.5

ароматические 37.9 42.7

селикагелевые смолы - 6.8

Элементный состав, мас. %:

С 85.39 85.65

Н 12.42 11.75

8 0.78 0.82

N 0.29 0.33

О (по разности) 1.12 1.45

Фракционный состав, мас. %:

начало кипения, °С 78 46

выкипает до 180°С 10.1 14..

180-300°С 41.1 36.0

300-400°С 12.0 28.9

выше 400° С + потери 36.8 20.7

Содержание асфальтенов, мас. % 1.0 1.3

Структурные параметры:

5 1.83 2.55

«ат 19.65 19.03

«св 20.57 20.30

«ат/пс 2.76 2.67

Из формул (3) и (4) следует, что 8 = 2(«св — «ат). Для метана значение 8 = —12.5, а для графита 8 = = 16.67. Следовательно, для органических соединений, содержащих атомы С, Н, N О и 8, в общем случае имеет место неравенство —12.5 < 8 < 16.67.

Большему значению структурного параметра 8 гидрогенизата соответствует большее число содержания в его составе ароматических колец (не-насышенных структур) [6].

Характеристики нефтяного и угольного пастообразователей приведены в табл. 1, из которой следует, что, несмотря на близкие значения их элементного состава, и, следовательно, структурных параметров, по другим показателям они существенно различаются. Параметр степени ненасыщенности для гидрогенизата на угольном пас-тообразователе имеет большее значение (8 = 2.55), чем на нефтяном (8 = 1.83) (табл. 2), поэтому при применении угольного пастообразователя содер-

п

ат

п

св

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА № 4 2013

42 МАЛОЛЕТНЕВ, ГЮЛЬМАЛИЕВ

Таблица 3. Показатели структуры продуктов гидрогенизации угля

Элементный Гидрогенизат с т. кип. 55-425°С Продукты гидрогенизации угля (угольный пастообразователь)

состав, мас. % пастообразователь шлам I после центрифугирования шлама

нефтяной угольный фугат шлам II

С 85.39 85.65 83.81 84.14 86.90

Н 12.42 11.75 11.17 12.81 10.62

0.78 0.82 0.52 0.14 1.16

N 0.29 0.33 0.30 0.30 0.30

О 1.12 1.45 4.20 2.61 1.02

Структурные параметры

8 1.83 2.55 2.82 1.23 3.88

«ат 19.65 19.03 18.45 20.01 17.98

«св 20.57 20.30 19.86 20.63 19.92

«ат/пс 2.76 2.67 2.64 2.85 2.48

жание ароматических структур в составе получаемого гидрогенизата должно быть больше, чем при применении нефтяного пастообразователя.

В табл. 3 приведены структурные параметры продуктов гидрогенизации угля (шламов и фуга-та), полученных при гидрогенизации на угольном пастообразователе. Видно, что по значениям параметра ненасышенности 8 и, следовательно, по содержанию ароматических структур указанные продукты образуют ряд: шлам-П > шлам-1 > > фугат.

На рисунке в координатах [8, яат/яс] сопоставлены структурные характеристики продуктов гидрогенизации угля. Видно, что между парамет-

«ат/«

2.90 2.85 2.80 2.75 2.70 2.65 2.60 2.55 2.50

-0.137* + 3.018 Я2 = 0.997

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Параметр ненасыщенности, 8

Сопоставление структурных характеристик продуктов гидрогенизации угля.

рами 8 и яат/яс имеется линейная зависимость, которая описывается уравнением

яат/яс = -0.1378 + 3.018. Квадрат коэффициента корреляции Я2 = 0.997.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что по элементному составу применяемых пастообразователей и продуктов гидрогенизации углей можно провести сравнительный анализ их структурных особенностей; при близких значениях параметра структурной ненасы-шенности 8 нефтяного и угольного (собственного) пастообразователей структурные характеристики гидрогенизатов существенно различаются, что, по-видимому, связано с различием вещественного состава растворителей (кроме ароматических структур).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кричко А.А., Юлин М.К., Пучков В.А. и др. // ХТТ. 1982. № 1. С. 80.

2. Малолетнее А.С., Кричко А.А., Гаркуша А.А. Получение синтетического жидкого топлива гидрогенизацией углей. М.: Недра, 1992. 129 с.

3. Малолетнее А.С. // ХТТ 2011. № 1. С. 27.

4. КадиевХ.М., Гюльмалиев А.М., Хаджиев С.Н., Кади-ева М.Х. // Нефтехимия. 2010. Т. 50. № 6. С. 476.

5. Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. М.: МГГУ, 2003. 556 с.

6. Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Скопен-ко С.М. // ХТТ. 1994. № 4-5. С. 14.

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА № 4 2013

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