Апр 07 2001

СПЕЦИАЛЬНАЯ ПРОЦЕДУРА ОБОГАЩЕНИЯ

Опубликовано в 11:34 в категории Утилизация отходов

СПЕЦИАЛЬНАЯ ПРОЦЕДУРА ОБОГАЩЕНИЯ

ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕФТЕОТХОДОВ

Т.Г. Шендрик1, В.В. Симонова1, А.О. Жабская1, В.С. Белецкий2,

Ю.В. Гавсевич3, И.Н. Остапко4

1Институт физико-органической химии

и углехимии НАН Украины, г. Донецк

2Донецкий Технический Университет, Украина

3Физико –химический институт НАН Украины, г. Одесса

4Донецкий ботанический сад НАН Украины

Украина располагает значительными ресурсами низкосортных углей (высокозольных, сернистых, соленых), рациональное использование которых требует специальных подходов и реагентов. Одним из перспективных методов использования соленых углей (СУ) является их масляная агломерация [1], которая позволяет решительно улучшить свойства сырья (повысить теплотворную способность, уменьшить размокаемость, избавиться от ряда нежелательных при сжигании примесей).

Для осуществления процесса масляной агломерации низкосортных углей требуется недорогой и доступный масляный агент, в отличие от используемых мазутов и масел, которые являются недешевыми и дефицитными. В качестве альтернативного реагента может выступать нефтяная эмульсия, содержащая до 50% воды, накапливающаяся в прудах – отстойниках промывочно-пропарочных станций в районах нефтеперерабатывающих заводов и железнодорожных станций. Там, где производится перевалка нефтепродуктов и хранение нефтеотходов, создается неблагоприятная экологическая обстановка и социальная напряженность [2]. Приблизительные запасы упомянутых смывочно-нефтяных отходов (СНО) по Украине составляют » 500 тысяч тонн.

Совместное использование указанных отходов в различных процессах переработки весьма перспективно: например, при обогащении твердых горючих ископаемых, для обезвоживания шламов, газификации и др. [1].

В качестве первого этапа, способного определить протекание целого ряда последующих реакций в процессах совместной переработки указанного сырья, рассмотрены эффекты, появляющиеся при тесном первичном контакте органической массы угля (ОМУ) со СНО. Это сделано при помощи ИК- спектроскопии исходных образцов и их смесей.

Отмечены изменения в ИК- спектрах пасты - композите, который образовался при затирании влажного угля с 5, 9 и 20 вес % СНО-1 (пасты 2,4,10 соответственно), по сравнению с исходными компонентами.

В области гидроксильного поглощения произошел сдвиг максимума в сторону меньших частот- до n» 3360 см -1, что свидетельствует об усилении водородных связей- ОН групп в данном субстрате. Интенсивность гидроксильного поглощения в пасте близка к таковому в СНО, при этом более отчетливо видны полосы 2920 и 2850 см -1. Также исчезла полоса 1700 см -1, что говорит об отсутствии свободных карбоновых кислот. Пик при 1600 см-1 сместился до 1620 см-1, что сопряжено с изменением в характере связывания >С=О групп различного типа. Максимумы с n=1450, 1380 более выразительны, чем в исходном угле, т.к. система обогатилась алифатическими цепями. В ИК- спектре пасты появляется отчетливый максимум в области 1280 см-1 (увеличивается доля простых ариловых эфиров) и усиливаются максимумы 1150, 1110, 1030 см -1, что свидетельствует, наряду с исчезновением полосы 1700 см-1, о возрастании доли сложных (алифатических и ароматических ) эфиров в субстрате. По сравнению с углем доля неконденсированных ароматических структур выше, при этом возникает новый заметный максимум с n=670 см-1, природа которого пока не выяснена.

Описанные изменения в ИК - спектрах свидетельствуют о целом ряде химических взаимодействий, происходящих в процессе получения пасты на основе соленого угля и СНО, а именно, образовании новых связей эфирного характера, разрушении (замещении) свободных карбоксильных групп, образовании и упрочнении водородных связей между донорно-акцепторными центрами ОМУ и нефтеотходов.

Для расширения представлений о свойствах композиций "СУ…СНО" применяли термогравиметрический анализ образцов.

Установлено, что влага в нефтеотходах не является в основном химически связанной, т.к. практически полностью удаляется при 100°С, а влага угля связана более прочно, поскольку температура ее удаления около 1200С. В пастах (уголь + 5, 9, 20 % вес. СНО) наблюдается более сложная картина удаления влаги. Если дифференциальные термограммы (ДТГ) исходного угля характеризуются двумя эндоэффектами в области основного термического разложения (400, 454 °С) и небольшим высокотемпературным эндоэффектом (Т = 727 °С), связанным с разложением комплекса "хлорид натрия – ОМУ", то для паст с различной концентрацией СНО характерно сближение эндотермических пиков (с 60 до 20-30град), а также их большие значения, зависящие от концентрации СНО в пасте. Заметно также, что температура начала термического разложения паст существенно (на 50-60 градусов) ниже, чем для угля. Это указывает на более мягкие условия воспламенения угольно - нефтяных композиций, чем угля в отдельности, что существенно для разработки энергосберегающих технологий сжигания топлив.

При этом паста 4 обладает оптимальными параметрами деструкции, а именно, при умеренном расходе нефтепродукта процесс протекает достаточно эффективно, о чем судили по началу термического разложения.

Результаты, характеризующие теплоты сгорания (ТС) изученных отходов и их композиций, представлены в табл. 1.

Таблица 1. Теплота сгорания исходных материалов и смесей

Образец

Концентрация СНО

Qaб, мДж/кг

СНО-1

100

29,04

уголь соленый, пл. с51

0

22,13

паста – 4

8,7 %

24,03

паста – 10

19.2

25,50

уголь + вода

0

21.4

Опыты по определению ТС проведены по методике ГОСТ в калориметрической бомбе.

Видно, что теплота сгорания угля значительно ниже, чем СНО. В пасте после взаимодействия ОМУ и ОМ СНО произошли качественные изменения, описанные выше, кроме того, состоялось удаление щелочных солей (до 2/3 от исходного). Это все привело к повышению теплоты сгорания системы по сравнению с природным углем. Причем наиболее существенные (оптимальные) изменения имели место в пасте при концентрации СНО около 9 %, а Qaб выросла на 2 мДж/кг по сравнению с углем, в случае же 19 % СНО - всего на 3 мДж/кг. таким образом, для дальнейшего использования и более детального изучения можно рекомендовать именно такую концентрацию СНО в системе – "СУ – нефтеотходы" (~ 9% СНО).

Для формирования агломератов топлива на основе угля и СНО использовали обычную технику приготовления угля и угле- масляной композиции:

– измельчение угля до размеров менее 100 мкм, получение пульпы;

– дозированная подача реагента, соотношение Т:Ж = 1:1 или 1:2;

– скорость импеллера 1500 об/мин;

– время пеллетирования (турбулентного перемешивания) – 10 мин.

Рассчитаны структурные параметры исходных компонентов, агломерированных углей и паст, а также фазовый состав минеральной части композиций, позволяющие представить изменения основных структурных фрагментов при масляной агрегации угля и предсказать поведение полученного продукта в процессах термопереработки.

Определено содержание 29 микроэлементов (МЭ) в угле и СНО, намечена оценка их распределения в процессе масляной агломерации угля. Наиболее значительные концентрации в нефтеотходах обнаружены для Sr (20.10-4) , Zn (50.10-4), Mn (20.10-4), Fe (~0,2 %), Ti (25.10-4), Ba(10.10-2), Ca (6-8 %), Mo (2,8.10-4), в углях – Bi (1.10-4), Nb (10.10-4), Ba(5.10-2), Ti (5.10-4), Ca (50.10-1), Hg (5.10-5).

При непосредственном приготовлении агломерированного топлива с применением СНО получены весьма обнадеживающие в технологическом плане результаты.

Сравнительные данные описанной выше процедуры агломерации и разработанной в Донецком техническом университете [1] представлены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты масляной агломерации угля с применением нефтеотходов

Техника подготовки угля

% перехода угля в гранулы

Средний диаметр гранул, мм

Обезвоженность на ситах

Обычная

30 %

0,3 –0,5

Плохая

Wa ˜ 18-20 %

Ad ˜ 10 %

Технология ДонГТУ (дози­рованная подача СНО перед измельчением)

100 %

1-3

Хорошая

Wa ˜ 14-15 %

Ad ˜ 10 %

Полученный углеродный продукт с новыми свойствами, пригодный для сжигания в циклонных топках, прошел апробацию в Уральском теплотехническом институте.

Выводы:

1. Показаны реальные перспективы использования смывочных нефтеотходов для получения высокалорийного пастообразного и агломерированного топлива на базе низкосортных углей Украины по новой безотходной технологии ДонГТУ.

2. При условии финансирования возможна разработка технологического регламента для широкого использования соленых углей Украины и нефтеотходов в совместном процессе приготовления нового вида технологического сырья для теплоэнергетики.

Литература

1. Шендрик Т.Г., Белецкий В.С. Исследование межфазных взаимодействий в процессе масляной агломерации соленых углей //Экотехнологии и ресурсосбережение. – 1995.- №1. – с.12-16.

2. "Вредная" железнодорожная станция переезжает подальше от людей"// Газета "Сегодня" .- 1999.- от 16.12.- с.3.

3. Moliner R., Suelves I., Lazaro M.J. Synergetic Effects in Co-pyrolysis of Coal /Petroleum Residue Mixtures by Pyrolysis / Gas Chromatography: Influence of Temperature, Pressure and Coal Nature// Energy and Fuels. – 1998. – 12. p. 963-968.

4. Саранчук В.И., Тамко В.А., Шевкопляс В.Н. , Шендрик Т.Г. Термическая деструкция соленых углей Западного Донбасса, предварительно обработанных растворами неорганических веществ.// Химия твердого топлива. - 1990.- № 2. – с.15-19.

5. Шендрик Т.Г., Белецкий В.С., Кхелуфи А. Исследование методом ИКС межфазных взаимодействий в системе "соленый уголь – связующее" при масляной агломерации // Химия твердого топлива .- 1999.- №6. - с.23-27.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.