Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА БУРОГО УГЛЯ И ГОРЮЧЕГО СЛАНЦА МЕСТОРОЖДЕНИЯ «КЕНДЕРЛЫК»

Каирбеков Ж.К. 1 Емельянова В.С. 1 Мылтыкбаева Ж.К. 1 Байжомартов Б.Б. 1
1 НИИ Новых химических технологии и материалов, Алматы
Статья посвящена актуальной проблеме – расширению сырьевой углеводородной базы, вовлечению в переработку бурого угля и сланцев. Изучен процесс совместного термокаталитического превращения угля и сланцев месторождения «Кендерлык». Результаты демонстрируют тот факт, что степень превращения смеси угля и сланца выше на 8–9%, чем угля, процесс протекает без интенсивного коксообразования в температурном интервале 425–440 °С и при давлении 5 МПа. Показано, что органическая и минеральная части сланцев оказывают активирующее влияние на гидрогенолиз угля. Минеральная часть, содержащая алюмосиликаты, оксиды железа и другие каталитически активные формы металлов, активирует крекинг углеводородов угля, а органическая часть сланца способствует гидрогенизации и стабилизации образующихся радикалов. Битумы, полученные из твёрдых остатков переработки смеси угля и сланцев с Ткип > 320 °С, удовлетворяют требованиям ГОСТа на нефтяные битумы.
уголь
сланец
катализ
термообработка
1. Воль-Эпштейн А.Б., Платонов В.В., Шпильберг М.Б. // Химия и технология топлива. – 1986. – № 4. – С. 51–54.
2. Воль-Эпштейн А.Б. и др. // Химия и технология топлива. – 1987. – № 2. – С. 75–77.
3. Воль-Эпштейн А.Б., Горлов Е.Г. и др. // Химия и технология топлива. – 1983. – № 6. – С. 86–91.
4. Воль-Эпштейн А.Б., Липович В.Г., Шпильберг М.Б. и др. // Химия и технология топлива. – 1989. – № 3. – С. 61–65.
5. Воль-Эпштейн А.Б., Шпильберг М.Б., Арзаева Л.А. и др. // Химия и технология топлива. – 1988. – № 3. – С. 45–50.
6. Воль-Эпштейн А.Б. Труды ИГИ. АН ССР. – 1959. – т. IX. – С. 181–188.
7. Высоцкая В.В. Автореферат кан. дис. АН ЭССР. Институт химии. – 1987. – 17 с.

Для устойчивого развития страны сырьевая база промышленности должна быть достаточно гибкой и основываться на применении различных взаимосвязанных видов органического сырья. С этой точки зрения большую ценность имеют уголь, горючие сланцы, нефтебитуминозные породы, разведанные запасы в Казахстане и за рубежом очень велики. В будущем возрастает потребление этих горючих ископаемых как источник энергии и будет развиваться их комплексная переработка в синтетическое топливо и химические продукты. Это направление угле- и сланцехимии является предметом широкого изучения во многих странах, в том числе в Казахстане. Отметим, что для ряда регионов их использование может быть экономически оправдано уже сейчас.

На территории Казахстана к настоящему времени выявлено около 25 месторождений проявлений горючих сланцев, приуроченных к отложениям верхнего девона, нижнего карбона, верхнего палеозоя, средней и верхней юры и палеогена. Они различны по составу исходного вещества и условиям формирования, что в значительной степени предопределило их количественно-технологическую характеристику. Все эти месторождения, за исключением Кендерлыкского и Чернозатонского, изучены крайне слабо. Запасы горючих сланцев Кендерлыкского месторождения составляют более 4 миллиардов тонн, из них 750 миллионов тонн балансовые. Кроме того, на данном месторождении возможна добыча более миллиарда тонн каменных и бурых углей, что повышает экономическую привлекательность разработки данного месторождения.

В институте новых химических технологий и материалов (НХТиМ) разрабатывается ряд процессов термохимической переработки горючих сланцев, в основу которых положены результаты исследований НХТиМ, по комплексной химико-технологической переработке каменных и бурых углей Казахстана, проведенных в 1990-2010 гг. Данные исследования показали, что органическая и минеральная части горючих сланцев оказывают активирующее действие на термическое превращение бурых углей.

Активирующий эффект горючих сланцев ряд авторы [1-4] объясняют тем, что образующиеся в интервале температур 390-440 °С жидкие продукты ожижения горючих сланцев содержат значительное количество тетрагидропроизводных конденсированных ароматических углеводородов, кислородных и азотистых соединений, а также алициклические спирты, которые обладают водорододонорными свойствами. По своей водородной активности эти соединения аналогичны тетралину, и в некоторых реакциях превосходят его по реакционной способности. [2-5].

Подтверждением этому служат данные, свидетельствующие, что в области температур 390-440 °С при крекинге углеводородного сырья в присутствии горючего сланца активно протекают реакции гидрирования, восстановления, подавляются реакции димеризации, конденсации и ускоряется деструкция углерод-углеродной связи [2].

Минеральная часть горючего сланца, содержащая алюмосиликаты, оксиды железа и другие каталитически активные формы металлов, в свою очередь, активирует протекание реакции крекинга [6, 7].

В настоящей работе изучен процесс совместной термокаталитической переработки бурого угля и горючего сланца Кендырлыкского месторождения. Процесс ожижения угля и сланца, взятых в равных количествах по органической массе, проводили на лабораторной установке под давлением 5,0 МПа при температуре 420 °С. Для интенсификации процесса ожижения угля вводили каталитическую систему, состоящую из мелкодисперсных твердых частиц шлама обогащения полиметаллических руд. На поверхности этих частиц дополнительно реализуются деструктивные процессы. В условиях опытов в процессе каталитической переработки смеси уголя и сланца не образовывались коксообразные продукты на стенках установки и в объеме реакционной смеси.

Жидкие продукты, полученные в процессе, подвергали дистилляции с отбором фракции с температурой кипения до 200 °С, фракции с температурой кипения 200-320 °С. Остаток с температурой кипения выше 320 °С содержал в своем составе нерастворившиеся органические вещества сланца и угля и их минеральную часть. Характеристика процесса термокаталитической переработки бурого угля и рядового Кендырлыкского сланца приведены в табл. 1.

Как показали результаты наших исследований, каталитические свойства горючих сланцев позволяют осуществить в оптимальных условиях процесс термолиза органической массы угля с высокой степенью превращения в жидкие дистиллятные продукты без интенсивного коксообразования. Степень превращения смеси органической массы сланца и угля гораздо выше, чем угля. Твердый остаток с температурой кипения выше 320 °С испытывали в качестве органического вяжущего для дорожного строительства (табл. 2).

Таблица 1

Характеристика процесса термокаталитической переработки Кендерлыкского угля и смеси Кендерлыкского сланца и угля

Показатель процесса

Уголь

Уголь+сланец

Условия процесса

Уголь: пастообразователь (сланец + уголь): пастообразователь

 

 

1:1,3

 

 

(0,6 + 0,4):1,3

ОМС: ОМУ

 

1:0,9

Температура, °С

420

420

Давление, МПа

5,0

5,0

Длительность, мин

15

30

Выход продуктов,%

Газ

11,8

4,4

Потери + вода

8,8

5,3

Фракция с температурой кипения до 200 °С

10,3

13,5

Фракция с температурой кипения 200-320 °С

12,7

15,6

Фракция с температурой кипения выше 320 °С

40,5

43,0

Твердые продукты

15,9

18,2

 

Таблица 2

Характеристика качества зольных вяжущих материалов, получаемых при термохимическом превращении угля и уголь + сланец

Показатель

Уголь

Уголь + сланец

Глубина проникания иглы, мм-1

при 25 °С

при 0 °С

 

 

130

-

 

 

138

68

Температура размягчения

по КиШ;  °С

 

 

40

 

 

42

Растяжимость, см

при 25 °С

при 0 °С

 

-

-

 

68

11

Испытание на сцепление

 

-

 

Выдерживает

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что битумы на основе продуктов переработки смеси сланца и бурого угля месторождения Кендырлык удовлетворяют требованиям ГОСТа на нефтяные битумы.

Рецензенты:

  • Жубанов К.А., д.т.н., академик Центра физико-химических методов анализа, г. Алматы;
  • Досумов К.Д., д.х.н., профессор, зам.директора Центра физико-химических методов анализа, г. Алматы.

Работа поступила в редакцию 02.08.2012.


Библиографическая ссылка

Каирбеков Ж.К., Емельянова В.С., Мылтыкбаева Ж.К., Байжомартов Б.Б. ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА БУРОГО УГЛЯ И ГОРЮЧЕГО СЛАНЦА МЕСТОРОЖДЕНИЯ «КЕНДЕРЛЫК» // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9-4. – С. 924-926;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30423 (дата обращения: 06.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074