Способ получения водоугольных суспензий

 

Использование: в трубопроводном транспорте, в химической промышленности. Сущность изобретения: при получении водоугольной суспензии бурый уголь смешивают с водой и щелочным реагентом гидроокисью щелочных металлов или аммония в соотношении (0,5-1) 2 0,1. Перемешивают смесь в дизинтеграторе при скорости вращения роторов (16-18)·10³ мин^-1. Механоактивируют смесь в кавитационной мельнице при частоте (12-15)·10³ Обрабатывают суспензию в реакторе при 50-90°С с одновременным перемешиванием в течение 15-60 мин. Разделяют обработанную суспензию на водную фазу и целевой продукт с содержанием 60-65% твердой фазы. 1 3. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способам получения водоугольных суспензий для последующего их транспортирования по трубопроводу и сжигания в виде водоугольного топлива. Известен способ получения водоугольной суспензии путем обработки исходной суспензии при 270-330^оС в реакторе в течение 1-55 мин. После термообработки суспензию разделяют центрифугированием, и обезвоженный уголь используют для приготовления водоугольной суспензии, содержащей 55,3-63,0 мас. угля. Вязкость такой суспензии не превышает 1,60 Па^.с при напряжении сдвига γ 10^.с^-1 и температуре 28^оС. Однако суспензия, полученная данным способом, имеет недостаточную реологическую стабильность при технологической сложности процесса ее получения. Наиболее близким к изобретению является способ получения водоугольной суспензии путем смешения исходного бурого угля с водой при 30-90^оС, термообработки полученной суспензии, содержащей 35-45 мас. угля, в интервале температур 100-145^оС под давлением 0,2-1,5 МПа, а затем при температуре 200-300^оС под давлением 1,5-10 МПа. После термообработки в реакторе отделяют избыток воды и получают водоугольную суспензию, содержащую 60-65 мас. угля. Недостатком способа является высокая (до 2,5 Па^.с) вязкость получаемой водоугольной суспензии и сложность технологии ее приготовления (периодический ступенчатый нагрев и изотермическая выдержка). Целью изобретения является повышение качества водоугольной суспензии путем снижения ее вязкости и повышения теплоты сгорания, упрощения технологии процесса ее приготовления. Поставленная цель достигается за счет того, что в способе получения водоугольной суспензии, включающем смешение исходного бурого угля с водой, обработку полученной суспензии в реакторе при повышенной температуре и последующее разделение обработанной суспензии на водную фазу и целевой продукт, содержащий 60-65 мас. твердой фазы, смешение исходного бурого угля с водой осуществляют совместно с щелочным реагентом в массовом соотношении (0,5-1): 2: 0,1, полученную смесь перемешивают в дезинтеграторе при скорости вращения рабочих органов (16-18)^.10³ мин^-1, затем механоактивируют в кавитационной мельнице при частоте (12-15)^.10³ Гц, а нагрев в реакторе производят до 50-90^оС с одновременным перемешиванием в течение 15-60 мин в том же интервале температур. В качестве щелочного реагента используют гидроокись щелочных металлов или аммония. П р и м е р 1. 1 кг бурого угля Бородинского месторождения, характеристика которого приведена в табл. 1, смешивают с 2 кг воды и 100 г сухой гидроокиси натрия в рабочей камере дезинтегратора при частоте вращения роторов 16^.10³ мин^-1, одновременно разогревая смесь за счет выделяющегося тепла до 50^оС. Приготовленная механоактивированная суспензия поступает в промежуточную накопительную емкость, откуда кавитационной мельницей-насосом, работающей на частоте 12^.10⁴ Гц подается в реактор. В реакторе с мешалкой суспензию подвергают окислительно-гидролитической деструкции в течение 15 мин при 50^оС. Полученную смесь разделяют центрифугированием или фильтрованием. Из фугата (фильтрата) выделяют воду и натриевые соли гуминовых кислот, а остаток, содержащий 60-65 мас. угля, в качестве целевого продукта поступает на гидротранспортирование к месту последующего сжигания в виде водоугольного топлива. Характеристики продуктов, полученных в процессе механолитической и окислительно-гидролитической деструкции бурых углей Бородинского (пример 4) и Березовского (пример 24) месторождения предлагаемым способом, представлены в табл. 1. Данные об условиях проведения процесса по примеру 1 и качестве целевых продуктов приведены в табл. 2. В табл. 2 представлены и другие примеры осуществления способа при водоизмененных режимах проведения процесса. Как видно из данных табл. 2, в предлагаемом способе из бурых углей получают стабильные водоугольные суспензии, содержащие 60-65 мас. твердой фазы, имеющие вязкость не выше 1,4 Па.с (для 60% суспензий) и 1,8 Па.с (для 65% суспензий), одновременно извлекая до 137 г гуматов щелочного реагента из 1 кг угля, являющихся ценным удобрением и реагентом для химической промышленности. Выбор массового соотношения угля и гидроокиси (0,5-1):0,1 основан на необходимости получения максимального количества водоугольной суспензии, обладающей хорошими реологическими свойствами. Использование массового соотношения выше 1: 0,1 приводит к получению суспензии, для которой невозможно довести концентрацию твердой фазы до 60 мас, при одновременном сохранении хороших реологических свойств. При массовом соотношении меньше 0,5:1 увеличение скорости реакций окислительно-гидролитической деструкции органического вещества бурого угля приводит к повышению выхода солей гуминовых кислот и, как следствие, к возрастанию зольности остаточного угля, что ухудшает теплофизические характеристики получаемого из него целевого продукта водоугольного топлива. Выбранное соотношение угля и воды (0,5-1):2 обеспечивает оптимальное содержание твердой фазы в исходной суспензии, так как увеличение количества воды приводит к повышению энергоемкости процесса, а уменьшение к ухудшению реологических характеристик поступающей на обработку суспензии. Оптимальный вариант скорости перемешивания сырья в дезинтеграторе (16-18)x x10³ мин^-1 позволяет достичь наибольшей скорости разрыва углерод-кислородных связей макромолекул органической массы угля, причем повышается его реакционная способность. Воздействие термодинамического эффекта кавитации и гидравлического удара при прерывании сплошности потока водоугольной суспензии в кавитационной мельнице с частотой (12-15)^.10³ Гц обеспечивает реализацию механохимических реакций, протекающих между компонентами, входящими в состав суспензии, а также позволяет довести температуру подаваемого на вход в реактор сырья до требуемой величины 50-90^оС. Выбор температуры механохимической активации и температуры обработки водоугольной суспензии в реакторе 50-90^оС, а также продолжительности протекания реакций окислительно-гидролитической деструкции 15-60 мин обусловлен тем, что обрабатываемая в таких условиях смесь, наряду с высокой скоростью экстракции образующихся кислородсодержащих гуминовых соединений, не претерпевает существенных термических превращений. Выход за пределы выбранных интервалов для указанных параметров приводит к ухудшению поверхностно-активных и стимулирующих рост растений свойств солей гуминовых кислот, являющихся термически не стойкими веществами. Кроме того, в указанных интервалах температур и времени обработки сырья происходит частичное растворение отдельных неорганических соединений, входящих в состав минеральной части углей, что, наряду с процессами декарбоксилирования из органической массы, дополнительно приводит к увеличению теплоты сгорания целевого продукта водоугольного топлива. Таким образом, предлагаемый способ осуществляется по непрерывной технологии с получением из бурых углей высокоцентрированной водоугольной суспензии низкой вязкости и побочного продукта гумата щелочного реагента.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОУГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ, включающий смешивание бурого угля с водой, обработку полученной суспензии в реакторе при повышенной температуре, разделение обработанной суспензии на водную фазу и целевой продукт с содержанием 60 65 мас. твердой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения качества целевого продукта и упрощения процесса, смешивание бурого угля с водой проводят совместно с щелочным реагентом в их массовом соотношении (0,5 1) 2 0,1 с последующим перемешиванием полученной смеси в дезинтеграторе при скорости вращения роторов (16 18) · 10³ мин^-1 и механоактивацией ее в кавитационной мельнице при частоте (12 15) · 10³ Гц и обработку полученной суспензии в реакторе осуществляют при 50 90^oС с одновременным перемешиванием в течение 15 - 60 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют гидроокись щелочных металлов или аммония.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3