Способ гидрогенизации угля

 

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: углемасляную пасту нагревают в присутствии катализатора. В качестве катализатора используют концентрат флотации хвостов электромагнитной сепарации железных руд в смеси с элементарной серой, взятой в количестве 2,0 5,0 мас. от угля, предварительно подвернутый механо-химической обработке в водном растворе гидроокиси натрия с концентрацией 0,1 0,5 м/л при центробежном ускорении 600-1000 м·с^-1. Полученную пульпу смешивают с углем, сушат и добавляют к пастообразователю при приготовлении углемасляной пасты. 3 табл.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к технологии ожижения углей, и может быть использовано для получения синтетического жидкого топлива.

Известны способы гидрогенизации угля с использованием железосодержащих каталитических систем рудного происхождения, например различных отходов металлургических производств, содержащих железо [1] водной суспензии железных руд, содержащих, в основном, гидроксид железа [2] а также тонкоизмельченных руд, содержащих гематит или лимонит [3] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ гидрогенизации угля, включающий приготовление углемасляной пасты из угля и пастообразователя, нагрева последней в присутствии катализатора на основе железных руд при повышенном давлении в среде водорода с последующим выделением целевых продуктов [3] Способ не позволяет достигнуть высоких выхода жидких продуктов и конверсии угля.

Изобретение позволяет значительно увеличить конверсию угля и выход жидких продуктов.

Для достижения указанного технического результата в описываемом способе гидрогенизации угля, включающем приготовление углемасляной пасты из угля и пастообразователя, нагрева последней в присутствии катализатора на основе железных руд в среде водорода при повышенном давлении, в качестве катализатора используют концентрат флотации хвостов электромагнитной сепарации железных руд в смеси с элементарной серой, взятой в количестве 2,0-5,0 мас. от угля, предварительно подвергнутый механо-химической обработке в водном растворе гидроокиси натрия с концентрацией 0,1-0,5 м/л при центробежном ускорении 600-1000 м ˙ с^-1. Полученную при этом пульпу смешивают с сырым углем, высушивают и добавляют к пастообразователю для приготовления углемасляной пасты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными признаками являются: осуществление предварительной механо-химической обработки железосодержащего катализатора совместно с серой в водном растворе гидроокиси натрия при определенных параметрах в описываемом оборудовании в указанных условиях, а также введение катализатора путем добавления его в виде водной пульпы, полученной в щелочной среде, к сырому углю с последующим высушиванием смеси перед приготовлением углемасляной пасты.

Таким образом, заявляемое техническое решение является новым.

Анализ других технических решений, относящихся к гидрогенизации угля, не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

П р и м е р 1. Гидрогенизации подвергают бурый уголь Березовского месторождения Канско-Ачинского бассейна, W^a 27,1 мас. A^d 4,3 мас. С^daf 65,9; H^daf 5,3; N^daf 0,6; S^daf 0,2. В качестве катализатора использовали концентрат флотации хвостов электромагнитной сепарации железных руд, включающий Fe 39,9% S 39,5% остальное Si, Al, O, Co, Ni, содержащий в качестве основной кристаллическую фазу пирита (FeS₂). Опыт проводят в лабораторном вращающемся автоклаве емкостью 0,25 л. Элементарную серу и катализатор предварительно подвергают механо-химической обработке в мельнице-активаторе центробежно-планетарного типа (АГО-2), из расчета 0,40 г катализатора (5,0 мас. к массе сухого угля) и 0,32 г серы (4,0 мас. к массе сухого угля). Обработку осуществляют следующим образом: в барабан активатора емкостью 0,15 л загружают 8,8 г рудного катализатора, 7,0 г элементарной серы, 110 г стальных шаров диаметром 8 мм, до полного заполнения барабана добавляют 80 мм (мл) дистиллированной воды и 0,32 г гидроксида натрия (0,1 М раствор), после чего его закрывают и производят обработку в течение 30 мин при скорости вращения барабана 1820 об/мин. В этих условиях центробежное ускорение, развиваемое мелющими телами составляет 600 м х с^-1. Из полученной пульпы отбирают 4,4 г и тщательно смешивают с 10,2 г (из расчета 8,0 г сухого угля) сырого измельченного угля. Смесь высушивают при 100-105^оС и добавляют ее в автоклав к 12 г технического пастообразователя для приготовления углемасляной пасты с последующим перемешиванием смеси вращением автоклава. В качестве технического пастообразователя используют смесь 30% гидрированной фракции жидких угольных продуктов, выкипающих от 300 до 400^оС и 70% фракции жидких угольных продуктов, выкипающих выше 400^оС. Автоклав закрывают, подают водород до давления 5,0 МПа. При непрерывном вращении автоклав нагревают, по достижении 430^оС выдерживают при этой температуре в течение 60 мин. Затем автоклав охлаждают, твердый продукт отфильтровывают и далее экстрагируют бензолом в аппарате Сокслетта. Степень конверсии угля, определенная по убыли ОМУ после экстракции бензолом, составляет 93% П р и м е р ы 2-7. Влияние интенсивности и продолжительности совместной механо-химической обработки катализатора и элементарной серы на глубину конверсии угля приведено в табл.1. Условия и результаты опытов представлены в таблице. Степень конверсии угля растет с увеличением центробежного ускорения до 1000 м х с^-1 и времени совместной механо-химической обработки серы и катализатора до 30 мин, дальнейшее увеличение этих параметров не приводит к существенному изменению конверсии угля.

П р и м е р 8. Осуществлен в условиях прототипа, результаты приведены в табл.2.

П р и м е р 9. Осуществлен без катализатора.

П р и м е р ы 10-13. Влияние концентрации NaOH в водном растворе на степень конверсии угля представлено в примерах 10-13. Необходимое количество NaOH добавляют к смеси катализатора с элементарной серой непосредственно перед активированием. Механо-химическую обработку катализатора и элементарной серы и введение катализатора в углемасляную пасту проводят аналогично примеру 1. Степень конверсии угля достигает максимальных значений 93-94 мас. при концентрации NaOH в растворе 0,1-0,5 г ˙ моль/л.

П р и м е р 14. В опыте 14 механо-химическую обработку катализатора и элементарной серы проводят аналогично примеру 1. После механообработки из полученной пульпы отбирают 4,4 г, высушивают при температуре 100-105^оС до постоянной массы и смешивают с 8,0 г предварительно высушенного до влажности 1% угля. Смесь сухого угля с катализатором и серой добавляют в автоклав к 12 г технического пастообразователя и в дальнейшем проводят опыт по методике, описанной в примере 1. Степень конверсии угля составляет 78 мас. что на 15 мас. ниже, чем при добавлении катализатора и серы в виде пульпы к сырому углю с последующим высушиванием смеси перед приготовлением углемасляной пасты.

П р и м е р ы 15-21. Влияние количества добавляемой серы на степень превращения угля приведено в табл.3. Опыты проводят по методике из примера 1. Значительный рост конверсии угля получен при увеличении количества добавляемого катализатора до 3-5 мас. предварительно подвернутого механо-химической обработке совместно с элементарной серой, взятой в количестве 2-5 мас. на уголь. Степень конверсии ОМУ в этом случае составляет 90-93 мас.

В сравнении с прототипом совместная механо-химическая обработка серы и железосодержащего катализатора в водном растворе NaOH и введение катализатора и серы в виде пульпы к сырому углю с последующим высушиванием смеси увеличивает степень конверсии угля на 24-28 мас. Кроме того, использование в качестве каталитических добавок концентрата, выделенного методом флотации из хвостов электромагнитной сепарации железных руд, позволяет утилизировать отходы переработки железных руд.

Формула изобретения

СПОСОБ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ путем приготовления углемасляной пасты из угля и пастообразователя, нагрева последней в присутствии катализатора на основе железных руд при повышенном давлении в среде водорода с последующим выделением целевых продуктов, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют концентрат флотации хвостов электромагнитной сепарации железных руд в смеси с элементарной серой, взятой в количестве 2,0-5,0% от массы угля, предварительно подвергнутый механохимической обработке в водном растворе гидроокиси натрия с концентрацией 0,1-0,5 м/л, при центробежном ускорении 600-1000 м·с^-1 с последующим дополнительным смешением полученной пульпы с углем, высушиванием и добавлением к пастообразователю при приготовлении углемасляной пасты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2