Способ прогнозирования гидрируемости углей в процессах прямого ожижения

Изобретение относится к способам прогнозирования гидрируемости углей. Описан способ прогнозирования гидрируемости углей в процессах прямого ожижения, включающий измерение относительного содержания алифатических структур в углях по отношению к ароматическим структурам, оцененных по данным ИК-спектров, определенному как отношение суммы оптических плотностей ИК-полос поглощения валентных С-Н-колебаний алкильных групп D2920+D2860 в диапазоне волновых чисел 2840-2860см-1 и 2960-2920 см-1 к оптической плотности ИК-полосы поглощения при 1600-1630 см-1, относящейся к валентным колебаниям С=С-связей ароматических колец D1600, то есть (D2920 + D2860)/D1600, причем, чем выше отношение (D2920 + D2860)/D1600 для конкретного угля, тем легче уголь гидрируется. Технический результат - расширение арсенала средств способов прогнозирования гидрируемости углей. 2 ил., 1 табл.

 

Способ относится к области переработки углей с различными параметрами их гидрируемости и может быть использован для экспресс – оценки пригодности углей в процессах получения из них жидких продуктов.

Известен способ «Модель химических структурных и композиционных выходов для прогнозирования продуктов термолиза углеводородов» (US 7344889 B2). Изобретение относится к прогнозированию состава углеводородных продуктов сложного углеродсодержащего материала при воздействии определенных временных и температурных условий. Представлены методы построения химической структурной модели сложного углеродсодержащего материала, молекулярные соединения химических структур с термическим и химическим механизмом, обновления химических структур во время кинетического моделирования для отражения продуктов химической реакции и удаления молекул из системы.

Недостатком является то, что этот способ прогнозирования не позволяет определить гидрируемость анализируемых углей.

Наиболее близким к заявленному является способ прогнозирования компонентов продукта реакции сжижения по резонансным спектрам угля и его аналогичных соединений (JP2001281181A). Целью настоящего изобретения является обеспечение способа прогнозирования компонентов продукта. На первом этапе подлежащий измерению уголь измельчают и сушат, а затем для измерения резонансного спектра используется аппарат ядерного магнитного резонанса solid 13C. На втором этапе полученный спектр разделяется на 24 пика с помощью программы анализа формы волны и получают отдельные интенсивности пиков, и эти данные анализируются для 9 углеродных групп. Затем получают интенсивность и половину ширины каждого из разделенных пиков. Здесь углерод, составляющий молекулу образца угля, представляет собой карбонильную группу, карбоксильную группу, ароматический углерод, связанный с атомом кислорода, ароматический углерод, связанный с атомом углерода, ароматический углерод, связанный с атомом водорода, ОН-группой или эфиром. На третьем этапе компоненты в продукте реакции сжижения угля и его аналогов прогнозируются на основе реляционного выражения, рассчитанного заранее с использованием эталонного образца. Выход, предсказанный вышеуказанным методом прогнозирования, сравнивается с данными о реакционной способности. Способ показывает корреляцию между каждым продуктом реакции сжижения и конкретной углеродной группой.

Недостатком данного способа прогнозирования является невозможность определения гидрируемости анализируемых углей, и анализ полученных данных возможен только для отдельных углеродных групп.

Техническим результатом заявляемого способа является расширение спектра прогнозирования путем введения дополнительного независимого параметра (D2920+D2860)/D1600, характеризующего гидрируемость углей.

Технический результат достигается тем, что включает измерение относительного содержания алифатических структур в углях по отношению к ароматическим структурам, оцененных по данным ИК-спектров, определенному как отношение суммы оптических плотностей ИК-полос поглощения валентных С-Н колебаний алкильных групп D2920+D2860 в диапазоне волновых чисел 2840-2860см-1 и 2960-2920 см-1 к оптической плотности ИК-полосы поглощения при 1600-1630 см-1, относящейся к валентным колебаниям С=С связей ароматических колец D1600, то есть (D2920 + D2860)/D1600 , причем, чем выше отношение (D2920 + D2860)/D1600 для конкретного угля, тем легче уголь гидрируется.

Изобретение поясняется таблицей 1 и рисунками 1 и 2. В таблице 1 представлены значения параметров гидрируемости и энергий активации пиролиза для исследуемых углей. На рисунке 1 изображены типичные фотоакустические инфракрасные спектры с Фурье-преобразованием (ИКФП-спектры) исходных кузбасских углей: (а) – плитчатый барзасский уголь («плитка»); (б) – выветренный плитчатый барзасский уголь («рогожка»); (в) – итатский бурый уголь; (г) – караканский длиннопламенный уголь. На рисунке 2 показаны корреляции выходов жидких продуктов (в пересчете на органическую массу угля – ОМУ) при термообработке кузбасских углей в среде H2 (T ~ 475°C; PH2 ~ 7–9 МПа; t ~ 20 мин): (а) – 1 – с выходами летучих веществ; 2 – с атомными отношениями H/C в этих углях; (б) – 1 – с относительными максимальными скоростями пиролиза кузбасских углей в интервале 300–500°C; 2 – с отношениями оптических плотностей ИК-полос поглощения алифатических и ароматических структур [(D2920+D2860)/D1600] в этих материалах.

Способ осуществляется следующим образом.

Характеристиками гидрируемости углей служат соотношение в нем водорода и углерода (атомное отношение H/C) и значения выхода летучих веществ (Vdaf) в сжижаемом твердом топливе и величина относительной максимальной скорости пиролиза углей, т.е. скорости максимальной потери их массы на 1 г угля в инертной среде в интервале 300–500°C [(1/mo)dm/dT], определяемая с применением метода термического анализа, которые позволяют определить температурные интервалы и последовательность стадий термического разложения углей, оценить прочность в них химических связей.

Процесс термической обработки углей в температурном интервале ~ 300–500°C (область температур с максимальными выходами жидких продуктов) связан в основном с термораспадом алифатических структур в углях. Поскольку алифатические структуры легко идентифицируются в ИК-спектрах поглощения углей (в виде полос поглощения валентных колебаний CH3- и CH2-групп в диапазонах волновых чисел 2840–2860 см–1 и 2960–2920 см–1), то относительное содержание этих структур в исследуемых углях, оцениваемое по данным ИК-спектров, может служить дополнительным независимым параметром, характеризующим гидрируемость углей, наряду со значениями относительных максимальных скоростей пиролиза этих углей в интервале 300–500°C. В частности, удобным параметром для такой оценки может быть отношение суммы оптических плотностей ИК-полос поглощения валентных C–H-колебаний алкильных групп (D2920 + D2860) к оптической плотности ИК-полосы поглощения при ~1600–1630 см–1, относящейся к валентным колебаниям C = C-связей ароматических колец (D1600), т.е. отношение (D2920 + D2860)/D1600, которое по своему физическому смыслу отражает соотношение алифатических и ароматических структур в исследуемых углях, представленных на рисунке 1.

Чем выше отношение (D2920 + D2860)/D1600 для данного конкретного угля, тем больше в этом угле алифатических структур по сравнению с ароматическими и тем выше атомное отношение H/C, поскольку алифатические структуры содержат больше водорода, чем ароматические. Вследствие этого становится понятным, почему параметры (D2920 + D2860)/D1600 и H/C хорошо коррелируют с выходами жидких продуктов (рис. 2), поскольку известно, что угли, содержащие большее количество водорода и алифатических структур, значительно легче гидрируются и дают больший выход жидких продуктов при термообработке в водородной среде и/или в присутствии водорододонорного растворителя.

С целью проверки этого предположения были записаны ИКФП-спектры исследуемых углей (рис. 1). Основные группы полос ИК-поглощения кузбасских углей, а именно караканский длиннопламенный уголь, итатский бурый уголь, барзасский сапромиксит «плитка» и «рогожка», связанные с валентными колебаниями C–H- и C–C-связей алифатических и ароматических структур, проявляются в следующих частотных диапазонах: 3080–3020 см–1 (валентные колебания ароматических C–H-групп); 2960–2920 см–1 с максимумом около 2947 см–1 (валентные колебания метиленовых C–H-связей CH2-групп и асимметричные валентные колебания C–H-связей СН3-групп); 2880–2840 см–1 (симметричные валентные колебания групп СН3); интенсивная полоса поглощения при ~ 1600 см–1 (валентные колебания ароматических групп С=С), частично перекрывающиеся с полосой поглощения деформационных (ножничных) колебаний воды (δH–O–H), проявляющейся в области 1650–1630 см–1; группа полос поглощения в диапазоне 700–900 см–1, которые связаны с внеплоскостными колебаниями связей C–H ароматических колец.

Рассчитанные значения отношений (D2920 + D2860)/D1600 для исследуемых углей возрастали в том же порядке, что и величины относительных скоростей пиролиза этих углей в интервале 300–550°C [(1/mo)dm/dT]. Данные по выходам продуктов термических превращений низкометаморфизованных углей Кузбасса, полученные в среде водорода, а также аналогичные показатели для двух исследуемых форм барзасского угля («плитка» и «рогожка») в различных средах показывают, что наибольший выход жидких продуктов - мальтенов и асфальтенов среди исследуемых твердых топлив наблюдался для двух форм барзасского угля. Количество жидких продуктов, образующихся в процессе превращений итатского и караканского углей при выбранных условиях гидроконверсии, было крайне незначительным (<1 мас. %), а основными продуктами термопревращений этих материалов были преимущественно газообразные соединения.

Проведено сопоставление значений выходов жидких продуктов - мальтенов и асфальтенов, полученных при термообработке исследуемых кузбасских углей в среде водорода, как с известными параметрами их гидрируемости [атомными отношениями H/C и выходами летучих веществ (Vdaf)], так и c величинами {[(1/mo)dm/dT] и (D2920 + D2860)/D1600}, рассчитанными для данных материалов по результатам настоящего исследования.

Анализ полученных данных показывает, что наиболее приемлемые корреляции наблюдаются у выходов жидких продуктов, полученных при термообработке низкометаморфизованных кузбасских углей, с относительными максимальными скоростями пиролиза данных углей в интервале температур 300–500°C (коэффициент корреляции R = 0,9673) и, особенно, с отношениями оптических плотностей ИК-полос поглощения алифатических и ароматических структур (R = 0,9792) в этих исходных материалах (рис. 2, б). Несколько менее удовлетворительные линейные зависимости отмечаются между выходами жидких продуктов и значениями атомных отношений H/C кузбасских углей (R = 0,9088), а наименее приемлемая корреляция наблюдалась между выходами «угольных жидкостей» и выходами летучих веществ (R = 0,5124) в исследуемых углях (рис. 2, а). Неудовлетворительная корреляционная зависимость в случае использования в качестве параметра гидрируемости углей выхода летучих веществ (Vdaf), вероятно, объясняется тем фактом, что, помимо жидких продуктов, значительный вклад в значения Vdaf дают также различные газообразные продукты, которые образуются в ходе проведения стандартного анализа определения данного показателя.

Таким образом, рассмотренные параметры [(1/mo)dm/dT] и [(D2920 + D2860)/D1600] наряду со значениями атомных отношений H/C для исследуемых углей могут быть использованы для экспресс - оценки возможности применения низкометаморфизованных углей в качестве сырья для процессов гидрирования и ожижения, а также для характеристики реакционной способности этих твердых топлив.

Способ прогнозирования гидрируемости углей в процессах прямого ожижения, включающий измерение относительного содержания алифатических структур в углях по отношению к ароматическим структурам, оцененных по данным ИК-спектров, определенному как отношение суммы оптических плотностей ИК-полос поглощения валентных С-Н-колебаний алкильных групп D2920+D2860 в диапазоне волновых чисел 2840-2860см-1 и 2960-2920 см-1 к оптической плотности ИК-полосы поглощения при 1600-1630 см-1, относящейся к валентным колебаниям С=С-связей ароматических колец D1600, то есть (D2920 + D2860)/D1600, причем, чем выше отношение (D2920 + D2860)/D1600 для конкретного угля, тем легче уголь гидрируется.



 

Похожие патенты:

Использование: для экспресс-анализа ингибирования живых белковых молекул. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют ЯМР-спектроскопию живых молекул, при этом одновременно с ЯМР-спектроскопией живых белковых молекул ведут их радиационное облучение, сравнивают скорость выхода химической реакции с контрольным образцом и по результатам измерений получают информацию о влиянии поглощенной дозы радиации на скорость протекания биохимической реакции.

Использование: для обнаружения сигналов ядерного квадрупольного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что устройство обнаружения сигналов ядерного квадрупольного резонанса содержит генератор качающей частоты, усилитель мощности и согласующее устройство, формирователь импульсов частотных, формирователь импульсов временных, формирователь информации приемной системы, блок фильтров, блок анализа спектра ядерного квадрупольного резонанса излучения, блок исследования спектра ядерного квадрупольного резонанса излучения, при этом дополнительно введены блок выбора режима работы, многочастотная синфазная приемная антенная система с приемом нормально и параллельно поляризованных электромагнитных волн, многочастотная синфазная передающая антенная система с излучением нормально поляризованной электромагнитной волной, причем вышеуказанные конструктивные элементы определенным образом взаимосвязаны друг с другом.

Группа изобретений относится к медицине и фармацевтике и может быть использована для контроля качества субстанций или различных лекарственных форм габапентина путем идентификации его примеси А с последующим ее количественным определением. Способ определения примеси А в субстанциях габапентина спектроскопией ядерного магнитного резонанса на протонах (1Н ЯМР), где примесь А представляет собой 2-азаспиро[4,5]декан-3-он, характеризуется тем, что субстанцию габапентина растворяют в дейтерированной воде (D2O) и диметилсульфоксиде (ДМСО) при интенсивном встряхивании до полного ее растворения, идентифицируют характеристические сигналы габапентина и его примеси А путем регистрации спектра 1Н на ЯМР спектрометре с рабочей частотой по протонам не менее 400 МГц при температуре 300 К, калибруют шкалы химических сдвигов 1H под сигнал метильной группы ДМСО δ=2,71 м.д.

Группа изобретений относится к медицине и фармацевтике и может быть использована для контроля качества субстанций или различных лекарственных форм габапентина путем идентификации его примеси А с последующим ее количественным определением. Способ определения примеси А в субстанциях габапентина спектроскопией ядерного магнитного резонанса на протонах (1Н ЯМР), где примесь А представляет собой 2-азаспиро[4,5]декан-3-он, характеризуется тем, что субстанцию габапентина растворяют в дейтерированной воде (D2O) и диметилсульфоксиде (ДМСО) при интенсивном встряхивании до полного ее растворения, идентифицируют характеристические сигналы габапентина и его примеси А путем регистрации спектра 1Н на ЯМР спектрометре с рабочей частотой по протонам не менее 400 МГц при температуре 300 К, калибруют шкалы химических сдвигов 1H под сигнал метильной группы ДМСО δ=2,71 м.д.

Использование: для исследования скважинного флюида. Сущность изобретения заключается в том, что устройство скважинной лаборатории для исследования скважинного флюида, содержит корпус, выполненный с возможностью перемещения в скважине; магнитный блок, выполненный с возможностью исследования магнитно-резонансных характеристик скважинного флюида; оптический блок, выполненный с возможностью исследования оптических характеристик скважинного флюида; модуль прокачки, выполненный с возможностью прокачивать пластовый флюид через магнитный блок, оптический блок, диэлектрический блок; модуль хранения, выполненный с возможностью хранения пробы пластового флюида; модуль электроники, выполненный с возможностью управления по меньшей мере модулем прокачки и модулем хранения, обработки данных измерений магнитного блока, оптического блока, диэлектрического блока, характеризующийся тем, что устройство дополнительно содержит диэлектрический блок, выполненный с возможностью исследования диэлектрических характеристик пластового флюида, модуль электроники выполнен с возможностью направления пластового флюида к модулю хранения при условии выявления репрезентативной пробы пластового флюида первоначально с помощью оптического блока, а затем с помощью диэлектрического блока и магнитного блока.

Использование: для определения кислотного числа жидкого лецитина. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют отбор пробы лецитина, последовательное смешивание пробы лецитина с четыреххлористым углеродом и водным раствором гидроксида натрия концентрацией 0,9-1,1 моль/дм3 с получением смеси, помещение полученной смеси в датчик импульсного ЯМР-анализатора, измерение амплитуды сигналов ядерно-магнитной релаксации протонов образовавшегося мыла (Ам) и вычисление значения кислотного числа по уравнению, при этом смешивание пробы лецитина с четыреххлористым углеродом осуществляют при соотношении по массе лецитин/четыреххлористый углерод, равном (1:6)÷(1:6,5), а смешивание водного раствора гидроксида натрия осуществляют в течение 30-40 секунд при соотношении по массе лецитин/водный раствор гидроксида натрия, равном (1:1,2)÷(1:1,3), при этом для вычисления значения кислотного числа используют уравнение: К.ч.=3,6567+0,8233⋅Ам.

Использование: для передающей или приемной антенны летательного аппарата в дециметровом диапазоне длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что устройство обнаружения сигналов ядерного квадрупольного резонанса содержит генератор качающей частоты, усилитель мощности и согласующее устройство, формирователь импульсов частотных, формирователь импульсов временных, формирователь информации приемной системы, блок фильтров, блок анализа спектра ядерного квадрупольного резонанса излучения, блок исследования спектра ядерного квадрупольного резонанса излучения, при этом дополнительно введены многочастотная синфазная приемная антенная система с приемом нормально и параллельно поляризованных электромагнитных волн, многочастотная синфазная передающая антенная система с излучением нормально поляризованной электромагнитной волной, при этом выход генератора качающей частоты соединен с входом усилителя мощности параллельно через формирователь импульсов частотных, через первый включатель Вк.1, а также через формирователь временных импульсов, через второй включатель Вк.2; выход усилителя мощности соединен параллельно с входом согласующего устройства передающей системы и через n1 вход с формирователем информации приемной системы; n выходов согласующего устройства передающей системы соединены с каждым из n в системе излучателей 7 через клемму «ж», начиная с 71 до 7N; n входов формирователя информации приемной системы соединены с N синфазными линейками 6, например n входов формирователя информации соединены с первой синфазной приемной линейкой от первой антенны 611 до n 61N; выход формирователя информации приемной системы соединен с блоком исследования спектра излучения сигналов ядерного квадрупольного резонанса через блок фильтров и через блок анализа спектра излучения сигналов ядерного квадрупольного резонанса; излучающая часть устройства обнаружения излучателей ядерного квадрупольного резонанса излучения размещена между двумя экранирующими плоскостями, выполненными в виде усеченных цилиндрических плоскостей.

Использование: для определения сравнительных свойств объекта, содержащего целлюлозу. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе проведения исследований для пробоподготовки изымают образцы поверхностного слоя целлюлозосодержащего материала объекта исследований на участках с покрытием и на участках без покрытия в виде дисков диаметром в диапазоне 0,3-0,55 мм и толщиной не менее 0,03 мм с помощью инструмента пробойника, имеющего внешний диаметр не более 0,6 мм, затем из каждого полученного образца целлюлозосодержащего материала под микроскопом извлекают образец целлюлозы, каждый образец целлюлозы размещают в отдельном контейнере (чистой пробирке) и помещают в импульсный ЯМР спектрометр, на основе данных которого производят определение усредненных индексов кристалличности в целлюлозе, изъятой на участках под покрытием, и в целлюлозе на участках, не имеющих покрытия, плотности протонов в целлюлозе на участках, не имеющих покрытия, и плотности протонов в целлюлозе на участках под покрытием, на основании которых вычисляют относительную величину изменений параметров целлюлозы по заданной формуле, причем указанные выше действия и расчеты производят для исследуемого объекта и объекта-эталона, либо объекта, с которым сравнивают первичный объект исследования, далее в процессе анализа определяют регрессионную зависимость параметров исследуемых объектов (линию регрессии) и вычисляют максимальное отклонение линий регрессии друг от друга.

Изобретение относится к определению свойств пластовых флюидов, одновременно находящихся в поровом пространстве образца горной породы. При осуществлении способа отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящихся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца.

Использование: для определения параметров полноразмерных кернов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения параметров полноразмерных кернов содержит корпус, представляющий собой несущий каркас; блок магнита и катушек, блок перемещения керна, блок электроники, прикрепленные к корпусу, при этом блок магнита и катушек выполнен в виде постоянного магнита по структуре Хальбаха с цилиндрическим зазором внутри него, причем в цилиндрическом зазоре постоянного магнита установлена градиентная катушка, образующая внутри своего корпуса цилиндрический зазор, причем в цилиндрическом зазоре градиентной катушки установлена радиочастотная катушка, образующая внутри своего корпуса цилиндрический зазор для прохождения сквозь него полноразмерного керна, блок электроники выполнен с возможностью управлять блоком перемещения керна так, чтобы обеспечивать перемещение керна сквозь блок магнита и катушек с заданной скоростью, и управлять блоком магнита и катушек так, чтобы формировать с помощью приемопередающей катушки и градиентной катушки сигнал ЯМР с заданными параметрами, принимать и обрабатывать отклик керна на это воздействие, определять параметры керна на основании отклика, причем градиентная катушка состоит из двух зеркально симметричных частей, каждая из которых представляет собой последовательное соединение двух полукруглых и четырех прямолинейных участков проводников, причем полукруглые участки проводников каждой части имеют радиус r, смещены друг относительно друга на расстояние 2*H и находятся в параллельных плоскостях, концы полукруглых участков соединены друг с другом посредством четырех прямолинейных участков проводников, проходящих через точку, находящуюся посередине между полукруглыми участками и удаленную от оси, соединяющей центры полукруглых участков, на расстояние R, причем части градиентной катушки соединены навстречу друг другу, отношение R/r равно по существу 12:7, а отношение H/R равно по существу 15:12.

Изобретение относится к реакторам синтеза активированного углеродного материала. Описан реактор для синтеза активированного углеродного материала, помещенный в печь, состоящий из цилиндрического корпуса и фланцевой крышки с газовым шлюзом, патрубком ввода инертного газа, патрубком ввода водяного пара, патрубком выхода газообразных продуктов реакции, корпус реактора имеет возможность осевого вращения, корпус имеет возможность изменять угол наклона в диапазоне 0-35°, внутри корпуса имеются винтовые продольные витки, расположенные от задней стенки реактора на 2/3 его длины с установленными на них поперечными лопастями, при этом высота витков от задней стенки к краю реактора плавно уменьшается в два раза и составляет минимально 1/10 от диаметра реактора, на витках расположены поперечные лопатки по высоте и толщине равные витку, с шагом, равным ширине двух витков, а патрубки подачи инертного газа и водяного пара выполнены перфорированными, длиной 2/3 от длины цилиндрического корпуса, при этом патрубок подачи инертного газа расположен ниже патрубка подвода водяного пара, на расстоянии 1/4 от диаметра реактора.
Наверх