Использование жидких отходов нефтепереработки для обогащения высокозольного угольного шлама

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 622. 648. 24

С.А. Семенова, Ю.Ф.Патраков

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖИДКИХ ОТХОДОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ВЫСОКОЗОЛЬНОГО УГОЛЬНОГО ШЛАМА

Современные способы добычи и первичной переработки углей (сортировка, обогащение) связаны с ростом количества мелких угольных фракций (отсевов, шламов), отличающихся повышенной влажностью и содержанием минеральных примесей. Увеличение мелочи в добываемом угле породило проблемы, связанные с отсутствием подходящего оборудования и технологий для обогащения, трудностями обезвоживания, сушки, транспортировки, хранения и складирования. Обзор существующих методов обогащения тонкодисперсных частиц показал эффективность масляной агломерации угольной мелочи [1-3].

Совместная переработка низкосортных углей с жидкими отходами нефтяной промышленности может позволить, во-первых, улучшить качество угольной продукции без увеличения потерь горной массы и, во-вторых, решить проблему утилизации отходов нефтепереработки. Получаемый таким образом углемасляный продукт может добавляться как к сортовому углю, так и использоваться в качестве органоводоугольных суспензий.

Качество углеобогащения в значительной степени определяется петрографическим составом угля. Из всех ингредиентов (витрен, кларен, дюрен, фю-зен) наибольшей дисперсностью вкраплений минеральных компонентов обладает дюрен [4]. Как правило, угли дюренового типа относятся к высокоминерализованным и, следовательно,

являются труднообогатимыми. бавок различных жидких проЦелью данного исследова- дуктов и отходов нефтеперера-

ния было испытать влияние до- ботки на флотируемость высо-

Таблица1

Технические характеристики исходного шлама

Вид анализа Наименование показателя Значе- ние пока- зателя

Технический Влага рабочая Wtг 17,0

анализ, % Влага аналитическая Wa 1,4

Выход летучих веществ У*1 25,2

Зольность А* 37,0

Теплота сгорания высшая , МДж/кг 37,70

ккал/кг 9010

низшая р1г , МДж/кг 17,20

ккал/кг 4110

Элементный Углерод С*11 87,1

состав, % Водород Н*1 4,6

Кислород О*1 6,0

Азот 2,0

Сера 0,3

Петрографиче- Витринит V: 37,8

ский состав, % Семивитринит Яу 27,8

ИнертинитI 34,4

Показатель отражения витринита Я0 1,37

Химический Я1О2 46,5

состав золы, % АЪОэ 16,0

РС2Оз 14,0

СаО 6,8

МяО 2.0

Т1О2 0,4

МпО2 2,0

ЯОз 10,0

Р2О5 0,6

Таблица 2

Гранулометрический состав и зольность фракций исходного шлама

Класс угля, мкм Содержание в шламе, % Зольность фракции Ла, %

200-500 32,4 33,5

125-200 8,1 34,2

63-125 18,9 34,2

0-63 40,6 37,1

Химическая технология

77

козольного шлама с тонкодисперсным распределением минеральных компонентов.

Объектом исследования был шлам марки КС гидрошахты Красногорская Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузнецкого бассейна. Характеристика исходного шлама приведена в табл. 1.

В качестве собирателей-пенообразователей угольной составляющей использовали отработанное моторное масло, легкую фракцию прямогонного бензина, а также остаток перегонки нефти Талаканского месторождения (Якутия).

На эффективность масляной агрегации мелких частиц угля испытывали влияние расхода

реагентов, способов их подачи (совместной или раздельной), а также продолжительность перемешивания пульпы. Концентрацию шлама варьировали от 5 до 20 % твердого, расход углеводородного связующего - от 10 до 40 % от количества твердого, время перемешивания - от 5 до 15 мин. Число оборотов мешалки было постоянным и составляло 1000 об/мин.

Различные способы обогащения оценивали по индексу эффективности [2]

А

Ак

где у - выход концентрата, %; Ахв - зольность хвостов; Ак -зольность концентрата.

Результаты гранулометри-

Результаты масляной агломерации

ческого анализа (табл. 2) показали, что в шламе преобладают частицы размером менее 63 мкм. При этом зольность фракций закономерно увеличивалась с уменьшением крупности частиц. Достаточно высокая зольность (зз,5 %) более крупных классов свидетельствует о том, что минеральные компоненты находятся в угле в сростках с органическим веществом в виде органоминеральных комплексов. Поэтому для более четкого разделения минеральной и органической частей флотации подвергали фракцию с наименьшим диаметром угольных частиц. Результаты обогащения представлены в табл. з.

При использовании в каче-

Таблица з

Реагент- собиратель Особен- ности подачи реагентов Способ обогащения Выход концентрата, % Зольность концентрата Л1, % Золь- ность хвостов, Л1, % Индекс эффек- тивно- сти

Отработанное моторное масло Уголь + масло + вода 20 % твердого; 20 % масла от тв.; перемешивание 5 мин 5,1 19,7 29,8 7,7

То же Вода + масло + уголь 10 % твердого; 15 % масла от тв.; перемешивание 5 мин 9,8 14,9 29,9 19,7

Легкая фракция прямогонного бензина Вода + уголь + масло 10 % твердого; 20 % масла от тв.; перемешивание 15 мин 3,8 11,5 34,5 11,4

То же Вода + масло + уголь 5 % твердого; 40 % масла от тв.; перемешивание 5 мин 7,9 20,2 35,6 13,9

То же Уголь + масло + вода 20 % твердого; 20 % масла от тв.; перемешивание 5 мин 9,3 15,4 38,5 23,3

Остаток перегонки нефти Вода + масло + уголь 20 % твердого; 20 % масла от тв.; перемешивание 5 мин 4,2 21,4 35,0 6,8

То же Вода + масло + бутанол + уголь 10 % твердого; 10 % масла от тв.; 20 % бу-танола от тв.; перемешивание 5 мин 10,5 14,5 34,5 25,0

Таблица 4

Характеристика углемасляного концентрата

Элементный состав, % на daf Зольность Л11, % Выход летучих веществ у", % Теплота сгорания

С Н (О+М+Я) Высшая р,1аі Низшая Р1г

МДж/кг ккал/кг МДж/кг ккал/кг

86,6 6,4 7,0 14,9 42,3 8830 36,95 6280 26,30

стве собирателя отработанного моторного масла наиболее эффективным способом обогащения оказалось введение угольной мелочи в водомасляную эмульсию. Зольность концентрата при этом снизилась до 14,9 %. Коэффициент эффективности обогащения составил 19,7 %. Зольность потонувшей фракции также несколько понизилась по сравнению с исходным шламом, что может быть связано с незначительным об-масливанием наиболее минерализованных частиц угля. В результате агломерации низшая теплота сгорания углемасляного концентрата возросла более чем на 50 % (табл. 4).

В опытах с прямогонным бензином наилучшие результаты были достигнуты при времени перемешивания 5 мин на пульпе, содержащей 20 % твердого с соотношением масло : уголь - 1 : 5. Зольность концентрата составила 15 %. Коэффициент эффективности обогащения - 2з,з. Особенностью обогащения в данном случае являлось то, что уголь предварительно смачивался углеводородной жидкостью, а затем углемасляная смесь разбавлялась водой. Увеличение времени перемешивания пульпы, а также введение реагента-собирателя непосредственно в водоуголь-

ную суспензию не способствовало увеличению выхода фло-токонцентрата (табл. 3). Понижение концентрации угольных частиц в пульпе с 20 до 5 % также привело к снижению качества углемасляных гранул.

Наименьшей флотационной активностью при прочих равных условиях обладал остаток перегонки нефти (е = 6,8), низкие флотационные качества которого могут быть обусловлены высокой вязкостью, затрудняющей образование устойчивой водомасляной эмульсии. Добавка к остатку бутилового спирта, обладающего высокой полярностью, показала наилучшие результаты разделения органической и минеральной составляющих (е = 25,0).

Помимо бутилового спирта согласно [1-3] хорошими пенообразующими свойствами могут обладать также кубовые остатки производства других технических спиртов (амилового, цик-логексанола, этиленгликоля и т.д.). Следовательно, они могут быть вовлечены в процессы обогащения в качестве дополнительного резерва к ресурсам нефтеперерабатывающих предприятий.

Для всех используемых нефтепродуктов выход флото-концентрата возрастал с увеличением подачи в пульпу жидко-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

го углеводородного сырья. Достаточно низкий выход всплывших фракций и зольность хвостов объясняются особенностями дюренового литотипного состава угля, минеральная составляющая которого связана с органической частью силами химического взаимодействия.

ВЫВОДЫ

1. Вовлечение в процессы углеобогащения труднообога-тимых низкосортных углей требует применения их предварительного ультратонкого измельчения с целью более эффективного разделения неорганической и органической составляющих.

2. Агломерация угольного шлама отходами нефтеперерабатывающей промышленности может способствовать получению высококалорийного углемасляного топлива, а также решению проблем, связанных с утилизацией жидких отходов нефтепереработки.

3. Для обогащения высокозольных и труднообогатимых шламов аполярные углеводородные флотореагенты рекомендуется сочетать с отходами производства технических спиртов.

1. Бабенко С. А., Семакина О.К., Миронов В.М., Чернов А.Е. Гранулирование дисперсных материалов в жидких средах. - Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2003. - 131 с.

2. Шубов Л.Я., Иванков С.И., Щеглова Н.К. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья. Кн. 2. - М.: Недра, 1990. - 263 с.

3. Губайдулин Ш.Ш., Баранов Л.А., Станкевич Ф.М. // Обогащение и использование угля. Научные труды. Вып. У. - М.: Недра, 1970. С. 230-242.

4. Еремин И.В., Лебедев В.В., Цикарев Д. А. Пе5трография и физические свойства угля. М.: Недра, 1980. - 263 с.

Авторы статьи:

Семенова Светлана Александровна

- канд. хим. наук, доц. каф. химической технологии твердого топлива и экологии

Патраков Юрий Федоровия

- канд.хим.наук, зав. лаб. химии и химической технологии углей ()Ин-ститут угля и углехимии СО РАН