СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА ИЗ УГЛЯ
METHOD OF PRODUCING HYDROCARBON FUEL FROM COAL

Изобретение относится к области переработки каменного угля путем его ожижения в органических растворителях.
Известен способ ожижения бурых углей, включающий измельчение угля до крупности 0,2-0,1 мм, смешивание с водой в соотношении уголь/вода 30-60 мас. %, механоактивацию в гидродинамическом кавитационном аппарате, последующее отделение воды путем центрифугирования и осушения и дальнейшее термическое сжижение в органическом растворителе при температуре 380°С с поддержанием этой температуры в течение часа, экстракция толуолом в аппарате Сокслета (RU №2280673, МПК C10G 1/06, опубл. 27.07.2006).
Недостатками указанного способа являются низкая степень конверсии угля, малый выход легкокипящих фракций, нагревание до температуры 300-400°С и ее поддержание в течение определенного времени.
Известен способ ожижения каменного угля, согласно которому измельчение, активацию и дальнейшее сжижение угля осуществляют одновременно в реакторе импульсным электрическим разрядом в присутствии воды не менее 5 мас. % от угля. Полученную смесь разделяют на ожиженный уголь и нерастворенный уголь, который возвращают на обработку импульсным электрическим разрядом. При этом соотношение уголь/органический растворитель не превышает 1:2 (RU №2391381, МПК C10G 1/04, C10G 1/06, опубл. 10.06.2010).
Недостатками известного способа являются: большая доля органического растворителя по отношению к перерабатываемому углю - две части органического растворителя на одну часть угля; в способе не обеспечивается однородность угольно мазутной массы, смешиваемой в загрузочном блоке и предаваемой дозированно шнековым устройством в блок электроимпульсного измельчения, что приводит к повторной электроимпульсной обработке нерастворенных частиц угля; горизонтальная конструкция стального электроимпульсного реактора не обеспечивает полноты проработки и сжижения угольно мазутной массы.
Известен также способ деструкции органической массы угля и технологическая линия для его осуществления. Способ включает предварительное мокрое измельчение исходного угля до кл. 0 - 1(3) мм, смешение полученной водоугольной суспензии с масляным агентом, с образованием углемасляного гранулята, плотность частиц которого меньше плотности жидкой фазы-воды, разделение углемасляного гранулята от породы, смешивание углемасляного гранулята с органическим растворителем, передачу органоугольной суспензии в узел экстремальных физических воздействий, для осуществления гидродинамической, ультразвуковой кавитации и электромагнитного воздействия (RU №2678591, МПК C10G 1/00, C10G 15/08, С10В 47/00, опубл. 30.01.2019).
Недостатками известного способа является высокая энергоемкость технологического процесса, а также невозможность осуществления непрерывного технологического процесса из-за экстремальных физических воздействий, которым подвергают органоугольную суспензию.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в упрощении технологии получения углеводородного топлива, снижении расхода органического растворителя, повышении выхода готового продукта.
3
3
Существующая техническая проблема решается тем, что в известном способе, включающем предварительное мокрое измельчение угля, смешение измельченного угля с органическим растворителем, воздействие на полученную смесь путем гидродинамической кавитации, согласно изобретению, мокрое измельчение угля осуществляют до получения водоугольной пасты с плотностью до 1,3 кг/м, которую затем перекачивают в емкость для смешивания с органическим растворителем и обрабатывают с помощью кавитационного гидроударного диспергатора, осуществляя гидроизмельчение угля до 0,003-0,01 мм и гомогенизацию водоугольной пасты и органического растворителя, процесс контролируют отбором проб и при достижении плотности полученной гомогенной пасты 0,99-1,1 г/см ее направляют в накопительную емкость, а затем подают в верхнюю часть наклонного реактора для электроимпульсной обработки, после которой, полученный продукт через нижнюю часть реактора направляют в накопительную емкость готового продукта для отстаивания. Мокрое измельчение угля осуществляют на дезинтеграторе мокрого помола до получения стабильных частиц размером 0,1-0,3 мм при дозированной подаче воды в количестве 600-750 л на тонну угля. Органический растворитель для смешивания с водоугольной пастой берут в количестве 250-400 л на тонну перерабатываемого угля. В качестве органического растворителя используют отработанное масло. Для создания непрерывного процесса получения углеводородного топлива из угля и его возобновления, в качестве органического растворителя используют полученное углеводородное топливо в количестве 250-400 л на тонну перерабатываемого угля.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в упрощении технологического процесса получения углеводородного топлива, повышении выхода годного продукта, сокращении расхода органического растворителя и получении углеводородного топлива по плотности соответствующего средней и тяжелой природной нефти.
3
3
Осуществление мокрого помола угля на дезинтеграторе мокрого помола позволяет получить стабильные частицы угля размером от 0,1 до 0,3 мм с получением водоугольной пасты с плотностью до 1,3 кг/м, которая поступает в кавитационный гидроударный диспергатор (КАГУД), обеспечивающий еще более тонкое измельчение угля до 0,003-0,01 мм, здесь же происходит смешение и гомогенизация (выравнивание концентрации) водоугольной пасты и органического растворителя. В режиме циркуляции через КАГУД при частоте вращения 3000 об/мин., обеспечивается максимальный доступ органического растворителя к частицам угля, в результате получают гомогенную пасту. Процесс циркуляции через КАГУД является термическим (гомогенная паста, проходя через него, нагревается). Процесс кавитационной обработки контролируется отбором проб. Гомогенная паста плотностью 0,99-1,1 г/см при температуре 70°С считается подготовленной для процесса электроимпульсной обработки (определено опытным путем). Подготовленная гомогенная паста насосом подается в верхнюю часть электроимпульсного реактора, где происходит локальное (точечное) воздействие электрического импульсного разряда. В импульсном электрическом разряде частицы угля обрабатываемой гомогенной пасты измельчаются до наноразмера. Летучие составляющие угля, электроны и водород, возникающие в электрическом импульсном разряде, поглощаются гомогенной пастой, а пластичная масса угля, насыщаясь водородом, переходит в жидкое (сжиженное) состояние.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где изображена технологическая схема установки для осуществления способа получения углеводородного топлива.
Установка содержит дезинтегратор мокрого помола 1, который трубопроводом соединен с емкостью 2 для перемешивания водоугольной пасты с органическим растворителем. Емкость 2 оборудована кавитационным гидроударным диспергатором 3, перекачивающим насосом 4, устройством для отбора проб 5 и трубопроводом соединена с накопительной емкостью 6. На емкости 6 установлен насос 7 для подачи гомогенной пасты в верхнюю часть наклонного реактора 8 электроимпульсной обработки. Электроимпульсную обработку обеспечивают источники высокоимпульсных разрядов, расположенных в модуле 9. Нижняя часть наклонного реактора 8 соединена с накопительными емкостями 10 для готовой продукции. Накопительные емкости 10 оборудованы товарным насосом 11 для подачи углеводородного топлива на дальнейшую его переработку в моторные топлива и масла, а также для перекачивания по материалопроводу 12 углеводородного топлива в емкость 2 для возобновления процесса.
Способ получения углеводородного топлива из угля осуществляется следующим образом.
3
3
Исходный уголь измельчается на дезинтеграторе мокрого помола 1 для получения стабильных частиц угля размером от 0,1 до 0,3 мм. При мокром помоле на одну тонну угля приходится от 600 до 750 литров воды, которая дозированно подается на размалываемый уголь через распылитель. Полученная водоугольная паста, плотностью до 1,3 кг/м (значение плотности водоугольной пасты подобрано опытным путем и является оптимальным, исходя из возможности осуществления перекачивания последней насосом), подается в емкость 2 для смешивания ее с органическим растворителем. На одну тонну перерабатываемого угля (в зависимости от его марки) добавляют от 250 до 400 литров органического растворителя. Кавитационный гидроударный диспергатор 3 (КАГУД) обеспечивает еще более тонкое измельчение угля до 0,003-0,01 мм, смешивает и гомогенизирует водоугольную пасту с органическим растворителем. В режиме циркуляции через КАГУД при частоте вращения 3000 об/мин, обеспечивается максимальный доступ органического растворителя к частицам угля, в результате чего получают гомогенную пасту. Процесс циркуляции через КАГУД является термическим (гомогенная паста, проходя через него, нагревается). Процесс кавитационной обработки контролируется отбором проб, для чего служит устройство для отбора проб 5. Гомогенная паста плотностью 0,99-1,1 г/см при температуре 70°С считается подготовленной для процесса электроимпульсной обработки (определено опытным путем). Подготовленную гомогенную пасту из емкости 2 насосом 4 подают в накопительную емкость 6, откуда насосом 7 направляют в верхнюю часть электроимпульсного реактора 8, где происходит локальное (точечное) воздействие электрического импульсного разряда. В импульсном электрическом разряде частицы угля обрабатываемой гомогенной пасты измельчаются до наноразмера. Летучие составляющие угля, электроны и водород, возникающие в электрическом импульсном разряде, поглощаются гомогенной пастой, а пластичная масса угля, насыщаясь водородом, переходит в жидкое (сжиженное) состояние и поступает в накопительные емкости 10 готового продукта, где происходит его отстаивание. Для возобновления процесса получения углеводородного топлива и осуществления его непрерывности, полученный готовый продукт перекачивается товарным насосом 11 в количестве 250-400 литров по материалопроводу 12 в емкость 2. Продукт после отстаивания также перекачивается на дальнейшую его переработку в моторные топлива и масла.
Пример конкретного выполнения
Получение углеводородного топлива из угля реализовано на опытно-промышленной установке, приведенной на прилагаемом чертеже.
Для выполнения работ использовался уголь марки ГЖО Талдинского месторождения Кузнецкого бассейна. Характеристики угля: Углерод - 82,93%; водород - 5,56%; общая влага - 8,8%; зольность - 7,6%; выход летучих - 30,8%; общая сера - 0,43%.
Всего в опытно-промышленном режиме было переработано 4 тонны угля (фракция 0-300), из которой: первая партия (2 тонны) была переработана с использованием отработанного масла, вторая партия (2 тонны) переработана с использованием полученного углеводородного топлива из первой партии.
Процесс переработки - первая партия.
3
3
В емкость для перемешивания 2 залили 600 кг отработанного масла. Мокрое измельчение угля осуществляли на дезинтеграторе мокрого помола 1, используя 1400 л (кг) воды. Уголь измельчали в присутствии воды до получения водоугольной пасты плотностью 1,3 кг/м и насосом подавали в емкость для перемешивания 2. Затем производили кавитационно-гидроударную обработку с помощью кавитационного гидроударного диспергатора 3, производя гидроизмельчение угля до 0,003-0,01 мм и осуществляя гомогенизацию водоугольной пасты с органическим растворителем. В процессе обработки через устройство для отбора проб 5, контролировалась плотность угольной гомогенной пасты. При достижении плотности угольной гомогенной пасты 0,99 г/см перекачивающим насосом 4 гомогенная паста подавалась в накопительную емкость 6. После чего насосом 7 гомогенная угольная паста подавалась на электроимпульсную обработку через верхнюю часть наклонного реактора 8 для обработки электроимпульсными разрядами с заданной частотой подачи. Время непрерывной подачи насосом 7 и электроимпульсной обработки всего объема составило 120 минут. Полученное углеводородное топливо из нижней части реактора поступало в накопительные емкости для готовой продукции 10 и отстаивалось в течение 12-14 часов. Полученный готовый продукт (углеводородное топливо) представляет собой легкоподвижную, горючую, маслянистую жидкость с органическим запахом, легче воды.
3
После отстаивания отбиралась лабораторная проба для определения фракционного состава. В нашем случае плотность углеводородного топлива из угля марки ГЖО составила 0,970 г/см.
После лабораторной перегонки, содержание фракций в углеводородном топливе составило:
3
Бензиновая фракция - 12% 0,740 г/см
3
Дизельная фракция - 36% 0,825 г/см
3
Низкотемпературные масла - 52% 0,855 г/см
Процесс переработки - вторая партия (рецикл).
3
3
В емкость для перемешивания 2 по материалопроводу 12, товарным насосом 11 подавали углеводородное топливо в количестве 600 кг, полученного из первой партии. Мокрое измельчение угля осуществляли на дезинтеграторе мокрого помола 1, используя 1400 л (кг) воды. Уголь измельчали в присутствии воды до получения водоугольной пасты плотностью 1,3 кг/м и насосом подавали в емкость для перемешивания 2. Затем производили кавитационно-гидроударную обработку с помощью кавитационного гидроударного диспергатора 3, производя гидроизмельчение угля до 0,003-0,01 мм и осуществляя гомогенизацию водоугольной пасты и углеводородного топлива из первой партии. В процессе обработки через устройство для отбора проб 5, контролировалась плотность угольной гомогенной пасты. При достижении плотности угольной гомогенной пасты 1,0 г/см перекачивающим насосом 4 гомогенная паста подавалась в накопительную емкость 6. После чего насосом 7 гомогенная угольная паста подавалась на электроимпульсную обработку через верхнюю часть наклонного реактора 8 для обработки электроимпульсными разрядами с заданной частотой подачи. Время непрерывной подачи насосом 7 и электроимпульсной обработки всего объема составило 120 минут. Полученное углеводородное топливо из нижней части реактора поступало в накопительные емкости для готовой продукции 10 и отстаивалось в течение 12-14 часов. Полученный готовый продукт (углеводородное топливо) представляет собой легкоподвижную, горючую, маслянистую жидкость с органическим запахом, легче воды.
3
После отстаивания отбиралась лабораторная проба для определения фракционного состава. В нашем случае плотность углеводородного топлива из угля марки ГЖО с использованием, полученного в первом процессе углеводородного топлива составила 0,943 г/см.
После лабораторной перегонки, содержание фракций в углеводородном топливе составило:
3
Бензиновая фракция -17% 0,730 г/см
3
Дизельная фракция - 40% 0,820 г/см
3
Низкотемпературные масла - 43% 0,854 г/см
Использование в рецикле полученного углеводородного топлива, экономически целесообразно (отсутствие затрат на приобретение отработанного масла), а также обеспечивает стабильное качество получаемого продукта.