EA019190B1

EA019190B1 - Способ ожижения горючих ископаемых

Info

Publication number: EA019190B1
Application number: EA201170614A
Authority: EA
Inventors: Чулуун Энхболд; Александр Бродт
Original assignee: Чулуун Энхболд
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2014-01-30
Also published as: US20110203164A1; WO2010049821A2; EA201170614A1; CN102203216A; WO2010049821A3; ZA201102667B

Abstract

Способ ожижения горючих ископаемых относится к технологии получения искусственного жидкого топлива и может найти применение при переработке любых видов ископаемого энергетического сырья на различные горючие жидкие продукты. Целью изобретения является обеспечение комплексности использования исходного энергетического сырья, повышение глубины его переработки, снижение энергоемкости производства искусственного жидкого топлива и ослабление вредного влияния технологического процесса на окружающую природную среду. Способ включает в себя размол исходного сырья, его гидрогенизацию в присутствии катализатора и отделение твердого неожиженного остатка от искусственной нефти. Однако размол исходного сырья ведут в две стадии в водном растворе минеральных солей, являющихся катализаторами гидрогенизации, насыщенном до промежуточной плотности между горючим ископаемым и пустой породой. При этом в ходе размола, сопровождаемого выделением в газовую фазу метана, каптируемого затем для его дальнейшего использования, происходит и отделение горючих минералов, всплывающих из зоны размола, от негорючих примесей. Суспензию легкого продукта первой стадии размола подогревают и направляют на вторую стадию размола. Выходящий из нее легкий продукт второй стадии размола отжимают от излишков жидкой фазы, смешивают с горячим пастообразователем, разводят органическим разбавителем, растирают до коллоидной степени крупности и направляют на гидрогенизацию, после которой оставшийся в неожиженном состоянии остаток промывают органическим растворителем, высушивают и смешивают с обезвоженным тяжелым продуктом первой стадии

Description

Изобретение относится к технологии получения искусственного жидкого топлива и может найти применение при переработке бурых и каменных углей, горючих сланцев и других сапропелитов, а также лигнитов, торфа, битуминозных и суббитоминозных углей и иных видов ископаемого энергетического сырья в синтетические нефтепродукты.

Известен способ ожижения угля в среде низших алифатических спиртов (см., например, авт.свид. СССР № 997441).

Для этого исходное сухое сырье измельчают, смешивают со спиртом, подогревают образовавшуюся суспензию до необходимой температуры и осуществляют ожижение угля под повышенным давлением с последующим отделением жидкой фазы от оставшегося в неожиженном состоянии твердого остатка.

Однако приведенный способ характеризуется относительно невысокой полнотой ожижения угля, а также значительным непроизводительным расходом спирта, что обусловлено заметной дегидратацией последнего в условиях высоких температур и повышенных давлений.

Наиболее близким к заявляемому, по своей технической сущности и достигаемому эффекту, является способ ожижения горючих ископаемых, включающий предварительный размол исходного энергетического сырья с последующим его смешением с пастообразователем, представляющим собой продукт нефтяного или угольного происхождения, разогревом приготовленной, таким образом, гомогенизированной пасты и гидрогенизацией входящего в состав перерабатываемого горючего ископаемого углистого вещества его взаимодействием с водородом под повышенным давлением и при высокой температуре в присутствии катализатора. Прореагировавшую смесь отделяют затем от оставшегося в твердом состоянии инертного остатка и полученную таким образом искусственную нефть разгоняют на составляющие ее фракции с получением из нее различных видов жидкого топлива и других нефтепродуктов.

В качестве катализаторов ожижения горючих ископаемых по указанному способу могут быть использованы различные окислы железа, никеля, кобальта, молибдена, алюминия, кремния, сульфиды натрия, никеля и железа с добавкой элементарной серы, равно как и всевозможные композиции на их основе, а также другие химические соединения (см. книгу: Гойхрах И.М., Пинягин Н.Б. Химия и технология искусственного жидкого топлива. - М., Гостоптехиздат, 1950, с. 306-345).

Несмотря на достигаемую указанным способом более полную глубину переработки исходного ископаемого энергетического сырья, описанная технология не обеспечивает, тем не менее, комплексности его использования, поскольку в ходе сухого измельчения угля насыщавший его метан и другие газообразные горючие углеводороды, по мере обнажения все новой и новой твердой его поверхности, каждый раз выделяются в газовую фазу. Они необратимо теряются, улетучиваясь в атмосферу, и, к тому же, разрушают при этом стратосферный озон.

Кроме этого, полнота ожижения энергетического сырья указанным способом резко падает с ростом его зольности, что приводит к существенному перерасходу энергоресурсов на осуществление такого технологического процесса, и влечет за собой дополнительные энергозатраты, связанные с обработкой резко возрастающего в этом случае выхода со стадии гидрогенизации объема отвального шлама, пропитанного искусственной нефтью. Необходимость полного отделения последней от столь тонкодисперсной твердой фазы означает дополнительное снижение технико-экономической эффективности такого производства.

Целью изобретения является обеспечение комплексности использования исходного энергетического сырья, повышение глубины его переработки, снижение энергоемкости производства искусственного жидкого топлива и ослабление вредного влияния технологического процесса на окружающую природную среду.

Поставленная цель достигается с помощью настоящего изобретения следующим образом. Перед гидрогенизацией производят начальную обработку исходного сырья посредством его предварительного размалывания в две стадии, осуществляемого в водном растворе минеральных солей. В качестве таких минеральных солей могут использоваться только неорганические соединения, катализирующие процесс гидрогенизации и обладающие высокой растворимостью в воде, так как начальное размалывание исходного сырья согласно настоящему изобретению проводят в растворе, насыщенном до достижения плотности, превосходящей плотность горючего ископаемого, но уступающей плотности пустой породы. Таким путем, помимо простого уменьшения размеров, отделяются минеральные компоненты исходного сырья, а именно легкий продукт размола, представляющий собой горючее ископаемое, всплывает из зоны ударного воздействия мелющих тел, тогда как тяжелый продукт размола, состоящий в основном из пустых минеральных пород, тонет в такой среде. Одновременно с уменьшением размеров сырья происходит выделение метана из разрушающегося материала сырья в газовую фазу; метан собирают для продажи внешним потребителям и используют в качестве исходного вещества для получения водорода, который используется в процессе гидрогенизации. Суспензию легкого продукта, полученного на первой стадии размола, подогревают перед второй стадией размола и производят повторный размол этого материала в горячем режиме. Горячий продукт второй, горячей стадии размола после его дегидратации смешивают с пастообразователем (пастообразующим агентом), полученную смесь разводят разбавителем, твердую фазу этой пасты растирают до коллоидной степени крупности и направляют на гидрогенизацию. После этого неожиженный твердый остаток промывают органическим разбавителем, высушивают, смешивают

- 1 019190 с обезвоженным тяжелым продуктом первой стадии размола. Полученную влажную смесь инертных (отвальных) минералов промывают водой и выводят из производственного цикла. Промывные воды, отошедшие после промывки данных отходов, упаривают до исходной плотности и возвращают регенерированный таким образом водный раствор на первую стадию размола. Тяжелый продукт второй стадии размола отжимают от избыточной жидкой фазы, охлаждают и также возвращают на начальную стадию процесса.

В качестве минеральных солей, катализирующих процесс гидрогенизации по настоящему изобретению, используют лишь водорастворимые неорганические соединения, растворимость которых в воде обеспечивает приготовление на их основе водных растворов с плотностью, достаточной для всплытия в них горючих компонентов исходного сырья.

Водорастворимыми соединениями, катализирующими процесс гидрогенизации по данному способу, могут быть как индивидуальные минеральные соли с достаточно высокой растворимостью в воде, типа хлоридов цинка или олова, молибдатов аммония или сульфатов железа, так и их всевозможные смеси между собой. Растворимость в воде для этих катализаторов гидрогенизации достаточна для получения на их основе раствора с плотностью, достаточной для всплывания горючих компонентов исходного сырья.

В качестве пастообразователя для осуществления предлагаемого способа могут использоваться различные композиции, состоящие из продуктов нефтепереработки, коксохимии или тонкого органического синтеза, содержащие органические вещества ароматического ряда, способные выступать при нагревании в качестве доноров атомарного водорода, например смесь тетралина с антраценовым маслом, разбавляемая затем изопропиловым спиртом.

В отличие от известных решений в области получения искусственного жидкого топлива, использующих сухое измельчение, предварительный двухстадийный мокрый размол исходного сырья, согласно настоящему изобретению, перед его гидрогенизацией, в водно-минеральной среде с плотностью, промежуточной между плотностью горючего ископаемого и его негорючих компонентов, приводит к самопроизвольному (автоматическому) выскальзыванию горючего ископаемого из-под ударов (из области ударного воздействия) мелющих тел и, таким образом, к снижению нагрузки на шары мельниц. В сочетании с уменьшением технологических потоков, подаваемых на гидрогенизацию, которые требуется нагревать до температуры реакции, и минимизации подачи энергии, необходимой для дальнейшего отделения жидких продуктов от выносимых с ними из процесса гидрогенизации твердых примесей, осуществление способа согласно настоящему изобретению обеспечивает существенное снижение энергоемкости такого производства.

Отсюда все отличительные признаки изобретения органически взаимосвязаны между собой, и только именно в таком их сочетании обеспечивается достижение поставленной цели. При этом анализ особенностей известных технологических процессов, описанных в научно-технической литературе, а также выявление сущности технических решений, лежащих в основе изобретений, обнаруженных в результате патентного поиска, показал полное отсутствие какого-либо методологического сходства основных технологических черт предлагаемого способа с отличительными особенностями известных методов ожижения горючих ископаемых.

Таким образом, заявляемое изобретение не только является новым, но и обладает существенностью отличий, наделяющих предлагаемый способ целым рядом очевидных технико-экономических преимуществ, выгодно отличающих его от известных технических решений в сфере получения искусственного жидкого топлива.

Способ реализуется последовательным осуществлением следующих основных операций: приготовление водной среды для размола исходного сырья предварительным растворением в воде минеральных солей, катализирующих процесс гидрогенизации, так чтобы плотность приготавливаемого таким образом водного раствора была промежуточной между плотностью горючего ископаемого и загрязняющими его минеральными примесями;

первая (холодная) стадия размола кусков исходного свежедобытого (либо только что доставленного к месту переработки гидротранспортом) энергетического сырья, осуществляемая при температуре окружающей среды в водном растворе, насыщенном до значения плотности, которое является промежуточным между значениями для компонентов горючих и негорючих минералов, с одновременным каптажом выделяющегося при этом в газовую фазу метана и последующим раздельным выводом из этого процесса легкого и тяжелого продуктов размола;

разогрев суспензии легкого продукта первой стадии размола до температуры, не вызывающей кипения водного раствора;

вторая стадия размола, осуществляемая в подогретом водном растворе, с одновременным (как и на первой стадии размола) отводом выделяющегося по ходу сокращения крупности измельчаемого материала метана и с последующим раздельным выводом из этого процесса легкого продукта, направляемого затем на приготовление пасты, и тяжелого, возвращаемого, соответственно, на первую стадию размола;

отжим легкого продукта второго размола от избытка водно-солевой среды и его смешение с горячим пастообразователем с одновременным удалением при этом из твердой фазы остатков влаги и после

- 2 019190 дующим разведением образовавшейся смеси органическим разбавителем;

дополнительное растирание твердой фазы приготовленной пасты до размеров коллоидных частиц;

разогрев гомогенизированной пасты до температуры реакции с последующей ее подачей на гидрогенизацию;

горячая каталитическая гидрогенизация углистых ингредиентов пасты их взаимодействием с водородом под повышенным давлением;

отделение парогазовой фазы от жидкой фазы прореагировавшей смеси, с последующей конденсацией легкого гидрогенизата и рециркуляцией не конденсирующихся при этом газов в систему гидрогенизации, охлаждением тяжелого гидрогенизата и раздельным дросселированием жидких продуктов гидрогенизации;

осветление и отжим тяжелого гидрогенизата от оставшихся в нем твердых примесей и его направление на дальнейшую переработку;

отмывка извлеченного из тяжелого гидрогенизата твердого остатка от пропитывающей его жидкой фазы органическим растворителем, с последующим его осушением, и выводом из процесса;

смешение сухого твердого остатка гидрогенизации с обезвоженным тяжелым продуктом первой стадии размола исходного сырья;

отмывка водой образовавшейся влажной механической смеси инертных негорючих минералов с последующим отжимом такого отвального продукта от избытка жидкой фазы;

упаривание промывных вод, отошедших от промывки смеси твердых отвальных продуктов производства, до достижения упариваемым раствором исходной плотности, промежуточной между горючим ископаемым и минеральными примесями, и возврат регенерированной, таким образом, водноминеральной среды в начало процесса.

Сущность предложения поясняется принципиальной технологической схемой установки жидкофазной гидрогенизации угля по заявляемому способу, изображенной на чертеже фигуры.

Свежедобытый (либо доставленный к месту переработки гидротранспортом) исходный крупнокусковой уголь загружают в барабанную шаровую мельницу 1, залитую водным раствором катализатора гидрогенизации, представляющим собой 40%-ный раствор хлористого цинка в воде с плотностью 1,417 г/см³. При этом наиболее мелкие и не засоренные пустой породой частицы горючего ископаемого, не связанные с ней в сростки, не тонут, а остаются на плаву зеркала поверхности такой жидкой среды, тогда как все остальные компоненты исходного сырья погружаются в зону действия мелющих тел. В результате, по мере измельчения исходного сырья непрерывно перекатывающимися в барабане мельницы стальными шарами, подвергающиеся воздействию по ходу такого процесса куски угля, независимо от достигаемой при этом степени измельчения, всплывают на поверхность такой жидкости, автоматически избегая, таким образом, перерасхода энергии на их дополнительное переизмельчение. Выделяющийся же в газовую фазу метан (равно как и другие газообразные углеводороды) при этом барботирует сквозь слой водно-солевого раствора и далее по коллектору 2 поступает затем на его каталитическую конверсию с целью получения из него водорода, идущего на стадию гидрогенизации, либо сбывается сторонним потребителям в качестве горючего газа.

Слив мельницы 1 поступает в зумпф 3, оборудованный мешалкой, из которого насосом 4 он подается в гидроциклон 5, в котором происходит более интенсивное, после размола в мельнице 1, отделение угля от засорявших его минеральных примесей, как более тяжелых компонентов, входивших в состав исходного энергетического сырья. Выходящий при этом из цилиндрической части гидроциклона 5 легкий продукт первой стадии размола направляется в емкость 6, с мешалкой, обогреваемую паром. В результате нагрева плотность жидкой фазы такой суспензии при этом падает с 1,417 (при 20°С) до 1,344 г/см³ (при 100°С), и для более полного раскрытия сростков этот горячий технологический поток направляют на вторую стадию размола, осуществляемую уже в таком подогретом, но не достигшем температуры кипения, растворе хлористого цинка в воде, в барабанной шаровой мельнице 8, также подключенной с ее торца к коллектору метана 2 и покрытой толстым слоем теплоизоляции, тогда как тяжелый продукт первой стадии размола, выходящий из конической части гидроциклона 5, отжимают от избытка жидкой фазы на фильтрующей центрифуге 7 и направляют в смеситель 35, на смешение с остатками твердой фазы, извлеченной в хвостовой части технологической схемы из тяжелого гидрогенизата. Фугат центрифуги 7 при этом возвращают в цикл первого размола, на смешение с исходным рядовым углем, поступающим в мельницу 1.

Выходящий из мельницы 8 сливной поток, аналогично сливу мельницы 1, также направляется на сепарацию, осуществляемую, однако, не в гидроциклоне, а в осадительной центрифуге 9, так же, как и мельница 8, теплоизолированной (во избежание возврата плотности жидкой фазы к первоначальному ее значению, при котором осуществлялась первая стадия размола). При этом с фугатом осадительной центрифуги 9 выносится уже окончательно освободившийся от видимых минеральных примесей углистый материал высокой чистоты, являющийся легким продуктом второй стадии размола, тогда как выгружаемый из нее кек, представляющий собой тяжелый продукт второй стадии размола и содержащий в себе еще остатки горючего вещества, с помощью элеватора 10, оборудованного охлаждающей рубашкой, и продуваемый вентилятором для охлаждения транспортируемого материала до температуры окружающей

- 3 019190 среды, возвращают в мельницу 1, на доизмельчение в холодном водно-солевом растворе первоначальной плотности.

Окончательный глубокий отжим легкого продукта второй стадии размола осуществляют направлением фугата осадительной центрифуги 9 в фильтрующую центрифугу 11, после чего полученную, таким образом, прозрачную горячую водно-минеральную среду из зумпфа 12 насосом 13 возвращают в мельницу 8, а пропитанный раствором хлористого цинка в воде влажный угольный кек подают в шнековый смеситель 14, обогреваемый глухим паром, на смешение с горячим пастообразователем, представляющим собой тетралин (1,2,3,4-тетрагидронафталин, С₁₀Н₁₂) с примесью антраценового масла (фракция каменноугольной смолы, кипящая при 270-360°С). При этом происходит не только образование пасты, но и глубокое осушение угля от остатков влаги, в связи с чем смеситель 14 работает под разрежением. Выделяющиеся в ходе такого процесса водяные пары отводят на конденсацию, а полученную в шнековом смесителе 14 однородную пастообразную массу разводят далее в шнековом смесителе 15 (оборудованном охлаждающей рубашкой) разбавителем, представляющим собой изопропиловый спирт (изопропанол, СН₃СНОНСН₃), и направляют в диспергатор 16, в котором твердую фазу такой разбавленной пасты в мощном центробежном поле растирают до коллоидной степени крупности.

Глубоко очищенный, таким образом, от минеральных примесей и растертый в диспергаторе 16 до сверхтонкого состояния уголь, в виде жидкой гомогенизированной пасты, плунжерным насосом 17, оборудованным гидравлическим приводом, направляют далее в рекуперативный теплообменник 18. На входе в это же теплообменное устройство к подаваемой в него на разогрев пасте подмешивают и водород, предварительно подогретый в подогревателе 20. Подогретую реакционную смесь направляют на окончательный разогрев до 400°С в трубчатую печь высокого давления 21, обогреваемую газовыми горелками, из которой она поступает в реактор гидрогенизации 22, в котором под давлением 10-12 МПа и температуре 390-425°С происходит, при каталитическом участии хлористого цинка, химическое взаимодействие углеродсодержащих веществ, входящих в состав исходного сырья, с обычным молекулярным водородом, поступающим в систему извне (с установки конверсии метана, полученного в ходе размола исходного сырья), а также реакция гидрогенизации углистого вещества атомарным водородом, отщепляющимся от компонентов пастообразователя и проявляющим в этой связи повышенную реакционную активность. Они происходят при участии хлорида цинка в качестве катализатора под давлением 10-12 МПа и при температуре 390-425°С. В этот же реактор 22 по нескольким штуцерам, расположенным на различных его уровнях, дополнительно подают и свежий холодный водород с целью тонкого регулирования теплового режима гидрогенизации.

Выходящая из реактора гидрогенизации 22 смесь проходит горячий сепаратор 23, в котором осуществляется отделение парогазовой фазы от жидких продуктов реакции, выносящих с собой остатки твердой фазы. Парогазовая смесь отводится из горячего сепаратора 23 сверху и поступает затем на рекуперацию ее тепла в теплообменники 18 и 20. После этого ее направляют на охлаждение в конденсатор 24 и последующее разделение в холодный сепаратор 25, с выделением из нее при этом циркуляционного газа, возвращаемого в процесс, и легкого сконденсировавшегося гидрогенизата. В то же время смесь высококипящих жидких продуктов гидрогенизации, загрязненная остатками твердых частиц, из нижней части горячего сепаратора 23 выводится в холодильник 28, дросселируется далее в вентиле 29 и после окончательного сброса ее давления в детандере 30 аккумулируется в сгустителе 31. Из последнего сгущенный в нем шлам поступает на глубокий отжим от пропитывающей его жидкой фазы на фильтрующую центрифугу периодического действия 32. Отжатый на центрифуге 32 кек отмывается на ней же от последних пропитывающих его остатков тяжелого гидрогенизата органическим растворителем, например петролейным эфиром (смесь легких углеводородов, преимущественно предельных с 5- и 6-ю атомами углерода), проходит через сушилку 33 и перегружается на ленточный конвейер 34, транспортирующий этот отход производства в смеситель 35, на смешение с влажным тяжелым продуктом, выведенным из исходного энергетического сырья еще на первой стадии его размола. В то же время слив сгустителя 31 объединяют с фугатом центрифуги 32 и полученный, таким образом, уже полностью освободившийся от твердых частиц, тяжелый гидрогенизат направляют на дальнейшую переработку, осуществляемую в системе переработки искусственной нефти.

Выходящие из сушилки 33 пары органического растворителя, теряемые осушающимся в нем кеком, отводят на смешение с газовой фазой, покидающей холодный сепаратор 25. Затем, в составе общего циркуляционного газового потока они поступают на совместное с исходным водородом адиабатическое сжатие на всасывающий вход компрессора 19. Полное расширение газа, выходящего из холодного сепаратора 25, осуществляют в турбодетандере 36.

Отделенный от неконденсирующихся газов легкий гидрогенизат, представленный низкокипящими фракциями искусственной нефти, выходящий из нижней части холодного сепаратора 25, дросселируют в вентиле 26, после чего его пропускают через детандер 27, а также тяжелый гидрогенизат, передают затем на последующую разгонку с целью его переработки в различные виды моторного топлива и другие искусственные нефтепродукты.

Полученную в смесителе 35 влажную смесь твердых отходов производства отмывают горячей водой от вынесенных с ними из технологического процесса остатков хлористого цинка противоточной

- 4 019190 многоступенчатой промывкой на ленточном вакуум-фильтре 37 и выводят из производственного цикла на складирование либо утилизацию.

Образовавшиеся в процессе противоточной промывки промывные воды, представляющие собой разбавленный раствор хлористого цинка в воде, из зумпфа 38 с помощью насоса 39 направляют на упаривание в выпарную установку 40. Отходящий в ходе упаривания от такого раствора водяной пар конденсируют в конденсаторе 41 с получением пресного конденсата, который возвращают на первую ступень противоточной промывки твердых отходов производства на ленточном вакуум-фильтре 37. Восстановленный таким способом до необходимой исходной плотности 1,417 г/см³ водный раствор хлористого цинка в воде насосом 41 непрерывно выводят из контура его внутренней циркуляции в начало процесса, с попутным его охлаждением в теплообменнике 42 и подают на вход в шаровую мельницу 1.

Таким образом, производственный цикл по хлористому цинку, используемому в качестве минеральной соли, катализирующей процесс гидрогенизации, полностью замыкается, и при надлежащем уровне производства он практически не расходуется.

Пример 1.

Свежедобытый крупнокусковой уголь (зольность 8,9%, содержание летучих веществ 45,2%, содержание серы 0,8%) загружают в стальную ступу, наполненную 40%-ным раствором хлористого цинка в воде, плотностью 1,417 г/см³. При этом наиболее чистые частицы угля, входящие в состав исходного сырья, не засоренные пустой породой, остаются на плаву такой жидкой среды, тогда как вся остальная горная масса погружается на дно такого сосуда. Утонувший материал, с помощью стального пестика, разбивают вручную на более мелкие осколки. При этом сквозь слой раствора хлористого цинка непрерывно барботируют пузырьки метана, не растворяющегося в такой водной среде, и по мере высвобождения угля из его сростков с пустой породой чистые частицы такого горючего минерала всякий раз автоматически выскальзывают из под ударов такого мелющего тела и всплывают на поверхность жидкости, избегая, таким образом, дополнительных нерациональных энергетических затрат по их дальнейшему разрушению. Соответственно, на дне ступы остается все меньше и меньше твердого материала, что с каждым разом непрерывно облегчает, таким образом, усилия по продолжению его разрушения.

По прекращении всплытия на поверхность жидкой среды горючих минералов с плотностью менее 1,417 г/см³ содержимое ступы переливают в емкость с мешалкой, из которой взмученную в ней суспензию посредством центробежного насоса пропускают через гидроциклон, в котором происходит более быстрое отделение угля от пустой породы. Выходящий из конической части гидроциклона тяжелый продукт первой стадии размола, представляющий собой смесь пустопородных минералов, обезвоживают на нутч-фильтре. В то же время собранную в ведро на выходе из цилиндрической части гидроциклона суспензию легкого продукта первой стадии размола подогревают до 100°С и подают во вращающуюся на двух катках рольганга теплоизолированную шаровую мельницу, оборудованную метаноотводящим коллектором с торцевым уплотнением, затопленную горячим (100°С) 40%-ным раствором хлористого цинка в воде. Таким образом, на второй стадии мокрого размола происходит высвобождение (также сопровождающееся выделением метана) еще более чистого угля из его сростков с пустой породой, поскольку с понижением плотности жидкой фазы, на поверхность находящейся в теплоизолированной мельнице жидкой среды, в состоянии всплыть лишь уголь, практически уже вообще не содержащий минеральных примесей.

Затем горячую суспензию тонкоизмельченного угля, слитую из теплоизолированной шаровой мельницы, разделяют на быстроходной (4000 об/мин) осадительной центрифуге. При этом прижатый центробежными силами к внутренней поверхности вращающегося ротора осадок, выгружаемый из центрифуги с помощью вращающегося шнека, охлаждают и возвращают в стальную ступу, на смешение со следующей партией исходной горной массы, тогда как фугат, представляющий собой суспензию угля, глубоко очищенного в растворе хлористого цинка в воде от минеральных примесей, разделяют на фильтрующей центрифуге.

Не дожидаясь остывания глубокоотжатого на фильтрующей центрифуге влажного кека, от него отбирают 108 г такого материала, что соответствует содержащимся в нем чистым 100 г сухого и деминерализованного (т.е. не содержащего ΖηΟ1₂) твердого углистого вещества, и смешивают их с 200 мл горячего (160°С) пастообразователя, представляющего собой смесь (90:10 по объему) тетралина с антраценовым маслом. При этом в процессе перемешивания происходит и практически полное удаление из приготавливаемой пасты паров воды, отсасываемых вакуум-насосом.

К образовавшейся, таким образом, и остывшей до 80°С пасте затем приливают 100 мл изопропилового спирта и осуществляют разведение полученной смеси таким разбавителем в скоростном миксере.

Разведенную изопропиловым спиртом пасту направляют после этого в центробежный диспергатор, в котором осуществляют дополнительное растирание твердой фазы такой системы до коллоидной степени крупности, после чего содержимое диспергатора перегружают в стальной автоклав, устанавливаемый затем в муфельной печи, с подведенным к нему тангенциально (для более эффективного перемешивания) сжатым водородом, в среде которого и осуществляют гидрогенизацию угля. Для этого находящуюся в автоклаве смесь постепенно разогревают с 80°С и начального давления водорода 2 МПа до достижения в автоклаве температуры 405°С и давления 11 МПа.

- 5 019190

По истечении 2 ч гидрогенизации автоклав извлекают из муфельной печи, охлаждают, разгерметизируют и отделяют образовавшуюся в нем искусственную нефть от содержащихся в ней твердых частиц на фильтрующей центрифуге. Извлеченный таким образом из такой жидкости твердый осадок отмывают от остатков искусственной нефти петролейным эфиром, осушают горячим воздухом, затем обильно промывают теплой дистиллированной водой, сушат и взвешивают. Полученный сухой остаток весит 2,74 г. Этот материал направляют на смешение с кеком, полученным от отжима тяжелого продукта первой стадии размола на нутч-фильтре. Полученную отвальную смесь твердых минералов промывают на нутчфильтре горячей пресной водой и выводят из процесса в качестве отхода. Образовавшиеся же при этом промывные воды смешивают со стоками от промывки твердого остатка, извлеченного из искусственной нефти, и упаривают до доведения плотности такого раствора хлористого цинка в воде, соответствующей ее первоначальному значению, равному 1,417 г/см³.

Поскольку в автоклав, в составе приготовленной по вышеописанной процедуре пасты, было загружено 100 г чистого исходного сырья, полнота ожижения поступившего на гидрогенизацию такого материала составляет, таким образом, 97,26%.

Пример 2.

Тот же самый, только что добытый уголь, содержащий 8,9% негорючих минеральных примесей, 45,2% летучих веществ и 0,8% серы, взмучивают в 40%-ном водно-минеральном растворе, приготовленном растворением в воде смеси сухих девятиводного сульфата трехвалентного железа Те₂(8О₄)₃-9Н₂О с пара-молибдатом аммония (ΝΗ₄)₆Μο₇Ο₂₄·4Η₂Ο, взятых в соотношении 92:8 по весу, и доставляют в такой среде (плотность 1,403 г/см³) к месту ожижения.

При осуществлении полного цикла переработки такого сырья в водном растворе смеси этих минеральных солей по приведенной в примере 1 методике вес сухого чистого остатка, извлеченного из полученной в автоклаве искусственной нефти, составляет 1,39 г. Таким образом, в этом случае полнота ожижения сырья, пропитанного перед его гидрогенизацией в автоклаве смесью сульфата железа с молибдатом аммония, достигает 98,61%.

Пример 3.

Готовят смешанную водно-минеральную среду растворением в воде сухой смеси тетрамолибдата аммония (ΝΗ₄)₂·4ΜοΟ₃·2Η₂Ο с железным купоросом Ре8О₄^7Н₂О, взятых в весовом соотношении 84:16. Путем насыщения воды такой композицией минеральных солей при комнатной температуре плотность образующегося раствора доводят до 1,296 г/см³, после чего в него загружают свежедобытый уголь того же состава, что и в примере 1, и осуществляют его ожижение по вышеописанной в примере 1 методике.

В результате, выход сухого остатка, оставшегося в искусственной нефти в неожиженном виде, уменьшается до 1,18 г. Следовательно, полнота ожижения исходного сырья в случае его переработки на основе использования аммонийной соли молибденовой кислоты повышается при этом до 98,82%.

Пример 4.

Исходное сырье для ожижения и условия эксперимента те же, что и в примере 1. Однако для размола угля используют 40%-ный раствор сульфата трехвалентного железа Ре₂(8О₄)₃ плотностью 1,448 г/см³. При этом выход чистого сухого остатка, не превратившегося в искусственную нефть, составляет 3,12 г. Отсюда глубина переработки угля в этом случае равна 96,88%.

Пример 5.

Исходное сырье для ожижения и условия эксперимента те же, что и в примере 1. Но в качестве среды для мокрого размола угля используют 40%-ный раствор хлорида двухвалентного олова 8иС1₂ плотностью 1,414 г/см³. В результате такой переработки исходного сырья в неожиженном виде остается 2,89 г сухого остатка. Следовательно, полнота ожижения угля при этом составляет 97,11%.

Пример 6.

Исходное сырье для ожижения и условия эксперимента те же, что и в примере 1. Для мокрого измельчения угля приготавливают раствор с плотностью 1,392 г/см³ путем растворения в воде смеси девятиводного сульфата трехвалентного железа Ре₂(8О₄)₃ЭН₂О с пятиводным хлоридом четырехвалентного олова 8иСЦ5Н₂О, взятых в соотношении 75:25 по весу. Вес оставшегося при этом в неожиженном виде остатка составляет 2,41 г, из чего следует, что полнота ожижения угля в этом случае равна 97,59%.

Таким образом, использование предлагаемого способа при получении искусственного жидкого топлива безусловно способствует существенному улучшению технико-экономической эффективности переработки ископаемого энергетического сырья, особенно отличающегося повышенным содержанием в нем минеральных примесей, при одновременном обеспечении комплексности его использования, повышении полноты ожижения и существенном ослаблении вредного влияния производства искусственного жидкого топлива на окружающую его природную среду.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ ожижения горючих ископаемых, включающий предварительный размол исходного сырья, с последующим смешением измельченного материала с пастообразователем, гидрогенизацией его углеродсодержащих компонентов в присутствии катализатора и отделением жидких продуктов от оставшегося в твердом состоянии остатка, отличающийся тем, что с целью обеспечения комплексности использования исходного сырья, повышения выхода жидких продуктов, снижения энергоемкости процесса и ослабления вредного воздействия производства искусственного жидкого топлива на окружающую его природную сред предварительный размол исходного сырья ведут в две стадии в водном растворе минеральных солей, катализирующих процесс гидрогенизации, причем раствор насыщен до значения плотности, промежуточной между плотностью горючего ископаемого и плотностью пустой породы, с одновременным каптажом выделяющегося при этом метана и раздельным извлечением, после каждой стадии размола легкого и тяжелого продуктов, причем суспензию легкого продукта первой стадии размола подогревают перед второй стадией размола и после этого легкий продукт второй стадии размола дегидратируют, смешивают с пастообразователем, разбавляют разбавителем, размалывают до колоидной степени крупности и направляют на гидрогенизацию; неожиженный твердый остаток после гидрогенизации отмывают от пропитывающей его жидкой фазы органическим разбавителем, высушивают, смешивают с обезвоженным тяжелым продуктом первой стадии размола и образовавшуюся смесь промывают водой, при этом отошедшие от нее промывные воды упаривают до первоначальной плотности исходного раствора и возвращают на первую стадию размола, а тяжелый продукт второй стадии размола отжимают от излишков горячего раствора, охлаждают и возвращают на первую стадию процесса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральных солей, катализирующих процесс гидрогенизации, используют как индивидуальные неорганические соединения, так и их смеси между собой, образующие водные растворы, плотность которых достаточна для всплывания в них горючих компонентов перерабатываемого сырья, такие как хлориды цинка либо олова, сульфаты железа и молибдаты аммония, а в качестве пастообразователя - органические соединения ароматического ряда, являющиеся донорами атомарного водорода, такие как тетралин, метилнафталин, крезол и компоненты антраценового масла.